Neurobiology of disease (6.1): 相比于“领导”，“打工人”更易焦虑！南医大新研究探明背后原因
2024年7月31日
社会支配地位是群体动物中的一种普遍现象，它会通过决定资源的获取，对随后的行为产生强大的影响，从而深刻影响生存、健康和繁殖成功。但社会支配地位与患慢性疼痛导致的焦虑并发症的关系并不明确。简单来说：被支配的人常常更容易焦虑，这跟他/她是否处于“被支配地位”有无关系？如果有，那是如何存在联系的？近日，南京医科大学研究团队在Neurobiology of disease（6.1分）杂志发表了研究成果发现，相对于支配地位的小鼠，被支配地位的小鼠更容易患上疼痛引起的焦虑。作者首先构建了小鼠的社会等级，4只一组，将一组C57小鼠放在一个笼子4周，在个体适应和训练穿过管子后使用循环设计对小鼠进行配对测试，之后每只小鼠每天都与其他3只小鼠配对。当小鼠连续4天在笼子内是相同的等级位置时，社会等级才是稳定的。
对此，作者比较了钻管测试获得的结果与区域尿液标记测试获得的结果，从而对小鼠社会等级进行了验证，发现尿液标记领地测试与动物社会地位支配实验（钻管测试）中，优势小鼠比从属小鼠具有更高的优势得分。
接下来，作者研究了慢性炎症性疼痛对社会支配地位的影响，发现在钻管测试中，小鼠体重和焦虑样行为无差异，而在经历慢性炎症性疼痛（CFA）后，优势小鼠和从属小鼠都表现出焦虑样行为的增加，表现为高架十字迷宫实验（EPMT）中开臂的距离缩短。比较发现，从属小鼠EPMT开臂的时间和OFT的中心持续时间更短。研究思路1：作者观察到被支配的人常常更容易焦虑，而慢性炎症性疼痛是大多数人在日常生活中都存在的“小病”。对此，作者探讨了慢性炎症性探讨的小鼠所处社会等级与焦虑行为的关系发现，患有慢性炎症性疼痛的从属小鼠容易出现焦虑行为。
作者对正常小鼠和CFA小鼠的粪便样本进行了16S rRNA基因测序，发现两组间肠道微生物群的组成存在差异，CFA小鼠的变形菌门水平显著升高，表明肠道菌群失调。进一步分析发现，CFA对从属小鼠和优势小鼠的肠道微生物群也产生了影响。CFA降低了两种小鼠的瘤胃球菌、Limnohabitans、Fluviicola和黄杆菌的水平，优势小鼠的Desulfovibrio水平和从属小鼠Coriobacteriacea UCG-002水平；但增加了优势小鼠中Antarctic bacterium g Flavobacterium和g Fluviicolaa的水平，从属小鼠中的Flexibacter g Fluviicola的水平。研究思路2：已有研究证实，焦虑行为的出现与肠道菌群相关。对此，作者研究社会等级和慢性炎症性疼痛对肠道微生物群的影响后发现，慢性炎症性疼痛对小鼠肠道菌群存在影响，而社会等级也对小鼠存在影响。
3、粪便微生物群与慢性疼痛引起的焦虑样行为之间的关联
作者分析了肠道细菌丰度与OFT和EPMT开臂中距离和时间之间的相关性，以确定与焦虑相关的细菌，发现Limnohabitans、普拉梭菌和Coriobacteriaceae UCG-002与焦虑样行为的正相关关系显著增加。而之前发现，CFA导致从属小鼠Coriobacteriaceae UCG-002的水平显著升高，表明其在从属小鼠的高度焦虑状态中具有潜在重要性。口服抗生素14天后，将CFA的从属和优势小鼠的粪便微生物群移植到抗生素诱导的假无菌小鼠中，连续14天。结果发现，抗生素加重了假无菌小鼠焦虑样行为的评分；而移植CFA从属小鼠的粪便样本显著加重了这些小鼠的行为异常，但移植CFA优势小鼠的粪便样本并没有加剧这些焦虑样行为。
这些结果表明，移植患有慢性疼痛的从属小鼠粪便样本可以显著改变假无菌小鼠的行为异常。研究思路3：肠道菌群与焦虑样行为的互相存在什么关系，社会等级在这一过程中又发挥着什么作用？对此，作者首先明确了与焦虑相关的微生物群，而这些微生物群又在从属小鼠中表达升高，表明从属小鼠出现焦虑样行为与微生物群相关。进一步探讨社会等级的联系，将CFA优势小鼠与从属小鼠粪便样本给予假无菌小鼠，发现移植CFA从属小鼠的粪便样本显著加重了小鼠焦虑样行为，表明社会等级的确会影响焦虑样行为，且这一环节与微生物群相关。使用LCMS-EMDB鉴定正离子和负离子模式下的代谢物谱，观察到的代谢产物主要与苯类化合物、有机氧化合物、苯丙素类和聚酮类、脂质和类脂质分子、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物、核苷、核苷酸和类似物以及有机氮化合物有关。PCA显示，各组之间存在明显差异，这意味着存在与CFA和社会等级相关的独特代谢组学丰度和特征。作者在粪便中共检测到并定量了9657种化合物。其中，在CFA组的从属小鼠和优势小鼠之间鉴定出196种差异代谢物。Kegg分析发现，大多数差异通路与脂质和氮代谢有关。从属小鼠中富集了18条功能通路，而在优势小鼠中仅富集了4条功能通路，表明了CFA导致从属小鼠出现了更为显著的代谢紊乱。研究思路4：微生物群与代谢息息相关，因此作者检测了小鼠肠道代谢物的变化情况，肯定了CFA与社会等级会影响肠道代谢物，且CFA对从属小鼠的代谢物变化更为显著，与上一部分微生物群结果一致。
研究者观察到改变的肠道微生物群与许多改变的代谢物之间存在显著相关性。为了探究这些代谢扰动在焦虑样行为肠道微生物群中的功能意义，研究者计算了注释代谢物与焦虑样指标之间的Spearman相关系数。D8’-Merulinic acid A、12-Ketodeoxycholic acid、7-oxolithocholic acid和3alpha-Hydroxy-7-oxo-5beta-cholanic acid的表达在从属小鼠中因慢性炎症性疼痛而显著增加，表明改变的肠道微生物群相关代谢物可能在共病疼痛和焦虑中发挥潜在作用。此外，D8'-Merulinic acid A、12-Ketodeoxycholic acid 7-oxolithocholic acid和3alpha-Hydroxy-7-oxo-5beta-cholanic acid与OFT的中心持续时间和EPMT中的开臂持续时间之间存在负相关，表明这些代谢物可能与在CFA从属小鼠中观察到的高焦虑水平有关。为了评估特定肠道代谢物识别CFA诱导的焦虑的能力，研究者构建了受试者工作特征（ROC）曲线。D8'-Merulinic acid A、12-Ketodeoxycholic acid、7-oxolithocholic acid和3alpha-Hydroxy-7-oxo-5beta-cholanic acid的ROC曲线下面积分别为0.738、0.663、0.695和0.717。研究思路5：既然CFA和社会等级对小鼠的微生物群和代谢产物影响一致，那微生物群与代谢产物之间需要构建联系。对此，作者分析了微生物群与代谢物之间的关联，最后还采用ROC曲线验证准确性。
综上所述，与优势小鼠相比，慢性炎症性疼痛的从属小鼠易患焦虑症，其机制可能与肠道菌群失调和粪便代谢物异常变化有关。
这项研究的创新之处在于，它从肠道微生物的角度阐明了社会等级与焦虑易感性之间的关系，为深入了解这种现象提供了新思路。这项研究的结果不仅有助于理解慢性疼痛患者的心理健康问题，还可以为未来开发针对肠道微生物的治疗方案提供新的思路。
参考文献：
[1] Wang, Yuanyuan et al. “Inferior social hierarchy is vulnerable to anxiety-like behavior in chronic pain mice: Potential role of gut microbiota and metabolites.” Neurobiology of disease vol. 191 (2024): 106402. doi:10.1016/j.nbd.2024.106402
撰写：MIE
