破坏外周血清素合成驱动社会性、认知的性别特异性改变，并重塑肠-免疫-脑轴

《Brain, Behavior, and Immunity》：Disrupting peripheral serotonin synthesis drives sex-specific alterations in sociability and cognition, and reshapes the gut-immune-brain axis

　　

外周5-HT（5-hydroxytryptamine；5-HT）缺乏会改变焦虑样、社会性和认知行为。TPH1（tryptophan hydroxylase 1）敲除（knockout）会减弱单胺能以及GABA（gamma-aminobutyric acid）/谷氨酸能相关信号。外周5-HT缺乏会重塑肠道微生物组的多样性和组成。TPH1敲除会破坏结肠屏障信号和循环白细胞谱。行为变异与肠-免疫-脑轴上的调控相关。研究人员指出，外周5-HT合成通过TPH1缺失被扰乱后，可在不进入中枢5-HT池的情况下，经微生物组、屏障、免疫与神经化学系统交叉对话影响行为，并表现出雄性偏向或雌性偏向的性别特异性模式。

研究背景方面，精神障碍影响全球超过十亿人，遗传与机制研究反复指向神经化学、宿主-微生物组（host-microbiome）和免疫信号通路。5-HT（5-hydroxytryptamine；血清素）由色氨酸羟化酶（tryptophan hydroxylase；TPH）催化合成，其中TPH1主要在外周组织如肠嗜铬细胞（enterochromaffin cells）产生外周5-HT，TPH2在脑干中缝核（raphe nucleus）产生中枢5-HT。成年后5-HT不能穿过血脑屏障（blood–brain barrier；BBB），因此中枢与外周5-HT池在解剖上隔离。人体内约90–95%的5-HT由肠道产生，但外周5-HT如何经肠-免疫-脑轴影响脑功能与行为仍不清楚。既往TPH1^-/-小鼠外周5-HT显著降低但行为改变较轻微；TPH1^-/-大鼠可见焦虑样行为降低，但既往研究仅限雄性、仅看焦虑样表型，未系统评估社会性、认知及外周系统。因此，研究人员在成年雄性和雌性Wistar TPH1^-/-大鼠中开展跨系统研究，检验外周5-HT合成受损是否伴随行为及肠-免疫-脑轴改变。

主要关键技术方法方面，研究人员使用TPH1^+/-互交产生的成年雄性、雌性TPH1^+/+与TPH1^-/- Wistar大鼠，来源于8窝后代，成年后依次进行 Elevated Plus Maze（EPM；高架十字迷宫）、Novel Object Recognition（NOR；新物体识别）、Prepulse Inhibition（PPI；前脉冲抑制）、Social Behavior（SB；社会行为）测试，并在操作箱中进行 Egocentric Set-Shifting Task（ESST；自我中心定势转换任务）与 Sustained Attention Task（SAT；持续注意任务）。分子与系统层面采用 HPLC 检测色氨酸、5-HT、5-HIAA（5-hydroxyindoleacetic acid）、酪氨酸；qPCR 检测杏仁核、海马、结肠中单胺能、GABA/谷氨酸能、HPA轴（hypothalamic–pituitary–adrenal axis；下丘脑-垂体-肾上腺轴）、神经营养与屏障相关基因；流式细胞术分型外周血白细胞；16S rRNA V4区扩增子测序与 QIIME2、MaAsLin3 分析肠道微生物组 α/β 多样性与菌属组成。

研究结果方面，3.1 TPH1基因型与社会性相关焦虑样行为：通过EPM测试，研究人员发现TPH1^-/-大鼠开放臂停留时间增加、进入开放臂潜伏期缩短，即焦虑样行为降低；雌性不论基因型均比雄性更多进入开放臂。

3.3 TPH1基因型与社会性：通过SB测试，雌性较雄性社会互动少、非社会互动多；TPH1缺乏增加雄性社会互动并减少非社会互动，雌性中不显著，攻击行为无基因型差异。

3.4 TPH1基因型与认知灵活性和注意表现：通过ESST与SAT，TPH1^-/-大鼠更快达到定势转换学习标准，SAT中错误试次更少，雄性效应强于雌性，说明外周5-HT缺乏增强认知灵活性与注意表现。

3.5 TPH1基因型与脑单胺系统：HPLC与qPCR显示，松果体色氨酸升高，mPFC（medial prefrontal cortex；内侧前额叶皮层）中5-HT及5-HT/色氨酸比下降，杏仁核 Slc6a4、Slc22a3 与海马 5ht2a 下调，血清和mPFC酪氨酸降低，海马 Th 下调，表明5-HT能及儿茶酚胺前体相关信号减弱。

3.6 TPH1基因型与脑GABA/谷氨酸系统：qPCR显示杏仁核与海马 Gad65、Gad67、Vgat 下调，杏仁核 Gabrg2 与海马 Parvalbumin 下调，说明抑制性GABA能信号广泛减弱。

3.7 TPH1基因型与HPA轴信号：qPCR显示海马 Nr3c1（glucocorticoid receptor；糖皮质激素受体）下调，雌性更明显，杏仁核无变化，矿物皮质激素受体 Nr3c2 不变。

3.8 TPH1基因型与神经可塑性信号：qPCR显示杏仁核 Bdnf（brain-derived neurotrophic factor；脑源性神经营养因子）上调，海马 Bdnf 下调，呈现区域特异性。

3.9 TPH1基因型与肠道微生物组多样性和组成：16S分析显示TPH1^-/-雄性 Shannon、Camargo、Hill 指数降低，Gini 升高；β多样性受基因型、性别及交互作用影响。菌属层面 Anaeroplasma 消失，Anaerobiospirillum 与 F082 流行率下降，Allobaculum 与 Romboutsia 丰度上升，Defluviitaleaceae UCG-011、Enterorhabdus、RF39 丰度下降。

3.10 TPH1基因型与肠道屏障信号：结肠qPCR显示 Ifnγ、Il1β、Il6、Tnfα 下调，黏附标记 Cdh1、Ocln 上调，黏液成分 Muc5ac 下调，说明炎症信号减弱、部分物理屏障分子改变。

3.11 TPH1基因型与外周血白细胞表型：流式显示 γδ T细胞在雌雄中均减少，B细胞、CD127⁺ CD8⁺ T细胞在雄性中减少，嗜酸性粒细胞增加，提示适应性与先天性免疫群体改变。

讨论与结论部分，研究人员认为，外周5-HT经TPH1缺乏而耗竭并不会直接进入脑内5-HT池，却可重塑肠微生物组、结肠屏障、循环免疫细胞以及皮层-边缘区单胺、GABA/谷氨酸、HPA轴与 Bdnf 信号，并最终与焦虑样行为降低、雄性社会性增强、认知灵活性及注意表现改善等表型相关。该研究将外周5-HT定位为肠-免疫-脑轴中的调控节点，说明行为障碍相关机制不仅来自中枢5-HT能异常，也来自外周合成、微生物组和免疫系统的跨系统对话，且具有性别特异性。

结论为：Disrupting peripheral serotonin synthesis via TPH1 deficiency drives sex-specific alterations in sociability and cognition, and reshapes the gut–immune–brain axis；即TPH1缺陷导致外周血清素合成受损，驱动社会性与认知的性别特异性改变，并重塑肠-免疫-脑轴。