《IBRO Neuroscience Reports》：Elevated serum trimethylamine N-oxide (TMAO) and trimethyllysine in patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS): An exploratory case–control study
编辑推荐：
本研究针对肌萎缩侧索硬化（ALS）患者体内肠道菌群代谢物TMAO及其相关化合物的变化规律尚未明确的问题，通过靶向LC-MS/MS技术对撒丁岛ALS队列进行检测。研究发现ALS患者血清TMAO水平显著升高（27.9 vs. 4.0 μmol/L，P<0.05），且TML浓度同步上升，提示三甲基铵化合物代谢异常可能与ALS病理机制相关，为探索微生物-肠-脑轴在神经退行性疾病中的作用提供了新视角。
在神经退行性疾病研究领域，肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）始终是医学界面临的重大挑战。这种疾病以进行性运动神经元退化为特征，患者通常在中老年时期出现肌肉萎缩、无力等症状，最终因呼吸衰竭导致死亡，中位生存期仅约三年。尽管已知C9orf72、SOD1等基因突变与部分病例相关，但超过90%的ALS病例为散发性，其发病机制涉及遗传、环境、代谢等多因素复杂交互作用。近年来，肠道微生物代谢产物与神经系统疾病的关联逐渐受到关注，其中氧化三甲胺（Trimethylamine N-oxide，TMAO）作为肠道菌群代谢胆碱、肉碱等物质产生的化合物，在心血管疾病和认知障碍中的作用已被证实，但其在ALS中的变化规律和临床意义尚不明确。
值得注意的是，此前中国的一项大规模病例对照研究曾报告ALS患者血浆TMAO水平显著降低，这一发现与TMAO在其他神经退行性疾病中通常升高的模式形成鲜明对比。为了澄清这一科学争议，由Salvatore Sotgia领衔的研究团队在《IBRO Neuroscience Reports》上发表了最新研究成果，通过对意大利撒丁岛地区ALS患者群体的深入分析，揭示了TMAO代谢在ALS中出人意料的变化模式。
研究人员采用横断面病例对照设计，招募了12名经修订版El Escorial标准确诊的ALS患者和8名年龄、性别匹配的健康对照者。所有参与者均来自撒丁岛西南部的苏尔奇斯-伊格莱辛特地区，在2023年12月至2024年4月期间通过卡利亚里大学ALS三级转诊中心纳入研究。团队通过靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术对血清中TMAO及其相关化合物进行精确定量，包括三甲基赖氨酸（TML）、胆碱（CHOL）、肉碱（CAR）、甜菜碱（TMG）、γ-丁酰甜菜碱（gBB）和麦角硫因（ERT）等。
研究结果
血清TMAO水平显著升高
数据分析显示，ALS患者血清TMAO中位浓度达到27.91 μmol/L，显著高于健康对照组的3.99 μmol/L（P=0.0096）。尤其值得注意的是，ALS组个体间差异极大，浓度范围从2.4到125.0 μmol/L，而对照组仅为1.1-20.3 μmol/L。唯一未接受乙酰左旋肉碱（ALCAR）补充治疗的患者TMAO浓度为4.70 μmol/L，处于对照组范围内，提示ALCAR可能是影响TMAO水平的重要因素。
TML浓度同步上升
TML作为肉碱生物合成途径的首个中间体，在ALS患者中也呈现显著升高（0.43 vs. 0.34 μmol/L，P=0.0096）。研究人员认为这可能反映了ALS特征性的神经源性肌肉分解代谢增强，导致肌肉蛋白中丰富的TML释放增加。
其他代谢物无显著差异
与TMAO和TML的明显变化形成对比的是，胆碱、肉碱、甜菜碱、麦角硫因和γ-丁酰甜菜碱在两组间均未显示统计学显著差异，表明三甲基铵化合物代谢改变具有特定性。
影响因素分析
进一步分析发现，11名（91.7%）ALS患者正在接受ALCAR补充治疗，而健康对照组均未使用任何肉碱类补充剂。ALCAR在体内可水解为肉碱，后者经肠道微生物代谢产生三甲胺（TMA），最终在肝脏中转化为TMAO。这一代谢通路为观察到的TMAO升高提供了合理解释。
研究结论与讨论
本研究首次在西方人群中发现ALS患者血清TMAO水平显著升高，这一结果与先前中国研究的报道截然相反。这种差异可能源于人群特异性、饮食结构、肠道菌群组成或治疗方案的差异。特别值得注意的是，撒丁岛ALS队列中普遍使用的ALCAR补充剂可能是导致TMAO升高的重要因素，因为肉碱正是微生物产生TMA的前体物质。
TMAO作为肠道菌群衍生代谢物，其生物学效应具有双重性。一方面，作为公认的尿毒症毒素，TMAO与氧化应激、内皮功能障碍和纤维化过程相关，可能通过促进心血管和肾脏并发症加重ALS病情。循证医学研究还发现高TMAO水平与认知衰退风险增加显著相关，其机制可能涉及炎症信号传导、内质网应激和突触功能障碍。另一方面，TMAO也被证实具有化学伴侣功能，能够稳定蛋白质构象，调节液-液相分离（LLPS），甚至抑制TDP-43等内在无序蛋白向不溶性纤维聚集体的转化，这在TDP-43蛋白病理占主导的ALS中可能发挥神经保护作用。
TML的升高则可能直接反映ALS的病理生理过程。作为肌肉蛋白质分解的产物，TML水平上升与神经源性肌肉萎缩的疾病特征相符。然而，下游代谢物gBB和肉碱未同步升高，提示在ALCAR外源补充背景下，内源性肉碱合成途径可能受到反馈抑制，导致TML积累。
研究的重要意义在于揭示了ALS代谢组学的复杂性，以及营养补充剂对代谢标志物研究的潜在影响。这些发现强调在未来ALS研究中，需要严格控制饮食和补充剂使用等混杂因素，并通过更大规模的纵向研究区分疾病本身与治疗干预对代谢谱的影响。此外，TMAO与TDP-43液-液相分离的相互作用机制，以及TMAO在ALS中的确切神经毒性或神经保护作用，都值得进一步探索。
尽管本研究因样本量有限而属于探索性质，但它为理解ALS中的微生物-肠-脑轴交互作用提供了新视角，强调了在神经退行性疾病研究中考虑个体化治疗和代谢背景的重要性。未来研究应结合膳食评估、肠道微生物组分析和多组学方法，深入阐明TMAO相关代谢物在ALS发病机制和疾病进展中的具体作用，为开发新的诊断生物标志物和治疗策略奠定基础。
