鼻部金黄色葡萄球菌携带通过性激素降解促进小鼠抑郁样行为

Nasal Staphylococcus aureus carriage promotes depressive behaviour in mice via sex hormone degradation.

作者信息Guoxiu Xiang, Yanan Wang, Kaiji Ni, Huoqing Luo, Qian Liu, Yan Song, Ping Miao, Lei He, Ying Jian, Ziyu Yang, Tianchi Chen, Ke Xu, Xia Sun, Zhen Shen, Chenfeng Ji, Na Zhao, Mengxin He, Yan Pan, Yanli Luo, Ji Hu, Michael Otto, Min Li
PMID40983700
发布时间2025-10
DOI10.1038/s41564-025-02120-6

实验完整度

高

研究包含人类队列分析、小鼠行为学模型、细菌基因敲除、体外酶活测定及代谢组学等多层级验证,明确验证了因果机制。

主要模型

C57BL/6J小鼠鼻腔定植模型 人鼻腔微生物群移植小鼠模型 抑郁症患者及健康对照鼻腔样本

重点核对

S. aureus菌株P24-2 (ST398)和JSNZ (ST88)的鼻腔定植 抗生素预处理:氨苄西林0.5 g/L、甲硝唑0.5 g/L、万古霉素0.25 g/L混合物20 μL/天连续7天 细菌接种量:约1×10^7 CFU(ST398),约1×10^6 CFU(ST88) 行为测试:FST、TST、OFT

摘要

人类微生物组对人体生理和行为有显著影响。尽管鼻腔与大脑有独特的解剖联系,但鼻腔微生物组在神经系统疾病中的作用尚未得到充分研究。在这里,我们利用人类数据和小鼠实验表明,鼻腔金黄色葡萄球菌与抑郁相关。鼻腔微生物组分析显示,在抑郁症患者和健康对照中,抑郁评分与金黄色葡萄球菌丰度呈正相关。鼻腔代谢组学显示,与对照组相比,抑郁症患者的鼻腔性激素雌二醇和睾酮水平降低。来自患者的鼻腔微生物群移植在金黄色葡萄球菌丰度存在差异的小鼠中重现了抑郁样行为。进一步同源性和突变分析发现了一种金黄色葡萄球菌性激素降解酶,17β-羟基类固醇脱氢酶(Hsd12),该酶在小鼠中降解睾酮和雌二醇,导致小鼠大脑中多巴胺和血清素水平降低。这些发现揭示了一种影响抑郁行为的鼻腔共生菌,并为鼻-脑轴提供了见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
鼻腔微生物组,特别是金黄色葡萄球菌,是否影响抑郁行为及其机制。
核心机制
鼻腔金黄色葡萄球菌通过表达17β-羟基类固醇脱氢酶(Hsd12)降解性激素(睾酮和雌二醇),导致大脑中多巴胺和血清素合成减少,进而促进抑郁样行为。
主要证据
人类队列分析显示S. aureus丰度与抑郁评分正相关;小鼠鼻腔定植S. aureus导致抑郁样行为增加,且性激素水平降低,脑内多巴胺和血清素减少;hsd12基因缺失突变株则无此效应。
研究意义
研究首次揭示了鼻腔微生物组通过鼻-脑轴影响抑郁的机制,并确定了S. aureus作为风险因素,为抑郁的预防和治疗提供了新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人类队列鼻腔微生物组分析

比较抑郁症患者与健康对照鼻腔微生物组成差异,评估S. aureus丰度与抑郁的关联。

对100名未治疗抑郁症患者和118名健康对照的鼻拭子进行16S rRNA全长基因测序和培养分析,并进行代谢组学检测。

2

小鼠鼻腔微生物群移植

验证人类鼻腔微生物组对小鼠抑郁样行为的影响。

将健康或抑郁供体的鼻腔微生物群移植至抗生素预处理的小鼠鼻腔,进行行为测试。

3

小鼠鼻腔定植S. aureus

验证S. aureus单独定植是否足以诱导抑郁样行为。

将S. aureus或S. epidermidis鼻腔定植于小鼠,通过行为学测试评估焦虑和抑郁样行为。

4

激素降解机制研究

验证S. aureus通过降解性激素影响脑内神经递质。

体外实验检测S. aureus培养物对雌二醇和睾酮的降解;检测小鼠鼻腔和脑内激素水平;进行转录组和靶向代谢组学分析。

5

功能基因鉴定与验证

鉴定S. aureus中负责性激素降解的基因,并通过基因敲除验证其功能。

通过同源性和突变分析,在S. aureus基因组中鉴定hsd12基因,表达于E. coli验证酶活;构建hsd12缺失突变株并比较其与野生型在小鼠模型中的表型差异。

6

激素替代治疗验证

进一步证明S. aureus通过降解性激素影响抑郁行为。

对卵巢切除或睾丸切除的小鼠鼻腔给予性激素凝胶,同时定植S. aureus,评估行为学变化和激素水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Copan拭子----
5%绵羊血琼脂----
MALDI-TOF质谱仪Bruker Daltonics--
QIAamp DNA小提试剂盒QIAGEN51306
溶菌酶SigmaL6876
溶葡萄球菌素SigmaL4402
PacBio测序平台----
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
细菌DNA提取试剂盒OMEGA--
Vanquish超高效液相色谱系统Thermo Fisher Scientific--
Orbitrap Exploris 120质谱仪Thermo Fisher Scientific--
UPLC HSS T3色谱柱----
酶联免疫吸附测定试剂盒CUSABIO--
抗IBA1抗体Oasis BiofarmOB-PGP049
抗OMP抗体Biossbs-19568R
Alexa Fluor 594山羊抗豚鼠IgGOasis BiofarmG-GP594
Alexa Fluor 488驴抗兔IgGThermo Fisher ScientificA21206
抗LY6G抗体Abcamab238132
HRP标记的山羊抗兔IgGAbcamab205718
ACQUITY Premier超高效液相色谱Waters--
SCIEX Triple Quad 6500+质谱仪SCIEX--
细胞因子检测试剂盒BD Biosciences--
固相萃取柱Agela--
ACQUITY UPLC/Xevo TQ-S质谱仪Waters--
TRIzol试剂Invitrogen--
DNA酶ITaKara--
TruSeq RNA样品制备试剂盒Illumina--
RNeasy提取试剂盒Qiagen--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)TaKaRa--
Hieff UNICON通用型qPCR SYBR Green预混液Yeasen--
7500实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
胰蛋白胨大豆肉汤----
Luria-Bertani培养基----
异丙基β-D-1-硫代半乳糖苷----
pKOR1质粒----
氯霉素----
脱水四环素----
羟丙基-β-环糊精----
泊洛沙姆407----
异氟烷----
IVIS小动物活体成像系统----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
人类队列纳入与排除标准
年龄范围(18-44岁)、诊断标准(DSM-IV)、排除标准(近期用药、疾病等)
阅读提示:Methods: Human participants
鼻拭子采集与处理
采集深度(2-3 cm)、旋转时间(15-20秒)、保存条件(4°C或-80°C)
阅读提示:Methods: Sample collection
16S rRNA基因测序与分析
DNA提取方法、引物(27F/1492R)、测序平台(PacBio)、DADA2参数、批次校正方法
阅读提示:Methods: Full-length 16S rRNA gene sequencing, Amplicon sequence analysis
代谢组学分析
提取溶剂(甲醇:水=3:1)、仪器参数(UHPLC梯度、MS条件)、数据处理软件(XCMS)、内标使用
阅读提示:Methods: Non-targeted metabolomics
小鼠鼻腔微生物群移植实验
小鼠品系和年龄(C57BL/6J,约6周)、抗生素组合和剂量、移植频率和持续时间、供体选择
阅读提示:Methods: Animal experiments, Nasal microbiota transplantation
小鼠鼻腔定植实验
菌株(P24-2 ST398或JSNZ ST88)、细菌计数、抗生素预处理、接种体积和频率
阅读提示:Methods: Bacterial culture and nasal colonization
行为学测试
TST、FST、OFT的具体参数(时间、温度、装置尺寸)、数据分析软件
阅读提示:Methods: Behavioural tests
激素检测
样本处理(血清、组织匀浆)、内标、LC-MS/MS条件
阅读提示:Methods: Steroid hormone detection
基因敲除实验
pKOR1质粒构建、电转化条件、筛选抗生素浓度、突变验证
阅读提示:Methods: Construction of S. aureus hsd12-deletion mutant
激素替代治疗
手术方法(OVX/ORX)、凝胶配方、激素剂量
阅读提示:Methods: Hormone replacement therapy, Nasal hydrogel