科研 | 湖南农大：肠道微生物组结合代谢组学分析探究茉莉花茶改善CUMS抑郁大鼠的机制（国人佳作）

原名： An Analysis of the Intestinal Microbiome Combined with Metabolomics to Explore the Mechanism of How Jasmine Tea Improves Depression in CUMS-Treated Rats

译名： 肠道微生物组学结合代谢组学分析探究茉莉花茶改善CUMS治疗大鼠抑郁的机制

期刊： Foods

IF： 4.7

发表时间： 2024.08

通讯作者： 刘仲华

通讯作者单位： 湖南农业大学

我们按照图1进行实验处理，根据图2A、B，在第0天，三组的体重没有统计学上的显著差异。与对照组相比，CUMS干预8周后大鼠体重的增加显著降低，而CUMS大鼠体重在茉莉花茶给药4周后增加。同时，与对照组相比，CUMS诱导的抑郁大鼠在8周的外部刺激期间食物消耗和糖偏好减少，服用茉莉花茶后可以改善（图2C，D）。如图2E所示，CUMS组大鼠的静止时间明显高于对照组，这表明CUMS干预后大鼠在FST中没有逃跑导向的行为和意识。然而，服用茉莉花茶后，CUMS大鼠的静止时间有所下降。如图2F所示，与对照组相比，CUMS大鼠在OFT中进入内部、外部区域次数和站立次数显著减少，这表明CUMS诱导的大鼠表现出明显的抑郁样行为。茉莉花茶给药后，CUMS大鼠在OFT中进入内、外部次数和站立次数显著增加。这些结果表明，CUMS处理8周后，抑郁样行为显著增加，但茉莉花茶可以缓解CUMS大鼠的抑郁样行为。

图1 实验程序的时间表。SPT，糖偏好实验；OFT，旷场试验；SFT，强迫游泳测试。

我们研究了茉莉花茶对CUMS大鼠海马、大脑皮层、结肠和血清中神经递质（5-HT和BDNF）和促炎物（TNF-α和NF-κB）的影响。结果显示，与对照组相比，CUMS暴露大鼠海马、大脑皮层、结肠和血清中5-HT和BDNF的含量显著下降（图3A、B）。与模型组相比，茉莉花茶给药显著提高了这四种组织中5-HT和BDNF的含量（图3A，B）。Mod的海马、大脑皮层、结肠和血清中的TNF-α和NF-κB浓度远高于Con（图3C，D），而茉莉花茶抑制了CUMS诱导的不同组织中TNF-α和NFκB浓度的升高（图3C、D）。这些统计数据表明，茉莉花茶给药可以逆转CUMS大鼠体内神经递质和促炎细胞因子的浓度。

图3 不同组织中神经递质和炎症因子的水平。 （A）5-HT；（B）BDNF；（C）TNF-α；（D）NF-κB。与对照组相比，#p<0.05，##p<0.01，###p<0.01；与模型组相比，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。

海马HE和尼氏染色如图4A、B）所示。我们发现海马细胞排列整齐，Con核数量多、密度高、完整（图4A、B），而海马细胞排列不均，核固缩和变性，CUMS干预后形状松散、密度低、数量减少、细胞间隙较大（图4A、B）。此外，模型组中的锥体细胞层变薄。这些抑郁大鼠的海马显示出正常的组织病理学结构，与茉莉花茶干预后的Con相似（图4A，B）。根据Con的结构，我们发现结肠黏膜完整，上皮细胞排列整齐，炎性细胞很少浸润（图4C）。而CUMS模型组结肠黏膜缺失，固有层腺体受损，杯状细胞减少，几种炎性细胞浸润（图4C）。茉莉花茶给药后，这些损害明显发生了变化（图4C）。

我们使用16S rRNA基因测序方法分析粪便微生物组成，从所有样本中总共获得了1841116个高质量的reads，平均长度为102284，这些reads以97%的序列相似性聚合成2020个不同的操作分类单元（OTU）。对肠道微生物群落的分析表明，Mod的多样性测量结果（Shannon和Simpson指数）以及丰富度评估结果（Chao1和observed指数）明显低于Con；而茉莉花茶干预后，它们可以得到改善（图5A），这表明与Con相比，Mod中的微生物丰富度和多样性指数有所下降，茉莉花茶的这一现象可以缓解CUMS诱导的微生物丰度和多样性指标。主成分分析的结果证实，与Con相比，Mod具有显著不同的微生物群特征，茉莉花茶可以调节抑郁症患者的肠道微生物群（图5B）。三组中有82个属，而Con和Mod中只有1个属，Con和NF中有7个属，表明茉莉花茶将CUMS大鼠的肠道微生物恢复到接近对照组水平（图5C）。门水平肠道微生物群的相对丰度如下（图5E）：Con中硬壁类和拟杆菌类的水平分别为77.40%和15.60%，F/B比值为496.15%。Mod中厚壁菌和拟杆菌的含量分别为80.71%和12.27%，F/B比值为658.78%。NF中厚壁和拟杆菌的含量分别为80.02%和13.98%，F/B比值为572.39%，表明茉莉花茶可以显著修复CUMS大鼠的微生物群。属水平的肠道菌群相对丰度如图5D和5F所示。 Ruminococacae 、 Erysipelorichae 、疣微菌科的CUMS显著增加，而梭菌科、拟杆菌科和消化链球菌科的CUMS减少，茉莉花茶的摄入改善了这些变化（图5F）。根据属水平的肠道微生物循环（图5D），与Con（14.6%）相比，CUMS诱导后瘤胃球菌的相对丰度增加（35.2%），比Con高18.6%。然而，在茉莉花茶干预后，CUMS处理的大鼠瘤胃球菌的相对丰度降至约18.6%，比Mod低14.6%。CUMS处理后， Unspecified_Ruminococacae 的相对丰度（13.6%）显著降低。然而，在茉莉花茶干预后，CUMS处理的 Unspecified_Ruminococcaceae 大鼠的相对丰度增加到16.4%，与对照组接近。

图5 Con、Mod和NF的肠道微生物特征 。 （A）α系统发育多样性分析表明，CUMS诱导的抑郁样大鼠在四个指标上的微生物丰富度低于对照组；服用茉莉花茶后，这些指标有所增加。（B）主成分分析（PCA）显示，CUMS诱导的抑郁样症状大鼠的肠道微生物组组成与Con明显不同，经茉莉花茶处理后，CUMS诱发的抑郁样肠道微生物组分得到恢复。（C）基于属水平的肠道微生物分类维恩图。（D）基于属水平的肠道微生物分类中前10个相对丰度的圆环图。（E）实验组在门水平上的肠道微生物群组成。（F）属水平上肠道微生物的相对丰度。与对照组相比，#p<0.05，##p<0.01；与模型组相比，*p<0.05，**p<0.01。

通过肠道微生物组数据集的LEfSe分析产生的分支图（图6A，B）表明，在属水平上，Mod中有7个不同丰度的分支，NF中有14个不同丰度分支（p<0.05，LDA>2.0）。我们共鉴定出35个不同属，Con共有14个属，主要包括 g_Blautia 、 o_Lactobacilles 、 f_Lactobacillaceae 、 g_Dorea 、乳杆菌属、 g_Copacalius 、 g_Klebsiella 、 g_Roseburia 、 f_Interobacteriaceae 、 o_Interobacterials 、 o_Gemellales 、 c_Gammaprobacteria 、 f_Gemelalaceae 和 g_Gemella 。CUMS处理的大鼠具有7个属的特征，包括 g__Butyrivibrio、g__Bilophila、g__Anaeroplasma、o__Anaeroplasmatales、f__Anaeroplasmataceae、p__Tenericutes 、和 c__Mollicutes 。用茉莉花茶给药后，CUMS大鼠有14个属，包括 f__Clostridiaceae、f__Erysipelotrichaceae、c__Erysipelotrichi、o__Erysipelotrichales、g__Clostridium、g__Phascolarctobacterium、f__Veillonellaceae、g__Clostridium、f__Porphyromonadaceae、g__Parabacteroides、o__Pasteurellales、f__Pasteurellaceae、g__Aggregatibacter、 和 g__Holdemania 。我们通过分类学分析进一步确定了微生物组成（图7A，B）。在属水平上（图7C），与Con相比，Mod中瘤胃球菌和 Butyrivibrio 的丰度显著增加，但在茉莉花茶干预后，这种现象可以得到缓解。此外，茉莉花茶给药后，CUMS处理的大鼠中拟杆菌、 Blautia 、 Unspecified_Clostruduaceae 、梭菌、乳杆菌和 Coprobacillus 的相对丰度显著增加（图7C）。

图6 线性判别分析效应大小（LEfSe）分析的阈值为LDA>2.0。使用分支图（a）和直方图（B）对结果进行可视化，显示有35个属负责区分Con、Mod和NF。

图7 茉莉花茶干预调节了CUMS诱导的抑郁大鼠的肠道微生物群 。 （A）属水平的肠道微生物组热图。（B）系统发育树和门水平组间丰度分布热图。（C）在属水平上对三组肠道微生物群落成员的相对丰度进行了比较。数据代表每组六只大鼠的平均值±SEM。与对照组相比，#p<0.05，##p<0.01；与模型组相比，*p<0.05，**p<0.01。

为了说明肠道和大脑之间的联系，我们对肠道微生物和抑郁症的表型指标进行了Spearman相关性分析，包括体重、5-羟色胺、BDNF、TNF-α、NF-κB等。如图8A所示，TNF-α和NF-κB等促炎因子分别分布在第四象限，与模型组密切相关，而体重和神经递质（5-HT、BDNF）等因子集中在第三和第四象限中，与正常组和茉莉花茶干预组高度相关。TNF-α和NF-κB与 Ruminococcus_1 和 Butyrivibrio 高度相关，而体重和神经递质（5-HT、BDNF）与 Blautia 、 Unspecified_Clostrudiales 、 Unspecified_Ruminococceae 和其他微生物高度相关（图8B）。基于这些结果，我们推测TβMCA升高可能导致Cyp7b1介导的胆汁酸合成增加和微生物解偶联减少。

Spearman相关性结果表明， Butyrivebrio 、 Anaeroplasma Unspecialized_Veillonellaceae 等与体重、5-HT和BDNF呈显著负相关，与炎症因子TNF-α和NF-κB呈显著正相关，而 Unspecified_Christensenellaceae 、 Clostridium_2 和 Unspecified_Coriobacteriaceae 与体重、5-HT和BDNF呈强正相关，与TNF-α和NF-κB呈强负相关。