目的:抑郁症是常见而严重的精神疾病,导致其发病的主要病理生理机制包括微生物群-肠-脑轴功能障碍。Irisin是一种与运动相关的肌因子,据报道可以减少抑郁样行为,但相关机制尚不清楚。本研究旨在探讨Fndc5/irisin缺失对抑郁症小鼠肠道菌群和抑郁样行为的影响。为以生活方式为导向的辅助治疗方法与传统抗抑郁药物联合治疗抑郁症提供理论依据及实践参考。方法:本研究中所需C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠采用CRISPR-cas9技术构建,抑郁模型选用慢性不可预知性温和应激程序构建,周期为4周,期间连续不间断。实验小鼠随机分为4组:对照组、Fndc5/irisin敲除组、CUMS模型组和接受CUMS刺激的Fndc5/irisin敲除组。采用行为学实验(SPT、TST、FST)对小鼠进行抑郁样行为评估,行为学实验结束后收集小鼠粪便,采用16S r RNA测序技术对野生型(Wild type,WT)和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群进行群落多样性分析(Alpha多样性、Beta多样性)、群落组成和物种差异分析。非靶向代谢组学检测WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群之间的代谢谱差异,本研究通过KEGG数据库完成差异代谢物功能预测。结果:1.与CUMS组相比,Fndc5/irisin敲除组小鼠接受CUMS刺激后表现出更严重的抑郁样行为。动物行为学结果测试发现,小鼠经历4周CUMS刺激建模后,与对照组相比,Fndc5/irisin KO组小鼠在FST和TST中的静止时间增加(P_(FST)=0.0276,P_(TST)<0.0001),蔗糖偏好率降低(P_(SPT)=0.0241)。与对照组相比,CUMS组小鼠在FST和TST中的静止时间显著增加(P_(FST)=0.0031,P_(TST)=0.0007),蔗糖偏好率显著降低(P_(SPT)<0.0001)。与Fndc5/irisin KO组相比,Fndc5/irisin KO-CUMS组小鼠在FST和TST中的静止时间显著增加(P_(FST)=0.0096,P_(TST)=0.0008),蔗糖偏好率显著降低(P_(SPT)<0.0001)。与CUMS组相比,Fndc5/irisin KO-CUMS组小鼠在TST中的静止时间显著增加(P_(FST)<0.0001),蔗糖偏好率显著降低(P_(SPT)<0.0001)。而与CUMS组相比,Fndc5/irisin KO-CUMS组小鼠在FST中的静止时间差异无统计学意义。2.Fndc5/irisin敲除改变小鼠肠道菌群表型。WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠粪便16S r RNA测序分析指出,与WT小鼠相比,C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群Alpha多样性分析提示ACE指数显著增加(P<0.01);而Simpson指数降低(P<0.05)。Beta多样性分析中PCo A分析提示WT与C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群结构组成之间呈相互分离的状态,差异具有显著性(P<0.01)。BetaTofacitinib半抑制浓度多样性分析中NMDS分析结果:stress值0.029<0.05,证明数据降维效果很好,该图形对于准确反映数据排序的真实分布具有很好的代表性;R=0.9867>0,表示组间差异大于组内差异,并且具有较高的置信度(P=0.005),证实WT与C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群组成之间有显著差异(P<0.01)。群落组成分布:门水平上,WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群组成相对丰度最高的2个菌门为:厚壁菌门、拟杆菌门。与WT小鼠相比,C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群厚壁菌门数量较少,拟杆菌门数量较多。厚壁菌门/拟杆菌门的比例受到Irisin调节。属水平上,与WT小鼠相比,C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群乳杆菌属和双歧杆菌属相对丰度显著降低。5个细菌属的相对丰度差异分析强调,与WT小鼠相比,C57BL/6N-Fndc5~(em1cy-agen)小鼠肠道菌群组成中乳杆菌属和双歧杆菌属的相对丰度LIHC liver hepatocellular carcinoma显著降低(P<0.01);g＿＿Allobaculu的相对丰度显著增加(P<0.01),g＿＿Parabacteroides和g＿＿Eubacterium＿xylanophilum＿group的相对丰度增加(P<0.05)。基于属水平绘制的Circos图显示WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群的组成情况。LDA值分布柱状图结果指出:WT小鼠肠道菌群中乳杆菌属、芽孢杆菌属和双歧杆菌属具有重要意义;C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群中,g＿＿norank＿f＿＿Muribaculaceae,g＿＿norank＿f＿＿norank＿o＿＿Clostridia＿UCG-014和g＿＿Allobaculum具有重要意义。PICRUSt2预测分析发现,WT小鼠和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠肠道菌群中功能基因在6-磷酸-β-葡萄糖苷酶途径(6-phospho-beta-glucosidase pathway(K01223))和磷酸甘油脂突变酶途径(phosphogl点击此处ycerate mutase pathway(K15634))存在显著差异。3、非靶向代谢组学分析结果。PLS-DA结果指出,WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠各样本代谢物在组内聚集性好,重复性较高,而两组间样本代谢物的聚集范围呈现完全分离的状态,提示WT和C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠各样本代谢物特征显著不同。差异代谢物火山图结果表明,与WT小鼠相比,在C57BL/6N-Fndc5~(em1cyagen)小鼠中表达显著上调的代谢物包括:N-Carbamoyl glucuronide lorcaserin,(-)-Stercobilin;显著下调的代谢物包括:N-Desmethylmifepristone(RU42633),Metabu-tethamine,Meperidinic acid glucuronide,Asp Ile Lys,Cinncassiol D2glucoside,Ala Ile Gly Leu,3,4,5-trihydroxy-6-[(3-methyl-2-oxo-4-phe-nylbut-3-en-1-yl)oxy]oxane-2-carboxylic acid,Janthitrem C。差异代谢物最主要集中在精氨酸和脯氨酸代谢途径和mTOR信号通路。4、Fndc5/irisin敲除后肠道菌群与代谢物的相关性。Spearman相关性分析热图显示,g＿＿Allobaculum与3,4,5-trihydroxy-6-[(3-methyl-2-oxo-4-phenylbut-3-en-1-yl)oxy]oxane-2-carb-oxylic acid(neg＿9114)呈负相关,g＿＿Allobaculum与(-)-Stercobilin(neg＿818)和N-Carbamoyl glucuronide lorcaserin(neg＿8896)呈正相关。双因素相关网络图显示,总网络节点的前3位代谢物分别是(-)-Stercobilin(neg＿818),N-Carbamoyl glucuronide lorcaserin(neg＿8896)和3,4,5-trihydroxy-6-[(3-methyl-2-oxo-4-phenylbut-3-en-1-yl)oxy]oxane-2-carboxylic acid(neg＿9114)。3个中心系数(度中心性、紧密度中心性和介数中心性)之和最大的代谢物是(-)-Stercobilin(neg＿818),其次是N-Carbamoyl glucuronide lorcaserin(neg＿8896),3,4,5-trihydroxy-6-[(3-methyl-2-oxo-4-phenylbut-3-en-1-yl)oxy]oxane-2-carb-oxylic acid(neg＿9114)。3个中心系数之和最大的菌属是g＿Allobaculum。结论:1、Fndc5/irisin缺失小鼠较正常小鼠在接受CUMS刺激后表现出更严重的抑郁样行为。2、Fndc5/irisin缺失降低小鼠肠道菌群多样性,Fndc5/irisin缺失调节小鼠肠道菌群组成,具体表现为厚壁菌门数量减少,拟杆菌门数量增多,厚壁菌门数量/拟杆菌门数量的比例受到Irisin的调节,乳杆菌属和双歧杆菌属相对丰度显著降低。3、Fndc5/irisin缺失显著改变小鼠肠道菌群代谢谱,差异代谢物最主要集中在精氨酸和脯氨酸代谢途径和mTOR信号通路。