《Gut Microbes》：Schizophrenia-associated gut microbiota are linked to reduced colonic PRODH expression and behavioral changes in mice
编辑推荐：
精神分裂症（SCZ）是一种慢性神经精神障碍，其生物学基础仍未完全阐明。越来越多证据提示肠–脑轴参与SCZ，但疾病相关微生物群影响行为的宿主途径仍不清楚。在此，研究人员检测了来自SCZ患者的肠道微生物群是否与雄性C57BL/6N小鼠的行为和代谢改变相关。来自SC
精神分裂症（SCZ）是一种慢性神经精神障碍，其生物学基础仍未完全阐明。越来越多证据提示肠–脑轴参与SCZ，但疾病相关微生物群影响行为的宿主途径仍不清楚。在此，研究人员检测了来自SCZ患者的肠道微生物群是否与雄性C57BL/6N小鼠的行为和代谢改变相关。来自SCZ患者的粪菌移植（FMT）与受体小鼠短期识别记忆受损、社会新颖性偏好降低和前脉冲抑制（PPI）降低相关。结肠组织转录组分析鉴定出编码脯氨酸脱氢酶（PRODH）的Prodh表达降低，并伴有血浆脯氨酸水平升高。比较微生物组分析鉴定出一个与SCZ供体微生物组相关的五物种候选联合体——Escherichia fergusonii、Shigella sonnei、Morganella morganii、Citrobacter freundii和Enterococcus faecalis。口服该五物种混合物（5-SM）与小鼠相似的行为改变、结肠PRODH表达降低和高脯氨酸血症（hyperprolinemia）相关。总之，这些发现支持精神分裂症相关肠道微生物群变化、肠道脯氨酸代谢改变与小鼠行为改变之间可能存在关联。关键词：精神分裂症（Schizophrenia）；肠–脑轴（gut–brain axis）；肠道微生物群（gut microbiota）；PRODH；脯氨酸代谢（proline metabolism）；高脯氨酸血症（hyperprolinemia）。
精神分裂症（SCZ）是一种慢性、致残性神经精神障碍，表现为幻觉、妄想、社会退缩和认知损害，约影响全球1%人口，其生物学基础仍了解不足。当前药物主要靶向多巴胺能和5-羟色胺能系统，常不能充分改善认知和阴性症状。近十年来，肠–脑轴被认为是连接肠道微生物群与脑功能的调控网络，可通过免疫、代谢和神经通路发挥作用。已有研究报道SCZ患者存在微生物失调，但这些微生物改变是否促成SCZ相关表型以及通过哪些宿主途径尚不清楚。多数微生物–脑研究关注可到达中枢神经系统（CNS）的微生物代谢物，如短链脂肪酸、色氨酸衍生物和胆汁酸；相比之下，微生物驱动的宿主肠道组织转录变化关注较少。因此，研究人员检验SCZ患者肠道微生物群是否与小鼠肠道基因表达改变、系统代谢和行为表型相关。该研究发表于《Gut Microbes》。研究人员采用患者来源微生物群、受体小鼠表型、结肠转录组和定义细菌联合体相结合的策略，发现SCZ来源微生物群、结肠PRODH表达降低、高脯氨酸血症和行为改变之间存在关联；探索性设计提示该发现可为后续机制研究提供框架，并提示肠上皮脯氨酸代谢可能是宿主界面之一。
关键技术方法：研究纳入健康对照（HC）和SCZ患者粪便供体各7例，SCZ供体均有典型临床症状。雄性C57BL/6N小鼠接受每日口服FMT（100 μL，约1×10
10 CFU/mL）21 d，或口服五物种混合物（5-SM）21 d，并以MK-801为药理对照。行为评估采用旷场实验（OFT）、新物体识别实验（NORT）、社会互动实验（SIT）和声惊反射（ASR）前脉冲抑制（PPI）。结肠组织行3′ mRNA测序和qRT-PCR检测Prodh，Western blot检测PRODH，比色法测血浆脯氨酸。供体粪便行16S rRNA基因V4区测序、培养分离、API生化鉴定和物种特异性qPCR。
研究结果：
1. SCZ来源微生物群与行为改变、结肠Prodh表达降低和高脯氨酸血症相关（SCZ-derived microbiota were associated with behavioral changes, reduced colonic Prodh expression, and hyperprolinemia）。通过FMT，SCZ-FMT受体OFT运动无显著改变；NORT 4 h辨别比降低，短期识别记忆受损；SIT新异同种偏好降低，社会新颖性识别受损；ASR PPI比降低，感觉运动门控改变。结肠RNA-seq显示，23,238个转录本中194个差异表达基因（DEGs）（倍数变化≥1.5，名义P < 0.05），96个上调、98个下调。Prodh下调（Welch P = 0.0327），并非最显著，但因其与SCZ和脯氨酸代谢的生物学相关性被优先关注。qRT-PCR确认结肠Prodh降低，血浆脯氨酸升高。基线组织分布显示PRODH蛋白在结肠可检测且比脑更丰富。结论支持SCZ供体微生物群、结肠PRODH表达降低和循环脯氨酸稳态改变之间存在关联。
2. 比较微生物组分析和培养筛选鉴定出SCZ供体样本富集的五物种联合体（Comparative microbiome profiling and culture-based screening identified a five-species consortium enriched in SCZ donor samples）。16S rRNA测序显示，SCZ组observed OTUs、ACE、Chao1指数更高，Shannon和Simpson无显著差异；基于Bray–Curtis距离的主坐标分析显示SCZ与HC样本分离；Bacteroidota富集、Bacillota减少，Gammaproteobacteria增加、Clostridia和Actinomycetota减少。相关分析将SCZ症状域与Proteobacteria、Gammaproteobacteria、Enterobacterales、Enterobacteriaceae、Escherichia-Shigella和E. coli group关联。培养筛选显示SCZ样本在DHL和mE琼脂上菌落更多，在BL琼脂上更少。最终选择五物种：Escherichia fergusonii、Shigella sonnei、Morganella morganii、Citrobacter freundii和Enterococcus faecalis。qPCR确认M. morganii、C. freundii和E. faecalis在SCZ供体中显著更高，E. fergusonii和S. sonnei呈富集趋势。FMT 2周后，五物种在SCZ-FMT受体粪便中均显著多于对照和HC-FMT。结论为五物种候选联合体与SCZ供体微生物组相关，并在SCZ-FMT受体中优先富集。
3. 定义的五物种联合体再现SCZ-FMT的关键行为和结肠代谢特征（A defined five-species consortium recapitulated key behavioral and colonic metabolic features of SCZ-FMT）。5-SM处理na?ve小鼠后，OFT运动无显著改变；NORT 4 h辨别比降低，SIT社会新颖偏好降低，ASR PPI降低；MK-801药理对照产生预期行为改变，支持行为测试有效性。单株给药未再现完整行为表型，提示群落级相互作用可能重要。结肠Prodh mRNA降低，PRODH蛋白降低，血浆脯氨酸升高。结论支持SCZ富集联合体、结肠PRODH表达降低和外周脯氨酸代谢改变之间的关联。
讨论部分总结：本研究整合患者来源微生物群、受体小鼠表型、结肠转录组和定义细菌联合体，检查SCZ相关微生物群与行为改变之间可能的宿主途径。FMT和5-SM两种模式中最一致的宿主读出为结肠PRODH表达降低和血浆脯氨酸升高，支持肠道脯氨酸代谢改变是宿主反应组成部分。5-SM基于供体细菌分离和物种水平定量验证，而非单一统计排名；FMT后2周五物种在SCZ-FMT受体粪便中优先富集；直接给予5-SM再现结肠Prodh降低、高脯氨酸血症和SCZ样行为，提供功能支持。但5-SM只是复杂SCZ相关微生物群的定义子集，不能断定五物种单独解释全部SCZ-FMT表型。肠上皮可能是宿主界面：结肠RNA-seq发现Prodh为DEG，qRT-PCR确认；PRODH催化脯氨酸分解第一步，其降低为血浆脯氨酸升高提供生物学一致解释；补充实验中tyndallized 5-SM在人结肠Caco-2细胞降低PRODH表达，支持细菌–上皮相互作用，但信号机制未定。基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）过表征分析中，194个满足探索性差异表达标准基因经Benjamini–Hochberg（BH）校正后无功能项显著，名义富集需谨慎；DEG集合功能上涉及免疫调节和抗原提呈、脂质和脂肪酸代谢、γ-氨基丁酸能（GABAergic）/突触后信号。Prodh并非仅因统计排名被优先，而是因差异表达与SCZ相关生物学、PRODH在脯氨酸分解中的中心作用及血浆脯氨酸升高汇聚。无错误发现率（FDR）显著转录组或通路变化，因此结果为假设生成，需更大队列、独立队列、纵向取样和靶向功能研究。脑关联需谨慎：SCZ患者亚群有血浆脯氨酸升高和脯氨酸分解改变；两模型均见血浆脯氨酸升高；CNS存在高亲和力脯氨酸转运系统，5-SM处理小鼠脑脯氨酸和谷氨酸浓度较vehicle对照升高。但未证明结肠PRODH降低直接导致脑氨基酸改变或行为异常，脑氨基酸发现是支持性证据，需区域特异、酶和代谢流研究。更广微生物组相关性方面，四个成员属Gammaproteobacteria/Enterobacterales，常与菌群失调和炎症或应激相关；E. faecalis为革兰阳性组分，可能提供互补功能。全混合物而非单株与表型相关，符合群落级相互作用。局限包括供体队列小、微生物组主要依赖16S rRNA测序和培养、受体为常规小鼠而非无菌或抗生素预处理、未做受体全群落16S rRNA分析、未明确建模供体变异、无供体粪便或循环脯氨酸测量和微生物脯氨酸相关功能分析、无挽救或基因验证。因此结果定义的是可检验的宿主–微生物关联，而非确定机制通路。
研究结论部分翻译：在这些限制范围内，该研究提供了一个连贯且可检验的框架：精神分裂症相关微生物群与小鼠中可重复的行为改变、结肠PRODH表达降低和外周脯氨酸代谢改变相关，并且一个定义明确的SCZ富集联合体再现了这一模式。未来使用更大队列供体、受控受体微生物群背景、靶向挽救方法和更高分辨率微生物谱分析的研究，将对于确定这种关联的特异性、稳健性和机制意义非常重要。
