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撰文︱张永胜
责编︱王思珍
焦虑已成为全球范围内日益严重的公共卫生问题，其患病率在过去几十年显著增加，严重影响人们的生活质量。刚地弓形虫（Toxoplasma gondii ，T. gondii）是一种嗜神经性胞内寄生虫，感染全球近三分之一人口[1]，被视为最成功的寄生虫之一。零星证据提示，T. gondii感染人群发生焦虑的几率增加[2]。肠道菌群及其代谢产物可通过肠-脑轴调控情绪和精神活动，是解析其发病机制及干预策略的热点研究方向。前期已有研究发现，T. gondii慢性感染小鼠肠道菌群组成改变[3]。然而，肠道菌群失调是否参与T. gondii引起的焦虑样行为，尚未见报道。近期，徐州医科大学潘伟/郑葵阳/中国疾控中心寄生虫病所曹建平团队在《Gut Microbes》上发表了最新的研究成果“Gut microbiota mediates anxiety-like behaviors induced by chronic infection of Toxoplasma gondii in mice”。该研究揭示了肠道菌群紊乱是T. gondii慢性感染介导小鼠焦虑中的重要事件。并且发现，感染小鼠粪便中产琥珀酸细菌丰度下降以及琥珀酸含量减少，补充丙二酸二乙酯（增加琥珀酸积累）可改善感染引起的焦虑。总的来说，这些发现为T. gondii相关精神障碍的发病机制及治疗策略提供了新的理论基础。1. T. gondii慢性感染诱发小鼠焦虑样行为
为了探究T. gondii慢性感染受否会诱导焦虑样行为，作者通过灌胃接种T. gondii包囊建立小鼠模型，并通过高架十字迷宫实验（EPMT）和旷场实验（OFT）评估焦虑样行为。在EPMT中，与Con组相比，T. gondii感染小鼠头部进入张开双臂时的频率显着减少。在OFT中，T. gondii组在中心区的时间及频率显着低于Con组。此外，T. gondii组小鼠血清中5-HT水平显着低于Con组，小鼠杏仁核（负责焦虑的重要大脑区域）中的小胶质细胞显著活化和神经炎症。图1 T. gondii慢性感染诱发小鼠焦虑样行为2. T . gondii慢性感染导致小鼠肠道菌群失调和肠屏障损伤
作者通过16s rRNA测序技术描述了T. gondii感染小鼠肠道菌群变化情况。与Con组相比，T. gondii组的Shannon指数和Simpson指数较低，提示感染导致物种多样性显着下降。在门水平上，感染显着降低了厚壁菌门和疣微菌门的相对丰度，并增加了拟杆菌门的相对丰度。线性判别分析（LDA）效应大小（LEfSe）揭示了不同分类水平细菌之间的差异富集，包括门水平上的拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门的代表细菌。有趣的是，T. gondii组中产生LPS的细菌的丰度显着增加。Spearman相关分析显示，焦虑样行为和神经炎症与拟杆菌门、产LPS细菌的丰度和LPS水平呈正相关，与厚壁菌门和疣微菌门、5-HT-细菌丰度呈负相关。这些结果表明T. gondii慢性感染引起肠道微生物群失调，可能与焦虑样行为和神经炎症有关。作者发现结肠中促炎细胞因子TNF-α、Il-1β和Il-6的mRNA表达在T. gondii组显着上调。相反，维持肠道菌群稳态的两种细胞因子Il-22和Il-23的mRNA表达在感染后明显下调。此外，T. gondii小鼠结肠中紧密连接相关基因（ZO-1和occludin）的mRNA表达降低，与血浆中FITC-葡聚糖水平升高一致。这些结果表明T. gondii感染损伤小鼠肠道屏障完整性。图2.T. gondii慢性感染导致小鼠肠道菌群失调和肠屏障损伤3.T. gondii感染小鼠的肠道菌群诱导受试小鼠焦虑样行为和肠道屏障损伤
为了进一步揭示肠道菌群失调与焦虑样行为之间的因果关系，作者将T. gondii和Con小鼠的粪便菌群粪便转移到经广谱抗生素预处理的受试小鼠中。EPMT和OFT实验表明，移植Tg组菌群的小鼠同样表现出焦虑样行为；并且，这些受体小鼠还出现结肠促炎反应和屏障功能损伤。结果表明，T. gondii感染小鼠的肠道菌群会引起受试小鼠的肠-脑轴紊乱和焦虑。图3.肠道菌群失调参与T. gondii诱导的小鼠焦虑样行为和肠道屏障损伤4. T. gondii感染降低小鼠粪便中产琥珀酸细菌的丰度和琥珀酸含量
作者发现两种产生琥珀酸的细菌的丰度在T. gondii组中显着下降。为进一步研究肠道菌群介导T. gondii相关焦虑的潜在机制，作者检测了感染小鼠和菌群移植受试小鼠粪便中差异代谢物的分布。有趣的是，T. gondii感染组粪便中琥珀酸的水平显着降低，这与产琥珀酸细菌的变化一致。Spearman相关性分析表明，Lachnospiraceae和Akkermansia菌丰度以及琥珀酸水平与焦虑样行为和神经炎症呈负相关，但与5-HT水平呈正相关。故推测肠道菌群产生的琥珀酸减少可能与焦虑样行为有关。图4. T. gondii感染会降低小鼠粪便中产琥珀酸细菌的丰度和琥珀酸含量5. 增加琥珀酸可改善T. gondii感染引起的焦虑样行为及肠-脑轴紊乱
通过给予丙二酸二乙酯（DBM）增加琥珀酸后，T. gondii组结肠中促炎细胞因子的mRNA 表达下调，免疫稳态相关细胞因子和紧密连接蛋白的mRNA表达上调，并伴有血清LPS 平降低。提示DBM可修复感染所致肠道屏障损伤。OFT和EPMT实验表明，补充DBM可改善T. gondii小鼠的焦虑样行为，升高血清的5-HT 水平。此外，补充DBM 减轻了感染小鼠杏仁核中小胶质细胞胶质增生和激活。提示DBM可以减轻感染引起的焦虑样行为及神经炎症。图5.DBM补充可改善T. gondii感染引起的小鼠焦虑样行为及肠-脑轴紊乱综上所述，该研究揭示肠道菌群参与调节T. gondii相关焦虑和肠-脑轴紊乱。T. gondii慢性感染可引起小鼠焦虑样行为，并伴有5-HT的降低和神经炎症的上调。移植感染小鼠的肠道菌群可模拟类似于感染的焦虑和神经炎症；而广谱抗生素干预可减轻感染所致的上述不良反应。这些发现突显了肠道菌群在该寄生虫相关焦虑样行为中的重要作用。尤其，该研究发现丙二酸二乙酯是干预该病的潜在药物分子。这些发现从菌群-肠-脑轴的角度为T. gondii相关精神障碍的发病机制和治疗策略提供了新的见解。
原文链接：https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2391535徐州医科大学2020级本科生骆萧童，江苏省免疫与代谢重点实验室杨晓莹副教授、徐州医科大学2020级本科生谈诗敏、2021级本科生张永胜为本文的共同第一作者，潘伟教授、于英华教授、郑葵阳教授和曹建平研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家卫健委寄生虫与媒介生物学重点实验室开放课题、徐州医科大学公开竞赛基金、江苏青蓝项目、江苏省333高层次人才培养项目、山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目的资助和支持。通讯作者：潘伟，博士，教授，校特聘教授，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省333高层次人才培养对象，中国免疫学会会员，江苏省免疫学会理事，江苏省免疫学会免疫与代谢专业委员会常务委员兼秘书、基础免疫专委会委员，江苏省研究型医院学会神经感染与免疫专委会委员；担Zoonoses、《徐州医科大学学报》青年编委以及多个国际SCI期刊审稿专家。主要研究方向是联合多组学技术，从肠-脑轴整体观视角，探究病原感染相关神经精神性疾病的发病机制及干预策略；采用条件性敲除/过表达小鼠，探究代谢重编程与神经发育异常、免疫细胞功能紊乱的作用机制。主持国家自然科学基金面上等10项课题。以第一作者或通讯作者在Microbiome（高被引论文）、Gut Microbes、Brain Behavior Immunity等国际期刊发表SCI论文40篇。指导大学生斩获国家级及省级学术竞赛获奖20余项。通讯作者：郑葵阳，教授，江苏省免疫与代谢重点实验室主任，博士生导师，二级教授，兼任江苏省免疫学会副理事长，是国务院津贴获得者，江苏省有突出贡献的中青年专家，国家级基础医学实验教学示范中心主任，教育部高等学校教学指导委员会麻醉学专业教学指导分委员会主任，江苏省"333新世纪科学技术带头人培养工程"第三层次培养对象等。主要从事肝胆管疾病基础与临床应用方面的研究。研究成果发表在Hepatology（2020）、PNAS（2021）、Microbiome（2022、2020、2021）等国内外知名杂志。通讯作者：曹建平，博士，研究员，博士生导师。现任中国疾病预防控制中心寄生虫病预防控制所（国家热带病研究中心）党委书记、中华医学科技奖评审委员会委员、上海科技发展重点领域技术预见专家、上海市寄生虫学会理事长、中华医学会热带病与寄生虫学分会常务委员、中华预防医学会医学寄生虫分会常务委员、上海市免疫学会理事等。主要开展重要寄生虫感染免疫应答及其调控机制、新型疫苗以及新发传染病（寄生虫病）的病原鉴定、基因分型、监测与风险评估关键技术等研究。作为负责人先后承担国家“863”计划、国家自然科学基金面上项目、传染病重大专项子课题、国家卫生行业科研专项等课题20余项。发表学术论文200余篇，参编专著15部，获国家授权发明专利4项。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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1. Montoya, J.G. and O. Liesenfeld, Toxoplasmosis. Lancet, 2004. 363(9425): p. 1965-76.2. Markovitz, A.A., et al., Toxoplasma gondii and anxiety disorders in a community-based sample. Brain Behav Immun, 2015. 43: p. 192-7.3. Hatter, J.A., et al., Toxoplasma gondii infection triggers chronic cachexia and sustained commensal dysbiosis in mice. PLoS One, 2018. 13(10): p. e0204895.
