华南理工大学广东省精神疾病转化医学工程技术研究中心吴凯副教授、卓敏副教授与广州医院吴逢春主任合作，通过对82名精神分裂症患者和80名健康对照的肠道菌群进行了16SrRNA测序，发现在精分患者肠道中丰度发生显著变化的11类微生物属和2类微生物门；琥珀酸弧菌属在患者肠道中相对丰度更高，且与患者PANSS一般评分及总评分呈正相关；更高丰度的棒状杆菌属与患者PANSS阴性评分呈负相关，这可能表明在患者肠道中大量存在的棒状杆菌属可以缓解情感迟钝、言语贫乏和丧失动力等症状。年6月30日，《PeerJ》期刊录用了题为《AlteredgutmicrobiotaassociatedwithsymptomseverityinSchizophrenia》的研究论文，第一作者为华南理工大学生物化学与分子生物学专业研三学生李时佳。
精神分裂症（Schizophrenia,SZ）是一种常见的精神类疾病，目前关于SZ的发病机制的研究尚未完全阐明。近年来随着“微生物-肠道-脑”轴概念的提出，让越来越多的研究开始侧重肠道菌群与脑功能的关联作用。肠道菌群可以通过“肠道-脑”轴改变人类及动物的大脑发育轨迹，进而调节其行为和认知。例如对阿尔兹海默病（Alzheimerdisease,AD）患者肠道菌群的研究表明AD患者较健康人群肠道内的厚壁菌、双歧杆菌、梭状芽孢杆菌和乳酸菌等丰度降低；拟杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌的丰度增加，这些微生物丰度的改变回引起炎症反应、认知功能障碍、肠道和血脑屏障的渗透性增加，进而可能致使AD发生。此外，对单胺类神经递质失衡机制的研究结果表明肠道微生物为影响机体的色氨酸代销，引起5-HT水平下降，进而可能诱发抑郁症状。因此，了解肠道菌群与精神类疾病之间的相互作用及其相关机制，对重新认识神经系统相关疾病的发生、发展和治疗有着深远的意义。同时随着高通量测序技术的进步，对精神疾病患者肠道菌群的研究可以为疾病诊断和预防疾病发生提供丰富的线索。
为了研究SZ患者肠道菌群的变化情况，初步探究肠道菌群与SZ的相关性，华南理工大学吴凯、卓敏课题组与广州医院吴逢春主任合作，通过对82名SZ患者和80名健康对照（normalcontrol,NC）的肠道菌群进行了16SrRNA测序，比较两组被试的肠道菌群物种组成；分析SZ患者肠道菌群与症状之间的相关性，初步确定可能回影响患者症状发展的潜在生物标记物。
主要研究结果表明：
1、对肠道菌群的多样性结果研究发现SZ患者的alpha多样性均低于NC，但是alpha中的Shannon、Evenness、ObservedOTUs以及Simpson均无统计学差异。
图1SZ组和NC组肠道菌群alpha多样性比较
2、两组肠道菌群beta多样性结果显示两组的肠道菌群物种组间多样性有明显差异，Bray-Curtis指数显示两组被试的肠道菌群组间离散距离大于两组的组内离散距离，并且NC组的肠道菌群与SZ组相比聚集程度更为明显，表明两组被试的肠道菌群的组成结构由明显的差异。
图2柱坐标分析（PCoA）比较两组间beta多样性的Bray-Curtis距离。
3、对每个被试的肠道菌群进行物种组成的研究发现，在微生物门水平上，两组的优势物种基本相同，主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门和疣微菌门。比较两组门水平的相对丰度，结果表明SZ患者组的放线菌门显著高于健康对照组，而厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度较NC被试组更低。
在属水平上，SZ组的优势属主要包括粪杆菌属、巨单孢菌属、普雷沃氏菌属、瘤胃球菌属和布劳特氏菌属；NC组中的主要肠道微生物属为粪杆菌属,巨单孢菌属,吉米氏菌属,罗斯氏菌属和拟杆菌属。此外，SZ组的胃瘤球菌属、柯林斯氏菌属、真杆菌属、乳酸杆菌属、琥珀酸弧菌属、分支杆菌属和棒状杆菌属的相对丰度显著高于NC组；而Adlercreutzia菌属、粪厌氧棒状菌属、瘤胃球菌属以及粪杆菌属的相对丰度则显著低于NC组。
图3两组被试的肠道微生物在属水平和门水平上的组成和组间差异。图A和B分别表示两组肠道菌群在属水平和门水平上的物种组成。注：图中“↑”和“↓”分别表示在SZ组中丰度增加和下降的物种。
4、通过LEfSe方法一共鉴定了能够对SZ组和NC组进行分类的41个有显著组间丰度差异的物种（α0.01,LDA2）。在微生物门水平上，NC组富集厚壁菌门，SZ组富集了放线菌门。此外，结果鉴定出了NC被试组的粪厌氧棒状菌属、粪杆菌属、Adlercreutzia菌属和丁酸弧菌属四个生物标记物，而SZ患者组的生物标记物为乳酸杆菌属、分支杆菌属、Bulleidia菌属、真杆菌属、琥珀酸弧菌属、棒状杆菌属、柯林斯氏菌属和普雷沃氏菌属。
图4LEfSe分析鉴定差异物种进化分支图以及效应值。图A为LEfSe树状图，表示两组间显著差异物种的聚类情况，节点的大小表示该物种对分组的影响效应；图B表示LDAscore大于2的所有物种。
5、为了揭示两组被试肠道菌群功能的差异，本研究采用了PICRUSt分析对两组被试的肠道菌群功能进行了预测。基于16SrRNA序列一共获得了个肠道菌群可能的代谢通路，在其中鉴定了19个有显著组间差异的通路（p0.05,FDR校正）。在这些具有显著差异的通路中，观察到NC被试组的肠道菌群的功能富集了多种生物合成和代谢通路途径，例如聚酮糖单位生物合成，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，泛酸和CoA生物合成，C5-分支化二酸代谢和苯丙烷生物合成通路。而在SZ患者组的肠道菌群主要参与抗坏血酸和藻酸盐代谢、核苷酸代谢和丙酸酯代谢等途径。
图5PICRUSt预测精神分裂症患者和健康人群肠道菌群功能。
6、将在SZ组中发生丰度显著改变的11个微生物属于患者的PANSS评分进行相关性分析发现，SZ症状的严重程度与琥珀酸弧菌属的相对丰度正相关，说明琥珀酸弧菌属丰度的升高可能会加重SZ患者的症状。此外，阴性症状的增加与棒状杆菌属的相对丰度呈负相关，这表明棒状杆菌丰度的增加可能有益于SZ患者情感迟钝、情感交流障碍、交谈缺乏自发性和流畅性等阴性症状的缓解。
图6组间差异微生物属与PANSS评分的相关性。图中蓝色和红色分别表示正相关和负相关；圆点大小表示显著性，“*”表示p0.05。
综上所述，本研究发现了在SZ患者肠道中丰度发生显著变化的11类微生物属和2类微生物门。重要的是，揭示了琥珀酸弧菌属在患者肠道中相对丰度更高，且与患者PANSS一般评分及总评分呈正相关；与此相反，更高丰度的棒状杆菌属与患者PANSS阴性评分呈负相关，这可能表明在患者肠道中大量存在的棒状杆菌属可以缓解情感迟钝、言语贫乏和丧失动力等症状。因此，可推测肠道菌群的改变可能与SZ的发病机制以及症状缓解有关。
此外，本研究还发现了琥珀酸弧菌属只在SZ患者中存在，在NC被试中并未检测到，这进一步说明了琥珀酸弧菌属可能在SZ的发生和发展中起到了作用，琥珀酸弧菌属在人体肠道内的主要代谢产物为乙酸、甲酸和琥珀酸等短链脂肪酸（SCFAs），SCFAs是肠道微生物的主要代谢产物，SCFAs可以通过血脑屏障进入中枢神经系统，刺激机体产生TNF，激活小胶质细胞，干扰细胞的膜代谢功能，从而诱发精神分裂症。另一方面，本研究还发现了乳酸杆菌属在SZ患者肠道中的丰度升高，有前期研究表明乳酸杆菌属在首发精神分裂症患者肠道中丰度显著增加，且与症状的严重程度呈正相关。前期研究报道了在SZ患者中相对丰度升高的乳酸杆菌属也可以刺激TNF的产生，由此推测乳酸杆菌属丰度的增高可能引起炎症因子水平的改变，诱发SZ。但是本研究的结果表明乳酸杆菌属与症状严重程度的相关性并不显著，我们推测可能是由于参与本研究的患者大部分属于慢性症状，且普遍服用抗精神病药物所导致的。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇