《Physiology & Behavior》：Desulfovibrio vulgaris Trigger Depression-like Behavior in Mice Through Dual Disruption of Colonic Homeostasis and Fatty Acid Metabolism
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Desulfovibrio通过破坏肠道屏障、扰乱短链脂肪酸代谢及激活炎症级联反应诱导小鼠抑郁样行为，证实其作为潜在干预靶点的价值。
彭林璐|张旭光|田娇娇|文江峰|邱瑞娟|郑义伟|陈春林|马浩
宜春大学药学院；中国江西省宜春市袁州区学府路576号，336000
摘要
目的
Desulfovibrio是一种存在于肠道中的硫酸盐还原细菌，越来越多的证据表明它与抑郁症的发病机制有关。然而，两者之间的确切关联及其内在机制仍不清楚。本研究旨在探讨Desulfovibrio是否通过微生物-肠道-大脑轴（Microbiota-Gut-Brain Axis）诱导小鼠出现抑郁样行为，并初步阐明其机制。
方法
本研究建立了一种由Desulfovibrio诱导的小鼠抑郁模型。根据初步实验结果，选择了浓度为1×10^8 CFU/ml的Desulfovibrio菌悬液进行实验，该浓度对小鼠抑郁样行为的影响更为显著，以此来研究Desulfovibrio对抑郁症的干预作用及其机制。
结果
q-PCR分析显示，模型组小鼠肠道中的Desulfovibrio数量显著增加，表明Desulfovibrio成功定植于这些动物体内。行为学结果显示，Desulfovibrio干预显著诱导了小鼠出现快感缺失、自发活动减少和行为绝望等抑郁样表型。组织病理学观察发现模型组结肠腺体结构紊乱、上皮损伤及炎症细胞浸润增加，提示肠道屏障功能受损。代谢组学分析表明，Desulfovibrio干预改变了小鼠血清中的短链脂肪酸（SCFAs）谱型，其中丁酸水平下降而丙酸水平上升。此外，LC-MS检测显示花生四烯酸（AA）的代谢趋向于促炎状态，表现为促炎介质前列腺素E2（PGE2）和白三烯B4（LTB4）水平升高，而抗炎物质二十二碳六烯酸（DHA）水平降低。
结论
Desulfovibrio通过破坏结肠屏障结构、扰乱短链脂肪酸代谢谱型以及激活促炎的花生四烯酸代谢途径，诱导小鼠出现抑郁样行为。进一步研究肠道微生物群与抑郁症发病之间的关系发现，Desulfovibrio可能成为抑郁症的潜在干预靶点。
引言
抑郁症是一种全球范围内普遍存在的心理和精神障碍，主要表现为持续的低落情绪、认知障碍和意志行为减退。由于其高复发率和致残性，抑郁症对患者自身和社会造成严重影响[1]。据统计，全球约有3.5亿人患有抑郁症。虽然传统抗抑郁药物有一定疗效，但存在起效缓慢和临床反应率较低等缺点。因此，继续探索抑郁症的发病机制并研究新的预防和治疗方法十分必要。近年来，微生物-肠道-大脑轴（microbiota-gut-brain axis）的研究为抑郁症领域带来了新突破。位于这一轴心的肠道微生物群调节体内的免疫、内分泌和神经通路，从而与大脑直接或间接交流。其结构异常可直接导致抑郁等情绪和行为问题[2,3]。
肠道微生物群稳态的破坏是抑郁症的重要病理特征。近年来，肠道微生物群与中枢神经系统之间的双向交流（即肠道-大脑轴）成为神经科学的研究热点。Natasha等人研究了肠道微生物群如何通过免疫、内分泌和神经通路与中枢神经系统相互作用，强调了其在调节情绪和行为中的重要性[4]。临床研究也证实抑郁症患者的肠道微生物群组成存在差异，与健康个体相比，厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度发生变化，其中重度抑郁症患者的拟杆菌门比例升高[5]。这些细菌可通过多种机制调节抑郁相关表型：一方面，作为细菌代谢产物的短链脂肪酸（SCFAs）可穿越血脑屏障，影响脑源性神经营养因子（BDNF）的表达和血清素的合成[6,7]，从而影响神经可塑性和情绪调节；另一方面，在肠道菌群失调时，肠道壁的完整性受损，使脂多糖（LPS）进入血液并引发全身炎症反应。促炎细胞因子如TNF-α和IL-6可诱导神经炎症，导致抑郁行为[8]。此外，肠道微生物群可通过调节色氨酸代谢影响神经递质的合成。由于约95%的外周血清素由肠嗜铬细胞产生[9]，可见肠道微生物群在神经信号传递中起作用。
Desulfovibrio是一种重要的肠道硫酸盐还原细菌，由于其独特的代谢途径，成为研究肠道微生物群与神经系统疾病关系的关键焦点[10]。该菌属是人体内硫化氢的主要来源，过量产生H?S会损害肠道上皮屏障，增加肠道通透性，使LPS进入血液。现有研究表明，重度抑郁症患者的肠道中Desulfovibrio含量显著升高，且它产生的LPS可作用于大脑的前额叶皮层和海马区，通过微生物-肠道-大脑轴介导神经系统损伤[11]。Desulfovibrio还参与阿尔茨海默病[12]和帕金森病[13]等神经退行性疾病的进展，促进神经炎症、氧化应激和神经递质失衡。然而，目前关于Desulfovibrio对抑郁症影响的研究仅限于临床样本的相关性分析，尚未得出明确结论或阐明具体机制和作用程度。在本实验设计中，我们首次直接给小鼠施用Desulfovibrio，并监测了相关生理指标（包括结肠病理变化和脂肪酸代谢谱型的改变），随后分析这些变化的时间序列以推断因果关系。
基于上述研究背景，使用ICR雄性小鼠建立了模型。模型组接受1×10^8 CFU剂量的Desulfovibrio处理，对照组接受等体积的无菌PBS。两周干预后，通过行为测试和组织样本分析研究Desulfovibrio对小鼠抑郁样行为的影响及其机制。本研究旨在明确Desulfovibrio与抑郁表型之间的因果关系，为进一步阐明抑郁症的微生物群相关发病机制提供实验依据，并为开发针对肠道微生物群的抗抑郁干预措施奠定基础。
实验菌株
本研究使用的Desulfovibrio菌株购自北京Bio-BoWei生物技术有限公司，菌株编号为bio-092027。该菌株以甘油冻干形式保存于-80°C。实验前，通过稀释平板法在特定厌氧培养基上进行活化及传代培养，确保细菌活力和纯度。所有操作均在严格厌氧条件下进行。
Desulfovibrio成功定植可诱导小鼠出现抑郁样行为
为阐明Desulfovibrio如何调节小鼠的奖赏相关行为，实验后进行了蔗糖偏好测试[16]。结果显示，Desulfovibrio处理组的蔗糖偏好百分比显著低于空白对照组（p<0.01，图1A），表明其诱导了类似快感缺失的行为。通过开放场测试（OFT）评估了小鼠在新环境中的运动和探索行为
讨论
本研究通过综合行为测试、组织病理学检查和代谢组学分析，全面探讨了Desulfovibrio对小鼠抑郁样行为的影响及其机制。结果表明，Desulfovibrio在肠道中的成功定植不仅直接诱导了快感缺失、行为绝望和运动活动减少等抑郁样表型，还导致了相应的组织病理学改变
结论
本研究证明Desulfovibrio可通过破坏结肠结构、改变短链脂肪酸代谢谱型以及激活促炎的花生四烯酸代谢途径诱导小鼠出现抑郁样行为。此外，本研究阐明了特定肠道微生物群如何通过代谢重编程调节肠道-大脑轴的功能，为探索新的抑郁症治疗靶点提供了依据。
缩写说明
SPT：蔗糖偏好测试；OFT：开放场测试；TST：尾悬吊测试；FST：强迫游泳测试；PGE2：前列腺素E2；LTB4：白三烯B4；DHA：二十二碳六烯酸；MGB：微生物-肠道-大脑轴；SCFAs：短链脂肪酸；BDNF：脑源性神经营养因子；TNF-α：肿瘤坏死因子α；IL-6：白细胞介素6；LPS：脂多糖；PBS：磷酸盐缓冲盐水；H&E：苏木精和伊红；GC：气相色谱；MS：质谱；LC：液相色谱；PCA：主成分分析（Principal Component Analysis）
资金来源
本研究得到了国家自然科学基金（82260778）和宜春大学博士研究启动基金（212 3360116031）的支持。
临床试验编号
不适用
CRediT作者贡献声明
马浩和陈春林负责实验设计和手稿修订；彭林璐设计实验、完成大部分实验、分析结果并撰写手稿；张旭光、田娇娇、文江峰、邱瑞娟和郑义伟参与实验并修订手稿。所有作者均同意发表。
伦理审批与参与同意
本动物实验已获得中国江西省宜春学院伦理委员会的批准。
患者发表同意
本研究不涉及患者发表同意问题。
数据和材料获取
所有数据和材料可向相应作者索取。
未引用参考文献
[15]
CRediT作者贡献声明
彭林璐：写作——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法学设计、实验实施。
张旭光：写作——审稿与编辑、数据验证、监督。
田娇娇：写作——审稿与编辑、数据验证、监督。
文江峰：写作——审稿与编辑、数据验证、监督。
邱瑞娟：写作——审稿与编辑、数据验证、监督。
郑义伟：写作——审稿与编辑、数据验证、监督、概念构思。
陈春林：写作——
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能构成潜在的利益冲突：马浩表示获得了国家自然科学基金创新研究组的财务支持。若存在其他作者，他们也声明没有相关利益冲突。
致谢
作者感谢所有参与者的支持，特别感谢江西省天然药物活性成分重点实验室的帮助。
