抑郁癥是一種常見的精神障礙疾病，影響人群超過3億，它是導(dǎo)致殘疾的主要原因之一。然而，抑郁癥相關(guān)機(jī)制尚不清楚。近年來，腸-腦軸被認(rèn)為是抑郁癥的新靶點(diǎn)，但缺乏關(guān)于抑郁癥-腸道菌群的縱向研究。來自西班牙的José Manuel Fernández-Real和Rafael Maldonado團(tuán)隊(duì)通過多隊(duì)列臨床樣本和多組學(xué)方法來揭示依賴于腸道菌群的脯氨酸代謝變化對抑郁癥的影響，并提示靶向菌群/膳食脯氨酸或可有效改善抑郁，相關(guān)研究成果發(fā)表于《Cell Metabolism》。

　　首先對縱向發(fā)現(xiàn)隊(duì)列(IRONMET，n=116)糞便樣本進(jìn)行宏基因組分析，其中非抑郁癥(n=44)、輕度抑郁(n=47)和重度抑郁受試者(n=25)，結(jié)合抑郁篩查量表評分(PHQ-9)篩選菌群組成和功能與抑郁癥的關(guān)系。結(jié)果顯示，alpha多樣性指數(shù)或香農(nóng)指數(shù)在組間無顯著差異;然而，非抑郁個體的Fisher’ alpha多樣性指數(shù)高于抑郁個體，在輕度和重度抑郁癥之間無顯著差異。β多樣性的主成分分析(PCA)結(jié)果表明，非抑郁受試者和抑郁受試者之間菌群組成存在顯著差異。對于每個分類群經(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種與抑郁癥顯著相關(guān)的菌種。其中，PHQ-9評分與Parabacteroides spp.、Acidaminococcus spp.呈正相關(guān)，而與Bifidobacterium pseudolongum和毛螺菌科中產(chǎn)丁酸鹽的菌種呈負(fù)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)。

　　在功能上，經(jīng)年齡、性別、BMI、教育年限、抗抑郁藥和抗焦慮藥校正后，與PHQ-9評分顯著相關(guān)的菌群功能涉及精氨酸、脯氨酸和組氨酸代謝通路且與PHQ-9評分呈負(fù)相關(guān)，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)。一些具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的細(xì)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(fù)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(yùn)蛋白，也編碼蛋白氨基酸、甜菜堿、牛磺酸和肌酸，與GABA能突觸變化一致。

　　對血漿和糞便樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析，基于機(jī)器學(xué)習(xí)變量選擇策略篩選出幾種與PHQ-9評分相關(guān)的代謝物，這些代謝物參與了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，與之前研究結(jié)果一致。隨后，通過另一個獨(dú)立驗(yàn)證隊(duì)列(IMAGEOMICS，n=919)血漿樣本進(jìn)行驗(yàn)證，該隊(duì)列也由非抑郁、輕度和重度抑郁受試者組成。其中兩個隊(duì)列一致發(fā)現(xiàn)血漿脯氨酸與抑郁評分的強(qiáng)正相關(guān)。將發(fā)現(xiàn)隊(duì)列(IRONMET)中與PHQ-9評分顯著相關(guān)的代謝物進(jìn)行通路富集分析，結(jié)果表明，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(qiáng)調(diào)了SLC和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)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)。其中總結(jié)了與抑郁癥相關(guān)的主要代謝物和菌群功能。

　　由于飲食對腸道菌群組成和代謝活動有很大影響，采用食物頻率問卷對常規(guī)營養(yǎng)素、維生素、礦物質(zhì)、氨基酸和脂肪酸與發(fā)現(xiàn)隊(duì)列(IRONMET)PHQ-9評分進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，脯氨酸是對抑郁癥影響最大的飲食因素。根據(jù)血漿脯氨酸和膳食脯氨酸水平將受試者分為4組：HPD-HPP(高膳食脯氨酸水平-高血漿脯氨酸水平)，LPD-LPP(低膳食脯氨酸水平-低血液脯氨酸水平)、HPD-LPP、LPD-HPP。結(jié)果顯示，LPHQ-9評分從高到低依次為HPD-HPP、LPD-HPP、HPD-LPP、LPD-LPP。由于脯氨酸與抑郁癥的關(guān)聯(lián)最為一致，進(jìn)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。血漿脯氨酸與Parabacteroides和普雷沃氏菌屬呈正相關(guān);與放線菌(包括雙歧桿菌)和毛螺菌科產(chǎn)SCFA菌呈負(fù)相關(guān)。與低血漿脯氨酸組(LPP)相比，高血漿脯氨酸組(HPP)Parabacteroides和Acidaminococcus的種水平較高，但雙歧桿菌屬和毛螺菌科水平較低，特別是Roseburia spp.。HPD-LPP組和HPD-HPP組具有不同的菌群組成，HPD-LPP組菌群組成與抑郁評分較低相關(guān)的菌群組成一致。功能上，HPD-LPP組在脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝上顯著富集，且與PHQ-9評分相關(guān)的菌群基因有關(guān)，這提示HPD-LPP組的腸道菌群增強(qiáng)脯氨酸的代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)，降低血液中脯氨酸水平，進(jìn)而緩解抑郁。

　　由于膳食脯氨酸主要被小腸中的腸細(xì)胞代謝，對另一個獨(dú)立隊(duì)列(INTESTINE隊(duì)列，n=28)的空腸樣本進(jìn)行RNA測序。差異基因表達(dá)分析結(jié)果表明，1,547個基因轉(zhuǎn)錄本與膳食脯氨酸有關(guān)。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(dǎo)的通路，還參與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、肌肉收縮、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號傳導(dǎo)和G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)信號傳導(dǎo)的通路。

　　補(bǔ)充脯氨酸加劇小鼠抑郁樣行為

　　為了進(jìn)一步研究膳食脯氨酸對抑郁癥的直接影響，采用小鼠模型進(jìn)行驗(yàn)證。給20只CD-1小鼠喂食標(biāo)準(zhǔn)飲食(SD)，其中補(bǔ)充脯氨酸(36g/L)或水(對照組)。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，小鼠長期暴露于不可預(yù)測的輕度壓力源(UCMS模型)，在UCMS暴露6周后，實(shí)驗(yàn)組之間的體重或飲用水無顯著差異。與補(bǔ)充水的對照小鼠相比，補(bǔ)充脯氨酸的小鼠血漿脯氨酸水平顯著升高。與只補(bǔ)充水且無壓力的對照小鼠相比，補(bǔ)充脯氨酸組在懸尾測試中不動時間更長，并蔗糖攝入量減少，這是抑郁癥的核心癥狀。此外，與對照組相比，UCMS+脯氨酸小鼠的血清脂多糖結(jié)合蛋白(LBP，細(xì)菌易位的標(biāo)志物)水平更高，這表明菌群發(fā)生易位，并與人的結(jié)果一致。

　　由于鐵在谷氨酸和GABA穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用，使用磁共振成像(MRI)評估IRONMET隊(duì)列患者大腦中鐵沉積情況。腦區(qū)松弛測量參數(shù)(AAL Atlas)和PHQ-9評分之間的相關(guān)性分析表明，扣帶和額葉相關(guān)區(qū)域的低鐵沉積與抑郁癥呈正相關(guān)。對驗(yàn)證隊(duì)列(IMAGEOMICS)一部分患者(n=591)進(jìn)行靜息狀態(tài)功能磁共振成像(fMRI)研究，并采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法識別預(yù)測PHQ-9評分節(jié)點(diǎn)，共篩選出72個與抑郁癥相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，68個與血漿脯氨酸水平相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，其中30個與PHQ-9評分相關(guān)，且這些區(qū)域大多屬于rich-club區(qū)域(一組高度節(jié)點(diǎn)，它們之間連接更緊密)。

　　糞菌移植驗(yàn)證抑郁與脯氨酸和GABA轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)

　　將來自20名不同PHQ-9評分的患者供體糞菌移植(FMT)到20只抗生素處理的小鼠中，采用恐懼條件誘導(dǎo)冷凍測試(一種公認(rèn)的對壓力不適應(yīng)反應(yīng)模型)評估受體小鼠是否出現(xiàn)情緒受損。結(jié)果表明，供體的PHQ-9評分與受體小鼠的冷凍時間顯著相關(guān)。供體PHQ-9評分與受體小鼠菌群特征存在相關(guān)，該特征與人類抑郁癥相關(guān)的特征一致，與Acidaminococcus和普雷沃氏菌屬呈正相關(guān)，與放線菌門(尤其是雙歧桿菌和柯林斯菌)和產(chǎn)SCFA的毛螺菌科呈負(fù)相關(guān)。

　　考慮到菌群對谷氨酸能和GABA能的影響，對受體小鼠的內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)進(jìn)行RNA測序，結(jié)果表明，在受體小鼠mPFC中確定了59個轉(zhuǎn)錄本與供體PHQ-9評分顯著相關(guān);且44個轉(zhuǎn)錄本與受體小鼠冷凍時間相關(guān)，包括slc6a12、slc6a13和slc6a20a。通路的過表征分析(ORA)表明，與供體PHQ-9評分負(fù)相關(guān)的50%轉(zhuǎn)錄本都聚集在一起，并與氧化磷酸化和神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。且鑒定出與PHQ-9評分相關(guān)基因簇，包含編碼GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(slc6a12和slc6a13)和脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(slc6a20)的基因轉(zhuǎn)錄本，與功能分析結(jié)果一致。這些結(jié)果與代謝組、宏基因組結(jié)果一致，再次強(qiáng)調(diào)了TCA循環(huán)與GABA、谷氨酸代謝、以及脯氨酸-谷氨酸-GABA-菌群相互作用的重要性。

　　研究利用3個臨床隊(duì)列，結(jié)合代謝組、宏基因組、RNA測序等分析手段以及小鼠和果蠅模型，探究了腸道菌群、代謝物與抑郁癥的關(guān)系。揭示了依賴于腸道菌群的脯氨酸代謝變化對抑郁癥的影響，強(qiáng)調(diào)脯氨酸-谷氨酸-GABA-菌群互作在抑郁癥中的重要性，也提示靶向菌群或減少膳食脯氨酸或可有效改善抑郁。

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