肥胖通过肠道菌群参与抑郁症发生发展的研究进展.docx

肥胖通过肠道菌群参与抑郁症发生发展的研究进展摘要由于饮食和运动方式的改变，我国肥胖的发生率逐年上升。抑郁症是一种与环境、遗传和心理因素有关的精神障碍，肥胖和抑郁症之间存在双向联系，一种疾病的存在往往导致另一种疾病的发生，但其机制尚不明确。肥胖患者肠道菌群改变已被多方证实，而近年来，越来越多的研究表明，肥胖引起的肠道菌群的改变能够通过促进神经炎症、调节肠道代谢、改变大脑各功能区域结构等方面参与抑郁症的发生发展。该文对肥胖通过引起肠道菌群的变化参与抑郁症发生的研窕进展及机制进行综述。肥胖是一项全球范囤内的公共卫生问题，近年来，我国各年龄段城乡超重/肥胖患者的患病率逐年上升，体重指数从2004年的22.7kg/m2上升到2018年的24.4kg/m肥胖率从3.%上升到8.闯抑郁症是一种与环境、遗传和心理因素有关的精神障碍，同时是世界范围内导致残疾的主要原因，抑郁症患者可能有自杀倾向，这也是1529岁人群的第二大死亡原因1叫肥胖和抑郁之间存在双向的联系，流行病学数据表明，肥胖患者患情绪障碍的风险增加。一项纳入204507名参与者的荟萃分析显示，在健康人群中，肥胖和抑郁之间有着非常显著的正向关联，成人中肥胖个体患抑郁症的概率比正常个体高32蛾”，在青少年儿童中，肥胖患者患抑郁症的可能性是正常人的1.34倍，而且在非西方人群中肥胖和抑郁之间的关联更大:'：；同时，抑郁症患者的肥胖风险增加37%,而肥胖者的抑郁风险增加了18%,一些临床前动物研究的结果已经表明，肠道菌群能够介导肥胖引起抑郁症的发生发展。有研究表明，高脂饮食喂养诱导的肥胖小鼠表现出焦虑抑郁样行为，并且伴随着小鼠的肠道微生物发生改变，使用抗生素耗竭小鼠的肠道微生物后，小鼠的焦虑抑郁样行为逆转肥胖相关蛋白(fatmassandobesity-associatedprotein.FTO)基因是一种肥胖易感基因，相比于正常基因型小鼠，口。缺失小鼠体重下降，同时这种基因缺失的小鼠抵抗慢性压力刺激诱导的焦虑抑郁样行为的能力上升，而给予经过抵抗慢性压力刺激处理的正常基因型小鼠和7T0缺失小鼠相同的抗生素处理，两组小鼠之间的焦虑抑郁行为差异缩小。这些临床前研究宜接证明了肥胖-肠道菌群-抑郁之间的联系，但其机制尚未明确，本文就肥胖通过肠道菌群参与抑郁症发生的研究进展进行综述。一、肥胖和肠道微生物群早有研究表明，肠道菌群参与代谢性疾病的发生发展，尤其是肥胖和糖尿病。肥胖相关的微生物区系改变了宿主的能量获取、胰岛素抵抗(insu1.inresistance,IR)炎症和脂肪沉积。此外，肠道微生物群可以调节新陈代谢、肥胖、动态平衡和能量平衡，以及中枢食欲和食物奖励信号，这些共同在肥胖中起着至关重要的作用。粪菌移植、肠道菌群代谢产物、益生菌、益生元等能够改变肥胖小鼠的代谢表型。肠道微生物群产生的色氨酸衍生代谢物通过控制小鼠白色脂肪细胞中miR-181家族的表达，调节能量消耗和胰岛素敏感性也。肥胖小鼠表现出热疝敏感，将瘦小鼠的粪便移植给肥胖小鼠，在调节肠道菌群的同时能够改善受体小鼠疼痛的症状H。这些研究表明，肠道微生物在肥胖的发生发展中起到重要作用。二、肠道微生物群和焦虑抑郁微生物-肠-脑轴可能存在于多种疾病中，包括帕金森病、孤独症、阿尔茨海默病、焦虑抑郁等多个领域。最根本的原因是肠道微生物群在神经系统的发育中起到重要作用，有研究证明，人类婴儿时期的肠道微生物群可能影响神经系统的发育。同时无菌小鼠模型表明，肠道微生物群会影响神经递质、突触和神经营养信号系统以及神经发生，无菌培养会导致永久性的神经系统发育缺陷“为。重度抑郁症患者的肠道菌群发生明显的改变，将重度抑郁症患者的肠道菌群移植到抗生素处理的小鼠体内，受体小鼠表现出抑郁的表型，并且伴随着海马神经受损和色赛酸代谢紊乱小。而且，重度抑郁症患者肠道中产Y-氨基丁酸(gamma-aminobutyricacid,GABA)相关的粪便拟杆菌与大脑功能呈现明显的相关性.这些研究还证明门场道菌群与抑郁症之间的因果关系。三、肥胖、焦虑抑郁与肠道微生物群肥胖和抑郁具有共同的生物学机制，涉及遗传学、卜.丘脑-肾上腺-皮质醇轴、免疫炎症激活及能量代谢的调节因了、神经递质等方面，这些生物学途径可能以两种不相互排斥的方式发挥作用，作为共同的潜在机制影响抑郁症和肥胖症的易感性H.同时，肠道微生物群在其中也起到重要作用，研究表明，高脂饮食诱导的肥胖合并焦虑抑郁小鼠的肠道微生物群的B多样性与健康小鼠存在显著差异”，肥胖引起的特定肠道微生物群的变化与大脑额叶皮层及海马体的体积明显相关，而大脑额叶皮层是感知/奖赏中枢，很大程度上参与了大脑情绪的调节而且，肥胖患者认知及记忆力下降，把肥胖患者的肠道菌群移植给抗生素耗竭小鼠，通过菌群传递，小鼠表现出逆向学习能力的下降I"。一项临床研究表明，为期8周的以肠道菌群组成改变为重点的营养教育可以同时改善肥胖患者的肥胖相关指标和抑郁症状评分”B),更进一步研究表明，母体肥胖引起的肠道菌群的变化能够影响子代的认知和社会行为缺陷，而高纤维饮食可以通过改善肠道菌群及代谢恢复子代小鼠的行为异常加0这些研窕充分说明，肥胖引起的肠道微生物群的变化可以改变中枢神经系统功能和大脑结构，引起行为异常及情绪障碍。四、肥胖通过肠道菌群参与抑郁症发生发展的相关机制1 .促进神经炎症：肥胖是一种慢性轻度炎症状态，也能引起神经炎症在一项临床研究中，大脑功能成像显示肥胖患者皮层下细胞密度增加，这与神经炎症条件下激活的小胶质细胞相关小胶质细胞被认为是中枢神经系统的“巨噬细胞”，在免疫反应中发挥作用。有研究表明，高脂饮食诱导下丘脑小胶质细胞线粒体中解偶联蛋白-2(uncoup1.ingprotein2,UCP2)介导的形态和功能变化。这些UCP2驱动的变化有助于小胶质细胞激活和神经炎症，最终影响对肥胖的易感性，去除小胶质细胞UCP2后可以抑制小胶质细胞活化，从而防止高脂饮食引起的肥胖。同样，小胶质细胞诱导的神经炎症的激活在抑郁症的病理生理学中起着至关重要的作用，抑制小胶质细胞的激活同样能够缓解抑郁症状。粪菌移植能够通过抑制小胶质细胞的激活改善大鼠的抑郁表型f2j而且在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中，小胶质细胞的反应性激活与小鼠的社交障碍和焦虑样行为明显相关，补充益生菌或肠道共生丁酸盐可以通过调节小胶质稳态明显缓解肥胖引起的小鼠的行为异常3'这些研究表明，肥胖引起的肠道菌群的变化能够通过激活小胶质细胞，引起神经炎症，从而导致抑郁症的发生。2 .色氨酸代谢，色氨酸是一种必需氨基酸，也是5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、犬尿氨酸(kynurenine»KYN)和呷I睬的前体。在一项针对健康参与者的静息状态功能磁共振成像研究中，由肠道微生物群产生的色第酸衍生的惰性物质被证明通过作用于大脑奖赏网络中关键区域的网络指标来影响享乐性食物的摄入量闵,从而引起代谢性疾病的发生。这证明了色氨酸代谢与肥胖和大脑功能和信号传导的关系。在另一项大型队列研究中，肥胖患者粪便中的普氏菌/拟杆菌比率增高而色氨酸减少，通过关联肥胖患者的大脑功能磁共振，发现普氏菌/拟杆菌比率、粪便色经酸及大脑奖赏.中心(伏状核)功能两两之间都存在明显相关性匕“。5-HT是一种能够调节情绪的神经递质，在精神系统疾病中应用广泛。5-HT参与抑郁情绪的调节离不开5-HT受体的作用,研究表明,在肥胖患者中，5-HT转运体基因(serotonintransportergene-1.inkedpo1.ymorphism,5-HTT1.PR)的S等位基因与抑郁气质的发展相关，而1.等位基因与肥胖和抑郁症的患病率增加相关。临床中改变神经递质5-HT水平的药物广泛应用于神经和精神系统疾病，而且5-HT通过抑制食欲治疗肥胖的最常见位点是5-HT（20受体，5-HT（20受体变异携带者不仅更容易肥胖，而且更容易出现焦虑抑郁等行为异常，这一点在人和小鼠中同样存在g1.在另一项临床研究中表示，在肠道菌群的参与下，肥胖患者的色氨酸代谢受到影响，肥胖患者血浆KYW色氨酸比率增加，即色氨酸向KYN转化增加），而KYN可以穿过血脑屏障并通过诱导神经炎症和神经变性对大脑健康产生负面影响。而在色氨酸代谢的另一条途径一一5-HT途径中，5-HT循环水平显著降低，而5-HT的下游产物5-羟用I味乙酸水平升高。肠道微生物参与调节了这一过程-Tian等）的研究表明，益生菌CCFMIo25通过降低5-HT向5-羟用噪乙酸的转化,提高循环中5-HT的含量来改善重度抑郁症。由此可见，肥胖引起的肠道菌群失调可以通过调节色氨酸代谢参与抑郁症的发生。3 .调节GABA代谢：GB是一种重要的中枢神经系统抑制性神经递质，能够调理睡眠、缓解焦虑情绪。同时，GABA还与食欲和体重关联。有研究证实，从刺鼠相关蛋白（agouti-re1.atedprotein,AgRP）神经元共同释放的GABA通过整合各种营养、激素和神经元信号来促进摄食和体重增加侬）。通过刺激小鼠无定带GB神经元可以在23s内诱发小鼠暴饮暴食，间歇刺激可以在短时间内导致小鼠肥胖E'诱导AgRP神经元中GABA的生物合成失活后，小鼠出现短暂但显著的体重改变；旦出现焦虑抑郁样行为卬、已有学者通过粪菌移植证实了肠道菌群可以通过调节神经递质GABA的表达导致抑郁的发生同时，高脂饮食诱导的肥胖大鼠的前额皮质中的GABA水平降低约40%,这与小鼠粪便中拟杆菌水平降低和抑郁样行为有关w,拟杆菌属能够产生大量的GABA,重度抑郁症患者粪便中拟杆菌的相对丰度与抑郁症相关的大脑特征呈现负相关"o而且，补充能够产生GABA的益生菌能够减少肥胖小鼠的肠系膜脂肪组织，改善肥胖小鼠的代谢表型,并能同时缓解小鼠的抑郁样行为W（I这些证据表明，肥胖引起的肠道菌群的失调能够影响GABA的合成，并进一步影响大脑功能，导致抑郁情绪的发生，补充产GB的益生菌能够同时改善肥胖和抑郁情绪。4 .调节大脑腴岛索敏感性：IR是一种生理状态，其特征是外周受体对胰岛素的反应减弱，肥胖往往伴有IR,同时IR也是重度抑郁症的一个重要的危险因素，与抑郁症的严重程度密切相关）.一项动物研究发现，高脂饮食诱导的肥胖小鼠抑郁表型的出现与大脑中的胰岛素敏感性下降有关，他们进一步研究发现，这些小鼠大脑发生IR的区域涉及伏状核一一大脑奖励中枢的核心之一，而抗生素诱导的肠道微生物群变化可以改善大脑IR及抑郁行为，并且这些反应通过粪便移植转移到无菌小鼠身上|仃。同样有研究表明，益生菌1.actobaci1.1.usreuterZ能够改善肠道菌群、IR,改善肥胖和抑郁共病小鼠的抑郁样行为和肥胖症相关指标这些研究表明，肥胖IR会改变控制情绪的大脑网络，通过益生菌、伪无菌小鼠等方式改变肠道菌群，能够改善大脑胰岛素反应性，对抗肥胖小鼠抑郁表型的出现。5,调节内源性大麻素系统(endocannabinoidsystem*ESC)：ESC负责调控人体的免疫反应、新陈代谢、记忆力、睡眠、食欲等。有研允表明，超市/肥胖患者体内的BSC改变，地中海饮食可以通过肠道微生物-ESC改善超重/肥胖患者的代谢特征w。同样，肠道菌群介导的脂肪细胞中ECS合成fiN-酰基磷脂酰乙醉胺磷脂酶D的特异性缺失会诱导肥胖、锚萄糖不耐受、脂肪组织炎症和脂质代谢改变c"1o这说明肥胖-肠道菌群-ESC之间的密切关系。将抑郁症小鼠模型的粪便移植给健康小鼠，健康小鼠体内产生内源性大麻麻素(endocannabinoid,eCB)的前体物质减少并且表现出抑郁样行为,而补充eCB的前体物质能够逆转小鼠的抑郁表型也，这表明，肠道菌群对小鼠抑郁样行为的影响通过ESC来实现。棕桐酰乙醉酰胺(paImitoyIethano1.amide»PEA)是eCB的血清等价物,PE可以调节食欲和厌食神经回路，既能改善肥胖小鼠的行为异常，乂能改善小鼠的肥胖代谢表型。在肥胖小鼠中，给予PEA治疗可以通过增