Introduction
Depressio on vakava, invalidisoiva terveysongelma, jonka esiintyvyys on suuri kaikkialla maailmassa;1 sen syntymekanismit ja kehittymismekanismit jäävät kuitenkin edelleen epäselviksi. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on ehdotettu, että mikrobi-ruoka-aivot-akseli voi vaikuttaa ihmisten mielialaan ja käyttäytymiseen monin eri tavoin. Vuorovaikuttamalla vagushermon kanssa, muuttamalla suoraan keskushermoston toimintaa, vaikuttamalla suolistohermostoon, muuttamalla aivojen plastisuutta,2 aktivoimalla immuunijärjestelmää ja vielä useammalla tavalla,3,4 nämä ehdolliset patogeeniset bakteerit voivat aiheuttaa taudin. On löydetty yhä enemmän todisteita, jotka johtavat siihen, että suolistomikrobiston ja masennuksen välinen yhteys on merkittävä.
Hiirten masennusmallissa suolistomikrobiston ja ulosteen metabolisen fenotyypin muutosten havaittiin korreloivan masennuksen kanssa 16S rRNA:n sekvensoinnin ja nestekromatografia-massaspektrometriaan perustuvien tutkimusmenetelmien avulla metabolomiikan avulla.5 Lisäksi kolmessa tutkimuksessa on osoitettu, että bakteerittomat hiiret osoittivat enemmän masennuksen kaltaista käyttäytymistä sen jälkeen, kun niille oli siirretty masentuneilta ihmisiltä peräisin olevaa suolistomikrobistoa.6-8 Nämä eläinkokeet viittaavat siihen, että suolistomikrobiston häiriö voi aiheuttaa masennusta. Lisäksi kasvavia todisteita jatkuvasta matalan tason immuunijärjestelmän tulehdusreaktiosta ei voida jättää huomiotta masennuksen kehittymisen patologisessa prosessissa,5,9 koska tämän immuunijärjestelmän tulehdusreaktion lähde liittyy todennäköisesti suolistomikrobiston häiriöön. Ensinnäkin suolistomikrobiston Firmicutes-bakteerit voivat fermentoida hiilihydraatteja erilaisiksi lyhytketjuisiksi rasvahapoiksi (SCFA),10 ja näiden SCFA-yhdisteiden puute voi johtaa suoliston esteen toiminnan heikkenemiseen11. Sitten kun monet ehdolliset patogeenit ja niiden aineenvaihduntatuotteet suolistossa ylittävät esteen ja stimuloivat immuunivastetta, muodostuu ”suolistovuoto”, joka voi vaikuttaa taudin esiintymiseen ja kehittymiseen.12 Tätä voidaan tukea Yu ym. tutkimuksesta, joka osoitti, että Firmicutesin määrä väheni merkittävästi masentuneilla hiirillä.13 Toisessa tutkimuksessa havaittiin myös merkittävä korrelaatio stressin aiheuttamien käyttäytymismuutosten välillä hiirillä ja Firmicutesin häiriön välillä suolistomikrobistossa.14 Tulehduksellista suolistosairautta (IBD) sairastavilla potilailla Faecalibacterium prausnitzii -bakteerin määrä Firmicutesin joukossa on minimaalinen, ja bakteerien osuuden pieneneminen liittyi suolen limakalvojen suojelutoiminnan heikkenemiseen.15 Nämä tutkimukset viittaavat siihen, että Firmicutes suoliston suojaavana tekijänä ansaitsee lisätutkimuksia.
Voidaan havaita, että Firmicutes ja Bacteroidetes ovat edelleen kaksi pääpainopistettä suoliston mikrobistoon ja masennukseen liittyvissä ihmistutkimuksissa. Eri tasoilla on osoitettu tiettyjä eroja suolistomikrobistossa potilaiden ja terveen kontrolliryhmän (HC) välillä, mutta Firmicutesia koskevien tutkimusten tulokset ovat ristiriitaisia. Jiangin ym.16 tutkimuksessa havaittiin, että Firmicutesin määrä väheni merkittävästi. Kolmessa muussa tutkimuksessa Firmicutesin osalta ei kuitenkaan havaittu selvää eroa heimotasolla.6 Lisäksi jotkin Firmicutesiin liittyvät bakteerit vähenivät huomattavasti alemmilla tasoilla, kun taas toisissa bakteereissa havaittiin tiettyä kasvua. Näiden tulosten epäjohdonmukaisuus voi johtua seuraavista tekijöistä: 1) HC-vertailuryhmä ei ollut täysin normaali. 2) Rekrytoitujen potilaiden yksilöllinen terveydentila oli erilainen. 3) Potilaiden ikähaarukka vaihteli kyseisissä tutkimuksissa. 4) Aiheeseen liittyvän hoidon vaikutukset. 5) Tyypillisten ja epätyypillisten masennusoireiden väliset erot ruokavaliossa. Vaikka eri tutkimusten tulokset ovat epäjohdonmukaisia, Firmicutes-häiriötä voidaan silti pitää yhtenä masennuspotilaiden ominaispiirteenä.
Tutkittaessa varmempaa korrelaatiota Firmicutes-häiriön ja masennuksen esiintymisen ja kehittymisen välillä mukautimme sisäänottokriteerejä rajoittaaksemme paremmin edellä mainittujen tekijöiden mahdollisia häiriöitä suolistomikrobistoon, jotta vältyttäisiin aiemmissa tutkimuksissa ilmenneeltä epäjohdonmukaisuudelta. Pyrimme selvittämään Firmicutesin muutoksia masennuspotilailla ja niihin liittyviä vaikutuksia.
Materiaalit ja menetelmät
Osallistujat
Tämä tutkimus hyväksyttiin Pekingin yliopiston kuudennen sairaalan ja Pekingin kiinalaisen perinteisen ja länsimaisen lääketieteen sairaalan eettisessä komiteassa. Kliiniset tiedot kerättiin Pekingin kiinalaisen perinteisen ja länsimaisen lääketieteen sairaalassa. Kaikki koehenkilöt allekirjoittivat kirjallisen tietoon perustuvan suostumuksensa ennen osallistumista. Kliiniset tiedot ja näytteenotto suoritettiin kaikkien koehenkilöiden tietoon perustuvan suostumuksen hankkimisen jälkeen, ja koko menettely oli Helsingin julistuksen ohjeiden mukainen.
Rekrytoimme koehenkilöt uudelleen suunniteltujen sisäänottokriteerien mukaisesti, joissa oli muutoksia aiempiin tutkimuksiin.6,8,16-18 Joitakin mukautuksia tehtiin Pekingin alueen erityisten lääketieteellisten standardien mukaisesti. 30. maaliskuuta – 30. kesäkuuta 2018 rekrytoimme 30 masennuspotilasta, joista 27 täytti tutkimuskriteerit ja muodosti suuren masennushäiriön (MDD) ryhmän; sitten 27 tervettä koehenkilöä valittiin HC-ryhmäksi MDD-ryhmän iän ja sukupuolen mukaan. Molemmat ryhmät ovat Han-kiinalaisia asukkaita, jotka asuvat Pekingissä pitkään, joilla ei ole erityisiä ruokailutottumuksia, ja heidän BMI:nsä on 18-30 kg/m2. MDD-ryhmä täytti ICD-10 MDD:n diagnostiset kriteerit; heillä oli ensimmäinen episodi ja heillä ei ollut systeemistä masennuslääkehoitoa. Orgaanisen ja päihteiden väärinkäytön aiheuttamat masennusjaksot ja ne, joilla oli epätyypillisiä piirteitä, jätettiin pois. HC-ryhmän arvioi kaksi sertifioitua hoitavaa lääkäriä muiden mielisairauksien poissulkemiseksi.
Lisäksi tarkastelemalla huolellisesti aiemmissa tutkimuksissa 19 sovellettuja lähestymistapoja rajoitimme tiukemmin myös poissulkukriteerejä. Tarkistimme koehenkilöiden toimittamat aiemmat lääketieteelliset tiedot, eikä yhtään seuraavista koehenkilöistä otettu mukaan tähän tutkimukseen: 1) kärsivät muista kroonisista sairauksista, jotka voivat vaikuttaa suolistomikrobiston vakauteen, kuten verenpaineesta, diabetes mellituksesta, metabolisesta oireyhtymästä, immuunipuutoksesta, autoimmuunisairaudesta, syövästä, IBD:stä, ripulista viimeisten kolmen kuukauden aikana; 2) viimeisten kuuden kuukauden aikana on käytetty suolistomikrobistoon vaikuttavia lääkkeitä, mukaan lukien antibiootteja, glukokortikoideja, sytokiineja, suuria annoksia probiootteja ja biologisia aineita ja niin edelleen; 3) ruoansulatuskanavan gastroskopia, kolonoskopia tai bariumateria on tehty viimeisten 6 kuukauden aikana; 4) henkilöille, joille on tehty merkittävä ruoansulatuskanavan leikkaus (kolekystektomia, umpilisäkkeen poisto ja suoliston resektio) viimeisten 5 vuoden aikana; 5) henkilöille, joilla on liikuntarajoitteita merkittävän fyysisen tai psyykkisen sairauden vuoksi; 6) henkilöille, jotka ovat kokeneet merkittäviä ruokavaliomuutoksia viimeisten 6 kuukauden aikana; ja 7) raskaana oleville naisille.
Kliinisten tietojen keruu
Keräsimme kaikkien tutkittavien yleistiedot kyselylomakkeilla. Yleisiin tietoihin kuuluvat ikä, sukupuoli, rotu, pituus, paino, aiempi sairaushistoria, lääkehistoria, tupakointihistoria ja juomishistoria.
16S rRNA:n monistaminen ja sekvensointi
Osallistujien ulostenäytteet laitettiin itse steriileihin astioihin ja ne kerättiin erikoislääkärin toimesta ulostekeskukseen. Kaikki 54 tuoretta ulostenäytettä säilytettiin -80 °C:ssa ennen DNA:n uuttamista. DNA uutettiin 200 mg:n ulostenäytteestä PowerSoil DNA Kitillä (Missouri Biotechnology Association, Jefferson, MO, USA), ja sitä käytettiin valmistajan ohjeiden mukaisesti. 16S rRNA:n V3-V4-alue monistettiin ja havainnoitiin universaaleilla alukepareilla 341F (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′) ja 805R (5′-ACTCCTACTACGGGAGGCAGCAGCAG-3′) KAPA HiFi HotStart ReadyMix -menetelmällä (KAPA Biosystems, Inc., Wilmingtonin osavaltio, Massachusettsin osavaltio, Yhdysvallat). Eri näytteiden alukkeisiin lisättiin yksilölliset 8 nt:n viivakoodit. PCR suoritettiin sykliolosuhteissa: 95 °C 5 minuutin ajan, 20 sykliä 98 °C 20 sekunnin ajan, 58 °C 30 sekunnin ajan, 72 °C 30 sekunnin ajan ja 72 °C 5 minuutin ajan. Lisäsimme 10 pmol alukkeita ja 100 ng templaatteja 50 μl:n PCR-reaktioihin, minkä jälkeen PCR suoritettiin kolmena kappaleena ja PCR-tuotteet yhdistettiin. QIAquick Gel Extraction Kitiä (QIAGEN, Hilden, Saksa) käytettiin oikean kokoisten DNA-segmenttien valintaan. Kaikki valitut DNA-segmentit sekvensoitiin pareittain Illumina HiSeq2500:lla Novogene Bioinformatics Institute -laitoksessa, Peking, Kiina.
Tilastolliset analyysit
Demografinen analyysi
Tietojen analysoinnissa käytettiin SPSS 23.0 -tilastopakettia Windowsille. Demografisia tietoja ja kliinisiä ominaisuuksia verrattiin ryhmien välillä. Jatkuvat muuttujat suoritettiin riippumattomien otosten t-testillä. Merkitsevyystasoksi asetettiin 0,05 (kaksihaarainen).
Sekvensointidatan analysointi
Raakalukemat demultipleksattiin käyttäen seqtk:ta (https://github.com/lh3/seqtk). Parittaiset lukemat yhdistettiin FLASH-ohjelmalla ja laatu suodatettiin Trimmomatic-ohjelmalla: parit, joissa oli >15 nt päällekkäisyyttä, yhdistettiin;20,21 yhdistetyt sekvenssit leikattiin, jos keskimääräinen laatupistemäärä neljän emäksen ikkunassa oli <20, ja sekvenssit, jotka sisälsivät epäselviä emäksiä tai <400 bp, poistettiin. Kaikki kelpuutetut sekvenssit yhdistettiin ja operatiiviset taksonomiset yksiköt (OTU) poimittiin käyttämällä QIIME 1.9.1:n pick_open_reference_otus.py-skriptiä22 , ja kimeerit poistettiin kohdistamalla sekvenssit ”kultaiseen” viitetietokantaan UCHIME:n avulla. OTU-sekvenssit luokiteltiin taksonomiaan käyttäen QIIME:n komentosarjaa assign_taxonomy.py. Kaikki edustavat sekvenssit (OTU:t) kartoitettiin Greengenes-tietokantaan23 käyttäen UCLUST-algoritmia, jonka identiteetti oli 97 %.24 Edustavat sekvenssit linjattiin mafft:llä,25 ja fylogeneettinen puu luotiin FastTree-ohjelmalla QIIME:n avulla.26 . Singletonit ja OTU:t, jotka esiintyvät vain yhdessä näytteessä, poistettiin, ja OTU-taulukko harvennettiin QIIME:n avulla.
ACE-, Chao1- ja Shannon-diversiteettiarvot laskettiin vegan-ohjelmalla,27 ja tilastolliset testit suoritettiin R-ohjelmalla.28 Faithin fylogeneettistä diversiteettiä analysoitiin QIIME:stä löytyvillä alpha_diversity.py- ja compare_alpha_diversity.py-ohjelmilla. Painottamattomat ja painotetut Unifrac-etäisyydet laskettiin käyttämällä QIIME:n beta_diversity.py-ohjelmaa, ja pääkoordinaatistoanalyysi (PCoA) suoritettiin käyttäen R:ää. Faithin fylogeneettisen monimuotoisuuden merkitsevyystesti suoritettiin Monte Carlo -permutaatiotestillä QIIME:ssä, ja kaikki muut merkitsevyystestit tehtiin Wilcoxonin testillä R:ssä.
HC- ja MDD-ryhmien taksonomiset biomarkkerit analysoitiin käyttämällä LEfSe (lineaarinen diskriminaatioanalyysi Effect Size), ja taksonit, joiden P-arvo < 0.01 ja LDA-pisteet > 2.0 poimittiin biomarkkereiksi. Metagenomin toiminnallinen profilointi ennustettiin käyttämällä PICRUSt:tä29 , ja de novo OTU:t poistettiin ennen toiminnallisen profiloinnin ennustamista PICRUSt:n käsikirjan mukaisesti. Ennustetut KO:t (KEGG-ortologia) ja polut analysoitiin käyttämällä STAMP:iä30 , ja P-arvo <0.01 käytettiin poimimaan erilaiset KO:t ja polut HC- ja MDD-näytteiden välillä.
Tulokset
Henkilöiden demografiset tiedot ja kliiniset ominaisuudet
Rekrytoimme yhteensä 54 koehenkilöä, mukaan lukien 27 MDD-potilasta ja 27 HC-potilasta; molemmissa ryhmissä oli sama mies- ja naissuhde 7:20. Potilasryhmän keski-ikä oli 48,7 ± 12,8 ja HC:n 42,3 ± 14,1 vuotta. Kuten taulukosta käy ilmi, iässä, pituudessa, painossa ja BMI:ssä ei ollut merkittävää eroa näiden kahden ryhmän välillä (taulukko 1).
  |
Taulukko 1 Demografiset ja kliiniset ominaisuudet |
OTU-poiminta
Näytteiden raakasekvensointilukuparit vaihtelevat 11 015:stä 1 035 838:aan, ja lukujen pituus on 250 bp. Parilukujen yhdistämisen, laatusuodatuksen ja OTU-klusteroinnin jälkeen näytteiden käytettävissä olevat sekvenssit ovat välillä 3 505-662 238. Kokonaislukujen käyttöaste on 52,26 %. OTU:iden poiminnan ja taksonomian määrittämisen jälkeen kaikista sekvensseistä poimittiin 2 888 OTU:ta ja tunnistettiin 183 tunnettua taksonia.
Matalampi suolistomikrobiston monimuotoisuus MDD-potilailla
Tuloksemme osoittavat, että HC:n alfa-diversiteetti-indeksit ovat korkeammat kuin MDD-potilaiden alfa-diversiteetti-indeksit (kuva 1). Chao1- ja ACE-diversiteetti-indeksejä voidaan käyttää näytteiden lajirikkauden arviointiin. Nämä kaksi indeksiä ovat molemmat merkitsevästi korkeammat HC:lla kuin MDD:llä (P<0,0008, Wilcoxin testi), mikä osoittaa, että terveillä ihmisillä on rikkaampia lajeja. Shannonin indeksiä voidaan käyttää arvioimaan näytteen lajien tasaisuutta ja rikkautta, ja se on HC-näytteissä merkitsevästi korkeampi kuin MDD-näytteissä (P=0,003, Wilcoxin testi), mikä osoittaa, että terveillä ihmisillä on korkeampi lajisto. Faithin fylogeneettistä diversiteetti-indeksiä voidaan käyttää arvioimaan lajien fylogeneettistä diversiteettiä näytteen sisällä, ja tämä indeksi on myös merkitsevästi korkeampi HC-näytteissä kuin MDD-näytteissä (P=0,04, Monte Carlo -permutaatiotesti). Nämä kaikki osoittavat, että suolistomikrobiston monimuotoisuus vähenee merkittävästi MDD-ihmisillä kuin HC-ihmisillä. Painotettuun Unifrac-etäisyyteen perustuva PCoA-diagrammi osoittaa myös, että MDD- ja HC-näytteiden yhteisöprofiili on selvästi erilainen (kuva 2). Taksonomisen luokittelun jälkeen Bacteroides- ja Firmicutes-heimojen suhteellinen runsaus on sekä HC- että MDD-näytteissä kaksi suurinta heimoa, joiden yhteenlaskettu suhteellinen runsaus HC-näytteissä on 92 % ja MDD-näytteissä 90 % (kuva 3A). Toinen merkittävä ero HC- ja MDD-näytteiden välillä on Firmicutes-heimon osuus (kuva 3B). HC-näytteissä Firmicutes-suvun suhteellinen runsaus on keskimäärin 43,46 %, kun taas MDD-näytteissä se on vain 28,72 % (P=0,00016, Wilcoxin testi).
 |
Kuvio 1 HC- ja MDD-näytteiden alfadiversiteetti. |
 |
Kuvio 2 HC:n ja MDD:n beetadiversiteetti. |
 |
Kuvio 3 HC:n ja MDD:n taksonit heimotasolla. |
Taksonomiset biomarkkerit HC:ssä kuuluvat kaikki Firmicutesiin
Kokonaisuudessaan löytyi 13 taksonomaista biomarkkeria, joiden P-arvo <0.01 (Kruskal-Wallisin testi) ja LDA-pistemäärä (log 10) >2,0, ja joista seitsemän on rikastunut HC:ssä ja kuusi MDD:ssä (kuva 4). HC:n kuusi biomarkkeria ovat kaikki Firmicutes-heimosta, mukaan lukien Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Coprococcus, Blautia, Clostridiaceae ja Dorea. MDD:ssä rikastuneet kuusi biomarkkeria ovat peräisin Proteobakteereista (Oxalobacter ja Pseudomonas) ja Firmicutesista (Parvimonas, Bulleidia, Peptostreptococcus ja Gemella).1 Tämä viittaa siihen, että Firmicutes on tärkein kanta, joka korreloi masennuksen kanssa.
 |
Kuvio 4 Taksonomiset biomarkkerit HC:ssa ja MDD:ssä. |
Function profiling prediction
Tässä on yksitoista KEGG-polkua, jotka rikastuvat MDD:ssä (P<0.01, Welchin t-testi), mukaan lukien lipopolysakkaridien biosynteesi, ubikinonin ja muiden terpenoidi-kinonien biosynteesi, glykosaminoglykaanin hajoaminen, glykosfingolipidien biosynteesi, tolueenin hajoaminen, soluantigeenien hajoaminen, proteiinien ruoansulatus ja imeytyminen, steroidihormonien biosynteesi, lipoiinihapon metabolia. HC:ssä on rikastunut kuusi reittiä, mukaan lukien sporulaatio, bakteerien liikkuvuusproteiinit, bakteerien kemotaksis, nitrotolueenin hajoaminen, itäminen, ketoaine-elinten synteesi ja hajoaminen (kuva 5). Näitä mikrobiston muutoksia MDD-potilailla ja vaikutuksia aineenvaihduntatuotteisiin voitaisiin tutkia tarkemmin tulevissa tutkimuksissa.
 |
Kuva 5 Ennustetut erilaiset KEGG-reitit HC:ssä ja MDD:ssä. |
Discussion
Firmicutes muodostavat noin 40-65 % paksusuolen tai ulosteen mikrobistosta. Aiempien 16S rRNA:n sekvensoinnin tulosten mukaan dominoivaan runsausflooraan kuuluu kolme suurta Clostridium-klusteria (IV, IX ja XIV), kun taas muiden klustereiden runsaus on vähäisempää.10 Tutkimuksessamme se osoittaa, että Firmicutesin kokonaispitoisuus masennuspotilailla oli merkitsevästi alhaisempi kuin terveiden ryhmässä; tämä on yhdenmukainen Jiangin ym. tulosten kanssa.16 Sukujen tasolla merkittävästi vähentyneet Firmicutes-suvut kuuluivat pääasiassa kolmeen perheeseen, jotka ovat Ruminococcaceae-heimon Faecalibacterium ja Dorea, kun taas Lachnospiraceae-heimon Coprococcus on merkittävin ero (P<0,001). Nämä suvut kuuluvat Clostridium-klusteriin IV ja XIVa, ja ne voivat metaboloida erilaisia hiilihydraattisubstraatteja muodostaen erilaisia SCFA-yhdisteitä, kuten asetaattia, butyraattia ja laktaattia.10 Näiden fermentaatioon liittyvien bakteerien väheneminen johtaa SCFA:n tuotannon vähenemiseen, mikä puolestaan johtaa suolistoesteen toimintahäiriöön.11 Tämä luonnollinen esteen toiminta heikkenee, useat antigeeniset aineet altistuvat, ja heikosta suolistosta tulee tulehduksen lähde.
Varhemmissa tutkimuksissa on korostettu, että suolistossa tuotetuilla SCFA:illa on tärkeä rooli kroonisten tulehdussairauksien parantamisessa ja paksusuolen epiteelisolujen edistämisessä. On raportoitu, että SCFA:t voivat estää proinflammatoristen sytokiinien tuotantoa, tehostaa IL-10:n ilmentymistä, aktivoida regulatorisia T-soluja (Treg) ja lievittää paksusuolen tulehdusta.31,32 SCFA:t sisältävät pääasiassa asetaattia, propionaattia ja voihappoa, joilla on merkittäviä vaikutuksia suolen epiteelisolujen proliferaatioon, erilaistumiseen ja aineenvaihduntaan. Niistä butyraatti voi paitsi tarjota energiaa pitkälle epiteelille myös vahvistaa paksusuolen puolustusestettä. Lisäksi voihappo voi myös vaikuttaa immunoregulaatiossa solusyklin estoon, ohjelmoidun solukuoleman indusointiin ja solujen erilaistumiseen eri solutyypeissä. Viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että butyraatti ja propionaatti ovat avainasemassa Tregien Foxp3+ -tuotannon säätelyssä, kun taas Tregeillä on tärkeä rooli tulehdusreaktioiden tukahduttamisessa.33 Koska suurin osa voihappoa tuottavista bakteereista kuuluu Firmicutes-heimoon,11 Firmicutes-heimon vähentyessä nämä suojaavat tekijät heikkenevät ja elimistö altistuu entisestään tulehdusvaaralle.
Määrät tutkimuksia ovat osoittaneet, että sytokiineilla ja tulehduksella on läheinen yhteys masennusoireisiin masennusta sairastavilla. On ehdotettu, että masennusta voidaan pitää perifeerisen tulehduksen aiheuttamana oireiden ryhmänä ja vasteena tulehdukseen.34,35 Meta-analyysin mukaan IL-6:n ja TNF-α:n pitoisuudet veressä ovat merkitsevästi koholla masennustiloissa, joissa ei ole mitään fyysistä sairautta.36 Useat pitkittäistutkimukset ovat osoittaneet, että eksogeeniset sytokiinit voivat pahentaa masennusoireita.37-41 Vastaavasti lipopolysakkaridi-endotoksiinin tai siihen liittyvän rokotteen injektio voi lisätä sekä proinflammatoristen sytokiinien pitoisuuksia että masennusoireita.42-44 Zhangin ym. hiiritutkimuksessa havaittiin, että Firmicutes-pitoisuudet vähenivät merkitsevästi sosiaalisen tappion aiheuttamassa stressimallissa, kun taas proteobakteerien muutos ei ollut merkittävä. He havaitsivat myös, että MR16-1:n laskimonsisäinen injektio indusoi masennuslääkkeitä normalisoimalla suolistomikrobiston muuttunutta koostumusta.45 Tämä on yhdenmukainen johtopäätöksemme kanssa.
Lisäksi jotkin soluvälitteiset immuuniprosessit voivat myös olla osallisina masennuksen kehittymisessä.46 Kaksi meta-analyysiä on osoittanut, että soluvälitteisten immuunireittien aktivoituminen on moninkertaista masennuspotilailla.36,47 Vaikka tällä hetkellä ei ole suoraa näyttöä siitä, että masennuspotilaiden matala-asteinen tulehdus olisi peräisin suolistosta, on yhä enemmän näyttöä siitä, että suolistomikrobisto on tärkeä tämän tulehdusprosessin aiheuttaja. Vaikka jotkin prekliiniset ja kliiniset tutkimukset ovat vahvistaneet probioottilisän positiiviset vaikutukset masennusoireisiin, meta-analyysi osoitti, että probioottilisällä on kaiken kaikkiaan merkityksetön vaikutus mielialaan.48 Siksi on edelleen tarpeen selvittää tarkemmin suolistomikrobiston muutoksia masennuksessa, mikä saattaisi auttaa kohdennetulla lisäravinteella saavuttamaan paremman vaikutuksen.
Johtopäätöksenä tutkimuksessamme havaitsimme, että suolistomikrobiston häiriöt masennuspotilailla ovat merkittävät, ja että Firmicutes-lajin määrä väheni merkittävästi. Firmicutesin puutteet voivat johtaa SCFA:n masennukseen, mikä voi olla masennuksen matalan tason tulehduksen fysiologinen perusta. Tulevaisuudessa voimme tutkia edelleen Firmicutesin roolia masennuksessa multiomics-menetelmällä.
Limitation
Tässä tutkimuksessa on vielä joitakin rajoituksia. Ensinnäkin käyttämämme näytekoko oli verrattain pieni taloudellisen rajoituksen vuoksi. Toiseksi, vaikka tämän tutkimuksen tulokset tukevat sitä, että suolistomikrobistolla on rooli masennuksen kehittymisessä, emme pysty tällä hetkellä tutkimaan, miten tarkalleen ottaen suolistomikrobisto muuttui tämän prosessin myötä. Tulevassa tutkimuksessa suolistomikrobiston muutoksia olisi edelleen tarkkailtava korkean riskin ryhmissä koko niiden mahdollisen oireiden kehittymisen ajan. Kolmanneksi, tässä tutkimuksessa ei ole relevantteja tulehdusindikaattoreita. Lopuksi, vaikka valitsimme koehenkilöt huolellisesti vähentääkseen niihin liittyvien tekijöiden vaikutusta suolistomikrobistoon, joitakin sekoittavia tekijöitä, kuten ruokavaliota, on edelleen valvottava tai arvioitava tarkemmin. Lisäksi epätyypillisillä masennusoireilla, kuten ahneudella ja uneliaisuudella, voi myös olla potentiaalinen vaikutus suolistomikrobistoon, mikä vaatii masennuksen yksityiskohtaisempaa luokittelua tulevissa tutkimuksissa.
Kiitokset
Kiitämme kaikkia tähän tutkimukseen osallistuneita koehenkilöitä. Kaikki tämän tutkimuksen kustannukset on rahoitettu itse.
Paljastukset
Tekijät ilmoittavat, ettei tässä työssä ole eturistiriitoja.
|
Kessler RC, Berglund P, Demler O, et al. The epidemiology of major depressive disorder: results from the National Comorbidity Survey Replication (NCS-R). JAMA. 2003;289(23):3095-3105. |
|||
|
Ogbonnaya ES, Clarke G, Shanahan F, Dinan TG, Cryan JF, O’Leary OF. Aikuisten hippokampuksen neurogeneesiä säätelee mikrobiomi. Biol Psychiatry. 2015;78(4):e7-e9. |
|||
|
Foster JA, McVey Neufeld KA. Suolisto-aivoakseli: miten mikrobiomi vaikuttaa ahdistukseen ja masennukseen. Trends Neurosci. 2013;36(5):305-312. |
|||
|
Maes M, Kubera M, Leunis JC. Suolisto-aivoeste suuressa masennuksessa: suolen limakalvon toimintahäiriöllä, johon liittyy gramnegatiivisten enterobakteerien LPS:n lisääntynyt translokaatio (leaky gut), on merkitystä masennuksen tulehduspatofysiologiassa. Neuroendocrinol Lett. 2008;29(1):117-124. |
|||
|
Kiecolt-Glaser JK, Derry HM, Fagundes CP. Tulehdus: masennus tuulettaa liekkejä ja herkuttelee lämmöllä. Am J Psychiatry. 2015;172(11):1075-1091. |
|||
|
Kelly JR, Borre Y, O’Brien C, et al. Transferring the blues: depressioon liittyvä suolistomikrobisto indusoi hermostollisia käyttäytymismuutoksia rotalla. J Psychiatr Res. 2016;82:109-118. |
|||
|
Li B, Guo K, Zeng L, ym. Metaboliittien tunnistaminen ulostemikrobistosiirron saaneiden hiirten maksoissa ja yhdistetty proteomiikka kroonisen ennustamattoman lievän stressin hiirten maksaan. Transl Psychiatry. 2018;8(1):34. |
|||
|
Zheng P, Zeng B, Zhou C, ym. suoliston mikrobiomin uudelleenmuotoilu indusoi masennuksen kaltaista käyttäytymistä isännän aineenvaihdunnan välittämän reitin kautta. Mol Psychiatry. 2016;21(6):786-796. |
|||
|
Lotrich FE. Tulehdussytokineihin liittyvä masennus. Brain Res. 2015;1617:113-125. |
|||
|
Duncan SH, Louis P, Flint HJ. Viljelykelpoinen bakteeridiversiteetti ihmisen paksusuolesta. Lett Appl Microbiol. 2007;44(4):343-350. |
|||
|
Stilling RM, van de Wouw M, Clarke G, Stanton C, Dinan TG, Cryan JF. Butyraatin neurofarmakologia: mikrobisto-suoliaivoakselin leipä ja voi? Neurochem Int. 2016;99:110-132. |
|||
|
Diehl GE, Longman RS, Zhang JX, ym. Mikrobioota rajoittaa bakteerien kulkeutumista suoliliepeen imusolmukkeisiin (mesenteerisiin imusolmukkeisiin), jota harjoittavat CX(3)CR1(hi)-solut. Nature. 2013;494(7435):116-120. |
|||
|
Yu M, Jia H, Zhou C, et al. Variations in gut microbiota and fecal metabolic phenotype associated with depression by 16S rRNA gene sequencing and LC/MS-based metabolomics. J Pharm Biomed Anal. 2017;138:231-239. |
|||
|
Bangsgaard Bendtsen KM, Krych L, Sørensen DB, et al. Gut microbiota composition is correlated to grid floor induced stress and behavior in the BALB/c mouse. PLoS One. 2012;7(10):e46231. |
|||
|
Sokol H, Seksik P, Furet JP, et al. Low counts of Faecalibacterium prausnitzii in colitis microbiota. Inflamm Bowel Dis. 2009;15(8):1183-1189. |
|||
|
Jiang H, Ling Z, Zhang Y, ym Muuttunut ulosteen mikrobiston koostumus potilailla, joilla on merkittävä masennushäiriö. Brain Behav Immun. 2015;48:186-194. |
|||
|
Lin P, Ding B, Feng C, et al. Prevotellan ja Klebsiellan osuudet ulosteen mikrobiyhteisöissä ovat potentiaalisia tyypillisiä parametreja potilaille, joilla on merkittävä masennushäiriö. J Affect Disord. 2017;207:300-304. |
|||
|
Naseribafrouei A, Hestad K, Avershina E, et al. Correlation between the human fecal microbiota and depression. Neurogastroenterol Motil. 2014;26(8):1155-1162. |
|||
|
Shen Y, Xu J, Li Z, ym. analyysi suolistomikrobiston monimuotoisuudesta ja apudiagnoosista biomarkkerina skitsofreniaa sairastavilla potilailla: poikkileikkaustutkimus. Schizophr Res. 2018;197:470-477. |
|||
|
Magoč T, Salzberg SL. FLASH: lyhyiden lukujen nopea pituuden säätö genomikokoonpanojen parantamiseksi. Bioinformatics. 2011;27(21):2957-2963. |
|||
|
Bolger AM, Lohse M, Usadel B. Trimmomatic: joustava trimmeri Illuminan sekvenssidatalle. Bioinformatics. 2014;30(15):2114-2120. |
|||
|
Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, et al. QIIME mahdollistaa korkean läpimenon yhteisösekvensointidatan analysoinnin. Nat Methods. 2010;7(5):335-336. |
|||
|
McDonald D, Price MN, Goodrich J, et al. An improved Greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea. ISME J. 2012;6(3):610-618. |
|||
|
Edgar RC. BLASTia kertaluokkaa nopeampi haku ja klusterointi. Bioinformatics. 2010;26(19):2460-2461. |
|||
|
Katoh K, Standley DM. MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability. Mol Biol Evol. 2013;30(4):772-780. |
|||
|
Price MN, Dehal PS, Arkin AP. FastTree: suurten minimievoluutiopuiden laskeminen profiileilla etäisyysmatriisin sijaan. Mol Biol Evol. 2009;26(7):1641-1650. |
|||
|
Oksanen J, Blanchet F, Kindt R, Legendre P. Vegan: Community Ecology Package Version 2.0-10, 2013. |
|||
|
R Development Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing. Wien, Itävalta: The R Foundation for Statistical Computing; 2013. |
|||
|
Langille MG, Zaneveld J, Caporaso JG, et al. Predictive functional profiling of microbial communities using 16S rRNA marker gene sequences. Nat Biotechnol. 2013;31(9):814-821. |
|||
|
Parks DH, Tyson GW, Hugenholtz P, Beiko RG. STAMP: taksonomisten ja toiminnallisten profiilien tilastollinen analyysi. Bioinformatics. 2014;30(21):3123-3124. |
|||
|
Smith PM, Howitt MR, Panikov N ym. Mikrobien aineenvaihduntatuotteet, lyhytketjuiset rasvahapot, säätelevät paksusuolen Treg-solujen homeostaasia. Science. 2013;341(6145):569-573. |
|||
|
Sonnenburg ED, Zheng H, Joglekar P, et al. Spesifisyys polysakkaridien käytössä suoliston bacteroides- lajeissa määrittää ruokavalion aiheuttamia mikrobikasvuston muutoksia. Cell. 2010;141(7):1241-1252. |
|||
|
Schippa S, Conte MP. Dysbioottiset tapahtumat suolistomikrobistossa: vaikutus ihmisen terveyteen. Nutrients. 2014;6(12):5786-5805. |
|||
|
Dantzer R, O’Connor JC, Freund GG, Johnson RW, Kelley KW. Tulehduksesta sairauteen ja masennukseen: kun immuunijärjestelmä alistaa aivot. Nat Rev Neurosci. 2008;9(1):46-56. |
|||
|
Raison CL, Capuron L, Miller AH. Sytokiinit laulavat bluesia: tulehdus ja masennuksen patogeneesi. Trends Immunol. 2006;27(1):24-31. |
|||
|
Dowlati Y, Herrmann N, Swardfager W, et al. A meta-analysis of cytokines in major depression. Biol Psychiatry. 2010;67(5):446-457. |
|||
|
Caraceni A, Gangeri L, Martini C, et al. Neurotoxicity of interferon-alpha in melanoma therapy: results from a randomized controlled trial. Cancer. 1998;83(3):482-489. |
|||
|
Malaguarnera M, Di Fazio I, Restuccia S, Pistone G, Ferlito L, Rampello L. Interferoni alfa:n aiheuttama masennustila kroonista hepatiitti C:tä sairastavilla potilailla: vertailu erityyppisten interferoni alfa:n välillä. Neuropsykobiologia. 1998;37(2):93-97. |
|||
|
Pavol MA, Meyers CA, Rexer JL, Valentine AD, Mattis PJ, Talpaz M. Leukemian interferoni alfahoitoon liittyvien hermostollisten häiriöiden malli. Neurology. 1995;45(5):947-950. |
|||
|
Raison CL, Dantzer R, Kelley KW ym. aivojen tryptofaani- ja kynureniinipitoisuudet CSF:ssä IFN-alfalla tapahtuvan immunostimulaation aikana: yhteys keskushermoston immuunivasteisiin ja masennukseen. Mol Psychiatry. 2010;15(4):393-403. |
|||
|
Schaefer M, Engelbrecht MA, Gut O, et al. Interferoni alfa (IFN-alfa) ja psykiatriset oireyhtymät: katsaus. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2002;26(4):731-746. |
|||
|
Brydon L, Walker C, Wawrzyniak A, et al. Psykologisten ja immunologisten stressitekijöiden synergistiset vaikutukset tulehdussytokiini- ja sairausvasteisiin ihmisillä. Brain Behav Immun. 2009;23(2):217-224. |
|||
|
Geubelle F. . Clin Chim Acta. 1956;1(3):225-228. |
|||
|
Strike PC, Wardle J, Steptoe A. Lievä akuutti tulehdusstimulaatio aiheuttaa ohimenevän negatiivisen mielialan. J Psychosom Res. 2004;57(2):189-194. |
|||
|
Zhang JC, Yao W, Dong C, ym. interleukiini-6-reseptorin esto periferiassa edistää nopeaa ja pysyvää masennuslääkettä: suolisto-mikrobiootti-aivoakselin mahdollinen rooli. Transl Psychiatry. 2017;7(5):e1138. |
|||
|
Leonard B, Maes M. Mekanistisia selityksiä siitä, miten soluvälitteisellä immuunijärjestelmän aktivaatiolla, tulehduksella sekä oksidatiivisen ja nitrosatiivisen stressin reiteillä ja niiden seuraus- ja seurannaisvaikutuksilla on rooli unipolaarisen masennuksen patofysiologiassa. Neurosci Biobehav Rev. 2012;36(2):764-785. |
|||
|
Liu Y, Ho RC, Mak A. Interleukiini (IL)-6, tuumorinekroositekijä alfa (TNF-α) ja liukoiset interleukiini-2-reseptorit (sIL-2R) ovat koholla potilailla, joilla on merkittävä masennushäiriö: meta-analyysi ja metaregressio. J Affect Disord. 2012;139(3):230-239. |
|||
|
Ng QX, Peters C, Ho CYX, Lim DY, Yeo WS. Meta-analyysi probioottien käytöstä masennusoireiden lievittämiseen. J Affect Disord. 2018;228:13-19. |