抑郁症与肠道菌群相关性研究进展

李英辉，袁勇贵

(东南大学附属中大医院 心理精神科，江苏 南京 210009)

近年来肠道菌群与神经精神疾病之间的关系受到重视，肠道菌群对中枢神经系统(central nervous system，CNS)功能存在影响[1]。抑郁症(major depressive disorder，MDD)是最常见的精神障碍，终生患病率高达10.8%～20.6%[2]，2017年全球疾病负担研究分析显示，MDD是导致残疾年数(years lived with disability，YLDs)增加的第3大原因[3]。MDD主要病理生理机制是单胺假说，但是约30%的MDD患者对单胺能抗抑郁药无反应[4-5]，提示可能存在其他的病理生理学机制。越来越多的研究认为肠道菌群功能失调在MDD发病机制中发挥重大作用，作者将对抑郁症与肠道菌群相关研究进行综述，以期对该领域有更深入的了解。

1 微生物-肠-脑轴

人体肠道大约有1 000多种微生物，最丰富的种类属于厚壁菌门和拟杆菌门，其他包括变形菌门、放线菌门、梭杆菌门、疣微菌门等。肠道菌群组成在健康状态下呈动态平衡，菌群失调会增加宿主对疾病的易感性。微生物-肠-脑轴(microbiome-gut-brain，MGB轴) 是指肠道菌群、CNS、肠神经系统(enteric nervous system，ENS) 通过神经-内分泌-免疫系统连接起来，形成双向交通通路，在调节胃肠运动功能、内脏敏感性、脑肠肽分泌、机体对应激的反应性、中枢认知功能等方面发挥重要作用[6-7]。在MGB轴中，肠道中的微生物群通过3条途径影响大脑功能。(1) 免疫调节途径：微生物与免疫细胞相互作用，影响淋巴细胞、细胞因子和前列腺素E2的水平[8]，从而对大脑功能产生作用。(2) 神经内分泌通路：肠道有20多种内分泌细胞，是人体最大的内分泌器官。肠道菌群通过调节神经递质的分泌，如皮质醇、色氨酸和5-羟色胺(serotonin，5-HT)，从而影响下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA)轴和CNS[9]。(3) 迷走神经通路：ENS与迷走神经形成突触连接，连接肠道与大脑，构成信息传输通路，称为肠道微生物-肠神经系统-迷走神经-脑通路。肠道微生物群产生的乳酸、氨等神经毒性代谢物也可通过迷走神经进入CNS，从而影响脑功能、应激反应和睡眠结构[10]。同样，CNS也可以通过这3条途径调节肠道菌群的组成。例如，HPA轴调节肠道蠕动、控制上皮细胞功能，从而影响肠道菌群的环境，包括肠道通透性，进而改变肠道菌群的组成。

2 应激与肠道菌群

动物研究表明微生物影响与应激相关的行为，负性应激常引起抑郁、焦虑等负性情感体验[11]。无菌(germ free，GF)小鼠的研究显示了微生物群和焦虑样行为之间的联系。GF小鼠在明暗箱测试和高架十字迷宫(elevated plus-maze，EPM)中显示焦虑样行为减少[12]。另一方面，GF大鼠表现出相反的表型，表现为焦虑样行为增加[13]。把压力倾向的Balb/C小鼠菌群转移到GF Swiss Webster(SW)小鼠，显示与正常的SW小鼠相比，焦虑相关行为增加；而把SW小鼠的菌群转移到GF Balb/C小鼠，与正常Balb/C小鼠相比，GF Balb/C小鼠的焦虑样行为减少，这提示微生物群组成对行为有直接作用[14]。此外，与对照组相比单克隆GF小鼠使用乳酸杆菌PS128后运动活性增加，这种行为变化与纹状体中多巴胺、血清素及其代谢物水平升高有关[15]。研究显示抗生素治疗改变了未成年小鼠体内微生物的组成及其多样性，可使焦虑样行为减少；但焦虑样行为减少的同时伴随着认知缺陷，海马脑源性神经营养因子mRNA水平降低，下丘脑催产素和加压素水平降低[16]。

MDD与HPA轴调节紊乱有关。抑郁症状缓解，HPA轴的功能也恢复正常。肠道微生物群在生命早期HPA轴发育和整个生命周期的应激反应中都扮演着重要的角色。应激反应系统在出生时功能尚不成熟，在出生后继续发育，这在发育时期上与肠道细菌定植相一致。对母婴分离大鼠的研究表明，新生大鼠应激可导致肠道菌群多样性和组成的长期变化[17]，这可能导致大鼠应激反应活性和应激相关行为的长期变化。有研究表明，在母婴分离应激同时给予益生菌 (乳酸菌)治疗，能使升高的基础皮质醇水平正常化[18]，进一步支持上述观点。另有研究比较SPF小鼠与GF小鼠对抑制应激的反应，发现GF小鼠皮质醇和促肾上腺皮质激素水平过高[19]，这证实微生物群和HPA反应活性之间存在直接联系。

3 肠道菌群与MDD

临床研究表明，MDD患者肠道菌群与健康对照存在显著差异。Jiang等[20]研究发现，与健康人相比MDD患者肠道菌群结构存在显著差异。在门的水平上，MDD肠道菌群中拟杆菌门、变形菌门、放线菌门比例明显升高，厚壁菌门比例显著降低。在属的水平上MDD患者肠道内Alistipes菌属比例显著升高，而柔嫩梭菌属明显降低。柔嫩梭菌属的丰度与抑郁症状严重程度呈负相关。Kelly等[21]发现MDD患者菌群丰度低于健康对照，在门的水平上，两者无差异；在科的水平上，MDD患者普雷沃菌科降低而高温厌氧菌科升高；在属的水平上，迟缓埃格特菌属、霍尔德曼菌属、Gelria菌属、苏黎世杆菌属、帕拉普菌属和Anaerofilum菌属比例降低，而普氏菌属和小类杆菌属比例升高。Zheng等[22]研究认为，MDD患者和健康对照的肠道微生物组成存在显著差异，其特征是MDD组的放线菌相对丰度增加，而拟杆菌相对丰度下降。而Lin等[23]发现MDD患者厚壁菌门多，拟杆菌门少，普氏菌属、克雷伯菌属、链球菌属及Ⅺ型梭状芽胞杆菌属增多，普氏菌属及克雷伯菌属与Hamilton抑郁量表(Hamilton rating scale for depression，HAMD)评分呈正相关。Cheung等[24]对6项MDD与健康对照肠道菌群有关的研究进行荟萃分析发现，在门的水平上，6项研究在拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、梭杆菌门和原细菌门两组都存在显著差异。在科的水平上，在4项研究中发现毛螺菌科两组存在显著差异，但是有2项研究显示在MDD患者中是增高的，2项研究显示是降低的。6项研究中发现9个属在MDD中是增高的：Anaerostipes菌属、Blautia菌属、梭菌属、克雷伯菌属、毛螺菌属、福杆菌属、帕拉普菌属、考拉杆菌属和链球菌属；有6个属是降低的：双歧杆菌属、小类杆菌属、埃希杆菌属、志贺杆菌属、粪杆菌属和瘤胃球菌属；6个属升高降低的方向不一致：另枝菌属、拟杆菌属、巨单胞菌属、颤杆菌克属、普氏菌属和罗斯氏菌属。另外一项Meta分析对8项有关MDD与健康对照肠道菌群差异的研究进行分析，结果显示，在门的水平上各项研究结果并不一致；在科的水平上，至少2项研究显示MDD患者与非MDD者相比，韦氏球菌科、普雷沃菌科及萨特菌科降低，而放线菌科升高；在属的水平上，至少2项研究发现MDD患者粪球菌属、粪杆菌属、瘤胃球菌属、双歧杆菌属和大肠杆菌属降低，而帕拉普菌属升高[25]。也有研究对精神科住院MDD患者进行6周艾司西酞普兰治疗，对治疗前后菌群变化做分析，发现粪便菌群α多样性增加，但肠道菌群在不同分类学水平上未发现治疗前后差异有统计学意义[26]。

4 益生菌干预MDD

菌群失调与人体健康密切相关，菌群失调可诱发各种躯体及精神疾病，菌群恢复也会带来相关疾病症状的改善[27]。动物研究显示，补充益生菌可以减轻抑郁症状。母婴分离抑郁大鼠在强迫游泳实验(forced swim test，FST)中的游泳行为减少，不动时间增加，脑组织去甲肾上腺素降低，外周血白介素-6(interleukin-6，IL-6)升高，给予婴儿双歧杆菌后发生逆转[28]。Sprague-Dawley大鼠用婴儿双歧杆菌治疗14 d，虽然FST中大鼠的游泳行为无改变，但是与对照组相比，双歧杆菌处理组大鼠血浆γ-干扰素、α-肿瘤坏死因子和IL-6浓度减低，而色氨酸和犬尿酸明显升高。双歧杆菌治疗降低了促炎免疫反应，并提高了5-HT能前体色氨酸的含量，这提示益生菌可能具有抗抑郁作用[29]。Bravo等[30]证明，鼠李糖乳杆菌可调节大鼠CNS中的GABA表达，导致海马、杏仁核和蓝斑的减少及皮质区域的增加。此外，它还能降低由压力、抑郁和焦虑相关症状引起的皮质醇水平升高。而这些改变并没有出现在迷走神经切除的大鼠身上，表明迷走神经在脑肠轴上具有神经传递作用。在小鼠中使用广谱抗生素会导致微生物失调、类似抑郁的行为，并改变神经元的海马放电，在用干酪乳杆菌DG进行益生菌干预后，这种表型发生逆转[31]。

健康人群服用益生菌也可在焦虑及抑郁情绪方面获益。Messaoudi等[32]报道，健康人每天服用混合益生菌瑞士乳杆菌R0052和长双歧杆菌R0175，与安慰剂组比较，6周后益生菌组总体严重程度指数及医院焦虑抑郁量表评分均下降。Steenbergen等[33]同样发现健康人群服用益生菌混合物(两歧双歧杆菌W23、双歧杆菌W52、嗜酸乳杆菌W37、短乳杆菌W63、干酪乳杆菌W56、唾液乳杆菌W24及乳酸乳杆菌W19、W58)后，益生菌组的抑郁敏感性莱顿指数低于对照组。Allen等[34]对健康人服用长双歧杆菌1714与安慰剂组进行对比发现，益生菌组报告的压力水平降低，观察到海马依赖性视觉空间记忆表现改善，提示对记忆也有改善作用。Mohammadi等[35]给予健康被试每日服用益生菌酸奶或益生菌混合胶囊，服用6周，一般健康问卷和抑郁焦虑压力量表评分显著改善。另外对健康人群服用益生菌情绪方面获益的Meta分析也提示，益生菌干预可能通过减轻健康人群的焦虑、抑郁等心理症状，对心理健康产生有利的影响[36]。但是也有研究发现补充益生菌对健康人群情绪的改善并不优于对照组。一项研究发现，健康男性参与者在与压力相关的测量、HPA反应、炎症或认知表现的改善方面，益生菌(鼠李糖乳杆菌)并不优于安慰剂[37]。

临床研究同样发现补充益生菌可以改善焦虑抑郁情绪。Aizawa等[38]发现MDD患者肠道菌群中双歧杆菌及乳酸杆菌计数显著减少。Akkasheh等[39]给MDD患者随机服用益生菌混合物或安慰剂，发现益生菌组的Beck抑郁问卷总分要显著低于安慰剂组。肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)与MDD有很高的共病率，大约30%的IBS会被诊断为MDD[40]，并且IBS与MDD共病的患者抗抑郁治疗的疗果不佳。Majeed等[41]给MDD与IBS共病的患者服用益生菌B.coagulans，发现与安慰剂组相比，益生菌组不仅胃肠道症状减轻，HAMD量表评分也显著降低。还有研究发现功能性胃肠病患者连续服用含有长双歧杆菌YIT 10347的发酵牛乳不仅可以改善胃肠道症状，还可以减轻心理应激症状[42]。Ng等[43]对10项随机对照试验进行了Meta分析，发现益生菌干预的轻到中度抑郁症状的患者情绪明显改善，而对健康个体没有影响。而Liu等[44]对服用益生菌抑郁和焦虑患者进行Meta分析发现，益生菌对抑郁和焦虑的治疗效果虽然微弱但与对照组比较有显著性差异。

5 粪便移植与MDD治疗

粪便菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)是一种将肠道菌群从健康供体转移到患者体内的技术，其目的是引入或恢复肠道内稳定的微生物群落。益生菌虽然一定程度上能够改变肠道菌群的代谢，但是有一定的局限性，所改变的细菌种类有限，并且在肠道只有短暂的定植作用。粪便中含有更优的肠道菌群组合，通过引入一个完整、稳定的肠道微生物群落，更有利于修复被破坏的原生菌群。粪便中还含有其他物质如蛋白质、胆汁酸和维生素，可能有助于肠道功能的恢复。

动物研究表明，将慢性不可预知性轻微应激小鼠粪便移植到GF小鼠，GF小鼠的焦虑及抑郁样行为增加[45]。另一项研究表明，将健康大鼠的粪便移植到脊髓损伤的大鼠体内，大鼠在EPM的开放臂及明暗盒中明盒停留时间更长，说明FMT能改善脊髓损伤导致的焦虑和抑郁样行为[46]。最近研究表明，将MDD患者的肠道菌群移植到动物体内会产生类似抑郁的行为[47]。Zheng等[22]将MDD患者和健康供体的粪便菌群移植到GF小鼠体内后，发现抑郁受体小鼠表现出更多的抑郁症状，其菌群与健康受体小鼠不同，这些差异与各自供体的差异相似。Kelly等[21]将MDD患者的粪便菌群移植到微生物群缺失的抗生素大鼠模型上，大鼠在糖水偏好实验中表现出快感缺失样行为，在EPM实验中表现出焦虑样行为，在接受健康对照组菌群移植的小鼠中未观察到类似行为。Huang等[48]将MDD患者和健康对照的粪便移植到GF小鼠体内，发现接受MDD菌群移植小鼠在FST中的不动时间显著延长。Liu等[49]同样发现MDD菌群受体小鼠出现抑郁样行为，FST中不动时间增加，糖水偏好指数明显低于健康菌群组及空白对照组。以上研究均表明抑郁症状可以通过菌群移植在不同的被试之间转移，进一步说明精神状态可能受肠道菌群的调节。

Kurokawa等[50]随访了17例IBS、功能性腹泻或功能性便秘患者，在接受FMT治疗4周后，HAMD量表总分及睡眠分量表的得分、Hamilton焦虑量表和抑郁症状清单评分均显著改善。Shannon指数分析显示，治疗前HAMD≥8分组患者的微生物多样性低于健康供体和HAMD<8分的患者，FMT后微生物多样性明显增加；基线Shannon指数与HAMD总分呈负相关，在FMT后HAMD分数变化与微生物群落多样性变化呈正相关。另外一项研究发现，30名难治性IBS在FMT后胃肠道及焦虑抑郁症状均显著改善，接受FMT 1个月后与FMT前相比，在门的水平上，Verrucomincrobia菌门和广古菌门增加，而在属的水平上，甲烷短杆菌属和艾克曼菌属增加[51]。关于MDD患者的FMT治疗较少，有2例个案报道了老年MDD患者接受健康人FMT后抑郁症状改善，其中1例监测到了菌群的变化，厚壁菌门显著增加，拟杆菌门显著减少[47]。

6 总结和展望

综上所述，虽然研究显示MDD患者肠道菌群异常，但患者与对照组之间明确的菌群区分存在争议，关于哪些细菌类群与MDD最相关，目前研究尚未达成共识。可能是由于研究设计的不同，包括粪便菌群测量方法、诊断标准的差异、是否共病、是否接触过抗生素以及其他潜在的混杂因素。另外MDD临床表现有很大异质性，有必要了解不同亚型MDD的菌群的组成、多样性以及功能，有助于对MDD的进一步分层及预后判断。另外，补充益生菌对人体抑郁焦虑情绪方面的获益也多局限在健康人群，MDD相关研究较少，并且迄今为止尚无FMT在MDD中的系统性研究，其疗效及安全性尚不明确。研究益生菌和FMT在MDD治疗中的作用，有助于进一步了解MDD的MGB轴病理机制，寻找药物作用的新靶点，探索有效的治疗方法。