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【背景】随着生活方式的改变,肥胖症和抑郁症的发生率均呈逐年递增的趋势,二者皆已演变为严重影响人类生活质量并危害人类健康的疾病。流行病学调查显示,这二者的发生存在着双向联系,即随着肥胖程度的增加,患者发生抑郁症的风险也明显升高,反之,随着抑郁程度的增加,患者发生肥胖症的风险也相应升高。在部分个体中,二者常呈并发的趋势,提示它们可能存在着共同的致病因素。但是目前这种现象发生的机制未明,寻找肥胖和抑郁共同的致病因素并探索其发生的机制对寻找潜在的治疗靶点显得尤为重要。人类全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)发现,肥胖和肥胖相关基因(fat mass and obesity associated,FTO)是一个与身体质量指数(Body Mass Index,BMI)表现出强相关性的基因,与肥胖的发生风险相关。研究发现FTO基因第一个内含子中多个单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms,SNP)与体质指数(Body Mass Index,BMI)存在显著关联,即FTO风险基因携带者发生肥胖的风险更高。已有大量研究报道FTO可在大脑、肝脏以及脂肪组织等代谢相关的器官中发挥代谢调节的作用。近年来有研究报道了FTO基因的SNP与抑郁症状相关,提示FTO可能是肥胖和抑郁共同的致病因素之一。本研究将以肥胖基因FTO在焦虑和抑郁中的作用为切入点,探索肥胖和抑郁共发的因素,为临床治疗提供新的特异性的靶点。【目的】1.明确FTO基因SNP与肥胖患者焦虑和抑郁的关系;2.观察FTO抑制剂对肥胖患者焦虑和抑郁的影响;3.明确FTO在焦虑和抑郁中的作用并探索其分子机制;4.观察FTO抑制剂对焦虑和抑郁的作用。【方法】1.在一组重度肥胖(BMI>=33kg/m~2)受试者中,采集血细胞提取DNA进行FTO基因多个SNPs位点检测,对所有受试者用汉密尔顿焦虑量表(Hamilton Anxiety Scale,HAMA)进行焦虑状态评分,使用汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)进行抑郁状态评分,同时功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)观察受试者各脑区活动度,并分析其功能连接情况,评价FTO基因的SNP与焦虑和抑郁症状的关系。2.在一项前瞻性、随机、对照、双盲的临床试验中,纳入30名肥胖患者(BMI>=28kg/m~2),随机分为试验组和对照组,两组患者均在轻度饮食控制(每天减少300kcal热量摄入)和生活方式干预(运动6000步)的基础上,给予药物治疗,试验组给予恩他卡朋,200mg,每日4次,对照组给予安慰剂。检测体重、腰围、血糖、血脂等,并在入组时、干预3个月后及干预6个月后使用HAMA和HAMD进行焦虑和抑郁评分,fMRI观察受试者各脑区活动度,评价恩他卡朋对肥胖患者的减重效果及其精神症状的效果。3.将繁殖获得的野生小鼠(Wild Type,WT)、FTO杂合子(Heterozygous,HZ)和FTO全身敲除小鼠(Knockout,KO)小鼠,在新奇环境中,通过高架十字迷宫实验(Elevated Plus Maze,EPM)和开场实验(Open Field Test,OFT)检测焦虑样行为,另外通过小鼠强迫游泳测试(Forced Swimming Test,FST)及小鼠悬尾测试(Tail Suspended Test,TST)检测抑郁样行为,观察各组差异;将上述各组小鼠给予慢性不可预知的温和刺激(Chronic Unpredicted Mild Stress,CUMS)诱导抑郁症模型,使用上述实验观察行为学变化。收集小鼠粪便,进行16s rRNA和宏基因组测序,分析肠道菌群组成;另外,使用抗生素清除小鼠肠道菌群,同时压力刺激诱导抑郁模型,观察上述小鼠行为学变化,评价肠道菌群在行为学变化中的作用。进一步通过检测小鼠血清中炎症因子、脂多糖水平,分析与行为指标的关系。4.使用CUMS诱导抑郁症模型,给予FTO抑制剂恩他卡朋进行干预,行为学实验观察动物焦虑样行为与抑郁样行为,评价恩他卡朋对抑郁症的效果;收集小鼠粪便,进行16s rRNA测序,分析肠道菌群组成,评价肠道菌群在行为学变化中的作用。【结果】1.在重度肥胖患者中,FTOrs8050136,rs8043757,rs9939609,rs9936385,rs17817449,rs7202116,rs1421085及rs1121980的不同等位基因受试者HAMA焦虑评分有显著差异,fMRI提示不同等位基因的受试者大脑中海马/旁海马、腹外侧前额叶皮层、前扣带回活动水平有显著性差异,且前扣带回-尾状核功能连接发生显著变化。2.在肥胖患者中,与入组时相比,使用恩他卡朋干预3个月后,对照组体重及焦虑抑郁评分没有明显变化,恩他卡朋组患者的体重没有明显下降,焦虑评分和抑郁评分下降,大脑中杏仁核活动度下降。而在干预6个月后,与入组时比,两组体重、焦虑评分、抑郁评分均没有明显变化。3.行为学实验发现FTOKO小鼠EPM中开放臂活动时间延长,OFT中央格活动时间延长,FST中漂浮不动时间缩短;压力刺激后FTO HZ小鼠抵抗性强于WT小鼠,不易出现焦虑和抑郁行为;肠道菌群测序发现FTO KO小鼠11种乳酸杆菌丰度明显升高,4种螺旋杆菌丰度明显下降,乳酸杆菌丰度与行为学指标具有显著相关性;抗生素清除掉肠道细菌后,不同基因型的行为差异明显减小;同时压力刺激后野生小鼠血清中白介素6(Interleukin-6,IL-6)水平明显升高,而杂合子小鼠升高不明显。4.压力应激后,小鼠的焦虑样行为和抑郁样行为明显增多,给予恩他卡朋后减少;肠道菌群测序发现,压力应激后小鼠肠道菌群多样性下降,细菌相互作用网络复杂性下降,多种炎症相关细菌,如Escherichia/Shigella,Enterococcus,Vagococcus,Enterorhabdus丰度明显升高,给予恩他卡朋后,小鼠肠道菌群多样性有所升高,细菌相互作用网络复杂性升高,而Escherichia/Shigella,Enterococcus,Vagococcus,Enterorhabdus丰度有明显的下降。【结论】1.FTO SNP与焦虑和抑郁等精神问题显著关联。2.恩他卡朋对肥胖患者的焦虑和抑郁有改善作用,可能成为临床治疗的一个潜在的选择。3.明确了FTO敲除后可通过改变肠道菌群组成减少压力应激下的焦虑样行为和抑郁样行为;通过宏基因组测序获得一组受FTO调控,且可能具有潜在益生作用的细菌种类。4.明确了FTO抑制剂恩他卡朋对抑郁症模型小鼠的焦虑样行为和抑郁样行为有改善作用,可能与恩他卡朋对肠道菌群多样性及组成的纠正作用有关。