克利夫兰诊所的研究人员正在利用人工智能（AI）研究肠道微生物组与阿尔茨海默病之间的联系。先前的研究表明，随着阿尔茨海默病的进展，肠道细菌会发生变化。这项研究描述了一种计算方法，用于识别细菌代谢物和细胞受体之间的相互作用及其对阿尔茨海默病的贡献。阿尔茨海默病患者的肠道细菌在疾病进展中会发生变化。最近发表在《细胞报告》（Cell Reports）上的一项研究提出了一种计算方法，用于确定细菌代谢物（副产物）如何与细胞受体相互作用，以及这些相互作用如何促进阿尔茨海默病的发展。克利夫兰诊所基因组中心的首席主任程飞雄博士与罗鲁沃脑健康中心和微生物组与人类健康中心（CMHH）紧密合作进行这项研究。该研究根据代谢物和受体相互作用的可能性以及对阿尔茨海默病的潜在影响进行排名。
阿尔茨海默病是一种与代谢物相关的疾病，已被广泛研究。收集到的信息被认为是理解与代谢物相关的疾病的最全面指南之一。当细菌分解我们所消耗的食物时，它们会释放代谢物进入我们的身体。这些代谢物随后会影响我们的细胞，通过影响细胞过程来促进或损害我们的健康。代谢物不仅与阿尔茨海默病相关，还与心脏病、不孕症、各种癌症、自身免疫疾病和过敏等有关。寻找防止代谢物与我们细胞之间有害相互作用的方法，可能有助于对抗这些疾病。因此，研究人员正积极开发能够靶向和减轻这些相互作用的药物。
一些研究人员试图阻止代谢物与细胞表面的受体结合。这并不容易，因为需要大量信息来找到合适的受体。
程博士，基因组医学工作人员的一员表示：“肠道代谢物对我们身体中的许多过程非常重要，每个过程都有一个特定的受体。问题在于有成千上万的受体和代谢物，因此找出哪个代谢物与哪个受体对应一直很困难且成本高昂。这就是我们决定使用AI的原因。”程博士的团队希望看看是否已有的方法会有效。人类身体中含有具有既定安全性特征的肠道代谢物，可能用于预防或治疗如阿尔茨海默病等复杂疾病。程博士实验室的博士后研究员裘云光博士，领导了一个团队，包括J. Mark Brown博士、James Leverenz医学博士和神经心理学家Jessica Caldwell博士，该团队在克利夫兰诊所的罗鲁沃脑健康中心以及克利夫兰阿尔茨海默病研究中心工作，而Caldwell博士是克利夫兰诊所内华达州女性阿尔茨海默病运动预防中心的主任。
研究团队利用机器学习这类人工智能技术，审查了超过1.09百万个潜在的代谢物-受体对，并预测每个相互作用对阿尔茨海默病的影响概率。
分析涉及：
- 来自人类和临床前阿尔茨海默病研究的遗传和蛋白质组数据
- 各种受体（蛋白质结构）和代谢物形状
- 不同代谢物对患者来源的脑细胞的影响
团队仔细审查了对阿尔茨海默病影响可能性最高的代谢物-受体对。
通过检查患者的脑细胞可检测到阿尔茨海默病。一种被称为阿根廷（agmatine）的保护性代谢物被认为能够保护脑细胞免受炎症和相关损害，是该研究的重点。研究表明，在阿尔茨海默病中，阿根廷最有可能与一种叫做CA3R的受体相互作用。
当阿尔茨海默病受影响的神经元接受阿根廷处理时，CA3R的水平降低，表明代谢物和受体之间有相互影响。此外，处理过的神经元显示出磷酸化tau蛋白的水平较低，而磷酸化tau蛋白是阿尔茨海默病的一个标志。
程博士解释说，这些实验演示了他团队的AI算法的潜力。算法有可能为阿尔茨海默病以外的各种疾病打开新的研究领域。“我们关注阿尔茨海默病，但代谢物与受体之间的相互作用与几乎所有涉及肠道微生物的疾病相关，”他解释道。“我们旨在建立一个基础，以利用我们的技术推动与代谢物相关的疾病和人类健康的整个领域。”程博士和他的团队目前正在努力改进和利用这些人工智能技术，以探讨遗传和环境因素（例如饮食和肠道代谢物）与人类健康和疾病之间的关系，包括阿尔茨海默病和其他情况。该研究得到了国家神经疾病和中风研究所以及美国国立衰老研究所的支持。程博士实验室的博士后研究员裘云光是该研究的第一作者。
