Adv Sci丨华中科技大学王芳团队揭示褪黑素通过抑制肠道微生物来改善卵巢切除小鼠的抑郁样行为

重度抑郁症 （MDD） 已成为全球残疾的主要原因之一，影响了超过 10% 的普通人群。流行病学研究表明，女性MDD的终生患病率几乎是男性的两倍。处于更年期过渡期的女性患 MDD 的风险增加，可能是由于性腺激素（如雌激素和孕激素）显着下降。越来越多的证据表明，性腺激素有助于缓解更年期小鼠模型中的抑郁症状。然而，性腺激素替代疗法治疗更年期抑郁症状仍存在争议。

2024年7月8日，华中科技大学王芳研究团队在Advanced Science杂志发表题为《Melatonin Ameliorates Depressive-Like Behaviors in Ovariectomized Mice by Improving Tryptophan Metabolism via Inhibition of Gut Microbe Alistipes Inops》的研究论文，该研究强调了褪黑素对卵巢切除小鼠的抗抑郁作用，可能与抑制 Alistipes Inops 有关。因此，褪黑素或其他针对特定肠道共生细菌 Alistipes Inops 的疗法可能为一种新的更年期抑郁症的治疗思路。

• 褪黑素的外源性补充可改善OVX诱导的小鼠抑郁样行为

为了研究褪黑素对卵巢切除术OVX 诱导的抑郁样行为的影响，结果显示，只有0.4 mg/mL褪黑素影响了OVX操作小鼠的运动活动。与 0.05 mg/mL或 0.1 mg/mL 褪黑素相比，0.2 mg/ml褪黑素在OVX操作的小鼠的悬尾实验中减少了不动时间。此外，浓度为 0.05、0.1 和 0.2 mg/mL 的褪黑素在旷场实验中对OVX操作的小鼠的中心运动距离影响很小。因此，0.2 mg/mL褪黑素被用于后续实验。

OVX诱导的体重增加远高于对照小鼠，然而，0.2 mg/mL褪黑素不影响OVX诱导的体重变化。行为学结果显示，与假手术组相比，OVX操作小鼠在蔗糖偏好试验中表现出蔗糖偏好降低，悬尾实验和强迫游泳试验中不动时间增加，表明OVX诱导雌性小鼠抑郁样行为。然而，通过连续给予 0.2 mg/mL 褪黑素逆转了 OVX 诱导的抑郁样行为，对旷场实验的运动活动能力和中心区运动距离没有影响。上述结果表明，每天给予0.2mg/mL褪黑素可预防 OVX 诱导的抑郁样表型，而不影响体重。

• 褪黑素以微生物群依赖性方式产生抗抑郁作用

鉴于褪黑素的外源性给药会影响结肠中的褪黑素水平，但不影响 OVX 治疗小鼠血清中的褪黑素水平，作者提出了褪黑素的抗抑郁作用取决于肠道微生物群的假设。为了确定微生物群在OVX诱导的抑郁样行为中的需求以及微生物群在褪黑素抗抑郁作用中的作用，雌性小鼠通过饮用水随意给予抗生素ABX，然后进行OVX手术并喂食褪黑素。作者的结果表明，与未进行ABX处理的小鼠相比，ABX处理降低了粪便细菌DNA的浓度，并增加了通用细菌16S rDNA基因的循环阈值，表明ABX处理耗尽了肠道中的微生物负荷。ABX治疗后，尽管OVX操作小鼠的体重与假手术组相比增加，但褪黑素治疗未能影响OVX操作小鼠的体重。上述结果表明，补充ABX或褪黑素不会影响体重增加。

考虑到在作者的研究中，OVX操作的小鼠结肠中的褪黑激素水平降低，并且先前的研究表明肠道微生物群在体外产生褪黑激素，作者想知道肠道微生物群是否参与OVX诱导的结肠褪黑激素水平的变化。结果显示，ABX治疗后各组的结肠褪黑激素水平均无显著差异，表明外源性褪黑激素的抗抑郁作用和结肠褪黑激素水平均取决于肠道菌群。

• 来自青春期雌性小鼠或褪黑素处理的 OVX 小鼠的粪便微生物群移植足以缓解 OVX 诱导的抑郁样行为

据报道，将抑郁绝经前雌鼠的微生物群转移到小鼠体内会诱发抑郁样行为，作者评估了从青春期雌性小鼠到OVX操作的小鼠的粪便微生物群移植（FMT）对抑郁样行为的影响。FMT后4周，与OVX操作的小鼠相比，接受青春期小鼠微生物群的受体小鼠在蔗糖偏好测试中表现出增加的蔗糖偏好，并且在悬尾实验和强迫游泳测试中的不动时间更短，在旷场测试中对运动活动和中心区运动距离没有影响，表明青春期雌性小鼠的肠道微生物群减轻了OVX诱导的抑郁样行为。此外，作者观察到与OVX操作的小鼠相比，OVX操作的小鼠的青春期雌性小鼠FMT后结肠褪黑素水平增加、，这与上述结果相似，即外源性褪黑素补充剂增加了OVX操作小鼠的结肠褪黑素水平。这些结果表明，青春期雌性小鼠的肠道微生物群提高了肠道褪黑素的水平。

• 外源性褪黑素补充剂重塑卵巢切除小鼠肠道菌群

先前的研究报告称，补充褪黑素会重塑啮齿动物模型中的肠道微生物群，例如断奶压力、高脂肪饮食和自闭症。然而，关于外源性褪黑素在 OVX 条件下调节肠道微生物群的能力知之甚少。因此，作者收集粪便样本，采用16S rDNA测序法测定粪便样本中细菌DNA丰度的变化。通过Ace，Sobs和Shannon指数分析α多样性，作者没有观察到各组之间细菌多样性或丰富度的任何显着差异，表明OVX或褪黑素处理的OVX对小鼠肠道菌群的丰富度和均匀性没有影响。主坐标分析（PCoA）图和非度量多维标度（NMDS）的聚类模式不同，假手术组和OVX组的结构和群落组成存在分离。此外，褪黑素+ OVX处理的小鼠显示出与假手术小鼠相似的微生物种群。这些结果表明，褪黑素可逆转OVX诱导的肠道微生物群组成的改变。

接下来，作者表征了所有组中不同细菌分类群的相对丰度。在门水平上，与假手术组和褪黑素处理的小鼠相比，卵巢切除小鼠的肠道微生物群组成发生了变化，在属水平上，与其他两组相比，卵巢切除小鼠的norank_f_Muribaculaceae等的丰度较高，但乳酸菌的丰度较低。总之，这些发现意味着褪黑素重塑了卵巢切除小鼠的肠道微生物群，其特征是优势物种的变异以及物种丰度的改变。

• 褪黑素选择性抑制卵巢切除小鼠中Alistipes inops的增殖

细菌群落分析饼图用于进一步确认褪黑素对卵巢切除小鼠肠道细菌丰度改变的影响。在门水平上，褪黑素处理减少了拟杆菌门和变形菌门，但增加了卵巢切除小鼠的厚壁菌门。此外，在属水平上，乳酸菌的相对丰度增加，而在褪黑素处理后，OVX操作的小鼠中Alistipes等减少。为了进一步评估褪黑素是否抑制Alistipes Inops的生长，在体外测量了不同浓度褪黑素的生长曲线。与体内结果一致，作者观察到褪黑素的培养以剂量依赖性方式抑制Alistipes Inops的增殖。上述结果表明，褪黑素重塑了卵巢切除小鼠的肠道微生物群，特别是诱导了Alistipes Inops丰度的降低。

• 褪黑素以微生物群依赖性方式减弱OVX诱导的色氨酸-5-HT代谢紊乱

Alistipes Inops已被证明可降解色氨酸并在体外产生吲哚。血清素，也称为 5-羟色胺 （5-HT）， 是色氨酸的代谢产物， 据报道可以调节情绪，焦虑，行为，和中枢神经系统的其他重要功能。鉴于 OVX 诱导了 Alistipes Inops 丰度的增加，作者想知道色氨酸-5-HT 通路是否参与褪黑素对抑郁症 OVX 模型的抗抑郁作用。酶联免疫吸附测定（ELISA）结果表明，暴露于OVX会降低粪便和结肠中色氨酸的水平，而粪便和结肠中的色氨酸水平的降低被外源性褪黑素给药阻断。为了确定褪黑素对卵巢切除小鼠色氨酸-5-HT代谢的作用是否与肠道微生物组有关，在FMT后对粪便样本进行了分析。结果表明，在从OVX操作的小鼠移植微生物群后，粪便和结肠中的色氨酸水平降低，FMT血清色氨酸和5-HT水平的变化与粪便和结肠中的变化相似。作者发现色氨酸和5-HT的水平在接受卵巢切除供体FMT的小鼠的NAc中降低，这在接受褪黑素治疗的卵巢切除供体的FMT的小鼠的NAc中被逆转。这些数据表明，褪黑素通过肠道微生物组依赖性机制逆转卵巢切除小鼠的色氨酸-5-HT代谢紊乱。

• 褪黑素通过恢复色氨酸代谢在Alistipes inops定植小鼠中产生抗抑郁作用

考虑到 OVX 增加了Alistipes Inops 的丰度，作者想知道Alistipes Inops 的改变是否与 OVX 诱导的抑郁样行为有关。ABX处理后，雌性小鼠用Alistipes Inops或溶剂灌胃给药。然后，给予Alistipes Inops定植的小鼠褪黑素或喂食含有1%色氨酸的合成食物。作者观察到，通过给药Alistipes Inops增加了Alistipes Inops的丰度。Alistipes Inops定植小鼠在蔗糖偏好测试中表现出比对照小鼠更少的蔗糖消耗量，这被褪黑素补充或色氨酸治疗逆转。同时，Alistipes Inops给药在小鼠中诱导抑郁样行为，如悬尾实验和强迫游泳试验中不动时间增加。补充褪黑素或色氨酸治疗可逆转 Alistipes Inops 定植诱导的抑郁样行为，在悬尾实验和强迫游泳试验中都减少了不动时间。在旷场测试中，五组的运动活动和中心运动距离没有显示出统计学差异。总的来说，这些结果表明褪黑素逆转了 Alistipes Inops 定植诱导的色氨酸-5-HT 代谢紊乱，这有助于抗抑郁作用。

结论

总的来说，作者的研究结果强调了以前未被认识到的Alistipes Inops介导的色氨酸代谢在性腺激素相关精神疾病中的作用。褪黑素或其他可以诱导抑制Alistipes Inops的药物可以为更年期抑郁症提供有希望的新治疗可能性。未来的研究将旨在确定更年期抑郁症患者褪黑素的最佳剂量，并开发新的治疗剂来抑制Alistipes Inops。

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https://doi.org/10.1002/advs.202309473