【Sci Adv】重型抑郁癥腸道菌群聯合代謝圖譜揭示抑郁癥發病機制與進展

抑郁癥是一種常見的精神疾病，主要臨床表現為持久性的情緒低落，常伴有焦慮癥狀和軀體化癥狀。抑郁癥是世界第四大疾病，預計到2021年將成為第二大疾病；流行病學調查結果顯示，2010年全球抑郁癥發病率為4.3%，是導致人類健康狀況不良的主要疾病。我國抑郁障礙女性患病率高于男性，女性與男性的終生患病率分別為8.0%和5.7%。但我國對抑郁癥的醫療防治還處在識別率低的局面，地級市以上的醫院對其識別率不足20%，只有不到10%的患者接受了相關的藥物治療。

重性抑郁癥（MDD）在臨床上又被稱為重性抑郁障礙，是抑郁癥的一個主要臨床分型，在診斷為抑郁癥的患者中，大約30%應診斷為重性抑郁癥。每個人罹患抑郁癥的概率在8-12%之間，女性患病率約為男性的2倍。抑郁癥嚴重困擾患者的生活和工作，給家庭和社會帶來沉重的負擔，約15%的抑郁癥患者死于自殺，抑郁癥的發病（和自殺事件）已開始出現低齡化趨勢。

重型抑郁癥的診斷主要依據2000年修訂的《精神疾病診斷與統計手冊》（DSM-IV-TR），由專業的精神科醫生根據評定量表來進行（主要有三種：漢密爾頓抑郁分級量表、貝克抑郁自評問卷和抑郁自評量表），目前尚沒有明確的生化指標可以用于抑郁癥的診斷。

本期針對抑郁癥由首都醫科大學王剛教授、重慶醫科大學謝鵬教授、浙大一附院精神衛生中心胡少華教授合作發表的一篇對中國抑郁人群中糞便樣品進行基于宏基因組及代謝組學的研究文章，該研究內容于2020年發表在國際知名期刊【Science Advanced】上，“Landscapes of bacterial and metabolic signatures and theirinteraction in major depressive disorders”。

1.     糞便樣品的宏基因組及代謝組學數據匯總

1.1）本文共計使用311個樣品（156例MDD患者，155例健康人），平均測序數據量15G/樣品

1.2)腸道細菌：α-多樣性無差異，β-多樣性有差異(Bray-Curtis distance,PERMANOVA, P= 0.003)

1.3) 腸道病毒：α-多樣性有差異（MDD組多樣性降低），β-多樣性無差異(Bray-Curtisdistance, PERMANOVA, P = 0.572) 

1.4) 腸道真菌組和腸道原生動物組無差異

1.5) 糞便樣品的GC-MS代謝組學：總的代謝產物差異非常顯著(PERMANOVA, P = 0.001)

2.     宏基因組數據及代謝組學的單組學分析

2.1）在兩個組別的糞便腸道菌群中，識別出47個細菌菌屬有差異，與HCs樣品項目，MDD患者腸道糞便有18個上調的菌屬，其中12個菌屬為擬桿菌門（12/18，66.7%），有29個下調菌屬，其中25個為硬壁菌門（25/29，86.2%）。

2.2) 同時兩個組別的糞便腸道菌群中，識別出3個噬菌體有差異，在MDD組，這三種同屬有尾噬菌體目，有兩株是降低的( Clostridium_phage_phi8074-B1和 Klebsiella_phage_vB_KpnP_SU552A)，一株是升高的(Escherichia_phage_ECBP5)

2.3)  糞便樣品的代謝組學提示腸道菌群的功能代謝作用

與HCs組相比，MDD組在代謝產物上有16中代謝產物富集，34種代謝產物降低；

差異代謝產物主要集中在氨基酸代謝通路(哌啶酸、脯氨酸，胱氨酸，色氨酸，亮氨酸，反式4-羥基脯氨酸等)、核苷酸代謝通路(腺苷酸、雙酚A，胸腺嘧啶等)、碳水化合物代謝通路(異檸檬酸、D-果糖、α-D-葡萄糖等)以及脂代謝通路(癸二酸 、磷腺二酯胺、吲哚甲酸、棕櫚酸等)等四大代謝通路。

3.   糞便樣品的宏基因組及代謝組學共網絡結構分析

將分別富集到擬桿菌屬及真桿菌屬、布勞特氏菌屬的細菌以及差異噬菌體，4大代謝通路的代謝產物（篩選條件：Spearman’s rankcorrelation coefficient (P < 0.05)）使用Cytoscape程序構建共網絡結構并進行分析，發現微生物之間、與代謝物之間的協同作用關系（synergisticand niche-related relationships）：同一細菌cluster內部菌株之間是正向作用，不同cluster之間是負向作用，菌群與代謝產物通過一株噬菌體相互連接，說明噬菌體在腸道菌群的多樣性及代謝產物的協同作用中發揮比較重要的作用。

4.  微生物功能與代謝物之間共網絡關系

4.1）宏基因組識別的功能基因富集到608個差異代謝通路，其中與生物學過程（BP）相關的有9個代謝通路，包括：與氨基酸代謝、脂代謝、碳水化合物代謝、核苷酸代謝相關。

4.2) 微生物功能與代謝物網絡關系

與HCs相比，MDD組糞便樣品中共識別出561個差異酶，主要分布代謝通路為：1）精氨酸-脯氨酸-GABA代謝通路，糞便中的GABA含量受到糞便微生物的基因調控，多條代謝通路協同及拮抗作用，造成GABA的富集，進而影響MDD發生發展；2）苯丙氨酸代謝通路：苯丙氨酸代謝基因降低，造成苯丙氨酸富集，推測MDD患者腸道糞便中存在苯丙氨酸降解代謝抑制物

3）色氨酸代謝通路：犬尿氨酸代謝基因富集，神經毒性代謝物得到富集。

5. MDD診斷模型建立

5.1)單組學診斷模型（2vs2vs2）：

使用兩種細菌分析(unclassified Klebsiella andEubacterium_sp._CAG:146) ，Discover階段的AUC為0.89，驗證階段的AUC為0.81，使用兩種代謝物進行模型構建分析(癸二酸sebacic acid and吲哚甲酸2-indolecarboxylic acid)Discover階段的AUC為0.93，驗證階段的AUC為0.83，使用兩種噬菌體進行模型構建分析(Clostridium_phage_phi8074-B1 and Escherichia_phage_ECBP5,)，Discover階段AUC=0.77，驗證階段的AUC僅為0.65，單組學的診斷模型較差。

5.2) 多組學診斷模型

Discover階段：(AUC= 0.98;positive predictive value, 0.87; and negative predictive value,0.95)；驗證階段(AUC = 0.90; positive predictivevalue, 0.84; and negative predictive value, 0.97)

6.     抑郁癥臨床表型的分子靶標

對菌群數據進一步分析發現，4種微生物菌株(Blautia_wexlerae,Blautia_sp._Marseille-P2398,Ruminococcus_sp._5_1_39BFAA, andOscillibacter_sp._ER4)，2種代謝物(l-homoserine and phosphate) 與抑郁癥指標HAMD、QIDS呈現相關性，這提示可以用于抑郁癥嚴重程度的分子靶標。

本研究從MDD腸道微環境的角度出發，發現腸道細菌、腸道病毒、腸道代謝產物失調的微環境變化，以及微生物氨基酸代謝相關的代謝產物失調可能是MDD患者腸道微生態系統的圖譜。另外還開發及獨立驗證了一套區分MDD與HCs的多組學聯合分子靶標，這為復雜的精神疾病診療提供了研究思路。

本文研究通過多組學的方法分析了MDD與健康對照之間的微生物、代謝物差異，并能結合呈現的差異微生物、代謝產物結合臨床表現，構建診斷靶標，是系統的、全面的對MDD研究的典范，更進一步指導了后續的臨床應用。

但是本文中發現的通路也需要進行動物模型驗證，更需要更多具有地域特色的樣品的驗證，小編認為依然值得深入研究。

噬菌體在細菌及代謝產物之間的連接作用，尤其是對于病毒而言，更多的突變識別以及耐藥基因隨轉座子的基因傳播需要更多深入挖掘及研究。

對于臨床糞便樣品的獲取及檢測，尤其是代謝物的檢測，存在諸多不便，而作為血液樣品中代謝物的檢測及模型構建，可能是解決諸多不便的方法之一，更顯示出了未來無創的大規模應用的價值！

參考文獻：

[1] Yang J. Landscapes of bacterialand metabolic signatures and their interaction in major depressive disorders. SCIENCE ADVANCES. 2 December 2020