身体内雌激素缺乏会导致失眠、焦虑等症状，如果长期得不到控制，就会引起抑郁症的发生。抑郁症是一个全球性问题，女性的发病率大约是男性的两倍，这种性别差异与雌二醇激素的变化有关。已经在啮齿动物中发现，低血清雌二醇水平可诱导抑郁样行为。此外，一些研究中还观察到了绝经前女性抑郁症患者的雌二醇水平下降，但这种下降的原因仍不清楚。
2023年3月发表在Cell Metabolism上的题为“Gut-microbiome-expressed 3β-hydroxysteroid dehydrogenase degrades estradiol and is linked to depression in premenopausal females”的论文，通过对91名绝经前抑郁女性和98名绝经前非抑郁女性的研究，及后续在小鼠中进行的实验验证，发现了抑郁症相关的关键菌群K. aerogenes TS2020及关键酶3β-HSD，这为抑郁症的治疗和后续研究提供了潜在的靶点。
91名绝经前抑郁女性，
98名绝经前非抑郁女性，
小鼠
ELISA，Western blot，qRT-PCR，靶向质谱检测，小鼠灌胃，抑郁症行为实验，单菌分离，微生物质谱鉴定，药敏试验，过表达菌株构建，宏基因组测序，酶活检测
为了确认绝经前抑郁症女性血清雌二醇含量是否会降低，作者募集了91名患有抑郁症的绝经前女性（抑郁症组）和98名没有抑郁症的绝经前女性（非抑郁症组），结果显示，抑郁症组的雌二醇含量显著低于非抑郁症组（图1）。
图1 绝经前女性血清雌二醇水平
为了确认雌二醇水平的降低与肠道微生物是否有关联，作者将雌二醇与抑郁症组的肠道微生物群进行共同孵育（图2A），并以非抑郁症组作为对照。LC-MS/MS靶向检测的结果显示，两组的雌二醇在120分钟内分别降解了77.8%和19.3%（图2B）。这些数据表明，抑郁症组的肠道微生物群对雌二醇的降解比非抑郁症组的更有效。
为了确定肠道菌群对雌二醇的降解作用是否最终会导致抑郁行为，作者进行了小鼠水平的粪菌移植实验。为了避免小鼠自身的影响，在灌胃前进行了卵巢切除手术，小鼠被分为三组，假手术组（sham），卵巢切除组（OVX）和卵巢切除后雌二醇补充组（OVX+E2）。结果显示，OVX组的雌二醇水平明显低于sham组，外源补充雌二醇后，小鼠的激素水平有所回复，且卵巢切除手术并未引起抑郁行为（图2C-E）。在灌胃实验中，小鼠被分为三组，对照组（OVX+E2），抑郁症灌胃组和非抑郁症灌胃组。结果显示，抑郁症灌胃组小鼠血清的雌二醇水平显著低于OVX+E2组和非抑郁症灌胃组，且非抑郁症组与OVX+E2组之间并无明显差异。行为实验显示，移植了抑郁症组微生物群的小鼠的抑郁行为更为明显（图2C-E）。
这些结果表明，绝经前抑郁症女性来源的肠道微生物可以减少小鼠的血清雌二醇，并诱发抑郁行为。
图2 绝经前抑郁女性的肠道微生物能诱发小鼠抑郁行为
作者随后使用雌二醇为唯一碳源，与绝经前抑郁女性的肠道微生物群共培养后，分离出了能够降解雌二醇的微生物（图3A），药敏试验显示其对头孢噻肟敏感，通过基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）将其鉴定为产气克雷伯菌，并命名为K. aerogenes TS2020。K. aerogenes TS2020与雌二醇共培养后，雌二醇的水平呈时间依赖性下降，而雌酮代谢物的水平上升，在培养120小时后，约61.8%的雌二醇被转化为雌酮（图3B）。
上述结果证明，K. aerogenes TS2020可以降解雌二醇。
为了确认K. aerogenes TS2020是否能够诱发抑郁行为，作者随后进行了单菌灌胃实验。小鼠被分为三组（图3C）：OVX+E2组（卵巢切除+灌服雌二醇组），OVX+E2+KA组（卵巢切除+灌服雌二醇+K. aerogenes TS2020组）和OVX+E2+KA+头孢噻肟组（卵巢切除+灌服雌二醇+K. aerogenes TS2020+头孢噻肟组）。如图3D所示，K. aerogenes TS2020降低了雌二醇的含量，在补充头孢噻肟后，这种降低被部分抑制。行为评估实验也显示出类似的结果（图3E）。
这些数据表明，K. aerogenes TS2020可以降低小鼠血清雌二醇水平并诱发抑郁行为。此外，服用头孢噻肟可以减轻小鼠的这种抑郁行为。
图3 产气克雷伯菌的菌落形态及雌二醇降解能力
KEGG的对比结果表明，将雌二醇转化为雌酮的关键酶是3β-HSD或17β-雌二醇17-脱氢酶，随后通过全基因组测序，鉴定到了3β-HSD的编码基因TS2020_3397（图4A）。为了验证该基因的功能，作者将其异源过表达至大肠杆菌中，成功构建出E. coli-pTS07（图4B-C），实验显示，与空载对照E.coli-pET28α组相比，E. coli-pTS07可以在24小时内将89.52%的雌二醇降解为雌酮（图4D-E）.
这些结果表明，K. aerogenes TS2020的TS2020_3397基因能够编码蛋白3β-HSD，且该蛋白能够将雌二醇转化为雌酮。
图4 K. aerogenes TS2020降解雌二醇的关键酶的鉴定
为了探讨E.coli-pTS07是否能诱发小鼠的抑郁行为，作者利用三组小鼠进行了验证（图5A），分别为OVX+E2（卵巢切除+雌二醇喂养），OVX+E2+pTS07（卵巢切除+雌二醇喂养+ E.coli-pTS07灌胃）以及OVX+E2+pET28α（卵巢切除+雌二醇喂养+ E.coli-pET28α灌胃）。结果表明，E.coli-pTS07灌胃后，雌二醇的水平显著降低，而另两组之间无显著差异，行为实验中也表现出类似的结果（图5B-C）。
前期实验证明了肠道微生物群产生的3β-HSD能够在小鼠体内将雌二醇转化为雌酮，作者为了确认雌酮水平的升高是否会影响抑郁行为，在假手术组的基础上增加了雌酮喂养，结果表明，单独补充雌酮并不会对小鼠造成显著影响（图5A-C）。
在后续针对小鼠脑组织的检测中，作者也观察到E.coli-pTS07灌胃后导致的全脑和海马体雌二醇以及血清素的水平降低。这些结果证明，肠道微生物群产生的3β-HSD可以降解雌二醇，并诱发小鼠的抑郁行为。
图5 E.coli-pTS07灌胃会诱导雌性小鼠的抑郁行为
通过qRT-PCR对91名抑郁和98名非抑郁的绝经前女性粪便DNA中的K. aerogenes TS2020和3β-HSD的相对丰度进行检测，如图所示，抑郁症组中的相关丰度均显著高于非抑郁症组（图6A-B），宏基因组的测序结果显示，拟杆菌和梭状芽孢杆菌也含有3β-HSD酶。
上述结果证实了K. aerogenes TS2020和3β-HSD在绝经前抑郁女性中的广泛存在。
图6 K. aerogenes TS2020和3β-HSD的相对丰度
在这项研究中，作者通过人类和小鼠样本，确定了女性抑郁症患者肠道细菌和雌二醇表达量之间的关系，并揭示了肠道细菌降解雌二醇引起抑郁症的机制，雌二醇降解细菌和3β-HSD酶可能是绝经前妇女抑郁症的潜在干预靶点。这给未来的相关研究打造了新的基础，可以着眼探索如何调节肠道中雌二醇降解细菌或这些细菌表达的酶。
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