年4月13日,西安医院马现仓课题组在预印本网站bioRxiv上发表了一篇文章,题为“Roleofshort-chainfattyacidsinthegut-brainaxisinschizophrenia:contributiontoimmuneactivationandpathophysiologyinhumansandmice”,对短链脂肪酸在精神分裂症患者肠-脑轴中的作用进行了分析。(预印本网站bioRxiv所有论文未经同行评议)
研究组在精神分裂症中发现肠道菌群失调和肠-脑功能模块异常,包括短链脂肪酸(SCFA)产生和持久免疫激活(IA)。
考虑到肠道菌群和SCFA在构造免疫力中的关键作用,研究组认为,由病原菌引起的SCFA上调可能加剧了精神分裂症的IA和行为症状。
研究组比较了精神分裂症患者和健康对照者的肠道菌群、SCFA和IA生物标志物。
在培养的外周血单个核细胞(PBMC)和精神分裂症小鼠模型中分析了SCFA在精神分裂症相关IA中的作用,并在人和小鼠中分析了SCFA对精神分裂症相关表型的影响。
精神分裂症患者中微生物来源的SCFA上调
与健康对照组相比,精神分裂症患者血清中乙酸、丙酸、丁酸和总微生物来源的SCFA均显著升高,在验证组中也具有统计学意义。
精神分裂症患者在所有认知任务中均表现不佳。
在校正年龄、性别、教育程度和BMI后,SCFA与认知功能显著负相关,即SCFA水平较高的患者表现出更严重的认知障碍。
三个月随访显示,经过治疗的精神分裂症患者血清SCFA显著降低,认知改善。
精神分裂症患者肠道中SCFA分泌增加
校正混杂因素后,与健康对照组相比,精神分裂症患者粪便中所有三种类型的SCFA均显著增加,且与血清中的SCFA之间存在显著相关性。
产生SCFA的一些细菌在精神分裂症患者肠道中富集,肠道菌群a多样性增加,且与血清中SCFA浓度呈正相关。
精神分裂症IA患者中存在较高的循环SCFA
与健康对照组相比,精神分裂症患者血清中的生物标志物C反应蛋白、IL-6、sIL-2R和sCD14均显著上调。
患者血清中微生物来源的SCFA与IA的四个生物标志物之间存在一些显著正相关,其中IL-6的相关性最强。
IA定义为生物标志物水平较高,精神分裂症患者中IA受试者比例为/,而健康对照组为46/。
亚组分析表明,IA患者的血清SCFA和粪便SCFA水平较高,但认知水平较差。
精神分裂症IA的微生物学特征
精神分裂症IA患者在mOTU水平上的肠道菌群的α多样性高于非IA的患者和对照者。
IA患者和非IA患者的粪便微生物群总体组成有所不同。
与非IA的健康对照组相比,IA患者的肠道中差异富集了20mOTU,非IA患者中为5mOTU,IA对照组中只有1mOTU。
值得注意的是,IA患者中差异富集的细菌包括几种产生SCFA的细菌。
精神分裂症IA部分通过SCFA信号介导
精神分裂症IA患者的PBMC中基础刺激和脂多糖(LPS)刺激的炎症反应均升高。
精神分裂症IA患者的小分子血清滤液可增加健康对照组PBMC的炎症反应,补充SCFA炎症反应增强,抑制SCFA信号则炎症反应减弱。
SCFA缓慢升高引起青春期小鼠精神分裂症相关的异常行为
成年小鼠过量摄入SCFA四周后,并未在血液或肠道中引起明显的行为变化和炎症反应。
然而,在青春期(神经发育的重要时期)过量摄入SCFA,会诱发精神分裂症相关的异常行为,包括焦虑水平升高、社交行为受损、空间记忆和成年期的惊跳反射抑制(PPI)。
此外,用抗炎化合物米诺环素对SCFA喂养的小鼠进行口服治疗可减轻或消除SCFA造成的异常行为和全身性IA。
SCFA加剧了精神分裂症小鼠模型IA和精神分裂症相关行为的表达
尽管成年小鼠摄入SCFA不会显著影响免疫力和行为,但过量摄入SCFA会增强母体免疫激活(MIA)诱导的精神分裂症相关行为,包括更严重的PPI和社交行为受损。
此外,SCFA摄入还上调了MIA小鼠成年后代的血清(IL-6,TNF-α)、前额叶皮质(IL-6)和海马体(IL-6)中的几种促炎细胞因子。
出生前曾暴露于IA的成年小鼠的SCFA慢性升高加剧了精神分裂症相关行为的表达。
总之,源自微生物群的SCFA是肠-脑轴失调的重要介体,并且通过增强精神分裂症的IA参与发病机制。
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