越湿热，越焦虑？Nature 揭示肠道微生物引发的心理健康危机

全球气候变化对人类健康的影响正引起越来越多的关注。近年来，气候因素，如湿热环境，已被发现与心理健康问题，如焦虑症，密切相关。焦虑症作为一种常见的神经精神疾病，全球发病率高达0.9%至28.3%，并已成为主要的致残原因之一。尽管已有研究指出极端气温和湿度与情绪障碍之间的联系，但具体机制仍不清晰。

近期，一项发表在《Nature》上的研究发现，湿热环境对焦虑症的影响可能与肠道微生物群和胆汁酸代谢的紊乱有关。实验结果显示，湿热环境会导致小鼠肠道微生物群失调，例如乳酸杆菌的减少，以及胆汁酸水平的异常升高，这些变化与神经炎症的加剧和焦虑样行为的出现相关联。此外，转移湿热环境下小鼠的微生物群至无菌小鼠模型中，可以重现这些异常，表明微生物群的变化在这一过程中扮演了关键角色。这些发现不仅揭示了湿热环境对焦虑症的潜在机制，也为未来的干预策略提供了新的视角。

一、研究方法

本研究采用条件性饲养雄性小鼠模型，将小鼠分为两组：普通环境（NC组，22-24℃，湿度45-55%）和潮湿热环境（HHE组，31-33℃，湿度91-95%）。通过行为测试、电生理记录、神经递质表达分析、神经炎症和皮层基因改变筛查等方法，研究了潮湿热环境对小鼠大脑和肠道微生物群的影响。同时，通过16S rRNA测序和质谱分析，分析了肠道微生物群和代谢物的变化。此外，通过粪便微生物群移植和益生菌给药，进一步评估了这些变化对神经精神疾病的贡献。

二、研究结果

1. 湿热环境导致小鼠出现类似焦虑的行为，并扰乱了皮层的兴奋性/抑制性（E/I）平衡

HHE组在开放场测试中穿越中央区域的时间较少，在高架十字迷宫测试中在开放臂的停留时间也较少，表明HHE组的小鼠表现出焦虑样行为和高压力。而悬尾测试、强迫游泳测试和蔗糖偏好测试的结果显示，两组在静止时间和蔗糖摄入比率方面没有显著差异，表明HHE组未表现出明显的抑郁行为。随后，研究人员利用急性脑片记录了mPFC II/III层锥体神经元的自发兴奋性突触后电流（sEPSCs）和抑制性突触后电流（sIPSCs）。结果显示，HHE组的sEPSCs平均频率显著增加，但平均振幅未发生变化，而sIPSCs的平均频率和振幅在两组间无明显差异。这些结果表明，HHE组锥体神经元的E/I比率增加。

通过免疫染色法检测mPFC II/III层突触小泡蛋白的表达，结果显示，HHE组和NC组的突触素（突触前标志物）、GAD65（抑制性神经元标志物）和vGAT（抑制性小泡标志物）的分布和密度相当，但HHE组皮层神经元周围的vGlut1（兴奋性小泡标志物）表达显著增加。进一步通过Western blot分析皮层样本，包括mPFC样本，定量这些蛋白的表达水平，结果显示，HHE组vGlut1蛋白水平显著增加，而vGAT、GAD65和突触素的蛋白水平无显著变化。这些发现表明，HHE组锥体神经元接收到更多的兴奋性输入（vGlut1+小泡），支持了电生理记录中sEPSCs频率增加的现象。

潮湿热环境在小鼠中引起类似焦虑的行为并破坏皮层的兴奋/抑制平衡

2. 湿热环境中肠道微生物组的组成及相关血清代谢物发生显著变化

与普通环境组（NC组）相比，湿热环境组（HHE组）小鼠体重显著降低，盲肠体积减小，肠道内厚壁菌门（Firmicutes）减少而拟杆菌门（Bacteroidetes）增加。液相色谱-质谱分析表明，HHE组血清代谢物显著不同，特别是次级胆汁酸生物合成途径中的胆汁酸水平增加。16S rRNA基因测序显示，人类受试者在高温高湿期（32-35°C，湿度90-95%）肠道微生物结构显著变化，L. murinus丰度减少，血清LCA水平增加，且TNF-α水平趋于增加。这些结果表明湿热环境导致肠道微生物失调，进而影响血清代谢物。

潮湿热环境损害肠道微生物及其相关的代谢物

3. 移植来自HHE组的小鼠的粪便微生物群到无菌小鼠（GF小鼠）体内，再现了肠道微生物群的变化和焦虑样行为

GF小鼠通过灌胃接种HHE组或正常对照（NC）组小鼠的粪便，结果显示，GF-HHE组的肠道微生物多样性与HHE组相似，而GF-NC组则与NC组相似。此外，GF-HHE组小鼠表现出与HHE组相同的焦虑样行为特征，并在电生理记录中发现其锥体神经元的sEPSC频率显著增加。进一步分析显示，GF-HHE组和HHE组的肠道微生物群和血清LCA水平也存在相似变化。这些结果表明，HHE环境引起的肠道微生物群变化是导致焦虑样行为的直接原因。

粪便微生物群移植在无菌小鼠中再现了肠道微生物群落的改变和类似焦虑的行为

4. HHE组和GF-HHE组显示出肠道屏障和血脑屏障（BBB）的通透性增加以及增强的炎症反应

HHE和GF-HHE组中紧密连接蛋白claudin-1和ZO-1的表达显著降低。FITC-地克司蓝灌胃后，HHE和GF-HHE组血清FD4水平显著升高，表明肠道通透性增加。HHE组炎症因子如G-CSF、GM-CSF、IFN-γ、IL-1β、IL-6等显著上调。BBB通透性通过Evans蓝示踪研究，HHE和GF-HHE组大脑中检测到Evans蓝染料渗透，而NC和GF-NC组很少检测到。这些发现表明湿热环境损害肠道和BBB，上调血清炎症因子，进一步影响大脑的炎症状态。

潮湿热环境导致肠道屏障和血脑屏障的损伤并激活神经炎症

5. 在HHE和GF-HHE组中，PI3K/AKT/NF-κB信号通路显著增强

RNA测序显示，HHE组与NC组相比，有391个基因上调和48个基因下调。KEGG分析显示差异表达基因（DEGs）主要聚集在PI3K-AKT信号通路等炎症相关信号通路中。通过RT-PCR和蛋白免疫印迹分析，HHE组中PI3K、AKT1和NF-κB1 mRNA表达增加，磷酸化PI3K和AKT蛋白以及NF-κB蛋白水平显著提高。此外，GF-HHE组中Cxcl1和Cxcr2 mRNA水平显著增加，表明湿热环境诱导的微生物组变化激活了大脑皮层的PI3K/AKT/NF-κB信号通路和神经炎症。

PI3K/AKT/NF-κB信号通路在HHE组和GF-HHE组的小鼠皮层样本中被增强

6. L. murinus（鼠乳杆菌）的应用可以逆转HHE组小鼠的异常情况

在HHE组暴露的小鼠中，L. murinus的补充显著改善了焦虑样行为，并通过行为测试和电生理记录显示，L. murinus处理的小鼠在开放场测试和高架十字迷宫测试中表现更好。此外，L. murinus处理的小鼠血清中TNF-α表达降低，sEPSC频率降低，表明L. murinus逆转了HHE组的E/I失衡。蛋白免疫印迹分析显示，L. murinus处理的小鼠大脑皮层中磷酸化PI3K和AKT蛋白以及NF-κB蛋白的水平显著降低，与NC组相当。这些结果表明L. murinus的补充有效逆转了HHE组的PI3K/AKT/NF-κB信号通路激活。

鼠乳杆菌的应用逆转了HHE组的小鼠异常

三、讨论

该研究探讨了长期暴露于湿热环境对神经精神健康的影响及其潜在机制，使用条件饲养小鼠模型。主要发现包括：(i) 长期湿热环境下的小鼠表现出大脑神经炎症、mPFC皮层锥体神经元的兴奋/抑制（E/I）失衡以及焦虑样神经功能障碍； (ii) 湿热环境导致的肠道微生物群丰度及相关代谢物异常推动了神经病理变化和神经功能障碍的进展； (iii) 益生菌的干预通过调节肠道微生物群及相关代谢物，减轻了大脑病理变化和神经功能缺陷。研究提供了湿热环境通过损害肠道微生物群和相关代谢物来危害心理健康的有力证据，并指出调节肠道微生物群可能是一个潜在的干预策略。

在湿热环境下饲养45天的小鼠表现出焦虑样行为。这些行为变化通过电生理记录中的E/I比率增加得到了支持。神经炎症被证实是精神疾病进展的重要原因，湿热组的小鼠表现出显著的神经炎症，包括血脑屏障通透性增加、微胶质细胞激活以及炎性细胞因子（如TNF-α和IFN-γ）的表达增加。湿热环境诱导的肠道微生物群失调推动了神经炎症的进展。鼠乳杆菌治疗能够逆转这些病理变化，通过恢复肠道微生物群多样性、下调LCA和TNF-α水平，并减少PI3K/AKT/NF-κB信号通路的激活来缓解焦虑样行为。然而，研究的局限性包括未明确其他类型的神经功能障碍及需要长期队列研究来验证湿热季节对人类神经精神健康的影响。

结论

本研究揭示了长期湿热环境通过引发神经炎症和E/I失衡来增加焦虑障碍风险，主要因肠道微生物群和胆汁酸代谢异常。对临床医生而言，这一发现强调了环境因素和肠道健康在心理健康管理中的重要性，并提示益生菌（乳酸杆菌）作为治疗焦虑障碍的可能干预方法。

参考文献

【1】Weng H, Deng L, Wang T, Xu H, Wu J, Zhou Q, Yu L, Chen B, Huang L, Qu Y, Zhou L, Chen X. Humid heat environment causes anxiety-like disorder via impairing gut microbiota and bile acid metabolism in mice. Nat Commun. 2024 Jul 7;15(1):5697. doi: 10.1038/s41467-024-49972-w.