青少年重性抑郁障碍中短链脂肪酸相关肠道菌群改变与紧密连接完整性的关联研究

《Translational Psychiatry》：Alterations in short-chain fatty acid-associated gut microbiota and tight junction integrity in adolescent major depressive disorder

　　本研究针对青少年重性抑郁障碍（MDD）缺乏客观诊断生物标志物的临床难题，聚焦肠道菌群-肠-脑轴，通过整合宏基因组学、16S rRNA测序与血浆生物标志物分析，揭示了患者肠道菌群失调（如Collinsella减少）、紧密连接蛋白（Claudin-5等）及炎症因子（IL-6、TNF-α等）显著升高的特征。创新性地构建了结合微生物（Collinsella）与宿主标志物的诊断模型（AUC高达0.964），并通过体外实验证实短链脂肪酸（SCFAs）可调控紧密连接蛋白表达。该研究为青少年MDD的精准诊断提供了新型微生物-宿主整合生物标志物，发表于《Translational Psychiatry》。

　　

在青春期的风暴中，重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）如同一片难以驱散的阴霾。研究表明，近一半的终身抑郁症病例起源于青少年时期，这一发育关键期成为精神健康领域的焦点。然而，青少年抑郁症的诊断长期依赖主观临床表现，缺乏客观、可靠的生物标志物，导致大量患者未能被及时识别和有效干预。近年来，肠道菌群作为“第二大脑”的角色日益凸显，通过肠道-脑轴（Microbiota-Gut-Brain Axis, MGB轴）与大脑进行着密切的对话。肠道微生物及其代谢产物，特别是短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs），被认为可能通过调节免疫、影响血脑屏障和肠道屏障功能，在抑郁症的发病机制中扮演重要角色。但迄今为止，SCFAs相关肠道菌群如何影响青少年抑郁症的肠道屏障完整性和系统性炎症，仍是一个未被充分探索的谜题。

为了解开这个谜团，由周新雨教授带领的研究团队在《Translational Psychiatry》上发表了一项开创性研究。他们深入探究了青少年MDD患者肠道菌群组成、血浆中反映肠道屏障功能的紧密连接蛋白水平以及系统性炎症状态之间的内在联系，并评估了其联合诊断价值。

本研究主要运用了几项关键技术：研究人员招募了46名未用药的首发青少年MDD患者和44名年龄、性别匹配的健康对照（HCs），采集了他们的血液和粪便样本；通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测了血浆中紧密连接蛋白（Claudin-5, Zonulin, FABP, LPS）和炎症因子（IL-6, IL-8, TNF-α, CRP）的水平；利用宏基因组测序和16S rRNA基因测序技术分析了粪便样本中的肠道微生物群落结构；并采用随机森林（Random Forest）和最小绝对收缩和选择算子（LASSO）回归等机器学习方法进行生物标志物筛选和模型构建；最后，在Caco-2细胞模型中，用丙酸（Propionate）和丁酸（Butyrate）处理，通过RT-PCR检测了紧密连接蛋白基因CLDN5和TJP1的表达变化。

参与者特征与生物标志物水平

研究纳入的MDD组与HC组在年龄、性别、体重指数（BMI）上无显著差异，但MDD组的HAMD-17（汉密尔顿抑郁量表17项）和HAMA（汉密尔顿焦虑量表）评分显著更高。ELISA结果显示，与HC组相比，MDD组血浆中的紧密连接蛋白（Claudin-5, Zonulin, FABP, LPS）和炎症生物标志物（IL-6, IL-8, TNF-α, CRP）水平均显著升高。这表明青少年MDD患者存在明显的肠道屏障功能障碍和全身性炎症反应。

青少年MDD中肠道菌群失调的特征

宏基因组学分析发现，虽然MDD组与HC组在微生物α多样性指数上无显著差异，但β多样性分析显示两组间的整体微生物群落结构存在显著区别。在门水平上，MDD组拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度增加，厚壁菌门（Firmicutes）减少，导致Firmicutes/Bacteroidetes（F/B）比值显著降低。在属水平上，共有40个菌属存在差异，其中25个在MDD中富集（如Intestinimonas, Barnesiella），15个减少（如Dialister, Collinsella）。这些变化共同描绘了青少年MDD特有的肠道菌群失调图谱。

目标肠道菌群与生物标志物组合的诊断潜力

为了寻找稳健的微生物标志物，研究结合了宏基因组和16S rRNA测序数据，发现Collinsella和Dialister在两个平台上均一致性地在MDD组中减少。随机森林分析将Collinsella, Candidatus_Saccharibacteria_unclassified和Parabacteroides识别为区分MDD与HCs的顶级预测菌属。单独使用这些菌属或血浆生物标志物（如Claudin-5, IL-6）进行诊断时，受试者工作特征曲线下面积（AUC）在0.70-0.81之间。然而，当通过LASSO回归筛选出的关键血浆生物标志物与上述三个顶级菌属组合构建诊断模型时，其诊断效能大幅提升，AUC高达0.96-0.97。这表明整合微生物与宿主标志物能极大提高青少年MDD的诊断准确性。

SCFAs相关肠道菌群、紧密连接蛋白与通路的相互关联

相关性分析揭示了紧密连接蛋白和炎症生物标志物之间存在显著的正相关网络。而Collinsella则与Claudin-5、TNF-α等标志物呈负相关。进一步分析发现，升高的紧密连接蛋白水平与一些SCFAs相关的KEGG通路（如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢，自噬调控等）呈负相关。这些结果提示，MDD患者中升高的紧密连接蛋白可能与SCFA产生菌的减少及其相关代谢通路的下调有关。Collinsella作为一种已知的SCFA产生菌，其减少可能意味着SCFA水平的降低，进而影响肠道屏障功能。

SCFAs对Caco-2细胞中紧密连接蛋白的调控

为了验证SCFAs对肠道屏障的直接作用，研究团队在Caco-2细胞（人结肠腺癌细胞系，常用于肠道屏障研究）中进行了体外实验。结果显示，用丙酸（20 mM）或丁酸（5 mM）处理细胞24小时或48小时后，紧密连接蛋白CLDN5和TJP1的mRNA转录水平均显著上调，且呈现剂量依赖性。即使在脂多糖（LPS）诱导的炎症环境下，丙酸和丁酸仍能显著提升CLDN5和TJP1的表达。这直接证明了SCFAs对增强肠道上皮紧密连接完整性具有积极的调控作用，为肠道菌群通过产生SCFAs维护屏障功能提供了实验依据。

本研究通过多组学整合分析，揭示了青少年重性抑郁障碍中存在显著的肠道菌群失调、肠道屏障功能受损和系统性炎症。核心发现是SCFA产生菌Collinsella的减少与血浆紧密连接蛋白（如Claudin-5）水平升高及炎症状态密切相关。研究者成功构建了一个结合肠道微生物（Collinsella等）和宿主血浆生物标志物的诊断模型，展现出极高的诊断潜力（AUC > 0.96）。体外细胞实验进一步证实，SCFAs（丙酸、丁酸）能够上调紧密连接蛋白的表达，强化了菌群-代谢物-屏障轴在MDD病理机制中的重要作用。

这项研究的深刻意义在于，它将青少年抑郁症的研究视角延伸至肠道微环境，首次系统性地将特定肠道菌群（Collinsella）、SCFAs相关代谢通路、肠道屏障完整性（紧密连接蛋白）和系统性炎症联系起来，并验证了SCFAs的直接保护效应。这不仅为理解青少年MDD的发病机制提供了新的“肠-脑”通路视角，更重要的是，所开发的微生物-宿主整合生物标志物模型为未来实现青少年抑郁症的客观、精准诊断开辟了全新的道路。尽管样本量、未测量粪便SCFA浓度等因素仍是局限，但这项研究无疑为开发基于微生物组的干预策略（如益生菌、益生元或SCFAs补充剂）用于青少年抑郁症的防治奠定了坚实的科学基础，标志着向精神健康领域的精准医疗迈出了关键一步。