凌恩客户上海交通大学在《Molecular Psychiatry》期刊上(IF=11.0)发表了关于强迫症患者肠道微生物菌群通过琥珀酸影响小鼠行为及病况的文章。该研究通过将强迫症患者的粪便微生物群移植至小鼠体内，诱导小鼠出现强迫症行为，改变了其肠道微生物群，并发现琥珀酸参与了强迫症的发病机制。
期刊：Molecular Psychiatry
影响因子：11.0
发表时间：2024.1
样本类型：强迫症定植和健康小鼠
DOI: 10.1038/s41380-024-02424-9
研究背景
强迫症是一种神经精神疾病，其确切发病机制尚不明确。近年来，越来越多的研究表明肠道微生物群可能与强迫症的发病有关。然而，关于肠道微生物群如何影响大脑功能和行为，以及它们与强迫症之间的确切关系，尚缺乏深入的研究。
实验设计
实验方法
● 小鼠培养条件
选择无特定病原体小鼠，12小时光暗循环，正常饲料加饮用水饲喂。
● 粪便微生物的移植
在小鼠的饮用水中添加抗生素以消耗初始肠道微生物群，持续两周后将小鼠随机分为两组，接受OCD（强迫症）或HC（健康）受试者的肠道微生物悬浮液灌胃，每隔一天进行一次，于一天内灌胃九次，每次200µl，以重建肠道微生物群。
● 行为学测定
- 旷场测试（OFT）:将小鼠放置在露天场地的中心，允许其自由探索周围环境10分钟。分析小鼠的移动总距离以及在场地中心停留的时间。
- 高架十字迷宫测试（EPM）：迷宫是一个十字形装置，两端张开两端闭合。将小鼠单独放置在迷宫中央5分钟，统计进入每个臂的次数。
- 大理石埋藏测试（MBT）：将12颗玻璃弹珠分布在装有垫料的笼中，将小鼠置于笼中自由探索30分钟，计算埋入垫层的弹珠数量。
- 梳理行为测试：首先将小鼠暴露在喷水瓶附近不进行喷水，记录5分钟的梳理情况，喷洒无菌水以诱导梳理行为，再次记录5分钟。
- 家笼测试：小鼠每天在笼子里适应2小时，持续3天，期间自由活动和取食，然后记录小鼠在一个完整的光暗周期（24小时）内的梳理和挖掘行为。
图 小鼠行为学测定装置
实验结果
1、OCD患者的肠道微生物群会加强小鼠的异常行为
EPM中OCD小鼠进入张开双臂的时间显著少于HC小鼠（图1b-c），表明OCD小鼠的焦虑水平显著高于HC小鼠，但在OFT中没有观察到显著的影响（图1d-f）。MBT显示，OCD的小鼠会增加重复行为（图1g-h）。此外，OCD的小鼠会增加的理毛时间和次数（图1i-j）。
图1 OCD和HC定植小鼠之间行为表型的比较
2、OCD小鼠的肠道微生物发生了改变
本研究使用16S rRNA全长测序对小鼠粪便样本进行了研究（图2a）。OCD小鼠的Simpson指数较低（图2b-d）。PCoA分析显示两组小鼠的肠道菌群组成存在显著差异（图2e）。OCD小鼠的Proteobacteria、Clostridia和Gammaproteobacteria丰度显著增加，与小鼠的焦虑水平呈正相关（图2f-k）。LEfSe分析发现OCD小鼠中益生菌丰度减少（图2m）。
图2 OCD和HC定植小鼠肠道微生物特征的比较
3、琥珀酸是mPFC和肠道出现炎症的关键代谢物
GO富集分析发现，差异基因主要富集在免疫反应通路（图3b），qRT-PCR结果验证了OCD小鼠内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex，mPFC)和结肠中IL-1a、TNF-a和NF-kB基因的表达水平均上调（图3c-d），且紧密连接蛋白的mRNAoccludin和claudin-4的表达水平较低（图3e）。小鼠血清和mPFC及OCD患者血清样本的的代谢组学发现琥珀酸（SA）的上调，且SA水平与强迫症症状分类量表的评分之间呈正相关（图3j-k）。
图3 OCD微生物群会促进mPFC中的神经炎症并破坏肠道屏障功能
4、琥珀酸影响了神经元兴奋性和脑部功能
在小鼠的饮用水中添加琥珀酸以进一步证实SA对小鼠行为和脑部功能的影响（图4a）。SA会使小鼠出现更多焦虑行为（图4b-k），并使mPFC和结肠中炎症细胞因子的mRNA水平升高（图4n-o），结肠中claudin-4的表达降低(图4p)。
图4 SA会导致mPFC中神经炎症的异常行为，并破坏肠道屏障功能
5、全身给药可以改善OCD小鼠的健康情况
丙二酸二甲酯（DM）是一种琥珀酸抑制剂（图5a），DM处理可以有效改善小鼠的强迫症行为（图5b-i）。降低了mPFC和结肠中炎症细胞因子的mRNA水平（图5l-m），提升了结肠中claudin-4的水平（图5n）。
图5 全身给药DM可减轻OCD小鼠的行为异常和炎症反应
研究结论
研究结果表明，移植OCD患者的肠道微生物群会导致小鼠行为异常，改变小鼠的肠道菌群构成并抑制了免疫反应通路，同时影响mPFC的结构。代谢组分析发现SA是关键的代谢产物，破坏了肠道屏障功能。SA的抑制剂DM可以改善OCD小鼠的病情。
该研究是一篇典型的“肠-脑”轴研究肠道微生物与精神类疾病的关联型文章，首次揭示了肠道微生物在强迫症发病中的作用及机制，从肠-脑轴代谢信号传递角度为OCD病理生理学机制提供了新视角，也为未来开发针对肠道微生物及相关代谢通路的干预方法治疗精神障碍疾病奠定了基础。
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参考文献
Ying-Dan Zhang, et al.Human microbiota from drug-naive patients with obsessive compulsive disorder drives behavioral symptoms and neuroinflammation via succinic acid in mice. Molecular Psychiatry. 2024
