抑郁癥患者腸道菌群與血清炎癥因子和臨床癥狀的相關性分析

哈斯朝魯 李 欣 盧 鴻 李 軻

山西醫科大學第一醫院檢驗科，山西太原 030001

腸-腦軸受神經遞質和免疫調節劑（如細胞因子、代謝產物和激素等）介導的不同機制相互影響，并與下丘腦-垂體-腎上腺軸密切相關[1]。腸道菌群可產生和調節主要神經遞質的生物利用度，腸道菌群失調可能是抑郁癥、強迫癥等精神性疾病及功能性胃腸病的重要發病機制，其機制包括腸道菌群可產生γ 氨基丁酸、5-羥色胺、去甲腎上腺素等神經遞質，影響神經系統活動[2]。免疫系統活動增強了腸道菌群和大腦之間的聯系，腸道菌群失調可損害腸上皮的完整性，導致病原微生物防御缺陷，從而導致炎癥反應和神經炎癥，已有研究證明抑郁癥患者炎癥生物標志物升高[3]。基礎研究[4]顯示，食源性空腸彎曲菌增加了與自主神經功能相關的大腦區域C 反應蛋白水平，并導致小鼠的抑郁樣行為。胡少華等[5]研究顯示，腸-腦軸的功能可導致生理和病理性改變，內分泌系統的異常在抑郁癥的發生發展中發揮重要作用。鑒于此，本研究采用病例對照分析，觀察了抑郁癥患者腸道菌群變化及其與抑郁癥患者血清炎癥因子及臨床癥狀的關系。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2020 年7 月至2020 年12 月在山西醫科大學第一醫院就診的首發抑郁癥患者154 例作為研究組。納入標準：①所有患者均符合《精神障礙診斷與統計手冊（第5 版）》[6]抑郁障礙診斷標準；②年齡18～60 歲，性別不限，右利手；③患者對研究知情并簽署知情同意書。排除標準：①合并感染性、自身免疫性疾病；②合并腦部器質性疾病或其他類型精神障礙；③合并嚴重軀體疾病；④合并胃腸道器質性疾病或功能性胃腸疾病；⑤合并糖尿病、冠心病、高血壓等疾病；⑥既往有腸道手術史；⑦入組前有抑郁癥病史；⑧入組前3 個月內服用過抗抑郁藥物、抗生素或影響腸道菌群的藥物；⑨體重指數（body mass index，BMI）≥28 kg/m2；⑩已納入或擬納入其他臨床研究及抗抑郁癥藥物治療史。同時按照1∶1 比例隨機抽取154 名健康體檢受試者作為對照組，對照組均無抑郁癥狀，排除標準同上。對照組男61 例，女93 例；年齡23～59 歲，平均（40.37±12.85）歲；BMI 16.93～27.08 kg/m2，平均（22.67±3.67）kg/m2。研究組男56 例，女98 例；年齡22～57 歲，平均（39.85±10.69）歲；BMI 17.64～27.41 kg/m2，平均（22.84±3.14）kg/m2。兩組性別、年齡、BMI 等一般資料比較，差異均無統計學意義（P ＞0.05），具有可比性。本研究經過醫院醫學倫理委員會批準通過。

1.2 研究方法

1.2.1 腸道菌群檢測 根據第4 版《全國臨床檢驗操作規程》[7]收集患者新鮮糞便，檢測時取200 mg 糞便，采用E.Z.N.A.? Stool DNA Kit 試劑盒提取中DNA，嚴格按照試劑盒說明書操作。通過定量聚合酶鏈反應（quantitative polymerase chain reaction，qPCR）測定細菌DNA 數量。擴增16S 核糖體RNA（16S ribosomal RNA，16S rRNA）的V4 高變區后，使用片段分析儀上的dsDNA 910 試劑盒對每個樣本擴增的DNA 量進行定量。16S rRNA 測序在lllumina MiSeq 平臺上完成，獲得數據按照97%閾值以成對匹配的方式分配到操作分類單元（operational taxonomy units，OTUs），使用RDP 參考數據庫進行分類。

1.2.2 炎癥因子檢測 入組后抽取患者空腹靜脈血，采用酶聯免疫吸附法測定患者血清腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1β 和IL-6 水平，試劑盒購自上海酶聯生物科技有限公司，嚴格按照說明操作。

1.2.3 抑郁癥狀評估 采用漢密爾頓抑郁量表（Hamilton depression scale，HAMD-17）[8]進行評估，HAMD-17量表包括抑郁情緒、有罪感、自殺、入睡困難、睡眠不深等17 個條目組成。HAMD-17 量表≤7 分表示無抑郁癥狀；HAMD-17 量表得分7～17 分表示可能存在輕度抑郁癥狀；HAMD-17 量表<17～24 分可能有中度抑郁；HAMD-17 量表＞24 分，表示可能存在嚴重抑郁。總體HAMD-17 量表得分越高說明患者抑郁程度越嚴重。

1.3 統計學方法

采用SPSS 23.0 統計學進行數據分析，計量資料用均數±標準差（）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析；計數資料用例數和百分比表示，采用χ2檢驗；相關性分析采用斯Spearman 分析。以P ＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組炎癥因子水平比較

研究組TNF-α、IL-1β、IL-6 水平均高于對照組，差異均有統計學意義（P ＜0.05）。見表1。

表1 兩組炎癥因水平比較（ng/L，）

表1 兩組炎癥因水平比較（ng/L，）

注 TNF-α：腫瘤壞死因子α；IL-1β：白細胞介素1β；IL-6：白細胞介素6

2.2 不同抑郁程度患者炎癥因子水平比較

根據HAMD-17 評分將研究組患者分為輕度抑郁患者67 例、中度抑郁患者51 例、重度抑郁患者36 例，重度抑郁患者TNF-α、IL-1β、IL-6 水平均高于輕度和中度抑郁患者，中度抑郁患者TNF-α、IL-1β、IL-6 水平均高于輕度抑郁患者，差異均有統計學意義（P ＜0.05）。見表2。

表2 不同抑郁程度患者炎癥因子水平比較（ng/L，）

表2 不同抑郁程度患者炎癥因子水平比較（ng/L，）

注 與輕度抑郁患者比較，aP ＜0.05；與中度抑郁患者比較，bP ＜0.05。TNF-α：腫瘤壞死因子α；IL-1β：白細胞介素1β；IL-6：白細胞介素6

2.3 兩組糞便菌群豐富度及多樣性比較

研究組Shannon 指數高于對照組，差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表3。

表3 兩組糞便菌群豐富度及多樣性比較（）

表3 兩組糞便菌群豐富度及多樣性比較（）

注：Shannon：香農指數

2.4 兩組門、屬水平腸道菌群豐度比較

研究組厚壁菌門豐度低于對照組（P ＜0.05），擬桿菌門、變形菌門和樹桿菌門豐度高于對照組（P ＜0.05）；研究組擬桿菌屬、普氏菌屬、另枝菌屬、棲糞桿菌屬、考拉桿菌屬豐度低于對照組（P ＜0.05），毛螺菌屬、副桿菌屬、布勞特氏菌屬、巨單胞菌屬豐度明顯高于對照組（P ＜0.05）。見表4。

表4 兩組門、屬水平腸道菌群豐度比較（）

表4 兩組門、屬水平腸道菌群豐度比較（）

2.5 腸道菌群和炎癥因子及抑郁程度的相關性分析

擬桿菌屬、棲糞桿菌屬、考拉桿菌屬與TNF-α、IL-1β、IL-6 和抑郁程度呈負相關（P ＜0.05）；普氏菌屬、另枝菌屬、毛螺菌屬、副桿菌屬、布勞特氏菌屬、巨單胞菌屬與TNF-α、IL-1β、IL-6 和抑郁程度無相關性（P ＞0.05）。見表5。

表5 腸道菌群和炎癥因子及抑郁程度的相關性分析

3 討論

臨床前和臨床研究結果[9-10]均顯示，心理應激、生理應激、先天性因素及感染等因素均可引起宿主腸道微調生物群變化，腸黏膜屏障破壞和細菌脂多糖移位，免疫系統激活，產生促炎細胞因子。促炎因子水平增加和環境壓力激活邊緣系統，該系統主要涉及記憶、情緒和行為。母嬰分離、外界壓力等方式的抑郁癥動物模型均顯示實驗動物與對照組動物之間存在腸道菌群結構改變。通過分離抑郁癥患者糞便中微生物并培養后，再移植進入小鼠體內，可誘發實驗動物的抑郁樣改變[11]。神經遞質相關研究[12]顯示，腸道菌群可能通過單胺神經遞質和谷氨酸等神經遞質的傳導發揮作用。系統分析[13]顯示，以糞便微生物移植為靶點的腸-腦軸調整可減輕抑郁和焦慮樣癥狀。

目前，抑郁和非抑郁患者糞便中微生物菌群的報道尚存在爭議，Naseribafouei 等[14]比較了抑郁（37 例）和非抑郁（18 例）受試者糞便微生物，未發現兩者糞便微生物多樣性存在差異。Jiang 等[15]采用16S rRNA基因序列分析技術的研究顯示，抑郁癥患者糞便微生物多樣性顯著高于健康受試者。漆靖等[16]采用16S rRNA 的研究同樣顯示，抑郁癥患者Shannon 指數明顯升高，主要表現在擬桿菌科豐度升高。本研究結果顯示，研究組Shannon 指數顯著高于對照組，結果提示，抑郁癥患者腸道菌群多樣性較高。與Jiang 等[15]和漆靖等[16]研究一致。雖然腸道菌群多樣性有益于人體健康，但其在中樞神經系統的影響越來越受到關注。對配方奶粉和母乳喂養的研究顯示，雖然配方喂養嬰兒的腸道微生物多樣性升高，但母乳喂養嬰兒的神經發育水平更好。此外在自閉癥患兒中也觀察到腸道菌群多樣性和豐度增加，抑郁癥患者腸道菌群多樣性增加的確切機制尚不明確，可能受健康狀況、年齡、飲食、壓力等多種因素相關。本研究顯示，抑郁癥患者3 個主要菌門之間存在顯著分類學差異，擬桿菌門和變形菌門在抑郁癥患者中明顯豐度更高，而厚壁菌門豐度降低；在屬水平上，抑郁癥患者擬桿菌屬、普氏菌屬、另支菌屬豐度降低，棲糞桿菌屬、考拉桿菌屬、毛螺菌屬、副桿菌屬、布勞特氏菌屬、巨單胞菌屬豐度升高。抑郁癥患者存在腸道菌群多樣性改變。

研究顯示，與健康對照者比較，抑郁癥患者存在炎癥因子水平升高。尸檢研究結果表明抑郁癥患者大腦內存在炎癥標志物[17]。Tonelli 等[18]研究顯示，自殺的抑郁癥患者腦部區域炎癥水平升高。TNF-α 是抑郁癥中較嚴重的促炎細胞因子之一，在神經炎癥反應期間的細胞因子級聯啟動和調節中發揮核心作用。研究顯示[19]，TNF-α 參與下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamic pituitary adrenal axis，HPA 軸），軸異常激活，調節神經元5-羥色胺轉運體和吲哚胺2，3-雙加素酶的活性，導致抑郁過程中5-羥色胺攝取減少，色氨酸缺失。IL-1β 在調節TNF-α 和IL-6 表達中發揮重要作用，是腦炎癥級聯反應的主要調節因子，在控制神經炎癥發生方面發揮重要作用。研究顯示[20]，血清IL-1β穿透血腦屏障，直接刺激HPA，導致皮質醇的過度分泌，減少突觸裂隙中5-羥色胺的再攝取，從而導致抑郁癥狀。IL-6 是免疫系統中重要的多功能細胞因子，可誘導星形膠質細胞在應激狀態下產生更多代謝物。縱向研究顯示[21]，9 歲時血清IL-6 水平升高的兒童在18 歲時抑郁癥風險較健康人群高10%。本研究結果顯示，抑郁癥患者TNF-α、IL-1β、IL-6 等水平均高于對照組，結果提示，在抑郁癥患者體內存在炎癥狀態，與既往研究相符。

腸道菌群對免疫系統維護具有重要意義，腸道微生物紊亂可引起機體免疫功能失調，進而引發炎癥反應。在應激條件下，腸道通透性增加，腸黏膜屏障發生破壞，革蘭陰性菌從腸道進入體循環，產生的脂糖引起炎癥。研究顯示，正常腸黏膜屏障狀態下TNF-α、IL-1β 和IL-6 維持于低水平，在腸黏膜屏障破壞時，TNF-α、IL-1β、IL-6 水平升高，各種炎癥因子通過不同途徑進入中樞神經系統，并將炎癥信號傳入中樞神經系統，促進抑郁癥發生。本研究結果顯示，擬桿菌屬、棲糞桿菌屬、考拉桿菌屬與TNF-α、IL-1β、IL-6 水平呈負相關，且與抑郁程度呈負相關。在一項關于腸道微調生物的研究[22]顯示，腸炎的嚴重程度與棲糞桿菌屬數量呈反比。對腦卒中后抑郁患者的研究[23]顯示，腦卒中后抑郁癥患者抗炎性糞桿菌屬豐度減少。此外大量研究[24-27]顯示，擬桿菌、棲糞桿菌等菌屬豐度在抑郁癥中降低，本研究已觀察到這種現象。因此推斷擬桿菌屬、棲糞桿菌屬等抗炎性腸道菌群減少導致腸道通透性增加和體內嚴重狀態，進而通過炎癥相關機制影響抑郁癥的發生發展，故而觀察到上述菌屬與HAMD-17 評分的相關性。

綜上所述，本研究結果顯示，腸道菌群與炎癥因子和抑郁癥嚴重程度相關，深入探討腸道菌群與炎癥和抑郁癥的關系，可為抑郁癥防治提供新的思路。