发酵乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum) WIS32通过微生物群-肠-脑轴缓解脂多糖诱导的抑郁样行为

《Frontiers in Microbiology》：Limosilactobacillus fermentum WIS32 alleviates LPS-induced depression-like behavior via the microbiota-gut-brain axis

　　

摘要 近年来，抑郁症全球发病率持续上升，严重威胁身心健康及整体生活质量。乳杆菌(Lactobacillus)作为重要益生菌，在缓解抑郁症状中展现出显著潜力，但发酵乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)抗抑郁的具体机制尚未完全阐明。本研究旨在评估发酵乳杆菌WIS32的抗抑郁效应，并探索其通过微生物群-肠-脑轴(microbiota-gut-brain axis, MGBA)的作用机制。 研究人员首先开展跨队列荟萃分析，评估抑郁症患者肠道微生物群中发酵乳杆菌的丰度。随后进行体外实验，评价WIS32相较于对照菌株LFG89的胃肠耐受性、抗氧化能力及抗菌特性。体内实验中，建立脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导的小鼠抑郁模型，评估WIS32干预对行为表型、海马神经递质(5-羟色胺5-HT、脑源性神经营养因子BDNF)及血清促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的影响。最后采用全长16S rRNA测序及相关性分析，探究其对肠道微生物群结构的重塑作用。 荟萃分析显示抑郁症患者肠道内发酵乳杆菌丰度显著降低。体外评估表明，WIS32的胃肠耐受性、抗氧化能力及抗菌特性均优于LFG89。体内实验中，WIS32干预显著改善LPS诱导的抑郁样行为，上调海马5-HT与BDNF水平，抑制血清促炎细胞因子。此外，16S rRNA测序结果显示，WIS32通过促进拟杆菌属(Bacteroides stercorirosoris)、马赛菌属(Massilimaliae timonensis)等有益类群，抑制链球菌属(Streptococcus)等促炎病原体，显著重塑肠道微生物群结构，该效应较LFG89更为明显。相关性分析证实，这些微生物变化与炎症减轻及神经可塑性增强密切相关。 上述发现表明，发酵乳杆菌WIS32可通过调节肠道微生物群关键类群，抑制炎症并促进神经可塑性，有效缓解抑郁症状。因此，发酵乳杆菌WIS32作为一种潜在的psychobiotic（精神益生菌），在抑郁症的治疗与管理中具有重要应用前景。

这篇发表于《Frontiers in Microbiology》的研究聚焦抑郁症的微生态干预新策略。抑郁症是全球致残负担最重的精神障碍之一，现有临床治疗以选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitors, SSRIs)为主，仅约28%的患者可在8周内实现临床缓解，且药物不良反应导致停药率高，心理治疗耗时长且疗效异质性大。随着微生物组学发展，肠道微生物群与抑郁症的病理关联已被证实：肠道微生物群通过神经、内分泌、免疫通路与中枢神经系统形成双向通信的微生物群-肠-脑轴(microbiota-gut-brain axis, MGBA)，菌群紊乱会破坏肠道屏障完整性、诱发系统性炎症，进而推动抑郁发生。乳杆菌(Lactobacillus)属菌株已被证实可通过调节菌群平衡、抑制神经炎症改善抑郁表型，但作为其重要亚群的发酵乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)的抗抑郁机制仍缺乏系统性解析，不同菌株的功能异质性大，精准靶向抑郁症的菌株筛选体系尚不完善，WIS32菌株的抗抑郁活性与分子机制尚不明确，限制了其临床转化潜力。

研究人员采用的核心技术方法包括：基于PubMed与Web of Science数据库的抑郁症患者肠道微生物群个体水平荟萃分析，纳入4项公开16S rRNA测序数据集（NCBI BioProject编号：PRJNA776170、PRJNA830325、PRJNA687871、PRJNA838414）；从健康志愿者成熟母乳中分离鉴定发酵乳杆菌WIS32，开展模拟胃肠液存活、抗氧化活性、体外抗菌能力的益生菌特性评价；建立LPS诱导的SPF级昆明小鼠抑郁模型，设置正常对照组、模型组、氟西汀阳性对照组、WIS32干预组、LFG89对照菌株组，开展14天预干预后通过旷场实验(open field test, OFT)、悬尾实验(tail suspension test, TST)、强迫游泳实验(forced swimming test, FST)评估行为表型，检测海马5-HT、BDNF及血清与海马促炎细胞因子水平；采用PacBio Sequel II平台开展粪便全长16S rRNA（V1-V9区）测序，分析菌群结构重塑特征并进行菌群-表型相关性分析。

研究结果如下：

3.1 抑郁症患者肠道内发酵乳杆菌丰度显著降低

跨队列荟萃分析纳入4项独立研究数据，对比抑郁症患者与健康对照者的肠道微生物群组成，发现抑郁症患者肠道内发酵乳杆菌丰度呈普遍性显著降低，提示该菌属在维持宿主肠道稳态与情绪调控中具有关键作用。

3.2 WIS32菌株的鉴定与体外益生菌特性表征

基于全长16S rRNA基因序列的系统发育分析显示，WIS32与发酵乳杆菌模式菌株CECT 562^T聚为同一分支，bootstrap支持率达100%，序列一致性为99.86%，明确其分类地位属于发酵乳杆菌物种。体外耐受性评价显示，pH 2.5人工胃液处理3小时后，WIS32存活率为7.21%±0.65%，显著高于对照菌株LFG89的3.78%±0.42%（p<0.05）；pH 6.8人工肠液处理3小时后，WIS32存活率达88.02%±2.45%，显著高于LFG89的69.25%±3.12%（p<0.01）。抗氧化能力检测显示，WIS32发酵上清的DPPH自由基清除率为77.57%±1.65%，羟基自由基清除率达37.26%±2.15%，均显著高于LFG89（p<0.05、p<0.01）。体外抗菌实验显示，WIS32对阪崎肠杆菌(Cronobacter sakazakii)与铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抑菌圈直径分别为11.72±0.29 mm、10.41±0.81 mm，均显著大于LFG89（p<0.05），证实其益生菌功能优势。

3.3 WIS32缓解LPS诱导的小鼠抑郁样行为

LPS造模后，模型组小鼠旷场实验中心区域停留时间显著缩短（p<0.001），悬尾与强迫游泳实验不动时间显著延长（p<0.001），成功建立抑郁样行为模型。WIS32干预后，小鼠旷场中心停留时间显著增加（p<0.01），悬尾与强迫游泳不动时间分别显著降低（p<0.001、p<0.0001），效应与氟西汀阳性对照组相当，证实其体内抗抑郁活性。

3.4 WIS32上调海马神经递质与神经营养因子并减轻神经炎症

LPS处理后，小鼠海马5-HT（p<0.0001）与BDNF（p<0.01）水平显著降低；WIS32干预后，5-HT水平显著恢复（p<0.05），BDNF水平显著回升（p<0.01），改善幅度优于LFG89组。同时，WIS32显著下调海马TNF-α（p<0.05）与IL-6（p<0.01）水平，降低血清IL-1β表达（p<0.01），抗炎效应与氟西汀相当。

3.5 WIS32重塑LPS诱导小鼠的肠道微生物群结构

α多样性分析显示，模型组肠道菌群Chao1指数显著高于正常组（p<0.05），WIS32干预可恢复该指标至正常水平。β多样性主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)显示，模型组与正常组菌群结构显著分离（p<0.01），WIS32干预组与模型组也存在显著结构差异（p<0.05）。属水平分析显示，WIS32可逆转LPS导致的产酸菌属(Mucispirillum、Limosilactobacillus、Acetatifactor)丰度下降，以及促炎菌属(Prevotella、Desulfovibrio)丰度升高的趋势。

3.6 WIS32通过特异性调节肠道菌群介导行为改善

物种水平分析显示，WIS32干预后，粪拟杆菌(Bacteroides stercorirosoris)、蒂莫内马赛菌(Massilimaliae timonensis)、未培养链球菌(uncultured Streptococcus)等22个物种发生显著改变。相关性分析证实，未培养链球菌与血清及海马促炎细胞因子、行为实验不动时间呈显著正相关（r>0.6，p<0.05），与海马5-HT、BDNF及旷场中心停留时间呈显著负相关（r<-0.6，p<0.05）；而粪拟杆菌、蒂莫内马赛菌与神经可塑性指标呈正相关，与炎症及抑郁表型呈负相关，提示WIS32通过重塑菌群结构实现抗抑郁效应。

讨论部分指出，本研究首次系统证实发酵乳杆菌WIS32通过MGBA发挥抗抑郁作用：其优异的胃肠耐受性保障其在肠道定植，代谢产物通过抑制外周炎症信号向中枢传递，减少海马小胶质细胞过度激活；同时通过上调有益菌丰度、抑制促炎病原体，降低循环内毒素水平，最终促进海马5-HT与BDNF表达，增强神经可塑性。研究局限性在于未在无菌小鼠模型中验证菌群的核心贡献，未结合代谢组学解析具体活性代谢物。未来需整合多组学技术，明确WIS32自身代谢物或菌群次级代谢信号在抗抑郁通路中的作用机制。

研究结论部分明确：发酵乳杆菌WIS32通过微生物群-肠-脑轴重塑肠道微生物群结构、抑制神经炎症、促进神经递质释放，显著缓解LPS诱导的小鼠抑郁样行为。该菌株具备优异的胃肠耐受性、抗氧化与抗菌益生菌特性，可特异性上调粪拟杆菌、蒂莫内马赛菌等有益菌丰度，抑制未培养链球菌等病原体。上述微生物变化进一步介导海马5-HT与BDNF水平上调，降低外周与中枢TNF-α、IL-1β、IL-6表达。本研究为WIS32作为潜在微生态制剂应用于抑郁症防治提供了坚实的理论与实验依据。