寄生虫介导的行为改变：Blastocystis ST7通过BhTnaA酶调控色氨酸-血清素通路诱发小鼠焦虑样行为

本研究发现人肠道寄生虫Blastocystis ST7通过其特有的色氨酸酶(BhTnaA)将吲哚转化为色氨酸，显著上调肠嗜铬细胞(EC cells)的血清素(5-HT)合成，并通过迷走神经介导的肠-脑轴(gut-brain axis)信号传导，最终导致小鼠焦虑样行为增强。该研究为肠道微生物-宿主神经互作提供了新机制，对理解肠易激综合征(IBS)等疾病的发病机制具有重要启示。

　　

引言

Blastocystis是一种高度流行的肠道原生动物寄生虫，其致病性至今仍存在争议。该寄生虫表达一种特殊的色氨酸酶BhTnaA，能够独特地将吲哚代谢为色氨酸。肠道内的肠嗜铬细胞(EC cells)利用色氨酸羟化酶(Tph1)和芳香族氨基酸脱羧酶(Aadc)将色氨酸转化为血清素(5-HT)。这些细胞受到迷走神经的支配，在肠-脑轴双向信号传导中扮演关键角色。血清素信号紊乱与肠易激综合征(IBS)和某些情绪障碍密切相关。本研究通过体外和体内实验证明，Blastocystis能够通过BhTnaA影响肠嗜铬细胞的血清素合成，并导致小鼠行为改变。

方法

研究使用RIN14B细胞作为肠嗜铬细胞模型，评估BhTnaA对血清素合成及相关基因表达的影响。通过结肠化多种Blastocystis ST7分离株的小鼠模型，分析肠道血清素代谢物水平的变化。采用高架十字迷宫实验(Light Box)、悬尾实验(Tail Suspension)和旷场实验(Open Field)评估小鼠行为学改变。

结果

Blastocystis色氨酸酶活性与既往研究一致

Blastocystis ST7B能够消耗约50%的可用吲哚，且在1-2.5 mM浓度范围内色氨酸合成效率最高，这与人类结肠中吲哚的生理浓度范围(1-4 mM)高度吻合。研究排除了色氨酸通过Shikimate途径或TrpB酶合成的可能性，证实BhTnaA是Blastocystis合成色氨酸的唯一机制。不同ST7分离株(7B、7C、7E、7G、7H)的色氨酸合成能力存在差异，其中ST7E表现出最强的色氨酸合成趋势。

Blastocystis产生的色氨酸在EC细胞模型中诱导血清素合成

研究发现，经吲哚处理的Blastocystis ST7B培养上清液能够显著促进RIN14B细胞的血清素合成，这一效应依赖于色氨酸羟化酶(Tph1)的活性。使用Tph1抑制剂LP-533401处理后，血清素合成几乎完全被抑制。有趣的是，单独添加吲哚或Blastocystis上清液均不能引起血清素水平的显著变化，表明需要Blastocystis和吲哚的共同作用。

Blastocystis产生的色氨酸上调RIN14B细胞中的血清素合成通路

RT-qPCR分析显示，经吲哚处理的Blastocystis上清液能够显著上调Tph1、Th和Alox12基因的表达，同时下调Comt基因。基因本体(GO)分析发现，处理后的细胞中与神经退行性疾病相关的基因，包括淀粉样前体蛋白(App)、α-突触核蛋白(Snca)和α-突触核蛋白相互作用蛋白(Sncaip)均出现显著上调，提示Blastocystis感染可能与神经退行性疾病的发病机制存在潜在关联。

Blastocystis定植增加小鼠结肠中的色氨酸水平

在C57BL/6小鼠模型中，ST7E定植显著增加了结肠组织中的色氨酸浓度，但对吲哚水平没有影响。令人意外的是，ST7B定植并未引起任何代谢物的显著变化，表明不同ST7分离株在体内的生物学行为存在明显差异。

ST7E定植小鼠的胃肠道血清素水平可能升高

ST7E定植小鼠表现出复杂的血清素变化模式：在盲肠中血清素水平显著降低，而在结肠中则呈现接近统计学意义的升高趋势。同时，这些小鼠的胃肠道犬尿氨酸水平出现近乎完全的降低，这一现象的原因尚不明确。

ST7E定植小鼠表现出焦虑样行为增强

行为学测试显示，ST7E定植小鼠在高架十字迷宫实验中停留在明箱的时间显著减少，表明焦虑样行为增强。旷场实验中没有发现自发探索活动的差异，悬尾实验也未显示抑郁样行为的改变，说明行为变化具有特异性。

胃肠道血清素浓度与ST7E定植小鼠的焦虑行为相关

Spearman相关性分析显示，ST7E定植小鼠的结肠血清素水平与明箱停留时间呈显著负相关(r = -0.9286, p = 0.022)，表明血清素水平越高，焦虑样行为越明显。当将盲肠和结肠数据合并分析时，色氨酸和血清素与焦虑行为的相关性进一步增强。

讨论

Blastocystis可能在肠道局部区域消耗吲哚

即使在毒性浓度下，Blastocystis仍持续消化吲哚，这可能是因为在缺乏鞭毛的情况下，消化吲哚比单纯在高吲哚环境中生存更有利于寄生虫的生存。另一种解释可能是缺乏吲哚摄取的调控机制。

BhTnaA可能作为Blastocystis解毒环境吲哚的方法而出现

研究证实BhTnaA是Blastocystis合成色氨酸的唯一机制，该酶在寄生虫胃肠道生境的吲哚浓度范围内工作效率最高，表明这一系统可能专门进化用于解毒环境吲哚。

吲哚化Blastocystis上清液上调的RIN14B基因参与多种通路

除了血清素合成通路外，研究还发现多巴胺相关基因(Th和Comt)的表达改变，尽管肠嗜铬细胞通常不以合成多巴胺著称。

吲哚化Blastocystis上清液上调的RIN14B基因可能与神经退行性疾病相关

淀粉样前体蛋白(App)和α-突触核蛋白(Snca)等相关基因的上调特别值得关注，考虑到最近关于帕金森病可能起源于迷走神经的发现，以及Blastocystis定植于迷走神经支配的肠道区域的能力，这种寄生虫感染与神经退行性疾病之间可能存在潜在联系。

Blastocystis可能通过色氨酸以外的途径影响Tph1表达

研究发现色氨酸处理增加血清素合成但不影响Tph1表达，而Blastocystis条件培养基则同时增加血清素合成和Tph1表达，表明可能存在其他机制，如细胞外囊泡(EVs)介导的信号传导。

Blastocystis ST7E在体内重现了ST7B的体外效应

ST7E定植引起了胃肠道色氨酸和血清素的增加以及行为学改变，而ST7B则没有这些效应，尽管根据现行的18S rRNA分类技术，这两种分离株属于同一生物种。这种差异可能源于与肠道微生物组相互作用的区别。

Blastocystis有潜力成为肠-脑轴的强效调节者

尽管尚未提供Blastocystis色氨酸合成直接导致行为和胃肠道变化的因果证据，但研究建立了一个从BhTnaA基因特性到RIN14B细胞血清素合成，再到Blastocystis ST7定植小鼠血清素紊乱和行为改变的一致脉络。这些结果为理解Blastocystis感染对焦虑和大脑活动的影响提供了新的机制视角。