腸道微生物區系和微生物群在維持體內平衡和幾乎所有身體系統中都發揮重要作用。腸道菌群通過化學信號、免疫途徑、神經途徑等對神經發生過程及神經元興奮通路產生影響，從而調節中樞神經系統已有各項臨床及臨床前研究證實腸道菌群對癲癇的預后有改善。聯合腸道微生物組治療耐藥性癲癇具有很好的前景，然而其抗癲癇的潛在機制尚不清楚，本文綜述了腦腸軸、腸道菌群在疾病治療及預后的應用上的最新進展，探討了以腸道菌群為靶點的抗癲癇的作用機制。
引用本文： 翟錦霞, 陳勇軍. 以腸道菌群為靶點的耐藥性癲癇的聯合抗癲癇治療策略. 癲癇雜志, 2022, 8(3): 264-272. doi: 10.7507/2096-0247.202112011 復制
癲癇是一類與多種病因及危險因素相關的、且具有高遺傳性的疾病，約30%～40%的癲癇患者為耐藥性癲癇，60%的癲癇發作為特發性的，因此對于癲癇的致病機制及耐藥性癲癇的有效治療有待進一步探索。目前抗癲癇藥物已有25種以上，但僅對高收入國家的66%個體有效。近年來，越來越多的研究探索腸道菌群與中樞神經系統（Central nervous system，CNS）疾病之間的潛在聯系，微生物組通過代謝物、神經遞質和炎癥因子調節CNS，而CNS又通過迷走神經或激素軸調節腸道微生物組。腸道微生物組和CNS之間的相互作用被稱為腸道微生物-腦軸。腸道菌群（Gut microbiota, GM）在血腦屏障的形成、髓鞘形成、神經發生和小膠質細胞成熟等基本神經發生過程中發揮作用，并調節動物行為的許多方面。然而GM對癲癇的治療的潛在機制尚不清楚，GM失調與癲癇之間的聯系有待進一步研究，我們在此全面概述了GM在癲癇發生發展及預后的潛在機制以及在其他疾病治療上的潛在作用，進而揭示以GM為靶點的耐藥性癲癇的聯合治療機制與策略。
1 腸道菌群
1.1 腸道菌群概述
胃腸道擁有著一個巨大的微生物系統，容納著數萬億個微生物細胞。人類糞便微生物群中有900萬個微生物基因。性別、年齡、飲食、抗菌藥物、糞便濃度、免疫抑制劑藥物等已被證明對腸道微生物群有很大影響。腸道微生物區系（即駐留在腸道內的數萬億個微生物）和微生物群（即微生物區系的遺傳物質）在維持體內平衡和調節幾乎所有主要身體系統（包括CNS）方面都發揮了作用。
雖然細菌是腸道內最豐富和研究最透徹的微生物，但它也宿主大量的古細菌、酵母菌、單細胞真核生物、蠕蟲寄生蟲和病毒，包括噬菌體[1]。 有研究認為GM的定植主要發生在嬰兒分娩過程中接觸到母親的微生物區系時[2]。母親在妊娠期時在腸道主要為放線菌，陰道為乳酸桿菌，在出生后1歲時腸道內主要為雙歧桿菌、腸球菌、埃希/志賀菌、鏈球菌、多形桿菌、羅思氏菌，1～3歲時腸道內主要為梭狀芽胞桿菌、瘤胃球菌、韋榮氏菌、羅氏菌、Akk菌、Alistipes、真細菌、普氏菌。3歲至成年腸道內主要為擬桿菌及厚壁菌，大于65歲后腸道內主要為變形菌、多形菌、Alistipes、Parabacteroides[3]。
1.2 腸道菌群的作用
鑒于GM對人體有著復雜的網絡調節，因此對于某種疾病，基于微生物群聯合單一用藥可能會導致更好的預后，已有研究證明了某些微生物能增強免疫治療的療效[4]。微生物混合物聯合使用，可能有利于改善疾病的預后。
臨床前研究表明微生物代謝產生的三甲胺的靶向分子抑制物可能具有抗動脈粥樣硬化作用[5]；脆弱類桿菌可以改善腸道生物失調，恢復粘膜屏障的完整性，減少行為異常，同時顯著降低循環4-乙基苯基硫酸鹽（4-Ethyl phenyl sulfate，4EPS）水平[6]；從而改善自閉癥；雙歧桿菌可調節樹突狀細胞的激活，進而有助于改善腫瘤特異性CD8+T細胞的效應[7]。將脆弱芽孢桿菌引入對細胞毒T淋巴細胞相關蛋白4（Cytotoxic T-lymphocyte-associated protein4，CTLA-4）單抗治療沒有反應的無菌腫瘤小鼠模型中，小鼠預后發生明顯改善[8]；酪乳桿菌ATCC 334菌株產生鐵色素，已被證明通過c-jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）途徑介導的細胞凋亡來抑制結腸癌的進展[9]；在實驗小鼠模型上，定植大腸桿菌可改善小鼠肥胖癥狀[10]；幼年益生菌補充劑可合成和釋放胰高血糖素樣肽1，刺激上皮細胞分泌胰島素[11-12]；腸-肌肉軸的潛在機制為：對蛋白質、能量、脂肪及葡萄糖代謝、炎癥水平、神經肌肉接頭及線粒體功能的調節；腸道菌群與肌肉有關聯[13]。功能性便秘（Functional constipation，FC）和異常的GM有關。GM的組成和代謝功能可以影響多種重金屬（Heavy metal，HM）不同作用機制的毒性和積累，如通過化學修飾、形成復合體、轉運、沉淀等機制來解毒HM[14]。GM代謝產物和成分[短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFA）、琥珀酸、色氨酸代謝物、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、支鏈脂肪酸（Branched fatty acid，BCAA）、膽汁酸等]可調節激素分泌和免疫系統以及直接作用于下丘腦神經元，以影響食欲；GM蛋白ClpB可作為α-黑素細胞刺激素模擬物，通過直接或間接機制來抑制食欲[15]。GM與衰老密切相關，許多神經系統疾病發生在老年人身上，從而可以研究GM可能會導致神經系統疾病[16]。服用特定細菌菌株(瑞士乳桿菌IDCC3801)在認知疲勞測試中的表現有所改善[17]。產生白細胞介素-10（Interleukin-10，IL-10）的CD4 T細胞在腸道微生物群的免疫調節作用中十分重要[18]。GM亦可促進T細胞擴增[19-20]。
1.3 分析腸道菌群的方法
分析菌群的方法包括：① 特定生物標志物測序：如16S核糖體RNA基因或內轉錄間隔區測序，成本較低，半定量，能鑒別到屬，個別案例可到種水平，短讀長可能造成精確分類上的困難；② 宏基因組分析：具有鑒定到菌株水平的能力，定量，允許帶通路測序的功能注釋，較為昂貴，可能只覆蓋到更復雜生命集合體中很淺的一部分；③ 宏轉錄組測序（RNA測序）：高表達的基因比起其他更容易被檢測到，可以去除人轉錄組，需要對新鮮或速凍腸道樣本進行快速保存或處理；④ 宏蛋白組：液相或氣相色譜-質譜聯用，主要檢測一些優質蛋白，不能去除宿主自身的蛋白；⑤ 代謝組：液相或氣相色譜-質譜-核磁共振連用，半定量，可定向檢測，也可以檢測不相關的物質，檢測依賴于平臺和數據庫的代謝產物，檢測到的代謝產物可能來源于微生物、飲食或宿主。
2 腦腸軸
2.1 腸道菌群對中樞神經系統影響的臨床前研究
微生物組通過代謝物、神經遞質和炎癥因子調節CNS。而CNS又通過迷走神經或激素軸調節腸道微生物組。GM和CNS之間的相互作用被稱為微生物群-腦-腸軸。GM在血腦屏障（Blood brain barrier，BBB）的形成、髓鞘形成、神經發育和小膠質細胞成熟等基本神經發生過程中發揮作用。在血腦屏障中無菌生長小鼠(Germ free，GF)緊密連接蛋白（Occludin）、供緊密連接蛋白-5（Claudin-5，CLN5)降低，無特定病原體級動物（Specific pathogen free，SPF）Occludin、Claudin-5、Zo-1增高；在神經形成中， GF小鼠海馬（Hippocampus，HPC）神經形成及HPC、雙側杏仁核(amygdala，AMYG)體積增加，SPF與抗生素處理SPF相比，后者自Ly6Chi單核細胞而來的HPC神經形成降低，可通過益生菌恢復；GF小鼠海馬錐體神經元上的突觸連接減少了32%，表明腸道微生物群對于杏仁核和海馬的正常形態是必要的[21]。細菌細胞壁成分也會影響后代：前列腺素（Prostaglandin，PG）可以穿過胎盤到達胎兒大腦，在那里它通過增加叉頭蛋白G1(Forkhead box G1，FOXG1)的表達來誘導額葉皮質神經元的增殖，FOXG1是前腦發育和神經發生的關鍵調節因子。產前暴露于PG的后代表現出認知功能下降[22]。在抗生素處理或無菌小鼠的實驗表明前額皮質髓鞘相關轉錄本增加，但其他大腦區域沒有增加。GF小鼠有絲分裂原激活蛋白（Mitogen-activating protein，MAP）激酶信號激活大腦前額葉皮層(Prefrontal cortex，PFC)髓鞘調節因子（Myelin regulatory factor，MYRF），PFC髓鞘形成增加,菌群定殖后無法恢復[23]。
雙歧桿菌和乳酸桿菌的代謝產物與GABA合成增加有關。脆弱桿菌治療降低了腸道屏障的通透性，降低了潛在致病代謝物的濃度[6]。通過降低了4-乙基苯基硫酸鹽（4-ethyl phenyl sulfate，4-EPS）水平，降低了焦慮樣行為及重復性行為、增加了溝通交流。擬桿菌屬是人類免疫系統免疫調節的關鍵參與者，可能在癲癇發作調節中發揮作用，細菌脆弱擬桿菌通過莢膜多糖A（Capsular polysaccharide A，PSA）的免疫調節作用影響CD4+T細胞發育，調節T輔助細胞（T helper cell，Th1/Th2）的免疫平衡，并激活免疫調節IL-10（僅在FOXP3+調節性T細胞群中）[24]；還可調節樹突狀細胞中IL-6和IL-17的分泌，這一過程與癲癇發作嚴重程度相關；并產生SCFA[25]消化和代謝高脂肪食物[26]。一些梭狀芽孢桿菌簇發揮相同的作用，但機制不確定［通常依賴于髓樣分化因子（MyD88）或獨立于三角狀五肽重復蛋白（Pentatricopeptide repeat，PPR）］ [27]。壁菌門（如乳酸桿菌科）和擬桿菌門（如瑞克內菌科和卟啉單胞菌科）可以通過與先天性免疫系統相互作用來治療一些自身免疫性疾病。厚壁菌門[28]、普雷沃菌可產生大量SCFA，可調節腦功能。羅伊氏乳桿菌使催產素增加、調節神經可塑性、增加社會行為及催產素神經元。鼠李糖乳桿菌使小鼠中腦緣結構中GABA B1b和GABA Aα2的mRNA表達受到抑制[29]、使GABA增加，通過影響迷走神經，降低壓力響應及焦慮和抑郁樣行為、增加腸系膜神經放電。長雙歧桿菌NCC3001增加腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）水平，通過迷走神經途徑降低焦慮樣行為和抑郁行為以及降低腸神經系統神經元的興奮性[30]。小鼠中分段絲狀細菌（Segmented filamentous bacteria，SFB）的定植誘導Th17的積累，也誘導Th1細胞的增加，Th17在穩態條件下對病原體細菌具有防御作用[31]。
2.2 腸道微生物區系調節腦腸軸的途徑
2.2.1 化學信號途徑
產生神經活性物質［如GABA、去甲腎上腺素和多巴胺、5-羥色胺等神經遞質，酪胺和色氨等氨基酸和短鏈脂肪酸等微生物代謝產物，P物質、降鈣素基因相關肽、神經肽Y（Neuropeptide Y，NPY）、血管活性腸多肽（Vasoactive intestinal peptide，VIP)等神經肽］，不同菌群產生不同神經遞質[32]， SCFA在小膠質細胞成熟、腸神經元刺激自主神經系統、調節BBB通透性[33]，以及在應激反應等神經生理功能上發揮至關重要的作用：產生乙酸，從而提高副交感神經系統以及增加生長素分泌；SACF可增加腸上皮細胞（Intestinal epithelial cell，IEC）連接密度，引發腸內缺氧環境，導致HIF1基因表達增加，而HIF1基因表達增加又可影響IEC代謝及屏障、增加IEF連接密度、及引發炎癥；SCFA也可通過mTOR通路影響IL-22基因表達從而引發炎癥；SCFA還可通過其他方式增加IEC連接密度[34]。GF小鼠皮質（Cortex，COR）、AMYG及HPC的BDNF、AMYG的NR2B基因表達降低，突觸素、重組人突觸后密度蛋白95（Recombinant human postsynaptic density protein-95，PSD-95）增加。產生葡萄糖，從而增加外周傳入神經信號[35]。這些代謝物可通過門脈循環與宿主免疫系統相互作用，影響代謝以及腸神經系統和迷走神經傳入通路。
2.2.2 免疫系統途徑
小膠質細胞和系統性細胞因子途徑［通過免疫系統激活，例如，GM刺激巨噬細胞和T細胞釋放炎性細胞因子和趨化因子—IL-1β和腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF-α）[36]，介導外周炎癥的促興奮作用］，腸道細菌可控制和改變免疫細胞的分化和功能，GF小鼠顯示免疫異常、抗體應答受損、淋巴發育失敗、T和B細胞群減少和細胞因子生成減少，GF小鼠小膠質細胞不成熟期基因表達免疫響應性降低，可通過菌群定殖和攝入短鏈脂肪酸恢復[37]。
2.2.3 神經途徑
菌群及其代謝物能作用于迷走神經、腸神經系統（腸道神經系統隨著年齡的增長而退化，從成年開始，肌間神經叢和粘膜下神經叢中的膽堿能神經以及腸神經膠質細胞均丟失）和脊神經，影響大腦行為。
2.2.4 其他途徑
下丘腦垂體腎上腺軸：臨床前研究表明該系統具有促進癲癇發生的作用。內分泌途徑[38]；內源性大麻素系統（Endogenous cannabinoid system，ECS）。由于老年人腸神經系統的退化，通過腸道菌群療法對神經系統疾病的輔助治療作用可能會減弱。微生物代謝物可以在局部和全身發揮關鍵作用，對宿主代謝和許多器官的基因表達產生動態影響[39]。
2.3 微生物群-腸-腦軸紊亂導致神經精神疾病
微生物群-腸-腦（Microbiota gut brain，MGB）軸紊亂可能對多發性硬化的血腦屏障產生重要影響。無菌小鼠血腦屏障通透性增加，而血腦屏障完整性降低可能導致免疫細胞和細菌成分移位到大腦（多發性硬化的主要標志之一就是血腦屏障的完整性缺失）[40]；還可能是自閉癥[41]、帕金森[42, 43]、阿爾茨海默病（橫斷面研究發現，與健康個體相比，阿爾茨海默病患者糞便樣本中與介導炎癥相關的埃希氏菌和志賀氏菌細菌類群增加）[44]、腦卒中（腸道微生物群可能通過調節腸道向大腦運輸T細胞來影響腦卒中后神經炎癥的程度。給予特定的細菌菌株—丁酸梭菌，在腦缺血再灌注損傷的動物模型中具有神經保護作用[45-46]）和腦損傷[47]、癲癇、肌萎縮性脊髓側索硬化癥[40]和亨廷頓舞蹈癥、神經退行性疾病等神經系統疾病的易感因素。無菌小鼠等嚙齒動物模型研究表明，菌群影響抑郁、焦慮、自閉癥和早期神經發育[48]。通過MGB軸可以探索神經系統疾病以及精神疾病新的病因及治療手段，從而改善患者預后。
3 癲癇
癲癇有局灶性癲癇及非局灶性癲癇。局灶性癲癇的主要原因是腦結構的異常，越來越多研究發現非局灶性癲癇的原因可能與遺傳性和新生基因突變相關[43-47]。CNS炎癥（伴或不伴BBB完整性）已被確定為癲癇發作生理病理學的主要因素。老年人大多數癲癇發作為局灶性發作，通常不符合典型表現[49]。在年輕人大多為顳葉癲癇發作導致癲癇的原因不一定僅是致癇網絡興奮增加或抑制喪失；在某些情況下，如失神性癲癇發作[50-51]或未成熟腦中的邊緣性癲癇，抑制的異常增加也可能致癇。
對于癲癇的治療方法有：抗癲癇藥物、手術、激光間質熱療法、免疫抑制治療［自身免疫性癲癇對常規抗癲癇發作藥物（Anti-seizure medications，ASMs）反應不佳］、神經調節方法（例如，反應性神經刺激和腦深部電刺激）。研究發現，許多神經生物學過程為癲癇的治療靶點[51-52]。這些過程包括神經退行性蛋白（如人tau蛋白和β淀粉樣蛋白）蓄積、神經發生、促炎癥過程（如白介素1β、轉化生長因子β和激活素受體樣激酶）、神經元電壓和配體門控離子通道變化、神經遞質釋放或攝取以及細胞內信號級聯［如腦源性神經營養因子和原肌球蛋白受體激酶，雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路的機制靶點、腺苷/腺苷激酶和小膠質細胞活化］。
4 癲癇患者腸道菌群失衡
癲癇與自身免疫性疾病有著密切關系，60%的癲癇病例的病因是特發性的，提示GM可能在癲癇的病因中起一定作用。研究發現癲癇患者中厚壁菌門、變形菌門、疣微菌門和梭桿菌門增加，擬桿菌門和放線菌門減少[53]。癲癇患者變形菌門中的彎曲桿菌、Delftia、嗜血桿菌、Lautropia、奈瑟菌顯著高于健康志愿者，在10.6%的癲癇患者中檢測到梭桿菌門，但在健康志愿者組中未檢測到。發現梭桿菌門的屬為Leptotrichia和Fusobacterium。該研究發現自身免疫機制和炎癥可能在癲癇的病因學中發揮作用[54]。Cronobacter在癲癇嬰兒中占主導地位，在健康嬰兒中都保持在低水平。健康嬰兒擬桿菌顯著增加，其中普氏菌和雙歧桿菌數量也增加并不斷增加。
有研究發現耐藥性癲癇患者微生物群落豐富度及稀有菌群的豐度異常增加，而藥物敏感性癲癇的腸道微生物組成與健康對照組相似。每年4次或4次以下癲癇發作患者的α-多樣性與HC相似而4次以上癲癇發作患者表現出明顯更高的α-多樣性，與每年發作4次以上的患者相比，每年發作4次或很少發作的患者顯示雙歧桿菌和乳桿菌增加。
5 腸道菌群在癲癇形成及進展中的作用
癲癇發作是由于興奮-抑制平衡失衡，腸-腦軸中神經遞質（如GABA和血清素）的產生減少有助于增加大腦中的谷氨酸能活性、GABA減少導致癲癇發作的閾值降低，導致癲癇發作。幾種過度表達的菌群已被證明與神經遞質相關。腸道細菌負責產生各種可以改變興奮-抑制平衡的物質，這些包括細胞因子、作為神經調質的代謝物，例如短鏈脂肪酸、GABA和血清素前體。在生態失調的情況下，可能會發生癲癇發作增多的改變。
5.1 短鏈脂肪酸與炎癥
SCFA的減少會改變血腦屏障，允許毒素和炎性細胞因子進入[55]。由于各種因素（例如微生物群改變和屏障通透性增加）導致的炎癥狀態上調可導致外周免疫應答激活，通過神經元或體液途徑增加細胞因子/趨化因子信號，可能觸發CNS中的炎癥反應；這可能通過降低癲癇發作閾值對癲癇發作易感性有一過性或長期影響[56-58]。癲癇發作與促炎細胞因子（如IL-6和IL-1β）水平升高之間存在顯著關聯，并且已充分證實細胞因子是驅動和調節人Th17應答的關鍵[59]。
5.2 藥物代謝途徑
另一方面，腸道微生物組可以通過各種直接和間接機制影響藥物代謝，從而改變藥物的吸收、生物利用度和療效。藥物通過微生物的直接作用或宿主-微生物的共代謝作用轉化為具有生物活性、無活性或毒性的代謝物。這些代謝物可能是藥物的抗癲癇作用的原因[60]。研究發現飲食和微生物群的抗癲癇作用與海馬體中大量GABA含量的升高有關。需要進一步的研究來確定其他大腦區域是否也受到類似影響，以及GABA是否特別定位于神經元突觸或細胞內囊泡也受到腸道微生物群的調節。有研究表明無菌癲癇小鼠模型關鍵腦區的突觸發生變化[61]。
5.3 轉運蛋白的合成和代謝途徑
腸道菌群失調可能參與了耐藥性癲癇的發病機制[62]。耐藥組（Drug resistance，DR）組與ATP結合盒（ATP binding cassette，ABC）轉運蛋白相關的代謝途徑升高，ABC轉運蛋白在耐藥性癲癇患者中具有顯著活性，ABC轉運蛋白（如P糖蛋白和多藥耐藥相關蛋白）依靠三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）分解不斷將藥物泵出細胞，從而抵抗藥物的濃度梯度。同時，葡萄糖和脂質相關代謝途徑均下調。瘤胃球菌與N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartic acid，NAA)水平較低（癲癇患者中神經元健康的標志物）、5-羥色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）水平降低以及ABC轉運蛋白合成和代謝受損相關。微生物群落的改變可能通過損害轉運蛋白的合成和代謝參與耐藥性癲癇的發病機制[63]。此外，瘤胃球菌與谷氨酸和谷氨酰胺呈正相關，與癲癇的致病機制密切相關[64]。
6 腸道菌群作為疾病預防與治療中的潛在靶點
隨著研究的深入，GM對疾病的干預作用逐漸被大家意識到。GM具有遺傳多樣性，是決定疾病發生發展、藥物治療效果的重要因素。GM是開發抗疲勞食品的潛在靶點[65]；菌群-宿主互作在肝性腦病（Hepatic encephalopathy，HE）發病機制中具有重要作用[66]；對于兒童Ⅰ型糖尿病(Type 1diabetes，T1D)的一級預防，可以通過腸道菌群干預，降低T1D的發生率[67]；預防某些病毒性疾病[68]；減輕肝臟脂肪堆積[69]；改善自閉癥患者消化道癥狀及神經系統癥狀[70]；基于微生物組的治療方法，可以降低敗血癥風險并改善敗血癥結果[71]；在一項試點研究中，一種多菌種益生菌(包含乳桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌，每天給藥兩次，持續2個月)逆轉了微生物區系的變化，并被證明具有抗炎特性[72]。
7 調節腸道菌群來改善癲癇
7.1 益生菌和益生元
益生元、益生菌和糞菌移植旨在增加潛在有益微生物類群豐度，其他微生物組療法還包括后生元（如短鏈脂肪酸）和吸附劑［可吸收腸道不良物質如LPS（細菌脂多糖）］；個體化的菌群干預是目前的一大研究方向。研究評估了益生菌混合物對癲癇發作、認知功能和GABA、一氧化氮（NO）、丙二醛（Malonaldehyde，MDA）和總抗氧化能力水平的影響。戊四唑（Pentylenetetrazol，PTZ）誘導點燃大鼠的腦組織，Racine評分和在水迷宮中的表現分別被認為是癲癇嚴重程度和空間學習記憶的指標。益生菌補充劑大大降低了癲癇發作的嚴重程度和空間學習和記憶。干預降低了NO和MDA，并增加了大腦的總抗氧化能力濃度，增加了GABA。研究表明益生菌對癲癇引起的神經系統疾病有積極作用[73]。將生酮飲食延長3個月可能導致微生態失調，損害腸道健康[74]。建議使用益生元或益生菌治療，以重建腸道菌群和腸道穩態。
7.2 抗生素對癲癇發生的影響
7.2.1 抗生素對腸道菌群治療癲癇的潛在有益影響
抗生素治療可能會通過減少致病菌群、腸腦相互作用和降低癲癇發作頻率產生短期影響[75]。
7.2.2 抗生素增加癲癇發生風險
對成年小鼠的長期抗生素治療足以導致成年小鼠海馬中神經發生的減少，并導致識別功能的缺陷。經抗生素處理的動物腦內CD45+CD11b+Ly-6chiCCR2+單核細胞數量減少，CCR2敲除的動物，以及Ly-6chi-單核細胞耗盡的動物，顯示出海馬神經發生減少[76]。幾項臨床研究報告抗生素治療增加了癲癇患者癲癇持續狀態或癥狀性癲癇發作的風險[77]。孕期使用抗生素或可對母體或胎兒菌群產生直接影響，增加兒童發生癲癇風險[78]。
7.3 飲食調控
一系列膳食補充劑和飲食限制對多種神經系統疾病有明顯影響；飲食調控可能通過影響代謝-表觀遺傳-免疫循環來改善大腦健康，此循環網絡或可成為飲食干預改善神經系統疾病的靶點。已有的大量證據表明，飲食營養有助于預防和補救各種病理條件下的神經癥狀[79]。
7.4 生酮飲食
最近的研究表明，低碳水化合物、充足的蛋白質和高脂肪的“生酮飲食（Ketogenic diet，KD）”在重塑腸道微生物組的組成中的發揮作用，從而促進對各種CNS疾病的保護[80]。KD富集特定腸道菌群、KD治療癲癇的臨床及臨床前應用，詳見表1[81-86]。
表1
生酮飲食富集特定腸道菌群、生酮飲食治療癲癇的臨床及臨床前應用
7.5 中鏈甘油三酯飲食
中鏈甘油三酯（Medium chain triglyceride，MCT）飲食可治療癲癇，其核心機制是由中鏈脂肪酸（特別是癸酸）所介導。不同于經典KD，供能占比小很多（45%），從而允許攝入更多碳水化合物；除了MCT代謝生成的中鏈脂肪酸和酮體可為腦細胞供能以外，癸酸可直接抑制癲癇中的關鍵神經受體（AMPA受體）從而改善癲癇，還能與轉錄因子過氧化物酶增殖體激活受體γ（PPARγ）結合來促進線粒體生物合成，改善大腦能量代謝[87]。
7.6 糞便菌群移植
糞便菌群移植（Fecal flora transplantation，FMT）是一種有前景的治療策略，重塑腸道微生物群激發了癲癇新治療方法。最近，它被認為是克羅恩氏病（Crohn disease，CD）和某些神經系統疾病的治療方法。FMT已被證明在撤回ASMs后具有預防癲癇發作復發的功效[88]。對于癲癇，一些研究表明FMT具有有益作用[89]。GF小鼠FMT，occludin和claudin-5（參與BBB通透性的另一種緊密連接蛋白）表達增加，BBB通透性降低。GF母親的胎鼠顯示出更通透的BBB，表明自妊娠以來存在MGB通訊。在Wistar和WAG/Rij大鼠的FMT均顯著減少了癲癇發作的次數和持續時間。組織學結果表明，WAG/Rij大鼠的特征是在癲癇發作之前的1個月大時腸絨毛破裂和炎性浸潤。FMT能部分恢復腸道形態，同時還能顯著改變GM并相應地減少失神發作。該結果首次證明GM被修飾有助于改善遺傳動物模型的失神癲癇的發作，其操作可能可以作為失神發作管理的合適治療靶點[90]。
7.7 抗癲癇發作藥物
大多數ASMs通過對離子通道和神經遞質的影響而作用于神經元傳遞。但是，ASM也可以通過GM來斷言其作用[26]。唑尼沙胺和氯硝西泮由微生物群代謝，抗菌藥可改變其代謝產物的水平[91]。研究表明早期給藥的抗癲癇作用更強。
8 小結與展望
迄今為止，已有臨床及臨床前研究證明GM與癲癇存在相互影響，但是二者之間相互作用的潛在機制尚待闡明。以GM為靶點聯合用藥治療耐藥性癲癇具有很大潛力。然而，不同人群的GM組成并不相同，影響耐藥性癲癇形成及預后的因素眾多，缺乏標準化使實驗數據難以得到。未來需要更多的研究以明確缺乏特定GM是否是癲癇形成的病因及維持因素，探索特定微生物制劑能否成為癲癇的新型治療方式。
癲癇是一類與多種病因及危險因素相關的、且具有高遺傳性的疾病，約30%～40%的癲癇患者為耐藥性癲癇，60%的癲癇發作為特發性的，因此對于癲癇的致病機制及耐藥性癲癇的有效治療有待進一步探索。目前抗癲癇藥物已有25種以上，但僅對高收入國家的66%個體有效。近年來，越來越多的研究探索腸道菌群與中樞神經系統（Central nervous system，CNS）疾病之間的潛在聯系，微生物組通過代謝物、神經遞質和炎癥因子調節CNS，而CNS又通過迷走神經或激素軸調節腸道微生物組。腸道微生物組和CNS之間的相互作用被稱為腸道微生物-腦軸。腸道菌群（Gut microbiota, GM）在血腦屏障的形成、髓鞘形成、神經發生和小膠質細胞成熟等基本神經發生過程中發揮作用，并調節動物行為的許多方面。然而GM對癲癇的治療的潛在機制尚不清楚，GM失調與癲癇之間的聯系有待進一步研究，我們在此全面概述了GM在癲癇發生發展及預后的潛在機制以及在其他疾病治療上的潛在作用，進而揭示以GM為靶點的耐藥性癲癇的聯合治療機制與策略。
1 腸道菌群
1.1 腸道菌群概述
胃腸道擁有著一個巨大的微生物系統，容納著數萬億個微生物細胞。人類糞便微生物群中有900萬個微生物基因。性別、年齡、飲食、抗菌藥物、糞便濃度、免疫抑制劑藥物等已被證明對腸道微生物群有很大影響。腸道微生物區系（即駐留在腸道內的數萬億個微生物）和微生物群（即微生物區系的遺傳物質）在維持體內平衡和調節幾乎所有主要身體系統（包括CNS）方面都發揮了作用。
雖然細菌是腸道內最豐富和研究最透徹的微生物，但它也宿主大量的古細菌、酵母菌、單細胞真核生物、蠕蟲寄生蟲和病毒，包括噬菌體[1]。 有研究認為GM的定植主要發生在嬰兒分娩過程中接觸到母親的微生物區系時[2]。母親在妊娠期時在腸道主要為放線菌，陰道為乳酸桿菌，在出生后1歲時腸道內主要為雙歧桿菌、腸球菌、埃希/志賀菌、鏈球菌、多形桿菌、羅思氏菌，1～3歲時腸道內主要為梭狀芽胞桿菌、瘤胃球菌、韋榮氏菌、羅氏菌、Akk菌、Alistipes、真細菌、普氏菌。3歲至成年腸道內主要為擬桿菌及厚壁菌，大于65歲后腸道內主要為變形菌、多形菌、Alistipes、Parabacteroides[3]。
1.2 腸道菌群的作用
鑒于GM對人體有著復雜的網絡調節，因此對于某種疾病，基于微生物群聯合單一用藥可能會導致更好的預后，已有研究證明了某些微生物能增強免疫治療的療效[4]。微生物混合物聯合使用，可能有利于改善疾病的預后。
臨床前研究表明微生物代謝產生的三甲胺的靶向分子抑制物可能具有抗動脈粥樣硬化作用[5]；脆弱類桿菌可以改善腸道生物失調，恢復粘膜屏障的完整性，減少行為異常，同時顯著降低循環4-乙基苯基硫酸鹽（4-Ethyl phenyl sulfate，4EPS）水平[6]；從而改善自閉癥；雙歧桿菌可調節樹突狀細胞的激活，進而有助于改善腫瘤特異性CD8+T細胞的效應[7]。將脆弱芽孢桿菌引入對細胞毒T淋巴細胞相關蛋白4（Cytotoxic T-lymphocyte-associated protein4，CTLA-4）單抗治療沒有反應的無菌腫瘤小鼠模型中，小鼠預后發生明顯改善[8]；酪乳桿菌ATCC 334菌株產生鐵色素，已被證明通過c-jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）途徑介導的細胞凋亡來抑制結腸癌的進展[9]；在實驗小鼠模型上，定植大腸桿菌可改善小鼠肥胖癥狀[10]；幼年益生菌補充劑可合成和釋放胰高血糖素樣肽1，刺激上皮細胞分泌胰島素[11-12]；腸-肌肉軸的潛在機制為：對蛋白質、能量、脂肪及葡萄糖代謝、炎癥水平、神經肌肉接頭及線粒體功能的調節；腸道菌群與肌肉有關聯[13]。功能性便秘（Functional constipation，FC）和異常的GM有關。GM的組成和代謝功能可以影響多種重金屬（Heavy metal，HM）不同作用機制的毒性和積累，如通過化學修飾、形成復合體、轉運、沉淀等機制來解毒HM[14]。GM代謝產物和成分[短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFA）、琥珀酸、色氨酸代謝物、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、支鏈脂肪酸（Branched fatty acid，BCAA）、膽汁酸等]可調節激素分泌和免疫系統以及直接作用于下丘腦神經元，以影響食欲；GM蛋白ClpB可作為α-黑素細胞刺激素模擬物，通過直接或間接機制來抑制食欲[15]。GM與衰老密切相關，許多神經系統疾病發生在老年人身上，從而可以研究GM可能會導致神經系統疾病[16]。服用特定細菌菌株(瑞士乳桿菌IDCC3801)在認知疲勞測試中的表現有所改善[17]。產生白細胞介素-10（Interleukin-10，IL-10）的CD4 T細胞在腸道微生物群的免疫調節作用中十分重要[18]。GM亦可促進T細胞擴增[19-20]。
1.3 分析腸道菌群的方法
分析菌群的方法包括：① 特定生物標志物測序：如16S核糖體RNA基因或內轉錄間隔區測序，成本較低，半定量，能鑒別到屬，個別案例可到種水平，短讀長可能造成精確分類上的困難；② 宏基因組分析：具有鑒定到菌株水平的能力，定量，允許帶通路測序的功能注釋，較為昂貴，可能只覆蓋到更復雜生命集合體中很淺的一部分；③ 宏轉錄組測序（RNA測序）：高表達的基因比起其他更容易被檢測到，可以去除人轉錄組，需要對新鮮或速凍腸道樣本進行快速保存或處理；④ 宏蛋白組：液相或氣相色譜-質譜聯用，主要檢測一些優質蛋白，不能去除宿主自身的蛋白；⑤ 代謝組：液相或氣相色譜-質譜-核磁共振連用，半定量，可定向檢測，也可以檢測不相關的物質，檢測依賴于平臺和數據庫的代謝產物，檢測到的代謝產物可能來源于微生物、飲食或宿主。
2 腦腸軸
2.1 腸道菌群對中樞神經系統影響的臨床前研究
微生物組通過代謝物、神經遞質和炎癥因子調節CNS。而CNS又通過迷走神經或激素軸調節腸道微生物組。GM和CNS之間的相互作用被稱為微生物群-腦-腸軸。GM在血腦屏障（Blood brain barrier，BBB）的形成、髓鞘形成、神經發育和小膠質細胞成熟等基本神經發生過程中發揮作用。在血腦屏障中無菌生長小鼠(Germ free，GF)緊密連接蛋白（Occludin）、供緊密連接蛋白-5（Claudin-5，CLN5)降低，無特定病原體級動物（Specific pathogen free，SPF）Occludin、Claudin-5、Zo-1增高；在神經形成中， GF小鼠海馬（Hippocampus，HPC）神經形成及HPC、雙側杏仁核(amygdala，AMYG)體積增加，SPF與抗生素處理SPF相比，后者自Ly6Chi單核細胞而來的HPC神經形成降低，可通過益生菌恢復；GF小鼠海馬錐體神經元上的突觸連接減少了32%，表明腸道微生物群對于杏仁核和海馬的正常形態是必要的[21]。細菌細胞壁成分也會影響后代：前列腺素（Prostaglandin，PG）可以穿過胎盤到達胎兒大腦，在那里它通過增加叉頭蛋白G1(Forkhead box G1，FOXG1)的表達來誘導額葉皮質神經元的增殖，FOXG1是前腦發育和神經發生的關鍵調節因子。產前暴露于PG的后代表現出認知功能下降[22]。在抗生素處理或無菌小鼠的實驗表明前額皮質髓鞘相關轉錄本增加，但其他大腦區域沒有增加。GF小鼠有絲分裂原激活蛋白（Mitogen-activating protein，MAP）激酶信號激活大腦前額葉皮層(Prefrontal cortex，PFC)髓鞘調節因子（Myelin regulatory factor，MYRF），PFC髓鞘形成增加,菌群定殖后無法恢復[23]。
雙歧桿菌和乳酸桿菌的代謝產物與GABA合成增加有關。脆弱桿菌治療降低了腸道屏障的通透性，降低了潛在致病代謝物的濃度[6]。通過降低了4-乙基苯基硫酸鹽（4-ethyl phenyl sulfate，4-EPS）水平，降低了焦慮樣行為及重復性行為、增加了溝通交流。擬桿菌屬是人類免疫系統免疫調節的關鍵參與者，可能在癲癇發作調節中發揮作用，細菌脆弱擬桿菌通過莢膜多糖A（Capsular polysaccharide A，PSA）的免疫調節作用影響CD4+T細胞發育，調節T輔助細胞（T helper cell，Th1/Th2）的免疫平衡，并激活免疫調節IL-10（僅在FOXP3+調節性T細胞群中）[24]；還可調節樹突狀細胞中IL-6和IL-17的分泌，這一過程與癲癇發作嚴重程度相關；并產生SCFA[25]消化和代謝高脂肪食物[26]。一些梭狀芽孢桿菌簇發揮相同的作用，但機制不確定［通常依賴于髓樣分化因子（MyD88）或獨立于三角狀五肽重復蛋白（Pentatricopeptide repeat，PPR）］ [27]。壁菌門（如乳酸桿菌科）和擬桿菌門（如瑞克內菌科和卟啉單胞菌科）可以通過與先天性免疫系統相互作用來治療一些自身免疫性疾病。厚壁菌門[28]、普雷沃菌可產生大量SCFA，可調節腦功能。羅伊氏乳桿菌使催產素增加、調節神經可塑性、增加社會行為及催產素神經元。鼠李糖乳桿菌使小鼠中腦緣結構中GABA B1b和GABA Aα2的mRNA表達受到抑制[29]、使GABA增加，通過影響迷走神經，降低壓力響應及焦慮和抑郁樣行為、增加腸系膜神經放電。長雙歧桿菌NCC3001增加腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）水平，通過迷走神經途徑降低焦慮樣行為和抑郁行為以及降低腸神經系統神經元的興奮性[30]。小鼠中分段絲狀細菌（Segmented filamentous bacteria，SFB）的定植誘導Th17的積累，也誘導Th1細胞的增加，Th17在穩態條件下對病原體細菌具有防御作用[31]。
2.2 腸道微生物區系調節腦腸軸的途徑
2.2.1 化學信號途徑
產生神經活性物質［如GABA、去甲腎上腺素和多巴胺、5-羥色胺等神經遞質，酪胺和色氨等氨基酸和短鏈脂肪酸等微生物代謝產物，P物質、降鈣素基因相關肽、神經肽Y（Neuropeptide Y，NPY）、血管活性腸多肽（Vasoactive intestinal peptide，VIP)等神經肽］，不同菌群產生不同神經遞質[32]， SCFA在小膠質細胞成熟、腸神經元刺激自主神經系統、調節BBB通透性[33]，以及在應激反應等神經生理功能上發揮至關重要的作用：產生乙酸，從而提高副交感神經系統以及增加生長素分泌；SACF可增加腸上皮細胞（Intestinal epithelial cell，IEC）連接密度，引發腸內缺氧環境，導致HIF1基因表達增加，而HIF1基因表達增加又可影響IEC代謝及屏障、增加IEF連接密度、及引發炎癥；SCFA也可通過mTOR通路影響IL-22基因表達從而引發炎癥；SCFA還可通過其他方式增加IEC連接密度[34]。GF小鼠皮質（Cortex，COR）、AMYG及HPC的BDNF、AMYG的NR2B基因表達降低，突觸素、重組人突觸后密度蛋白95（Recombinant human postsynaptic density protein-95，PSD-95）增加。產生葡萄糖，從而增加外周傳入神經信號[35]。這些代謝物可通過門脈循環與宿主免疫系統相互作用，影響代謝以及腸神經系統和迷走神經傳入通路。
2.2.2 免疫系統途徑
小膠質細胞和系統性細胞因子途徑［通過免疫系統激活，例如，GM刺激巨噬細胞和T細胞釋放炎性細胞因子和趨化因子—IL-1β和腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF-α）[36]，介導外周炎癥的促興奮作用］，腸道細菌可控制和改變免疫細胞的分化和功能，GF小鼠顯示免疫異常、抗體應答受損、淋巴發育失敗、T和B細胞群減少和細胞因子生成減少，GF小鼠小膠質細胞不成熟期基因表達免疫響應性降低，可通過菌群定殖和攝入短鏈脂肪酸恢復[37]。
2.2.3 神經途徑
菌群及其代謝物能作用于迷走神經、腸神經系統（腸道神經系統隨著年齡的增長而退化，從成年開始，肌間神經叢和粘膜下神經叢中的膽堿能神經以及腸神經膠質細胞均丟失）和脊神經，影響大腦行為。
2.2.4 其他途徑
下丘腦垂體腎上腺軸：臨床前研究表明該系統具有促進癲癇發生的作用。內分泌途徑[38]；內源性大麻素系統（Endogenous cannabinoid system，ECS）。由于老年人腸神經系統的退化，通過腸道菌群療法對神經系統疾病的輔助治療作用可能會減弱。微生物代謝物可以在局部和全身發揮關鍵作用，對宿主代謝和許多器官的基因表達產生動態影響[39]。
2.3 微生物群-腸-腦軸紊亂導致神經精神疾病
微生物群-腸-腦（Microbiota gut brain，MGB）軸紊亂可能對多發性硬化的血腦屏障產生重要影響。無菌小鼠血腦屏障通透性增加，而血腦屏障完整性降低可能導致免疫細胞和細菌成分移位到大腦（多發性硬化的主要標志之一就是血腦屏障的完整性缺失）[40]；還可能是自閉癥[41]、帕金森[42, 43]、阿爾茨海默病（橫斷面研究發現，與健康個體相比，阿爾茨海默病患者糞便樣本中與介導炎癥相關的埃希氏菌和志賀氏菌細菌類群增加）[44]、腦卒中（腸道微生物群可能通過調節腸道向大腦運輸T細胞來影響腦卒中后神經炎癥的程度。給予特定的細菌菌株—丁酸梭菌，在腦缺血再灌注損傷的動物模型中具有神經保護作用[45-46]）和腦損傷[47]、癲癇、肌萎縮性脊髓側索硬化癥[40]和亨廷頓舞蹈癥、神經退行性疾病等神經系統疾病的易感因素。無菌小鼠等嚙齒動物模型研究表明，菌群影響抑郁、焦慮、自閉癥和早期神經發育[48]。通過MGB軸可以探索神經系統疾病以及精神疾病新的病因及治療手段，從而改善患者預后。
3 癲癇
癲癇有局灶性癲癇及非局灶性癲癇。局灶性癲癇的主要原因是腦結構的異常，越來越多研究發現非局灶性癲癇的原因可能與遺傳性和新生基因突變相關[43-47]。CNS炎癥（伴或不伴BBB完整性）已被確定為癲癇發作生理病理學的主要因素。老年人大多數癲癇發作為局灶性發作，通常不符合典型表現[49]。在年輕人大多為顳葉癲癇發作導致癲癇的原因不一定僅是致癇網絡興奮增加或抑制喪失；在某些情況下，如失神性癲癇發作[50-51]或未成熟腦中的邊緣性癲癇，抑制的異常增加也可能致癇。
對于癲癇的治療方法有：抗癲癇藥物、手術、激光間質熱療法、免疫抑制治療［自身免疫性癲癇對常規抗癲癇發作藥物（Anti-seizure medications，ASMs）反應不佳］、神經調節方法（例如，反應性神經刺激和腦深部電刺激）。研究發現，許多神經生物學過程為癲癇的治療靶點[51-52]。這些過程包括神經退行性蛋白（如人tau蛋白和β淀粉樣蛋白）蓄積、神經發生、促炎癥過程（如白介素1β、轉化生長因子β和激活素受體樣激酶）、神經元電壓和配體門控離子通道變化、神經遞質釋放或攝取以及細胞內信號級聯［如腦源性神經營養因子和原肌球蛋白受體激酶，雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路的機制靶點、腺苷/腺苷激酶和小膠質細胞活化］。
4 癲癇患者腸道菌群失衡
癲癇與自身免疫性疾病有著密切關系，60%的癲癇病例的病因是特發性的，提示GM可能在癲癇的病因中起一定作用。研究發現癲癇患者中厚壁菌門、變形菌門、疣微菌門和梭桿菌門增加，擬桿菌門和放線菌門減少[53]。癲癇患者變形菌門中的彎曲桿菌、Delftia、嗜血桿菌、Lautropia、奈瑟菌顯著高于健康志愿者，在10.6%的癲癇患者中檢測到梭桿菌門，但在健康志愿者組中未檢測到。發現梭桿菌門的屬為Leptotrichia和Fusobacterium。該研究發現自身免疫機制和炎癥可能在癲癇的病因學中發揮作用[54]。Cronobacter在癲癇嬰兒中占主導地位，在健康嬰兒中都保持在低水平。健康嬰兒擬桿菌顯著增加，其中普氏菌和雙歧桿菌數量也增加并不斷增加。
有研究發現耐藥性癲癇患者微生物群落豐富度及稀有菌群的豐度異常增加，而藥物敏感性癲癇的腸道微生物組成與健康對照組相似。每年4次或4次以下癲癇發作患者的α-多樣性與HC相似而4次以上癲癇發作患者表現出明顯更高的α-多樣性，與每年發作4次以上的患者相比，每年發作4次或很少發作的患者顯示雙歧桿菌和乳桿菌增加。
5 腸道菌群在癲癇形成及進展中的作用
癲癇發作是由于興奮-抑制平衡失衡，腸-腦軸中神經遞質（如GABA和血清素）的產生減少有助于增加大腦中的谷氨酸能活性、GABA減少導致癲癇發作的閾值降低，導致癲癇發作。幾種過度表達的菌群已被證明與神經遞質相關。腸道細菌負責產生各種可以改變興奮-抑制平衡的物質，這些包括細胞因子、作為神經調質的代謝物，例如短鏈脂肪酸、GABA和血清素前體。在生態失調的情況下，可能會發生癲癇發作增多的改變。
5.1 短鏈脂肪酸與炎癥
SCFA的減少會改變血腦屏障，允許毒素和炎性細胞因子進入[55]。由于各種因素（例如微生物群改變和屏障通透性增加）導致的炎癥狀態上調可導致外周免疫應答激活，通過神經元或體液途徑增加細胞因子/趨化因子信號，可能觸發CNS中的炎癥反應；這可能通過降低癲癇發作閾值對癲癇發作易感性有一過性或長期影響[56-58]。癲癇發作與促炎細胞因子（如IL-6和IL-1β）水平升高之間存在顯著關聯，并且已充分證實細胞因子是驅動和調節人Th17應答的關鍵[59]。
5.2 藥物代謝途徑
另一方面，腸道微生物組可以通過各種直接和間接機制影響藥物代謝，從而改變藥物的吸收、生物利用度和療效。藥物通過微生物的直接作用或宿主-微生物的共代謝作用轉化為具有生物活性、無活性或毒性的代謝物。這些代謝物可能是藥物的抗癲癇作用的原因[60]。研究發現飲食和微生物群的抗癲癇作用與海馬體中大量GABA含量的升高有關。需要進一步的研究來確定其他大腦區域是否也受到類似影響，以及GABA是否特別定位于神經元突觸或細胞內囊泡也受到腸道微生物群的調節。有研究表明無菌癲癇小鼠模型關鍵腦區的突觸發生變化[61]。
5.3 轉運蛋白的合成和代謝途徑
腸道菌群失調可能參與了耐藥性癲癇的發病機制[62]。耐藥組（Drug resistance，DR）組與ATP結合盒（ATP binding cassette，ABC）轉運蛋白相關的代謝途徑升高，ABC轉運蛋白在耐藥性癲癇患者中具有顯著活性，ABC轉運蛋白（如P糖蛋白和多藥耐藥相關蛋白）依靠三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）分解不斷將藥物泵出細胞，從而抵抗藥物的濃度梯度。同時，葡萄糖和脂質相關代謝途徑均下調。瘤胃球菌與N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartic acid，NAA)水平較低（癲癇患者中神經元健康的標志物）、5-羥色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）水平降低以及ABC轉運蛋白合成和代謝受損相關。微生物群落的改變可能通過損害轉運蛋白的合成和代謝參與耐藥性癲癇的發病機制[63]。此外，瘤胃球菌與谷氨酸和谷氨酰胺呈正相關，與癲癇的致病機制密切相關[64]。
6 腸道菌群作為疾病預防與治療中的潛在靶點
隨著研究的深入，GM對疾病的干預作用逐漸被大家意識到。GM具有遺傳多樣性，是決定疾病發生發展、藥物治療效果的重要因素。GM是開發抗疲勞食品的潛在靶點[65]；菌群-宿主互作在肝性腦病（Hepatic encephalopathy，HE）發病機制中具有重要作用[66]；對于兒童Ⅰ型糖尿病(Type 1diabetes，T1D)的一級預防，可以通過腸道菌群干預，降低T1D的發生率[67]；預防某些病毒性疾病[68]；減輕肝臟脂肪堆積[69]；改善自閉癥患者消化道癥狀及神經系統癥狀[70]；基于微生物組的治療方法，可以降低敗血癥風險并改善敗血癥結果[71]；在一項試點研究中，一種多菌種益生菌(包含乳桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌，每天給藥兩次，持續2個月)逆轉了微生物區系的變化，并被證明具有抗炎特性[72]。
7 調節腸道菌群來改善癲癇
7.1 益生菌和益生元
益生元、益生菌和糞菌移植旨在增加潛在有益微生物類群豐度，其他微生物組療法還包括后生元（如短鏈脂肪酸）和吸附劑［可吸收腸道不良物質如LPS（細菌脂多糖）］；個體化的菌群干預是目前的一大研究方向。研究評估了益生菌混合物對癲癇發作、認知功能和GABA、一氧化氮（NO）、丙二醛（Malonaldehyde，MDA）和總抗氧化能力水平的影響。戊四唑（Pentylenetetrazol，PTZ）誘導點燃大鼠的腦組織，Racine評分和在水迷宮中的表現分別被認為是癲癇嚴重程度和空間學習記憶的指標。益生菌補充劑大大降低了癲癇發作的嚴重程度和空間學習和記憶。干預降低了NO和MDA，并增加了大腦的總抗氧化能力濃度，增加了GABA。研究表明益生菌對癲癇引起的神經系統疾病有積極作用[73]。將生酮飲食延長3個月可能導致微生態失調，損害腸道健康[74]。建議使用益生元或益生菌治療，以重建腸道菌群和腸道穩態。
7.2 抗生素對癲癇發生的影響
7.2.1 抗生素對腸道菌群治療癲癇的潛在有益影響
抗生素治療可能會通過減少致病菌群、腸腦相互作用和降低癲癇發作頻率產生短期影響[75]。
7.2.2 抗生素增加癲癇發生風險
對成年小鼠的長期抗生素治療足以導致成年小鼠海馬中神經發生的減少，并導致識別功能的缺陷。經抗生素處理的動物腦內CD45+CD11b+Ly-6chiCCR2+單核細胞數量減少，CCR2敲除的動物，以及Ly-6chi-單核細胞耗盡的動物，顯示出海馬神經發生減少[76]。幾項臨床研究報告抗生素治療增加了癲癇患者癲癇持續狀態或癥狀性癲癇發作的風險[77]。孕期使用抗生素或可對母體或胎兒菌群產生直接影響，增加兒童發生癲癇風險[78]。
7.3 飲食調控
一系列膳食補充劑和飲食限制對多種神經系統疾病有明顯影響；飲食調控可能通過影響代謝-表觀遺傳-免疫循環來改善大腦健康，此循環網絡或可成為飲食干預改善神經系統疾病的靶點。已有的大量證據表明，飲食營養有助于預防和補救各種病理條件下的神經癥狀[79]。
7.4 生酮飲食
最近的研究表明，低碳水化合物、充足的蛋白質和高脂肪的“生酮飲食（Ketogenic diet，KD）”在重塑腸道微生物組的組成中的發揮作用，從而促進對各種CNS疾病的保護[80]。KD富集特定腸道菌群、KD治療癲癇的臨床及臨床前應用，詳見表1[81-86]。
表1
生酮飲食富集特定腸道菌群、生酮飲食治療癲癇的臨床及臨床前應用
7.5 中鏈甘油三酯飲食
中鏈甘油三酯（Medium chain triglyceride，MCT）飲食可治療癲癇，其核心機制是由中鏈脂肪酸（特別是癸酸）所介導。不同于經典KD，供能占比小很多（45%），從而允許攝入更多碳水化合物；除了MCT代謝生成的中鏈脂肪酸和酮體可為腦細胞供能以外，癸酸可直接抑制癲癇中的關鍵神經受體（AMPA受體）從而改善癲癇，還能與轉錄因子過氧化物酶增殖體激活受體γ（PPARγ）結合來促進線粒體生物合成，改善大腦能量代謝[87]。
7.6 糞便菌群移植
糞便菌群移植（Fecal flora transplantation，FMT）是一種有前景的治療策略，重塑腸道微生物群激發了癲癇新治療方法。最近，它被認為是克羅恩氏病（Crohn disease，CD）和某些神經系統疾病的治療方法。FMT已被證明在撤回ASMs后具有預防癲癇發作復發的功效[88]。對于癲癇，一些研究表明FMT具有有益作用[89]。GF小鼠FMT，occludin和claudin-5（參與BBB通透性的另一種緊密連接蛋白）表達增加，BBB通透性降低。GF母親的胎鼠顯示出更通透的BBB，表明自妊娠以來存在MGB通訊。在Wistar和WAG/Rij大鼠的FMT均顯著減少了癲癇發作的次數和持續時間。組織學結果表明，WAG/Rij大鼠的特征是在癲癇發作之前的1個月大時腸絨毛破裂和炎性浸潤。FMT能部分恢復腸道形態，同時還能顯著改變GM并相應地減少失神發作。該結果首次證明GM被修飾有助于改善遺傳動物模型的失神癲癇的發作，其操作可能可以作為失神發作管理的合適治療靶點[90]。
7.7 抗癲癇發作藥物
大多數ASMs通過對離子通道和神經遞質的影響而作用于神經元傳遞。但是，ASM也可以通過GM來斷言其作用[26]。唑尼沙胺和氯硝西泮由微生物群代謝，抗菌藥可改變其代謝產物的水平[91]。研究表明早期給藥的抗癲癇作用更強。
8 小結與展望
迄今為止，已有臨床及臨床前研究證明GM與癲癇存在相互影響，但是二者之間相互作用的潛在機制尚待闡明。以GM為靶點聯合用藥治療耐藥性癲癇具有很大潛力。然而，不同人群的GM組成并不相同，影響耐藥性癲癇形成及預后的因素眾多，缺乏標準化使實驗數據難以得到。未來需要更多的研究以明確缺乏特定GM是否是癲癇形成的病因及維持因素，探索特定微生物制劑能否成為癲癇的新型治療方式。
