HIV感染者抑郁相关的肠道菌群失调与色氨酸犬尿氨酸代谢通路改变

《International Journal of Infectious Diseases》：Gut microbiome dysbiosis and alterations in kynurenine pathway of tryptophan metabolism are associated with depression in people with HIV

　　

HIV感染者（PWH）的抑郁症患病率高于非HIV感染者，但其决定因素尚不明确。已有研究报道HIV相关的肠道菌群失调与神经认知功能下降及抑郁之间存在关联，提示肠道菌群可能在HIV感染背景下调节神经功能中发挥重要作用。连接肠道菌群失调与神经结局的潜在机制之一是微生物调节的色氨酸代谢。研究人员此前发现，HIV感染者血浆中色氨酸代谢的犬尿氨酸通路改变与抑郁证据相关，具体而言，与无抑郁者相比，伴有抑郁的HIV感染者中犬尿氨酸代谢物喹啉酸（一种公认的强效神经毒素）显著升高。本研究旨在探讨HIV感染者中肠道菌群与抑郁证据之间的潜在关联，并进一步评估抑郁相关肠道菌群失调是否与色氨酸犬尿氨酸代谢通路的改变相关。研究纳入365例HIV感染者，其中32例（8.8%）符合抑郁证据标准。结果发现，与无抑郁证据者相比，有抑郁证据的HIV感染者肠道菌群组成发生改变，表现为菌群结构异质性增加，16个菌种富集、多个菌种减少；抑郁相关菌群失调指数与抑郁证据显著相关。同时，有抑郁证据者血浆喹啉酸浓度显著升高。然而，抑郁相关肠道菌群失调与犬尿氨酸代谢物之间无显著相关性，而犬尿氨酸代谢物与多种炎症标志物显著相关。中介分析提示犬尿氨酸/喹啉酸可能通过IL-6介导对抑郁的影响。研究表明，肠道菌群失调与犬尿氨酸通路改变可能通过不同途径与HIV感染者的抑郁相关。

论文解读文章

一、研究背景与目的

HIV感染者（PWH）的抑郁症患病率显著高于非HIV感染者，但导致这一高患病率的决定因素尚不明确。既往研究报道了HIV相关的肠道菌群失调与神经认知功能下降和抑郁之间的关联，提示肠道菌群可能在HIV感染背景下调节神经功能中发挥重要作用。连接肠道菌群失调与神经结局的潜在机制之一是微生物调节的色氨酸代谢。研究人员此前发现，HIV感染者血浆中色氨酸代谢的犬尿氨酸通路改变与抑郁证据相关，具体表现为犬尿氨酸代谢物喹啉酸（quinolinic acid，一种公认的强效神经毒素）在伴有抑郁的HIV感染者中显著升高。后续在同一队列中的研究提示HIV相关肠道菌群组成变化、肠道微生物易位与色氨酸犬尿氨酸代谢通路改变之间存在关联。这些数据提示肠道菌群可能通过影响色氨酸犬尿氨酸代谢通路，在HIV感染者抑郁症的发病机制中发挥潜在作用。本研究旨在探讨HIV感染者中肠道菌群与抑郁证据之间的潜在关联，并进一步评估抑郁相关肠道菌群失调是否与色氨酸犬尿氨酸代谢通路的改变相关。

二、研究设计与主要技术方法

本研究为哥本哈根HIV感染合并症研究（COCOMO研究）的子研究，该研究是一项正在进行的纵向队列研究，旨在评估丹麦哥本哈根HIV感染者非艾滋病合并症的负担及危险因素。研究纳入年龄20岁及以上、完成两年随访抑郁评估并提供粪便样本的HIV感染者，共365例。粪便样本使用标准化采样装置和含DNA稳定剂的采集管收集，-80°C冷冻后运送至奥斯陆进行微生物组分析。空腹静脉血样本经离心后血浆样本储存于-80°C，用于色氨酸、犬尿氨酸、犬尿喹啉酸和喹啉酸浓度定量。主要技术方法包括：鸟枪法宏基因组测序（shotgun metagenome sequencing），使用MGISEQ-T7平台进行150 bp双端测序；使用KneadData流程进行原始读段预处理，Trimmomatic进行质量修剪，bowtie2比对去除人源序列；使用MetaPhlAn进行物种分类学分析，HUMAnN3进行功能分析，并从MetaCyc和KEGG数据库鉴定代谢通路；血浆色氨酸和犬尿氨酸代谢物采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）在Bevital AS测定；炎症标志物包括IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、IL-17A、IFN-γ、TNF-α采用磁性多重分析试剂盒测定，sCD14和sCD163采用ELISA试剂盒测定，hs-CRP采用比浊法测定。

三、研究结果

（一）研究人群特征

在365例同时具有两年随访抑郁评估和基线宏基因组数据的HIV感染者中，32例（8.8%）符合抑郁证据标准，包括8例仅根据MDI问卷存在抑郁症状（25%）、18例使用抗抑郁药物、6例同时存在MDI抑郁症状和使用抗抑郁药物。与无抑郁证据者相比，有抑郁证据者的MDI评分显著更高（p<0.001）。在人口统计学数据中，仅婚姻状况在两组间存在显著差异（p=0.019）。有抑郁证据者血浆喹啉酸浓度显著升高（p=0.014），与既往总队列研究结果一致。在炎症标志物中，有抑郁证据者IL-6水平显著升高（p=0.001）。

（二）抑郁证据者的肠道菌群特征

在物种水平上，有抑郁证据者与无抑郁证据者之间在Shannon指数和逆Simpson指数测量的微生物α多样性方面无显著差异。然而，有抑郁证据者组内β多样性（以Bray-Curtis距离到组质心的距离衡量）显著高于无抑郁证据者（Wilcoxon秩和检验，p=0.005）。为排除组间样本量严重不均衡（32例对333例）的影响，研究人员进行了1000次迭代的平衡降采样分析，每组32例，组间离散度差异在等样本量下仍保持稳健（中位p=0.025；70.2%迭代中p<0.05），支持有抑郁证据者微生物结构异质性更大。NMDS分析显示有抑郁证据者的整体菌群组成分布更为分散，但在调整婚姻状况后统计显著性消失（PERMANOVA，p=0.1）。

在669个纳入差异丰度分析的微生物物种中，调整婚姻状况后（log2倍数变化>±0.6且B-H校正p<0.05），有16个物种在有抑郁证据者中富集，包括Alistipes sp. An31A、Ruminococcus sp. CAG:624、Campylobacter gracilis、Clostridium sp. chh4-2、Neisseria perflava、Weissella cibaria、Campylobacter hominis、Fusobacterium periodonticum、Leuconostoc garlicum、Clostridium hylemonae、Porphyromonas sp. HMSC065F10、Leuconostoc pseudomesenteroides、Alloscardovia omnicolens、Lactobacillus fermentum、Clostridium methylpentosum和Prevotella corporis。多个物种在有抑郁证据者中减少，其中Bacteroides plebeius的倍数变化最高。基于差异丰度物种构建的抑郁相关微生物失调指数与抑郁证据显著相关。排除自报既往抑郁治疗史的亚队列（17例有抑郁证据，279例无抑郁证据）中，失调指数与抑郁证据的关联仍存在（OR=1.21，95% CI [1.01-1.44]，p=0.033）；排除HCV合并感染的亚队列（26例有抑郁证据，295例无抑郁证据）中关联同样存在（OR=1.35，95% CI [1.09-1.67]，p=0.005）。在功能水平上，有抑郁证据者与无抑郁证据者之间未发现基因家族或代谢通路的显著差异，仅L-鼠李糖降解I通路在有抑郁证据者中略有升高（log2倍数变化=0.5，B-H校正p=0.01）。

（三）MDI评分与肠道菌群的关联

将MDI评分作为连续变量应用于所有个体，调整婚姻状况后，MDI评分与多样性指数之间无显著关联。MDI评分与多个微生物物种的相对丰度之间存在关联（B-H校正p<0.05），其中Alistipes sp An31A、Campylobacter hominis、Porphyromonas sp HMSC065F10、Alloscardovia omnicolens和Prevotella corporis与MDI评分呈正相关，这些物种也在有抑郁证据者中更为丰富。MDI评分与抑郁相关微生物失调指数呈正相关。

（四）肠道菌群失调、犬尿氨酸代谢物与抑郁的关联

抑郁相关微生物失调指数与犬尿氨酸代谢物（包括喹啉酸）或炎症标志物（包括IL-6）之间无显著相关性，而喹啉酸和IL-6均在抑郁证据者中显著升高。将分析限制在失调指数内的单个菌种及额外MDI评分相关菌种，同样未发现抑郁相关微生物物种与犬尿氨酸代谢物或炎症标志物之间的显著相关性，仅少数例外显示弱相关。这些结果提示肠道菌群可能通过不涉及色氨酸犬尿氨酸代谢通路的机制与抑郁相关。值得注意的是，犬尿氨酸水平与多种炎症标志物（包括TNF-α、sCD163、IL-10、IL-6、hsCRP、IL-17、IL-2）呈正相关，喹啉酸水平与炎症标志物之间也存在类似相关性。这种犬尿氨酸/喹啉酸-炎症相关性，与抑郁相关菌群失调和犬尿氨酸代谢物之间、或菌群失调与炎症之间缺乏显著相关性形成对比，提示犬尿氨酸通路可能通过全身性炎症影响抑郁。为验证这一假设，研究人员以IL-6为中介变量、喹啉酸或犬尿氨酸为暴露变量、抑郁证据为结局变量进行中介分析，观察到喹啉酸和犬尿氨酸通过IL-6对抑郁存在临界显著的中介（间接）效应，而喹啉酸或犬尿氨酸对抑郁的直接效应缺失。反向模型（IL-6→喹啉酸→抑郁）的探索性分析中，IL-6对抑郁存在临界显著的直接效应（ADE=4.9061e-03，p=0.062），而IL-6通过喹啉酸对抑郁的中介效应不显著（ACME=4.0075e-04，p=0.286）。这些发现提示炎症可能是喹啉酸水平与抑郁之间的关联环节，但精确的方向性无法从横断面数据中确定，临界效应应谨慎解读并视为假设生成性发现。

四、讨论与结论

本研究发现HIV感染者中抑郁证据与肠道菌群失调相关，表现为菌群组成变异更大及多个差异丰度物种。其中Alistipes sp. An31A在有抑郁证据者中富集程度最高，与既往报道的Alistipes在抑郁症患者肠道菌群中显著增加一致。部分富集物种如Campylobacter hominis和Prevotella corporis也与MDI评分正相关，强化了其在抑郁中的潜在意义。多个在有抑郁证据者中减少的物种已知可产生神经递质，如Enterococcus faecium（多巴胺）、Hafnia alvei（血清素和多巴胺）、Bifidobacterium dentium（GABA），研究人员推测这些产神经递质菌的减少可能通过影响迷走神经刺激等途径与抑郁相关。此外，多个富集物种为口腔共生菌或条件致病菌，包括Neisseria perflava、Fusobacterium periodonticum、Campylobacter gracilis和Porphyromonas spp，与HIV感染者和重症COVID-19患者肠道中口腔菌富集的报道一致，可能反映黏膜屏障破坏导致的定植抵抗能力下降。抑郁相关菌群失调与犬尿氨酸代谢物之间缺乏相关性，而犬尿氨酸代谢物与多种炎症标志物显著相关，且存在通过IL-6的临界中介效应，提示犬尿氨酸通路可能通过炎症影响抑郁，而非直接由肠道菌群驱动。研究存在局限性，包括抗逆转录病毒治疗（ART）可能影响肠道菌群、抗抑郁药物可能在基线粪便采样前已开始使用、抑郁证据者样本量相对较小、饮食吸烟等因素未充分调整，且横断面设计无法建立因果关系。结论认为，肠道菌群失调与色氨酸犬尿氨酸代谢通路改变可能通过不同途径与HIV感染者的抑郁相关，未来需进一步研究阐明具体机制。