身體內雌激素缺乏會導致失眠、焦慮等癥狀，如果長期得不到控制，就會引起抑郁癥的發生。抑郁癥是一個全球性問題，女性的發病率大約是男性的兩倍，這種性別差異與雌二醇激素的變化有關。已經在嚙齒動物中發現，低血清雌二醇水平可誘導抑郁樣行為。此外，一些研究中還觀察到了絕經前女性抑郁癥患者的雌二醇水平下降，但這種下降的原因仍不清楚。
2023年3月發表在Cell Metabolism上的題為“Gut-microbiome-expressed 3β-hydroxysteroid dehydrogenase degrades estradiol and is linked to depression in premenopausal females”的論文，通過對91名絕經前抑郁女性和98名絕經前非抑郁女性的研究，及后續在小鼠中進行的實驗驗證，發現了抑郁癥相關的關鍵菌群K. aerogenes TS2020及關鍵酶3β-HSD，這為抑郁癥的治療和后續研究提供了潛在的靶點。
91名絕經前抑郁女性，
98名絕經前非抑郁女性，
小鼠
ELISA，Western blot，qRT-PCR，靶向質譜檢測，小鼠灌胃，抑郁癥行為實驗，單菌分離，微生物質譜鑒定，藥敏試驗，過表達菌株構建，宏基因組測序，酶活檢測
為了確認絕經前抑郁癥女性血清雌二醇含量是否會降低，作者募集了91名患有抑郁癥的絕經前女性（抑郁癥組）和98名沒有抑郁癥的絕經前女性（非抑郁癥組），結果顯示，抑郁癥組的雌二醇含量顯著低于非抑郁癥組（圖1）。
圖1 絕經前女性血清雌二醇水平
為了確認雌二醇水平的降低與腸道微生物是否有關聯，作者將雌二醇與抑郁癥組的腸道微生物群進行共同孵育（圖2A），并以非抑郁癥組作為對照。LC-MS/MS靶向檢測的結果顯示，兩組的雌二醇在120分鐘內分別降解了77.8%和19.3%（圖2B）。這些數據表明，抑郁癥組的腸道微生物群對雌二醇的降解比非抑郁癥組的更有效。
為了確定腸道菌群對雌二醇的降解作用是否最終會導致抑郁行為，作者進行了小鼠水平的糞菌移植實驗。為了避免小鼠自身的影響，在灌胃前進行了卵巢切除手術，小鼠被分為三組，假手術組（sham），卵巢切除組（OVX）和卵巢切除后雌二醇補充組（OVX+E2）。結果顯示，OVX組的雌二醇水平明顯低于sham組，外源補充雌二醇后，小鼠的激素水平有所回復，且卵巢切除手術并未引起抑郁行為（圖2C-E）。在灌胃實驗中，小鼠被分為三組，對照組（OVX+E2），抑郁癥灌胃組和非抑郁癥灌胃組。結果顯示，抑郁癥灌胃組小鼠血清的雌二醇水平顯著低于OVX+E2組和非抑郁癥灌胃組，且非抑郁癥組與OVX+E2組之間并無明顯差異。行為實驗顯示，移植了抑郁癥組微生物群的小鼠的抑郁行為更為明顯（圖2C-E）。
這些結果表明，絕經前抑郁癥女性來源的腸道微生物可以減少小鼠的血清雌二醇，并誘發抑郁行為。
圖2 絕經前抑郁女性的腸道微生物能誘發小鼠抑郁行為
作者隨后使用雌二醇為唯一碳源，與絕經前抑郁女性的腸道微生物群共培養后，分離出了能夠降解雌二醇的微生物（圖3A），藥敏試驗顯示其對頭孢噻肟敏感，通過基質輔助激光解吸/電離飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）將其鑒定為產氣克雷伯菌，并命名為K. aerogenes TS2020。K. aerogenes TS2020與雌二醇共培養后，雌二醇的水平呈時間依賴性下降，而雌酮代謝物的水平上升，在培養120小時后，約61.8%的雌二醇被轉化為雌酮（圖3B）。
上述結果證明，K. aerogenes TS2020可以降解雌二醇。
為了確認K. aerogenes TS2020是否能夠誘發抑郁行為，作者隨后進行了單菌灌胃實驗。小鼠被分為三組（圖3C）：OVX+E2組（卵巢切除+灌服雌二醇組），OVX+E2+KA組（卵巢切除+灌服雌二醇+K. aerogenes TS2020組）和OVX+E2+KA+頭孢噻肟組（卵巢切除+灌服雌二醇+K. aerogenes TS2020+頭孢噻肟組）。如圖3D所示，K. aerogenes TS2020降低了雌二醇的含量，在補充頭孢噻肟后，這種降低被部分抑制。行為評估實驗也顯示出類似的結果（圖3E）。
這些數據表明，K. aerogenes TS2020可以降低小鼠血清雌二醇水平并誘發抑郁行為。此外，服用頭孢噻肟可以減輕小鼠的這種抑郁行為。
圖3 產氣克雷伯菌的菌落形態及雌二醇降解能力
KEGG的對比結果表明，將雌二醇轉化為雌酮的關鍵酶是3β-HSD或17β-雌二醇17-脫氫酶，隨后通過全基因組測序，鑒定到了3β-HSD的編碼基因TS2020_3397（圖4A）。為了驗證該基因的功能，作者將其異源過表達至大腸桿菌中，成功構建出E. coli-pTS07（圖4B-C），實驗顯示，與空載對照E.coli-pET28α組相比，E. coli-pTS07可以在24小時內將89.52%的雌二醇降解為雌酮（圖4D-E）.
這些結果表明，K. aerogenes TS2020的TS2020_3397基因能夠編碼蛋白3β-HSD，且該蛋白能夠將雌二醇轉化為雌酮。
圖4 K. aerogenes TS2020降解雌二醇的關鍵酶的鑒定
為了探討E.coli-pTS07是否能誘發小鼠的抑郁行為，作者利用三組小鼠進行了驗證（圖5A），分別為OVX+E2（卵巢切除+雌二醇喂養），OVX+E2+pTS07（卵巢切除+雌二醇喂養+ E.coli-pTS07灌胃）以及OVX+E2+pET28α（卵巢切除+雌二醇喂養+ E.coli-pET28α灌胃）。結果表明，E.coli-pTS07灌胃后，雌二醇的水平顯著降低，而另兩組之間無顯著差異，行為實驗中也表現出類似的結果（圖5B-C）。
前期實驗證明了腸道微生物群產生的3β-HSD能夠在小鼠體內將雌二醇轉化為雌酮，作者為了確認雌酮水平的升高是否會影響抑郁行為，在假手術組的基礎上增加了雌酮喂養，結果表明，單獨補充雌酮并不會對小鼠造成顯著影響（圖5A-C）。
在后續針對小鼠腦組織的檢測中，作者也觀察到E.coli-pTS07灌胃后導致的全腦和海馬體雌二醇以及血清素的水平降低。這些結果證明，腸道微生物群產生的3β-HSD可以降解雌二醇，并誘發小鼠的抑郁行為。
圖5 E.coli-pTS07灌胃會誘導雌性小鼠的抑郁行為
通過qRT-PCR對91名抑郁和98名非抑郁的絕經前女性糞便DNA中的K. aerogenes TS2020和3β-HSD的相對豐度進行檢測，如圖所示，抑郁癥組中的相關豐度均顯著高于非抑郁癥組（圖6A-B），宏基因組的測序結果顯示，擬桿菌和梭狀芽孢桿菌也含有3β-HSD酶。
上述結果證實了K. aerogenes TS2020和3β-HSD在絕經前抑郁女性中的廣泛存在。
圖6 K. aerogenes TS2020和3β-HSD的相對豐度
在這項研究中，作者通過人類和小鼠樣本，確定了女性抑郁癥患者腸道細菌和雌二醇表達量之間的關系，并揭示了腸道細菌降解雌二醇引起抑郁癥的機制，雌二醇降解細菌和3β-HSD酶可能是絕經前婦女抑郁癥的潛在干預靶點。這給未來的相關研究打造了新的基礎，可以著眼探索如何調節腸道中雌二醇降解細菌或這些細菌表達的酶。
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