精神分裂癥患者不同時期血清細胞因子水平及腸道菌群宏基因組學研究

郜見亮， 張愛國，姚理慧 ，陳苑苑 ， 程 鵬 ，蘇 虹， 張許來,2

精神分裂癥是一組病因、臨床表現、治療反應及病程不同的疾病。多起病于青壯年，疾病對患者的影響通常嚴重而持續[1]。研究[2]表明精神分裂癥存在免疫異常，炎癥因子的水平發生變化。但在疾病不同時期炎癥因子水平是否具有差異，不同時期炎癥因子水平與疾病臨床癥狀之間的病理生理機制尚不明確。另有研究表明，腸道菌群的失調與抑郁[3]、焦慮[4]以及精神分裂癥[5]有關。該研究比較了精神分裂癥急性期和緩解期患者的血清細胞因子水平，以及其與疾病癥狀之間的相關性；通過MetaGeneMark進行基因預測，對比精神分裂癥急性發作期和緩解期腸道菌群的變化。

1 材料與方法

1.1 病例資料納入2018年6月—2019年12月安徽省精神衛生中心(合肥市第四人民醫院)精神分裂癥住院患者80例，其中急性期患者(急性組)40例，緩解期患者(緩解組)40例。入組標準：① 患者及其家屬知情并自愿簽署知情同意書；② 年齡20～60歲，符合《ICD-10精神與行為障礙分類》精神分裂癥診斷標準；③ 抗精神病藥物治療方案符合遵守精神分裂癥診療規范；④ 急性組：入院后PANSS評分≥60分；緩解組：經規范治療后，PANSS評分<60分。排除標準：① 患有顱腦外傷、神經系統疾病及其他慢性軀體疾病，如高血壓、糖尿病；② I級親屬有精神疾病史；③ 有酒精、尼古丁其它精神活性物質依賴史；④ 妊娠期或哺乳期女性患者；⑤ 合并惡性腫瘤、自身免疫學疾病等或腸道感染性疾病治愈未超過3個月；⑥ 入組前接受電抽搐治療；⑦ 近三個月有抗生素、糖皮質激素、益生菌制劑及其他免疫抑制劑使用史。本研究經安徽省精神衛生中心倫理委員會批準(批號: HSY-IRB-PJ-JZB-001)。

1.2 方法

1.2.1一般資料 收集研究對象一般人口學資料，包括：年齡、性別、住址、文化程度、體質量、家族史、飲食習慣等。

1.2.2PANSS量表[6]評定 首先對培訓人員進行一致性培訓，后由2名主治及以上職稱的專科醫師，采用PANSS量表對精神分裂癥患者的癥狀進行評估，得出總分和因子分。因子分包括陽性因子條目，陰性因子條目，認知因子條目，興奮因子條目，抑郁因子條目。

1.2.3血液樣本采集及檢測 每名受試者空腹早晨 7 ∶00 左右，由專人采集靜脈血樣本(～5 ml)。后送至檢驗科，以3 000 r/min的轉速離心5 min。分析前，血清樣本儲存在-80 ℃下。使用超敏電化學發光分析技術(Meso Scale Discovery)方法以測量血清炎癥的生物標志物水平(IL-6，IL-8，IL-10，IL-17，IL-23和TNF-α)。完成后集中送至專業公司采用超敏電化學發光分析技術方法進行檢驗上述炎性因子水平。Meso Scale Discovery方法介紹:超敏電化學發光分析技術(Meso Scale Discovery)靈敏度可0.05 pg/ml，有效線性范圍達6 log。

1.2.4糞便標本采集 在患者入組1周內要求研究對象在早上使用無菌糞便干燥盒收集糞便標本，密封、編號，糞便樣本放入有冰袋的保溫盒中，盡快送置-80 ℃冰箱保存。

1.2.5糞便標本DNA 提取 采用德國Qinagen公司的 QIAamP DNA試劑盒，嚴格按照產品操作說明書進行操作，按一定的生物保護程序，在安全柜中提取樣本總DNA。通過AgencourtAMPureXP-Mediumki軟件選擇片段，保證樣品的條帶能集中在300～400 bp左右，進行文庫檢測后，通過預設的聯合探針錨定聚合技術進行上機測序。

1.2.6測序數據處理 由專業的生物檢測公司檢測處理，并出具報告。

1.2.7宏基因組 采取Denovo套裝、預測基因及基因集構建，使用預定組裝的軟件MEGAHIT對樣品進行Denovo的組 裝。依據MetaGeneMark和CD-Hit程序完成對基因測序和基因構建，再后來利用MEGAN進行所需的物種注釋和代謝的豐度統計。

2 結果

2.1 一般資料分析該研究總共納入分裂癥的急性期患者(急性組)和緩解期患者(緩解組)各40例。急性組性別為男性19例，女性21例，平均年齡為(32.93±9.44)歲，BMI為(23.80±3.55)kg/m2；緩解組男性22例，女性18例，平均年齡為(32.05±7.83)歲，BMI為(24.79±1.80) kg/m2；兩組間性別組成、年齡和BMI差異均無統計學意義(χ2=0.05，P=0.856；Z=-0.169，P=0.871；t=-1.571，P=0.122)。

2.2 兩組血清細胞因子水平的比較急性組清IL-6 (t=8.988,P<0.001)、IL-10 (Z=-3.551,P<0.001)、IL-17(Z=-6.038,P<0.001)、IL-23 (Z=-5.138,P<0.001)和TNF-α (Z=-6.928,P<0.001)濃度均明顯高于緩解組，兩組結果分析有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組血清細胞因子水平比較

2.3 急性組PANSS各因子與細胞因子水平的相關性分析Pearson相關分析顯示，急性組患者的陽性因子分與IL-17和TNF-α水平呈負相關(P<0.05)；陰性因子分與IL-23水平呈正相關(P<0.05)；認知因子分與IL-6水平呈正相關(P<0.05)；PANSS總分與IL-23水平呈正相關(P<0.05)。見表2。

表2 急性組細胞因子與PANSS各因子分的相關性

2.4 緩解組PANSS各因子與細胞因子水平的相關性分析Pearson相關分析顯示，緩解組患者的細胞因子水平與PANSS各因子分及總分均無明顯相關性。見表3。

表3 緩解組細胞因子與PANSS各因子分的相關性

2.5 急性期和緩解期患者腸道菌群基因多樣性及物種差異通過對兩組符合檢測要求的糞便樣本進行腸道菌群宏基因分析，共預測了1 321 604個基因(圖1A)。AlPha的多樣性分析(圖1B)顯示微生物多樣性急性組指數(shannon)低于緩解組；Beta的多樣性(圖1C)分析兩組表明微生物物種的差異組成具有統計學意義(P<0.05)；排名前30的研究差異物種StamPPlot展圖(圖2)表明：急性組擬桿菌屬和埃希氏桿菌屬豐度較緩解組升高(P<0.05)，而乳酸菌屬、普氏菌屬豐度較緩解組降低(P<0.05)；緩解組的糞桿菌屬豐度升高(P<0.05)。

圖1 2組糞便樣本的腸道菌群宏基因分析紅色：急性組；藍色：緩解組；A：腸道菌群宏基因預測量；B:Alpha的多樣性分析；C:Beta的多樣性分析

圖2 2組糞便樣本排名前30腸道菌群豐度比較棕色：急性組；藍色：緩解組

3 討論

目前有多項研究[2,8-10]證實精神分裂癥患者存在免疫學異常。該研究發現精神分裂癥急性期患者的血清IL-6、IL-10、IL-17、 IL-23和TNF-α濃度均高于緩解期患者(P<0.01)，與UPthegrove et al[2]的報告結果不完全一致，后者發現急性期精神分裂癥患者血清炎癥因子濃度升高的有IL-6、 IL-1β、 TNF-α、和IFN-γ，濃度降低只有IL-10。造成這種差異的原因可能是精神分裂癥各亞型之間的免疫學異常存在差異。該研究還顯示分裂癥急性期細胞因子水平與患者臨床癥狀存在相關性，該結果提示炎癥性反應參與了精神分裂癥的發病，并影響了精神分裂癥的嚴重程度。

Miller et al[8]和馮 薇等[9]發現精神分裂癥患者外周血IL-6水平與治療前后PANSS總分和病程之間存在正相關。該研究結果顯示精神分裂癥急性期患者IL-17和TNF-α水平與PANSS量表陽性因子得分與TNF-α和IL-17呈負相關；IL-23水平與陰性因子分呈正相關，與總分呈正相關，IL-6水平與認知因子分呈正相關。這與以上研究結論有一致性，但是該研究所測定的炎癥因子種類與上述研究不同，故結果不盡相同。總體來說，臨床上的藥物治療可以降低輕患者的炎癥水平，急性期患者細胞因子水平與癥狀存在一定相關性。

有研究[10-11]表明：服用益生菌補充劑，精神分裂癥患者的PANSS得分降低，提示改變腸道微生物的結構，可能會對精神分裂癥的治療效果產生影響。黃 俠等[12]發現精神分裂癥患者較正常人群腸道菌群結構特征發生了明顯的變化。本研究結果表明急性發作期的精神分裂癥患者樣本內微生物豐度明顯低于緩解期，兩組之間微生物物種組成存在差異。本研究還顯示：急性發作期精神分裂癥患者擬桿菌屬、普氏菌屬和埃希氏桿菌屬物種豐度高于緩解期。與張言武等[13]的研究結果一致。另外，本研究表明精神分裂癥急性期患者乳酸菌菌屬豐度較緩解期明顯降低，而有研究[14-15]顯示：精神分裂癥患者乳酸菌豐度明顯升高，且與臨床癥狀嚴重程度有關。造成這種差異的原因可能是研究方法不同、樣本量大小差異、飲食結構差異等。

綜上所述，本研究結果提示分裂癥患者可能存在免疫功能的異常，且炎癥因子的水平與疾病嚴重程度有關。同時也發現了該類患者存在腸道菌群的紊亂。細胞因子的種類很多，本研究僅選擇了5種細胞因子，另外，該研究結果僅觀察到患有分裂癥疾病者腸道菌群存在異常。精神分裂癥炎癥水平的異常與腸道菌群的變化是否存在相關性，以及腸道菌群紊亂是如何對精神分裂癥的發病產生影響的，需要納入更多的樣本，更深入的研究去探討。