細胞外マトリックスと酸化的リン酸化。腸内細菌叢による視床下部機能の制御に重要な役割を果たす

Extracellular Matrix and Oxidative Phosphorylation: Important Role in the Regulation of Hypothalamic Function by Gut Microbiota.

• Xunzhong Qi
• Xiaogang Zhong
• Shaohua Xu
• Benhua Zeng
• Jianjun Chen
• Guangchao Zang
• Li Zeng
• Shunjie Bai
• Chanjuan Zhou
• Hong Wei
• Peng Xie

抄録

背景:

これまでの研究で、私たちの研究チームは、無菌（GF）マウスの糞便微生物叢移植を用いて、健常者とうつ病患者の腸内細菌叢を調べました。その結果、宿主マウスのうつ病様行動表現型や不安様行動表現型が増加したが、腸内細菌叢が宿主の行動表現型を調節する分子機構はまだ明らかになっていない。

Background: In previous studies, our team examined the gut microbiota of healthy individuals and depressed patients using fecal microbiota transplantation of germ-free (GF) mice. Our results showed that depression-like and anxiety-like behavioral phenotypes of host mice were increased, but the molecular mechanism by which gut microbiota regulate host behavioral phenotypes is still unclear.

方法:

腸内細菌が宿主の脳機能を制御する分子機構を調べるために、成体GFマウスを健常対照者（HC）または大うつ病性障害（MDD）患者由来の糞便サンプルでコロニー化した。視床下部サンプルのトランスクリプトームプロファイリングを行い、異なる発現遺伝子（DEG）を検出した。

Methods: To investigate the molecular mechanism by which gut microbiota regulate host brain function, adult GF mice were colonized with fecal samples derived from healthy control (HC) individuals or patients with major depressive disorder (MDD). Transcriptomic profiling of hypothalamus samples was performed to detect differentially expressed genes (DEGs). qRT-PCR was used for validation experiments.

結果:

コロニー化胚なし（ＣＧＦ）マウスは、ＧＦマウスと比較して２４３個のＤＥＧを有していた。アップレギュレーションされた遺伝子に関連して最も濃縮されたKEGG経路は、「タンパク質の消化吸収」、「細胞外マトリックス（ECM）-受容体相互作用」、「局所接着」であった。MDDマウスはHCマウスと比較して642個のDEGを有していた。MDDマウスでアップレギュレーションされた遺伝子に関連して最も濃縮されたKEGG経路は、「タンパク質の消化吸収」、「細胞外マトリックス（ECM）-受容体相互作用」、「局所接着」であった。一方、ダウンレギュレーションされた遺伝子と関連するKEGG経路のうち、最も濃縮された経路は「酸化的リン酸化」であり、PPIネットワーク解析ではこの経路に関連する遺伝子が高相関であることがわかった。

Results: Colonization germ-free (CGF) mice had 243 DEGs compared with GF mice. The most enriched KEGG pathways associated with upregulated genes were "protein digestion and absorption," "extracellular matrix (ECM)-receptor interaction," and "focal adhesion." MDD mice had 642 DEGs compared with HC mice. The most enriched KEGG pathways associated with upregulated genes in MDD mice were also "protein digestion and absorption," "ECM-receptor interaction," and "focal adhesion." Meanwhile, the most enriched KEGG pathway associated with downregulated genes in these mice was "oxidative phosphorylation," and genes related to this pathway were found to be highly correlated in PPI network analysis.

結論:

以上の結果から、ECM の調節が異なる腸内細菌叢に共通する重要なメカニズムであること、また、MDD 患者由来の腸内細菌叢による視床下部のエネルギー代謝の阻害が、行動調節やうつ病の可能性のあるメカニズムであることが示唆された。

Conclusion: In summary, our findings suggested that regulation of ECM is a key mechanism shared by different gut microbiota and that inhibition of energy metabolism in the hypothalamus by gut microbiota derived from MDD patients is a potential mechanism of behavioral regulation and depression.

Copyright © 2020 Qi, Zhong, Xu, Zeng, Chen, Zang, Zeng, Bai, Zhou, Wei and Xie.