Multi-omics analyses of serum metabolome, gut microbiome and brain function reveal dysregulated microbiota-gut-brain axis in bipolar depression

代谢组 肠道菌群 生物 代谢组学 肠-脑轴 肠杆菌 背景(考古学) 微生物群 生物信息学 免疫学 生物化学 大肠杆菌 基因 古生物学
作者
Zhiming Li,Jianbo Lai,Peifen Zhang,Jiahong Ding,Jiajun Jiang,Chuanfa Liu,Huimin Huang,Hefu Zhen,Caixi Xi,Yuzhe Sun,Lingling Wu,Lifang Wang,Xingle Gao,Yan Li,Yaoyang Fu,Zhuye Jie,Shenghui Li,Danhua Zhang,Yiqing Chen,Yiyi Zhu
出处
期刊:Molecular Psychiatry [Springer Nature]
卷期号:27 (10): 4123-4135 被引量:123
标识
DOI:10.1038/s41380-022-01569-9
摘要

The intricate processes of microbiota-gut-brain communication in modulating human cognition and emotion, especially in the context of mood disorders, have remained elusive. Here we performed faecal metagenomic, serum metabolomics and neuroimaging studies on a cohort of 109 unmedicated patients with depressed bipolar disorder (BD) patients and 40 healthy controls (HCs) to characterise the microbial-gut-brain axis in BD. Across over 12,000 measured metabolic features, we observed a large discrepancy (73.54%) in the serum metabolome between BD patients and HCs, spotting differentially abundant microbial-derived neuroactive metabolites including multiple B-vitamins, kynurenic acid, gamma-aminobutyric acid and short-chain fatty acids. These metabolites could be linked to the abundance of gut microbiota presented with corresponding biosynthetic potentials, including Akkermansia muciniphila, Citrobacter spp. (Citrobacter freundii and Citrobacter werkmanii), Phascolarctobacterium spp., Yersinia spp. (Yersinia frederiksenii and Yersinia aleksiciae), Enterobacter spp. (Enterobacter cloacae and Enterobacter kobei) and Flavobacterium spp. Based on functional neuroimaging, BD-related neuroactive microbes and metabolites were discovered as potential markers associated with BD-typical features of functional connectivity of brain networks, hinting at aberrant cognitive function, emotion regulation, and interoception. Our study combines gut microbiota and neuroactive metabolites with brain functional connectivity, thereby revealing potential signalling pathways from the microbiota to the gut and the brain, which may have a role in the pathophysiology of BD.
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