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审阅︱高 灿
责编︱王思珍
抑郁症作为世界范围内最常见的情绪障碍，目前被人们所熟知的抑郁症的发生机制主要有社会心理因素、生物化学因素及遗传学因素[1] [2]。关于抑郁症的治疗方法，传统治疗方式主要包括：心理治疗[3]、药物治疗和电休克疗法[4]，但这些治疗方式存在见效慢、易复发、副作用大、个体差异强等劣势，因此关于抑郁症的治疗研究始终是一个急需突破的难点。由于抑郁症传统的发病机制和治疗方式主要涉及脑部因素，但脑外（外环境）因素及其作用机制也是不容忽视的。而肠道菌群被认为是人体最大、最直接的外部环境，近年来，由于宏基因组技术的兴起，越来越多的证据表明肠道菌群在抑郁症的发生发展以及治疗过程中至关重要。
另有研究表明，抑郁症会引起抑郁模型动物体内的嘌呤代谢物水平紊乱[5]，而腺苷作为嘌呤能系统中的关键化合物之一[6]，早有研究发现，通过腹腔注射外源补充腺苷可显著减少抑郁模型下小鼠的强迫游泳不动时间[7, 8]。尽管研究表明体外适度增加腺苷水平可能具有潜在的抗抑郁作用，但在动物实验中, 仍然难以解释腺苷抗抑郁的机制。而近年来随着人们对微生物的研究越来越具体，有证据显示腺苷化合物可降低肠道菌群厚壁菌门的丰度、增加拟杆菌门的丰度从而降低F/B比值改善肠道菌群[9]，这提示未来从肠道菌群着手研究腺苷抗抑郁机制的将是一条新思路。
近日，徐州医科大学高灿教授团队在Neuropharmacology杂志在线发表题为“Adenosine regulates depressive behavior in mice with chronic social defeat stress through gut microbiota”研究论文。徐州医科大学麻醉学院硕士研究生黄尧、尤悦为论文的共同第一作者，高灿教授为本文通讯作者。在此项研究中，作者提出抑郁症的肠道菌群异常，而腺苷可通过肠道菌群代谢物短链脂肪酸调节抑郁症，这为今后抑郁症的发生机制研究及发现更完善的抗抑郁治疗方式提供了新的思路和方向，此外此研究提出的待解决问题及局限性可作为未来研究进一步探讨的靶点。
首先作者构建了慢性社交挫败应激（Chronic Social Defeat Stress, CSDS）的抑郁动物模型，并通过社交互动试验（Social Interaction Test, SIT）、糖水偏好实验（Sucrose Preference Test，SPT）、悬尾实验（Tail Suspension Test，TST）和强迫游泳实验（Forced Swimming Test，FST）验证了易感组（Susceptible, SUS）小鼠具有典型社交回避、快感缺失以及行为绝望的抑郁症状。
在最后一天CSDS结束后收集所有小鼠新鲜粪便，后续进行16S rRNA测序分析，发现与对照组（Control，CON）和抗感租（Resilient，RES）相比，SUS组小鼠的肠道菌群异常，主要表现为物种多样性降低以及F/B比值增高。而RES组小鼠肠道内的益生菌增多。
图1. SUS小鼠肠道菌群异常
接下来，作者设计了粪便移植实验（Fecal Microbiota Transplantation，FMT），其目的为探究肠道菌群是否能特异性地影响小鼠的抑郁行为。首先将8W雄性小鼠进行混合抗生素处理以除去原有的肠道菌群即Antibiotic cocktail（ABX）小鼠，再将对照组小鼠和易感组小鼠的粪便作为供体移植给ABX小鼠。由于粪便的pH值以及含水量可在一定程度上反应肠道情况，因此在粪便移植后收集粪便进行了含水量和pH值测定，以上结果发现接受易感小鼠的粪便移植后，受体小鼠的粪便含水量和pH值增高，与供体小鼠相似，且通过行为学实验发现受体小鼠出现与供体小鼠相似的抑郁表型。
图2. 受体小鼠接受来自SUS小鼠的肠道菌群移植表现出抑郁表型
以上结果说明肠道菌群可以特异性地影响小鼠抑郁行为，那么补充腺苷对易感小鼠抑郁行为和异常肠道菌群有何影响呢？因此作者对造模结束后的易感小鼠进行了为期21天的腺苷补充，发现易感小鼠在接受腺苷补充后其抑郁行为及体重出现了明显的改善，同时也对补充腺苷后收集到的粪便进行了含水量和pH测定，结果表明易感小鼠增高的粪便含水量和pH得到逆转。
图3. 补充腺苷可改善易感小鼠的抑郁表型
由于粪便含水量和pH变化可能与炎症、应激有关，因此作者推测易感小鼠的肠道吸收、代谢功能受损，腺苷逆转以上情况可能与肠道结构以及菌群有关。通过对补充腺苷与否的两组易感小鼠结肠染色和粪便16S rRNA分析，发现补充腺苷的易感小鼠其被破坏的肠道屏障得到改善，周围几乎无炎症细胞浸润；补充腺苷后，易感小鼠的肠道菌群α多样性、β多样性得到改善，此外，补充腺苷后可增加小鼠肠道内的益生菌，减少病原菌。增加的益生菌中，有文献指出Faecalibaculum（普拉梭菌属）具有抗炎作用，可维持细菌酶的活性，保护消化系统免受肠道病原体的侵害，因此后面的实验设计用到了这种益生菌。基于群落组成分析，作者对SUS Saline和SUS Adenosine两组小鼠的肠道菌群KEGG pathway（level1）进行丰度组成分析，发现两组小鼠肠道菌群富集的通路差异最显著的为代谢通路。以上结果说明，经腺苷补充的抑郁易感小鼠肠道内益生菌增多，并且推测腺苷可改善小鼠抑郁行为可能与肠道菌群的代谢通路有关。
图4. 补充腺苷可以改善易感小鼠的肠道菌群和肠道屏障的完整性
作者使用以上补充腺苷后增加的益生菌Faecalibaculum对易感小鼠进行补充，结果发现补充益生菌后，易感小鼠的抑郁行为得到逆转、肠道屏障功能得到改善。
图5. 补充经腺苷处理后增加的益生菌可改善易感小鼠的抑郁表型和肠道屏障
由于补充腺苷后通过对KEGG pathway的丰度组成分析，表明腺苷可改善小鼠抑郁行为可能与肠道菌群的代谢通路有关。因此接下来实验作者分别对CSDS、FMT、补充腺苷及补充益生菌后的四组小鼠血清中的SCFAs水平进行了测定，同时此研究在临床中分别招募了67名健康对照组志愿者和83名抑郁症患者，也对他们血清中的SCFAs水平进行了测定。结果表明CSDS中的SUS小鼠和FMT下接受SUS小鼠粪便移植的受体小鼠其SCFAs含量降低，而补充腺苷或益生菌则可增加SUS小鼠的SCFAs水平。而在人群中，与健康对照组相比，抑郁组血清SCFAs水平明显下降。
图6. 抑郁症患者与健康对照组间SCFAs水平的比较
通讯作者：高灿，教授，江苏特聘教授，博士生导师，徐州医科大学生命科学学院院长，江苏省麻醉学重点实验室课题组长。高灿教授长期从事神经精神疾病机制研究，研究方向：阿尔茨海默病、围术期认知功能障碍、阿片类药物依赖、焦虑抑郁等，主持国家自然科学基金面上项目6项、省级课题多项，是江苏高校“青蓝工程”科技创新团队带头人、江苏省“333高层次人才培养工程”、江苏省“六大人才高峰”培养对象。获美国NARSAD青年科学家奖、江苏省科技进步三等奖、江苏省教育科学研究成果二等奖、江苏侨界贡献奖（创新人才）等荣誉或称号。是美国神经科学学会、美国科学研究学会、中国神经科学学会会员，中国药理学会麻醉药理专业委员会委员，江苏省神经科学学会常务理事，Neurobiol Learn Mem 国外SCI期刊编委，中国博士后科研基金评审专家。在Cell Rep, Br J Anaesth, Pharmacol Res, J Neurosci, J Neuroinflamm等发表四十多篇SCI论文，授权国家发明专利2项。
第一作者：黄尧，徐州医科大学麻醉学重点实验室硕士研究生，主要研究方向：抑郁症的发病机制。
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1. Liu Y, Wu Z, Cheng L, Zhang X, Yang H. The role of the intestinal microbiota in the pathogenesis of host depression and mechanism of TPs relieving depression. Food & function 2021; 12(17):7651-7663.
2. Witt CE, Mena S, Holmes J, Hersey M, Buchanan AM, Parke B, et al. Serotonin is a common thread linking different classes of antidepressants. Cell chemical biology 2023; 30(12):1557-1570.e1556.
3. Arora S, Sharma R. Positive affect, psychotherapy, and depression. Indian journal of psychiatry 2018; 60(2):199-204.
4. Karayağmurlu A, Coşkun M, Elboğa G, Ghaziuddin N, Karayağmurlu E, Gökçen C, et al. Efficacy and Safety of Electroconvulsive Therapy in Adolescents: A Retrospective Chart Review Study From Turkey. The journal of ECT 2020; 36(1):54-59.
5. He Y, Wang Y, Wu Z, Lan T, Tian Y, Chen X, et al. Metabolomic abnormalities of purine and lipids implicated olfactory bulb dysfunction of CUMS depressive rats. Metab Brain Dis 2020; 35(4):649-659.
6. Zhou X, Liu L, Lan X, Cohen D, Zhang Y, Ravindran AV, et al. Polyunsaturated fatty acids metabolism, purine metabolism and inosine as potential independent diagnostic biomarkers for major depressive disorder in children and adolescents. Mol Psychiatry 2019; 24(10):1478-1488.
7. Kaster MP, Rosa AO, Rosso MM, Goulart EC, Santos AR, Rodrigues AL. Adenosine administration produces an antidepressant-like effect in mice: evidence for the involvement of A1 and A2A receptors. Neurosci Lett 2004; 355(1-2):21-24.
8. Kaster MP, Santos AR, Rodrigues AL. Involvement of 5-HT1A receptors in the antidepressant-like effect of adenosine in the mouse forced swimming test. Brain Res Bull 2005; 67(1-2):53-61.
9. Li T, Sun S, Zhang J, Qu K, Yang L, Ma C, et al. Beneficial Metabolic Effects of 2',3',5'-Triacetyl-N(6)-(3-hydroxylaniline) adenosine in Multiple Biological Matrices and Intestinal Flora of Hyperlipidemic Hamsters. J Proteome Res 2018; 17(8):2870-2879.
