库欣病（Cushing's disease, CD）由垂体神经内分泌肿瘤（PitNETs）引起，并且 50% 至 80% 的库欣病患者患有抑郁症和焦虑症，这一比例高于无功能垂体神经内分泌肿瘤（NF-PitNETs）患者。大量动物模型研究显示，肠道微生物可通过参与下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴活动改变、神经发生调节、神经炎症影响以及神经系统兴奋性调节等过程，影响小鼠的抑郁和焦虑行为。然而，在库欣病患者中，肠道微生物群、精神障碍及其潜在分子机制之间的联系仍不明确，并且与这些患者激素水平升高的关联也知之甚少。

来自首都医科大学的李储忠和张亚卓教授团队在Microbiome (IF=13.8) 发表了题为“The gut microbiome in patients with Cushing’s disease affects depression-and anxiety-like behavior in mice”的文章。该研究通过宏基因组测序、16S rRNA测序、非靶向代谢检测等技术手段揭示了激素、菌群和行为之间的关系。库欣病患者的肠道微生物群存在显著差异，并且其肠道微生物群通过降低外周血中2-（14,15-环氧四烯醇）甘油（2-14,15-EG）水平，加剧了小鼠的抑郁和焦虑行为。其中非靶向代谢组、宏基因组测序、RNA测序检测服务均由诺禾致源提供。

研究思路

研究结果

1. CD 患者肠道微生物群组成的变化

作者分析了两组患者的临床特征，CD组患者促肾上腺皮质激素（ACTH）和皮质醇 （Cor）水平明显高于NF组，这与 CD的典型临床症状一致。同时CD患者的抑郁和焦虑水平更高。通过宏基因组分析患者粪便发现，CD患者肠道微生物基因的数量低于对照组（NF组），CD 组有226,775个独特基因，而NF组有 240,564个独特基因（图1C）。物种α 多样性分析结果显示没有显著差异，这表明两组之间在总体微生物丰度和多样性方面没有明显差异（图1D）。同时作者分析了两组肠道微生物群的β多样性，结果显示CD患者和 NF组个体之间存在显著分离，这表明两组患者的微生物群落存在显著差异（图1G）。

图1 与NF-PitNET患者相比，CD患者肠道微生物群组成的变化

2.CD患者的肠道微生物群诱导小鼠的抑郁和焦虑行为

作者利用CD和NF患者的粪便对经过抗生素处理的小鼠进行粪便微生物群移植，发现CD-FMT小鼠体重增加较少（图2B和C）。在抑郁行为方面，CD-FMT组小鼠在强迫游泳实验中的不动时间明显长于其他两组，并且蔗糖偏好降低（图2D-F）。在焦虑行为方面，在旷场实验中，CD-FMT组小鼠在旷场中心停留的时间更短，移动时间和移动距离均减少；在高架十字迷宫实验中，CD-FMT组小鼠在封闭臂中停留的时间比其他两组更长（图2G和H）。

图2 CD患者的肠道微生物菌群促进小鼠的抑郁和焦虑行为

为验证粪便微生物群移植（FMT）是否成功，作者对小鼠的肠道内容物进行了16S rRNA 测序分析。结果表明在α多样性方面，Shannon指数CD-FMT组与其他两组小鼠之间存在统计学上的显著差异，而Simpson指数显示三组之间无差异 (图3B和C）。随后，对三组小鼠的肠道微生物群进行β多样性分析，结果显示CD-FMT组小鼠的肠道微生物群与其他两组存在明显差异（图3F）。与人类供体一致，接受FMT后，与NF-FMT组小鼠的肠道微生物群相比，CD-FMT组小鼠的拟杆菌属（Bacteroides）和副拟杆菌属（Parabacteroides）增加，双歧杆菌属（Bifidobacterium）、乳杆菌属（Lactobacillus）和布劳特氏菌属（Blautia）减少。上述结果表明，三组小鼠的肠道微生物群存在显著差异。对小鼠血浆进项非靶向代谢组学分析，观察到与其他两组小鼠相比，CD-FMT小鼠组2-14,15-EG水平显著下降，genistein金雀异黄素上升 (图3G和H), 并且在患者血浆中也发现，CD患者血浆中2-14,15-EG呈现下降趋势。

图3 粪便移植小鼠肠道微生物菌群和血浆代谢物变化情况

3. 2-14,15-EG 可缓解小鼠的焦虑和抑郁行为

作者对接受了CD患者粪便微生物群移植（FMT）的小鼠补充2-14,15-EG。此外，还对小鼠补充genistein，以评估其在CD-FMT组小鼠循环系统中水平升高的意义。结果显示补充组小鼠体重增加，且接近对照组的水平（图4A和B）。其次，在行为学实验中补充组小鼠抑郁和焦虑程度低于CD-FMT组。虽然没有统计学差异，但 2-14,15-EG的浓度为12.5μg/kg/天似乎比25μg/kg/天的效果略好。单独使用 2-14,15-EG、单独使用genistein或两者联合使用，在效果上没有观察到显著差异。因此，补充2-14,15-EG和genistein显著减少了小鼠的抑郁和焦虑行为（图4C-G）。

图4 补充2-14,15-EG抵抗CD患者粪便对小鼠行为的影响

4. 皮质酮（CORT）影响小鼠的肠道微生物群，并增加其抑郁和焦虑行为

作者构建了小鼠高皮质酮模型以及经过粪便微生物群移植（FMT）处理的小鼠模型，以探究激素水平（皮质酮，CORT）、肠道微生物群、抑郁和焦虑之间的关系。高皮质酮小鼠表现出更高水平的抑郁和焦虑（图 5）。对小鼠粪便样本进行的16S rRNA 测序结果显示，与对照组相比高皮质酮小鼠肠道微生物群组成存在显著差异。在高皮质酮组中拟杆菌属（Bacteroides）和副拟杆菌属（Parabacteroides）上调，而双歧杆菌属（Bifidobacterium）、乳杆菌属（Lactobacillus）和布劳特氏菌属（Blautia）下调，这与CD-FMT小鼠和CD患者的肠道微生物群特征一致。

图5 高CORT模型小鼠的肠道微生物群增加了小鼠的抑郁和焦虑行为

研究总结

本研究中作者通过对库欣病患者粪便移植小鼠的模型分析，当小鼠接受这些患者的粪便细菌处理后，焦虑和抑郁行为显著增加，并且小鼠肠道菌群基因测序显示发生了明显变化。对小鼠血浆非靶向代谢组学分析，2-14,15-EG水平显著下降。然而，补充2-14,15-EG可缓解小鼠抑郁和焦虑行为。此外，在动物模型中，已观察到皮质酮通过肠道微生物群组成影响小鼠的行为变化，明确了激素、微生物群和行为之间的因果关系。总之，本研究增进了我们目前对库欣病患者肠道微生物如何导致抑郁和焦虑的理解，为临床治疗方法提供了新的见解。

参考文献：

[1] Nie, D., Wang, D., Wang, Z. et al. The gut microbiome in patients with Cushing’s disease affects depression- and anxiety-like behavior in mice. Microbiome
12, 225 (2024). https://doi.org/10.1186/s40168-024-01939-1