抑郁症是一种以情绪长期低落为主要特征的情感性精神障碍疾病，目前已成为全球公共卫生问题之一。尽管临床上的抗抑郁药物（如氟西汀和帕罗西汀）显示出积极的疗效，但睡眠障碍、认知缺陷和冷漠等副作用不容忽视。目前，开发更有效、低毒的新型抗抑郁药物的需求尚未得到满足。因此，从药食同源资源中鉴定抑郁症的机制和发现更有效、更安全的抗抑郁活性成分具有重要意义。
黄精是一种食药同源中药材，黄精多糖（Polygonatum sibiricum polysaccharide，PSP）是其主要成分之一，由果糖、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和半乳糖醛酸等组成，具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗免疫调节等多种生物学特性。PSP可以改善抑郁症状。然而，PSP治疗抑郁症的确切机制尚不清楚。
肠道微生物群作为人体的“器官”，长期处于动态平衡状态。随着抑郁症的发展，它将导致微生物生态系统的失衡。肠道微生物群可以影响免疫系统的激活，如炎性细胞因子和趋化因子，神经递质的产生，包括血清素、γ-氨基丁酸、谷氨酸、短链脂肪酸和色氨酸及其代谢产物。此外，肠道微生物群可以影响肠道屏障的通透性，出现“漏肠”现象，增加循环脂多糖，调节脑源性神经营养因子水平，改变神经内分泌下丘脑-垂体-肾上腺轴以及神经通路。然而，肠道微生物群通过“微生物群-肠道-大脑轴”抗抑郁的机制尚不清楚。
近日，中国农业科学院农产品加工研究所王凤忠团队针对PSP如何通过“微生物群-肠道-大脑轴”发挥抗抑郁作用开展了研究，在Phytotherapy Research (分区Q1，IF: 7.20)期刊上发表了题为“Polygonum sibiricum polysaccharides exert the antidepressant-like effects in chronic unpredictable mild stress-induced depressive mice by modulating microbiota-gut-brain axis”的研究论文。
本实验以黄精多糖(购自上海源叶生物科技有限公司，纯度70%)为研究对象，将雄性BALB/c小鼠(7-8周龄)36只，随机选择三种刺激产生抑郁样行为，如在冷水中游泳(4 ℃，5 min)；在热水中游泳(40 ℃，5 min)等，建立经典抑郁小鼠模型-慢性不可预测应激诱导抑郁模型（chronic unpredictable mild stress ，CUMS）。随后将小鼠分为六组，每组12只，分别为正常对照（CON）组、CUMS组、盐酸帕罗西汀（paroxetine hydrochloride，PX）组(PX处理+CUMS)、PSP组(PSP处理+CUMS)、粪便微生物群移植组（fecal microbiota transplantation，FMT ）(CUMS+FMT，来自PSP供体的粪便样本)、FMT-CON组(CUMS+FMT，来自CUMS供体的粪便样本)。PSP组作为粪便和海马区样本提供者，给予CUMS，给予PSP(400 mg/kg)灌胃，连续65 d，不进行行为学测试。PX组同时口服PX（10 mg/kg）6周，CUMS、FMT和FMT-CON组给予相同体积的蒸馏水。通过监测小鼠的体重，结果显示，治疗1周后，5组大鼠体重均明显下降（图2）。
图 2 PSP相关粪便微生物群移植（FMT）对CUMS诱导小鼠体重和运动活性的影响。（A） 抑郁症建模阶段体重的变化；（B） 粪便微生物群移植（FMT）阶段体重的变化；（C） 野外试验中的移动距离（OFT）；（D） 开放场地试验中的移动时间（OFT）。
采用蔗糖偏好试验(Sucrose preference test，SPT)对CUMS造模的小鼠进行测试，结果表明在黄精多糖（400 mg/kg）干预下，CUMS小鼠糖水偏爱指数显著提高。采用开阔场实验（Open-field test，OFT)，发现与CUMS组相比，PSP相关粪便微生物组的运动距离显著增加。通过悬尾（Tail suspension test，TST)和强迫游泳实验（Forced swimming test，FST)实验，发现PSP组显著减少了CUMS诱导的小鼠不动时间以及摄食潜伏期缩短。PSP相关粪便微生物群移植可显著改善抑郁样行为（图3）。
图 3 PSP相关粪便微生物群移植（FMT）对CUMS诱导小鼠抑郁样行为的影响。 (A) 蔗糖偏好试验（SPT）中的蔗糖偏好指数。 (B) 尾部悬吊试验（TST）中的不动时间。 (C) 强迫游泳试验（FST）中不动时间。 (D) 新颖性抑制进食试验（NFT）中进食潜伏期。
采用酶联免疫法（Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)对小鼠血清及海马体进行检测，发现黄精多糖可通过下调小鼠血清内促肾上腺皮质激素（ACTH）和糖皮质激素（CORT）水平抑制HPA轴亢进，上调小鼠海马区内神经递质血清素（5-HT）和去甲肾上腺素（NE）水平，下调小鼠海马区内肿瘤坏死因子（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-10（IL-10）水平，表明黄精多糖可有效缓解模型小鼠神经炎症反应（图4）。
图 4 PSP相关粪便微生物群移植（FMT）对CUMS诱导小鼠HPA轴、神经递质和神经炎症的影响。(A) 血清促肾上腺皮质激素（ACTH）水平。 (B) 血清皮质酮（CORT）水平。(C) 海马5-羟色胺（5-HT）水平。 (D) 海马去甲肾上腺素（NE）水平。（E）海马白细胞介素（IL）-1β水平。(F) 海马IL-6水平。(G) 海马肿瘤坏死因子（TNF-α）水平。
图 5 PSP和PSP相关粪便微生物群对CUMS诱导小鼠海马TLR4/NF-κB通路的影响。 (A) 有代表性的蛋白质条带；(B-E)PI3K/β-肌动蛋白(F(5,12)=48.77,p<0.001),TLR4/β-Actin(F(5,12)=60.23,p<0.001),NF-Κbp65/β-Actin(F(5,12)=17.62,p<0.001)and p-AKT/AKT(F(5,12)=34.68,p<0.001)in hippocampus。
通过小鼠结肠16S rRNA测序技术和采用ace、Chao 1、Shannon和Simpson指数分析肠道菌群的a多样性，与正常对照组相比，抑郁小鼠肠道菌群多样性降低，而PSP治疗后肠道菌群多样性恢复。通过对小鼠盲肠内短链脂肪酸含量进行检测，发现黄精多糖可促进乙酸、丁酸（有益的成分）等的生成。此外，采用粪菌移植实验验证了肠道菌群调节在黄精多糖抗抑郁功效中发挥的作用，发现通过肠道菌群调控神经炎症通路PI3K/Akt/TLR4/NF-κB和神经营养通路ERK/CREB/BDNF改善小鼠抑郁样行为效果较为理想（图6）。
图 6 PSP和PSP相关粪便微生物群对CUMS诱导小鼠海马ERK/CREB/BDNF通路的影响。 (A) 有代表性的蛋白质条带；(B-D) 在海马体中p-CREB/CREB的水平，p-ERK/ERK和BDNF/β-Actin。
综上，本研究通过移植PSP给药小鼠的粪便微生物群（FMT），探讨PSP是否能通过微生物群-肠-脑（MGB）轴在慢性不可预测轻度应激（CUMS）诱导的抑郁小鼠中发挥抗抑郁样作用。FMT显著逆转了CUMS诱导的小鼠在开阔场地、蔗糖偏好、尾部悬吊、强迫游泳和新奇抑制喂养试验中的抑郁样行为。FMT显著增加了CUMS诱导小鼠血清中5-羟色胺和去甲肾上腺素的水平，降低了海马中促炎细胞因子的水平，并降低了促肾上腺皮质激素皮质酮的水平。
这项研究结果首次证实了黄精多糖通过“微生物群-肠-脑”轴发挥抗抑郁药样作用（图1）。移植PSP组小鼠粪便微生物区系可抑制CMS所致小鼠下丘脑HPA轴的过度激活，上调血清神经递质水平，抑制海马区炎症反应，减轻肠屏障损伤和血清有害代谢物穿透。PSP通过MGB轴的抗抑郁作用与PI3K/AKT/TLR4/NF-κB和ERK/CREB/BDNF3个信号通路有关，但是具体信号传递机制需要进一步研究。
中国农业科学院农产品加工研究所博士研究生张瑛毓为论文的第一作者，王凤忠研究员和卢聪副研究员为论文的通讯作者。
https://doi.org/10.1002/ptr.7813
