據(jù)WHO統(tǒng)計，抑郁癥已成世界范圍內(nèi)第四大疾病，影響著超過3.5億人的精神健康。目前針對抑郁癥發(fā)生的深層機制還未闡明，導致了治療率低和復發(fā)率高的臨床現(xiàn)狀。近幾年，一個涉及多維度的新研究領(lǐng)域——微生物群-腸-腦軸途徑已經(jīng)被證實可以控制認知功能和抑制行為，同時也被認為是抑郁癥的潛在調(diào)控途徑，但缺乏關(guān)于抑郁癥-腸道菌群的縱向研究去從時間進展維度證實其影響抑郁癥發(fā)生發(fā)展的內(nèi)在機制。

2022年5月，來自西班牙赫羅納Dr.Josep Trueta醫(yī)院等單位在Cell Metabolism（IF 27.287）上發(fā)表題為“Microbiota alterations in proline metabolism impactdepression”的文章。該研究采用縱向多隊列多組學聯(lián)合的方法策略，揭示了腸道微生物的功能變化（包括脯氨酸代謝在內(nèi)的多種代謝調(diào)控途徑），與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，并提示改善微生物組成和膳食脯氨酸可能會成為治療抑郁癥的新方向。

?研究材料

糞便、血漿、空腸上皮、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)

人群隊列：①IRONMET隊列，n=116（非抑郁癥n=44、輕度抑郁n=47和重度抑郁受試者n=25）；②IRONMET縱向隊列，n=70；③IMAGEOMICS隊列，n=919；INTESTINE隊列，n=28

動物模型：小鼠、果蠅

?技術(shù)路線

步驟1：宏基因組揭示腸道微生物組成及功能與抑郁評分的相關(guān)性；

步驟2：代謝組學揭示組氨酸、精氨酸及脯氨酸降解通路與抑郁癥相關(guān)；

步驟3：血漿脯氨酸水平取決于腸道微生物的組成和功能；

步驟4：轉(zhuǎn)錄組測序揭示高脯氨酸消耗的相關(guān)基因，并驗證脯氨酸與抑郁癥的相關(guān)性；

步驟5：腦鐵沉積和全腦功能動力學揭示抑郁癥和脯氨酸相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點的破壞；

步驟6：糞菌移植實驗證脯氨酸和神經(jīng)遞質(zhì)GABA的轉(zhuǎn)運與抑郁癥相關(guān)；

步驟7：關(guān)鍵轉(zhuǎn)運蛋白及菌群的功能驗證；

?研究結(jié)果

1. 宏基因組揭示腸道微生物組成及功能與抑郁評分的相關(guān)性

作者首先評估了菌群組成和功能的關(guān)系，對縱向發(fā)現(xiàn)隊列（IRONMET）的糞便樣本進行宏基因組分析。結(jié)果顯示，非抑郁受試者和抑郁受試者之間菌群組成在alpha和β多樣性中具有顯著差異。接著，對于每個分群的數(shù)據(jù)經(jīng)年齡、性別、體重指數(shù)(BMI)、受教育年限以及抗抑郁藥和焦慮藥物校正后，篩選出30種與PHQ-9評分顯著相關(guān)的菌種。其中，PHQ-9評分與副桿菌屬、氨基酸球菌屬呈正相關(guān)，與假長雙歧桿菌和毛螺菌科中產(chǎn)丁酸鹽的菌種呈負相關(guān)。縱向比較表明，較低水平的放線菌（雙歧桿菌屬和柯林斯菌）和毛螺菌以及較高水平的普雷沃氏菌和腸桿菌與1年后較高的PHQ-9評分有關(guān)。

在微生物的功能上，經(jīng)矯正后與PHQ-9評分顯著負相關(guān)的菌群功能涉及精氨酸、脯氨酸和組氨酸代謝通路。此外，谷氨酸代謝、谷氨酸能突觸和GABA能突觸與PHQ-9評分顯著相關(guān)。一些與PHQ-9評分具有強關(guān)聯(lián)的細菌也參與了TCA循環(huán)。溶質(zhì)載體家族6(SLC6)也與PHQ-9評分呈負相關(guān)。其中，SLC6主要編碼神經(jīng)遞質(zhì)（例如GABA、單胺、甘氨酸和脯氨酸）轉(zhuǎn)運蛋白，也編碼蛋白氨基酸、甜菜堿、?；撬岷图∷?，與GABA能突觸變化一致。

2.?代謝組學揭示組氨酸、精氨酸及脯氨酸降解通路與抑郁癥相關(guān)

為了進一步探索微生物組的功能，作者對血漿和糞便樣本進行了代謝組學分析。與之前結(jié)果一致，與PHQ-9評分相關(guān)的代謝物參與了TCA循環(huán)(琥珀酸和富馬酸)、組氨酸代謝(尿刊酸)以及脯氨酸和谷氨酸代謝。接著，作者在驗證隊列（IMAGEOMICS）進行驗證，發(fā)現(xiàn)血漿脯氨酸與抑郁評分的強正相關(guān)性。將發(fā)現(xiàn)隊列（IRONMET）中與PHQ-9評分顯著相關(guān)的代謝物進行通路富集分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與TCA循環(huán)、氧化磷酸化、谷氨酸代謝以及精氨酸、脯氨酸和組氨酸分解代謝相關(guān)的通路顯著富集。結(jié)果也強調(diào)了SLC和氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白以及GABA合成/降解通路及其通過GABA分流與TCA循環(huán)的聯(lián)系，這些變化主要與哺乳動物大腦中的神經(jīng)傳遞有關(guān)。

3. 血漿脯氨酸水平取決于腸道微生物的組成和功能

飲食對調(diào)節(jié)腸道微生物組的組成和代謝活動有很大影響，作者采用食物頻率問卷的方式，將常規(guī)營養(yǎng)素、維生素、礦物質(zhì)、氨基酸和脂肪酸等與IRONMET發(fā)現(xiàn)隊列中的 PHQ-9 評分之間進行關(guān)聯(lián)分析（膳食纖維作為變量控制）。相關(guān)性分析顯示脯氨酸是對抑郁癥影響最大的飲食因素，且低膳食脯氨酸水平和低血漿脯氨酸水平人群的PHQ-9得分最低，反之PHQ-9評分最高。進一步分析了血漿脯氨酸與腸道菌群的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，血漿脯氨酸水平與PHQ-9評分相關(guān)的菌群特征存在相關(guān)性，其中血漿脯氨酸與副桿菌屬和普氏菌屬呈正相關(guān)，與放線菌和產(chǎn)SCFA的毛螺菌科呈負相關(guān)。提示高膳食脯氨酸水平但低血漿脯氨酸水平的人群中，腸道菌群增強脯氨酸的代謝和轉(zhuǎn)運，降低血液中脯氨酸水平，進而緩解抑郁。

4. 轉(zhuǎn)錄組測序揭示高脯氨酸消耗的相關(guān)基因，并驗證脯氨酸與抑郁癥的相關(guān)性

已知膳食脯氨酸主要被小腸中的腸細胞廣泛代謝。作者對另一個與肥胖研究相關(guān)的獨立臨床隊列（INTESTINE隊列）的空腸樣本進行轉(zhuǎn)錄組測序。結(jié)果表明，在 15,144 個與膳食脯氨酸相關(guān)的重要基因轉(zhuǎn)錄本中鑒定出 1,547個基因。功能分析發(fā)現(xiàn)其參與GABA受體激活、突觸相互作用和軸突引導的通路，與代謝組學結(jié)果一致。

為了進一步研究膳食脯氨酸對抑郁癥的直接影響，作者對抑郁癥模型小鼠（UCMS模型）補充飲用水或脯氨酸。結(jié)果顯示，補充脯氨酸的小鼠血漿脯氨酸水平顯著升高，且抑郁癥的核心癥狀的發(fā)生更為顯著。此外，抑郁癥模型鼠在飼喂脯氨酸后血清脂多糖結(jié)合蛋白LBP（細菌易位的標志物）水平更高，表明發(fā)生菌群易位，并且這與人的結(jié)果一致。

5. 腦鐵沉積和全腦功能動力學揭示抑郁癥和脯氨酸相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點的破壞

由于鐵元素在谷氨酸和GABA穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用，作者基于MRI分析患者大腦中鐵沉積的情況。AAL Atlas和PHQ-9評分相關(guān)性分析顯示扣帶回和額葉相關(guān)區(qū)域的低鐵沉積與抑郁癥呈正相關(guān)。此外，fMRI分析找到72個與抑郁相關(guān)的節(jié)點，68個與血漿脯氨酸水平相關(guān)的節(jié)點，其中30個也與PHQ-9評分有關(guān)，且這些區(qū)域大多屬于rich-club區(qū)域（大腦網(wǎng)絡(luò)中的核心節(jié)點，包括上額葉皮層、楔前葉、腦島和皮層下區(qū)域等）。

6. 糞菌移植實驗證脯氨酸和神經(jīng)遞質(zhì)GABA的轉(zhuǎn)運與抑郁癥相關(guān)

為了評估腸道微生物在情緒發(fā)展障礙進展中的潛在作用，將來自20名具有不同PHQ-9評分的抑郁癥患者所提供的糞菌移植到20只抗生素處理的小鼠中。結(jié)果顯示供體PHQ-9評分與受體小鼠出現(xiàn)情緒發(fā)展障礙的相關(guān)指標具有顯著的相關(guān)性，且供體PHQ-9評分與受體小鼠腸道微生物的特征也存在相關(guān)性。進一步對受體小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)59個轉(zhuǎn)錄本與PHQ-9評分顯著相關(guān)，其中44個轉(zhuǎn)錄本與受體小鼠出現(xiàn)情緒發(fā)展障礙的時間相關(guān)。利用通路的過表征分析（ORA）發(fā)現(xiàn)一個基因簇，包含編碼GABA轉(zhuǎn)運蛋白（slc6a12和slc6a13）和脯氨酸轉(zhuǎn)運蛋白（slc6a20）的基因轉(zhuǎn)錄本。這些結(jié)果與代謝組、宏基因組結(jié)果一致，再次強調(diào)了GABA分流將TCA循環(huán)與GABA 和谷氨酸代謝聯(lián)系起來的重要性，也再次確認了脯氨酸-谷氨酸-GABA-微生物組相互作用的重要性。

7. 關(guān)鍵轉(zhuǎn)運蛋白及菌群的功能驗證

為驗證上述結(jié)果中鑒定到的脯氨酸/GABA相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白的關(guān)鍵作用，在抑郁癥模型果蠅中敲低脯氨酸轉(zhuǎn)運蛋白CG43066（slc6a20同源體）后，抑郁癥相關(guān)表型明顯緩解。敲低果蠅神經(jīng)膠質(zhì)細胞GABA轉(zhuǎn)運蛋白Gat（Slc6a12和Slc6a13同源體），也一定程度上改善抑郁癥相關(guān)行為，表明神經(jīng)膠質(zhì)細胞中Gat對抑郁樣狀態(tài)具有保護作用。接著、作者從患者（攝入脯氨酸）腸道微生物中分離植物乳桿菌（高GABA生產(chǎn)者）和陰溝腸桿菌（低GABA生產(chǎn)者）、進行單菌定植實驗。結(jié)果表明，在陰溝腸桿菌單菌定植的雄性果蠅中觀察到抑郁癥相關(guān)表型，而定植植物乳桿菌的果蠅則無抑郁癥相關(guān)表型，這表明定植高GABA生產(chǎn)植物乳桿菌對果蠅抑郁狀態(tài)具有保護作用。

?小結(jié)

該研究利用縱向、多組臨床隊列，結(jié)合宏基因組，代謝組、轉(zhuǎn)錄組等多組學分析手段，研究了抑郁癥中與腸道微生物及其代謝物的關(guān)系，并揭示了由腸道微生物介導的血漿脯氨酸升高與人類抑郁癥的嚴重程度的顯著相關(guān)性。作者強調(diào)了脯氨酸-谷氨酸-GABA-菌群互作在抑郁癥中的重要性，并提示改善菌群結(jié)構(gòu)或減少膳食脯氨酸是改善抑郁的潛在途徑。

圖8 研究思路總覽

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