腸道微生物群在腸道與中樞神經系統的雙向交流中起著重要作用。越來越多的證據表明,腸道微生物可以通過神經免疫和神經內分泌途徑以及神經系統影響大腦功能。基因測序技術的進步進一步促進了對腸道微生物群和精神疾病之間潛在關系的研究。
近年來,研究人員對心境障礙患者的腸道微生物群進行了初步探索。這篇綜述旨在總結已發表的關于情緒障礙中腸道微生物群的人類研究。
結果表明,與健康個體相比,微生物多樣性和分類學組成發生了顯著變化。這些研究結果顯示,抑郁癥患者中產生短鏈脂肪酸的細菌屬減少,而促炎細菌屬和參與脂質代謝的細菌屬增加。有趣的是,在雙相障礙或重度抑郁癥患者中,放線菌、腸桿菌科的豐度持續增加,而糞桿菌則持續減少。一些研究進一步表明,特定的細菌與臨床特征、炎癥譜、代謝標志物和藥物治療相關。
這些研究提供了初步證據,表明腸道微生物群通過腦-腸道-微生物群軸在情緒障礙中發揮重要作用,這將成為未來疾病診斷和治療干預的一個有希望的目標。
腸道微生物群和神經精神疾病
之前的人類研究已經調查了腸道微生物群和一系列神經精神疾病之間的聯系。
在ASD患兒中觀察到腸道微生物組成的變化,其中厚壁菌門/擬桿菌門比值增加。最近一項針對35名ASD兒童和6名健康對照的研究也發現了一致的結果,該研究的功能分析表明,ASD兒童產生丁酸/乳酸的細菌減少。
精神分裂癥患者也表現出腸道菌群失調,與健康對照組相比,變形菌門豐度更高。另一項研究報告稱,首發精神病患者中乳酸菌數量增加,且與對照組相比,微生物差異更大的患者表現出更差的治療結果。
也有證據表明,一些神經退行性疾病與腸道微生物有關。越來越多的證據顯示PD(帕金森)患者的腸道微生物群發生變化。在中國和美國PD患者中發現了更高的微生物多樣性,但在芬蘭和德國患者中沒有發現,這可能與地區差異有關。在PD患者中進行的宏基因組分析顯示,可以通過腸道微生物為基礎的生物標志物從健康對照組中識別出PD。在PD患者中進一步觀察到腸道微生物代謝物的變化,包括β-葡萄糖醛酸和色氨酸代謝。
除了上述疾病之外,最近還出現了表征情緒障礙患者腸道菌群的初步研究,提供了這一領域的基本知識。本文將重點介紹在重度抑郁癥(MDD)和雙相障礙(BD)患者中進行的相關研究。
心境障礙中腸道菌群的人體研究
通過檢索PubMed、Embase和PsycINFO數據庫,選擇了2018年10月1日前的相關研究。使用的搜索關鍵詞是心境障礙或雙相障礙或躁狂或抑郁或抑郁障礙和腸道微生物群。這些結果經過了人體研究的進一步篩選,還手動搜索了關鍵文章的參考書目。
符合納入條件的研究需要使用高通量測序或蛋白質組學方法,對MDD或BD患者的腸道微生物群特征進行調查。最后,納入12篇有關心境障礙腸道菌群的研究文章進行進一步綜述。總的來說,關于MDD的研究有7項,關于BD的研究有5項。
16S rRNA基因測序是目前鑒定各種細菌系統發育關系的主流工具。這些研究進一步進行相關性分析,探討MDD和BD患者腸道微生物特征與人口統計學、免疫、代謝和臨床數據之間的關系。
研究的樣本量在重度抑郁癥患者中為10-58,雙相障礙患者為31-115。重度抑郁癥和雙相障礙患者的平均年齡分別為39.5歲和39.9歲;女性平均比例分別為45.7%和55.8%;平均體重指數(BMI)分別為23.1和26.3。
腸道菌群和重度抑郁癥
有研究進行了重度抑郁癥的微生物多樣性分析。Jiang等人報道,與健康個體相比,重度抑郁癥患者的腸道微生物群更具多樣性。高的微生物多樣性可能有益于健康,但它很容易受到年齡、飲食和其他因素的影響。
此外,還有研究分析了重度抑郁癥患者的微生物組成變化。Naseribafrouei等首次比較了37名抑郁癥患者和18名健康對照者的腸道微生物群,在這些抑郁癥患者中,擬桿菌目、顫桿菌克屬和別樣桿菌屬豐度較高,而毛螺菌科屬豐度較低。
另一項研究調查了活性MDD (A-MDD)患者、反應性MDD (R-MDD)和健康對照組的腸道微生物群。結果發現,與健康對照組相比,A-MDD和R-MDD患者的變形菌、 擬桿菌、放線菌豐度增加,而厚壁菌門減少。然而,較高的微生物多樣性只在A-MDD患者中發現,在R-MDD患者中卻沒有發現。在較低的分類水平上,MDD患者腸桿菌科和別樣桿菌科增加,糞桿菌科減少。
此外,糞桿菌屬與抑郁癥狀的嚴重程度呈負相關,而另一項研究發現普氏菌和克雷伯氏菌與抑郁評分呈正相關。此外,本研究報告抑郁癥患者中厚壁菌門、普氏菌屬、克雷伯氏菌、鏈球菌和梭菌屬XI較多,擬桿菌門較少。MDD患者的腸道有益細菌,如雙歧桿菌和乳酸桿菌,也減少了。
Zheng等發現MDD患者中放線菌門和擬桿菌門的豐度增加,厚壁菌門減少,與Jiang的發現一致。然而,Chen等人發現,與10名健康對照組相比,10名MDD患者中厚壁菌門和放線菌門增加,而擬桿菌門和變形菌門減少。糞便桿菌的豐度也被發現與抑郁癥的嚴重程度相關。蛋白質組學分析進一步表明,紊亂的細菌蛋白質參與了碳水化合物和氨基酸代謝。只有一項研究探討了MDD患者腸道菌群的性別差異,表明女性的放線菌門水平增加,男性的擬桿菌門水平降低。
從目前對MDD患者的研究發現,大多數研究中,放線菌門、擬桿菌目、腸桿菌科、別樣桿菌屬和毛螺桿菌科、糞桿菌屬的水平增加與抑郁癥相關。然而,這些研究中擬桿菌門的變化并不一致。
放線菌門參與了脂質代謝,這表明抑郁癥患者中放線菌較多可能與血脂異常有關。擬桿菌門和擬桿菌目與復雜的多糖水解有關,低擬桿菌門和擬桿菌目水平被證明與代謝疾病有關,如肥胖和糖尿病。腸桿菌科是腸道的天然寄居者,腸道菌群中的炎癥狀態尤其有利于腸桿菌科的增殖。別樣桿菌屬以IL-6依賴性方式觸發炎癥和腫瘤發生。
一項針對BALB/c小鼠的研究顯示,當暴露于壓力時,別樣桿菌屬的數量顯著增加。最近的研究表明,別樣桿菌屬與肥胖、腸易激綜合征和免疫缺陷綜合征的更高風險相關。
值得注意的是,糞桿菌屬和毛螺菌屬對微生物產物丁酸鹽的生物合成非常重要,丁酸鹽具有抗炎作用,部分原因是促炎細胞因子的合成減少和抗炎細胞因子的分泌增加。一致的研究結果顯示,糞桿菌與抑郁癥狀之間呈負相關,但糞桿菌與抑郁癥之間的潛在機制尚不清楚。
腸道微生物和雙相情感障礙
Evans等人首次研究了115例BD患者和64例健康對照組的腸道微生物群特征。糞桿菌和厚壁菌門瘤胃球菌科家族成員的水平下降,糞桿菌豐度與自我報告的癥狀和抑郁嚴重程度呈負相關。這一發現與Painold等人的研究一致。后者還報告了BD患者中放線菌門和類桿菌屬水平較高。根據抑郁癥狀的嚴重程度,梭菌科和羅氏菌屬在較健康的BD患者中更為豐富,而腸桿菌科在臨床抑郁患者中更為豐富。
此外,微生物多樣性與病程呈負相關。炎癥和代謝特征,如血清IL-6、脂質、色氨酸、BMI等,與BD患者的特定細菌相關,且均與乳酸桿菌屬的豐度呈正相關。
另一項研究發現,與健康受試者相比,雙相障礙患者的微生物多樣性更高,尤其是躁狂癥發作患者。在不同情緒狀態的患者中,躁狂個體中大腸桿菌和雙歧桿菌的相對豐度更高,而抑郁個體中糞便擬桿菌更高。
黃桿菌屬也被確定與雙相障礙患者相關,尤其是吸煙的女性患者。然而,未受影響的BD患者一級親屬與健康受試者之間的腸道菌群沒有差異。
有一項研究探討了非典型抗精神病藥(AAP)治療對雙相障礙患者腸道菌群的影響。AAP處理的女性,體內微生物多樣性顯著下降。此外,AAP處理增加了毛螺菌科的豐度,降低了阿克曼菌和薩特氏菌的豐度。
這些研究表明,BD患者的腸道微生物群往往含有較高的放線菌門、紅蝽桿菌目、紅蝽桿菌科、腸桿菌科、黃桿菌屬和較低的糞桿菌屬,以及大量的擬桿菌屬。放線菌門、 紅蝽菌桿目、紅蝽桿菌科和類桿菌屬被證實與脂質和糖代謝有關。因此,BD患者代謝紊亂風險的增加可能與這些細菌豐度的改變有關。黃桿菌屬在BD患者中增加,可能與氧化應激和炎癥反應的影響相關。糞桿菌在重度抑郁癥患者中也有所減少,研究表明,通過腸道內的抗炎活動,糞桿菌對人類健康有益。
總的來說,雙相障礙患者腸道微生物群落紊亂不僅與疾病本身有關,還與異常的炎癥、代謝過程和氧化應激有關。
結論
目前對腸道菌群與心境障礙的研究仍處于早期階段。越來越多的證據顯示,心境障礙患者腸道菌群發生了改變,這可能在疾病病理中起重要作用。因果關系仍不確定。未來利用蛋白質組學、代謝組學和宏基因組學等新技術進行精心設計的研究,將有必要解決這個問題。
Huang TT, Lai JB, Du YL, Xu Y, Ruan LM, Hu SH. Current Understanding of Gut Microbiota in Mood Disorders: An Update of Human Studies. Front Genet. 2019 Feb 19;10:98. doi: 10.3389/fgene.2019.00098. PMID: 30838027; PMCID: PMC6389720.