文献精读：肠菌SULT磺化25(OH)D₃经菌群-肠-脑轴诱发抑郁

2026年10月5日，武汉大学人民医院彭锐团队于《Brain, Behavior, and Immunity》发表题为“Gut microbiota-expressed sulfotransferase sulfonates 25-hydroxyvitamin D₃ and promotes depression”的论文。该研究以“抑郁症合并维生素 D 缺乏”患者为起点，通过体外菌群孵育、粪菌移植、单菌分离、全基因组测序、重组菌构建及大规模人群验证等一系列递进实验，揭示了一条此前未被描述的致病通路：患者肠道中过度生长的大肠杆菌携带 SULT 磺基转移酶基因，该酶将血液中维生素 D 的主要储备形式 25(OH)D₃ 硫酸化为几乎无生物活性的 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯，导致循环 25(OH)D₃ 水平下降，进而诱发抑郁样行为。研究还发现，该硫酸酯本身即可引起抑郁样行为，提示其可能具有独立致病作用。

01、研究方法
1.1 临床样本与设计
本研究采用“临床现象观察 → 菌群功能验证 → 单菌分离 → 基因定位 → 机制确证 → 人群回证”的递进式设计，分为机制探索队列（健康对照 66 例、抑郁症患者 72 例）与人群验证队列（健康对照 50 例、患者 50 例），年龄 19–65 岁。所有受试者由精神科医师面谈，符合 DSM-5 抑郁障碍诊断标准，并排除近 3 个月物质滥用、心肾疾病、感染、肿瘤及重大躯体疾病者。为控制混杂因素，全部受试者均于阳光充足季节招募，且至少 4 周内未使用抗抑郁药、抗生素与维生素 D 补充剂。另设机制实验子队列，从抑郁症合并维生素 D 缺乏（VDD）患者与维生素 D 充足（VDS）健康人中各取 5 例且性别构成匹配，用于粪菌孵育与粪菌移植。研究经医院伦理委员会批准，受试者均签署知情同意。

1.2 检测方法
25(OH)D₃ 采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）定量，样本经含同位素内标的溶剂萃取、冷诱导相分离后进样。25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯先以 LC-MS/MS 按特征离子对确证结构，再因缺乏同位素内标而改用高效液相色谱（HPLC）紫外检测法定量。

1.3 动物模型与行为学
采用雄性 C57BL/6 小鼠，随机盲法分组，饲喂含维生素 D₃ 的标准化饲料。实验前以广谱抗生素鸡尾酒（BSAC）清除小鼠自身菌群，恢复后连续灌胃菌悬液，首次灌胃 4 周后进行行为学测试并采血。据此设置三类递进式干预实验：一是粪菌移植，灌入健康人或患者粪菌悬液，验证患者菌群能否向小鼠“移植”低维生素 D 与抑郁样表型；二是单菌定植联合抗生素干预，灌入分离所得大肠杆菌后给予美罗培南，锁定致病菌并验证清除该菌可否逆转表型；三是重组菌联合底物回补，灌入携带 SULT 基因的重组菌，另设补充 25(OH)D₃ 组与直接灌胃硫酸酯组，以证明单基因充分性、检验低维生素 D 的中介地位并验证产物的致病作用。

行为学评价按糖水偏好实验（SPT）、强迫游泳实验（FST）、悬尾实验（TST）顺序连续三天完成，各测试间隔至少 24 小时。SPT 采用双瓶法并交替瓶位以消除位置偏好，偏好率下降代表快感缺失；FST 与 TST 分别记录小鼠在水中与悬尾状态下的不动时间，不动时间延长代表行为绝望。三项测试互为验证，结果一致方可判定抑郁样表型成立。

关键对照有两处：其一，比较未处理与经抗生素处理小鼠的血清 25(OH)D₃ 水平及行为基线，证明“清空原有菌群”这一操作本身不干扰结论；其二，以携带空质粒（不含 SULT 基因）的菌株作为重组菌的平行对照，排除“转入质粒与培养操作”造成的非特异效应。后者是全文因果推断中最关键的一环。

1.4 组学与分子验证
菌株经鉴别培养基分离、血平板纯化后，以 MALDI-TOF-MS、16S rRNA 基因测序及全基因组测序三重确认；药敏试验以纸片扩散法结合自动化系统测定最低抑菌浓度，为抗生素干预提供依据。粪便 DNA 经宏基因组测序分析菌群组成，其中 α 多样性以 Chao1 指数评价群落内部丰富度，β 多样性以 Bray - Curtis 距离结合降维排序评价组间结构差异，差异菌种以 LEfSe 识别；全基因组组装注释后，以序列比对工具比对已知 SULT 序列锁定候选基因，并以 KEGG 通路分类佐证功能归属。

分子验证方面，将粪菌、分离菌及重组菌分别与 25(OH)D₃ 共孵育，于多个时间点取样测定底物与产物。重组菌构建方式为：扩增候选基因后连入表达载体、转化标准菌株，同时将空载载体转化同一菌株作为对照，并以 IPTG 诱导目的蛋白过表达；再以 PCR 结合凝胶电泳确认目标基因仅存在于重组菌中。粪便中目标菌与 SULT 基因的丰度及表达量以实时荧光定量 PCR 测定，以 16S rRNA 作为内参基因。

数据以均数 ± 标准误表示，参数检验前先行正态性与方差齐性检验；违反正态假设时采用 Mann-Whitney U 检验或 Kruskal-Wallis 检验结合 Dunn 事后检验，满足假设的多组数据采用单因素方差分析结合 Tukey 事后检验。变量间关联以相关系数描述，并以多元线性回归校正年龄、性别、教育程度、吸烟、饮酒及体质指数等混杂因素，以 P < 0.05 判定差异具有统计学意义。

02、研究内容
2.1 抑郁症患者血清 25(OH)D₃ 水平显著降低
研究首先在临床层面确认现象：抑郁症患者血清 25(OH)D₃ 水平显著低于健康对照，其维生素D缺乏患病率亦明显更高。该结果确立了“抑郁与维生素 D 缺乏相关”的临床前提，但尚不能说明因果方向。

2.2 患者肠道菌群具备强 25(OH)D₃ 代谢能力
为寻找维生素 D 缺乏的来源，研究者将患者与健康人的粪菌分别与 25(OH)D₃ 共孵育。结果显示，来自抑郁症合并维生素D缺乏患者的肠道菌群能在孵育过程中大幅消耗底物，而健康人来源的菌群几乎不引起底物减少。这一对比表明患者肠道菌群具有显著更强的 25(OH)D₃ 代谢能力，提示维生素 D 缺乏的成因可能位于肠道。

2.3 患者菌群可向小鼠“移植”低维生素 D 与抑郁样行为
研究者以粪菌移植验证因果关系：在清除小鼠自身菌群后灌入人源粪菌，接受患者粪菌的小鼠循环 25(OH)D₃ 水平显著下降，且同时出现行为绝望与快感缺失两类核心抑郁样表型，而接受健康人粪菌的小鼠基本接近对照水平。研究另设抗生素处理对照，确认清除原有菌群的操作本身不影响血清 25(OH)D₃ 水平与行为基线，排除了实验操作的干扰。
 

图 1 抑郁症合并维生素 D 缺乏患者的肠道菌群可代谢 25(OH)D₃ 并诱导抑郁样行为

2.4 菌群结构改变，大肠杆菌丰度显著升高
宏基因组分析显示，两组菌群的 α 多样性无显著差异，即菌群“种类数量”未变；但 β 多样性存在显著差异，即菌群整体结构已改变。在门水平上，患者变形菌门（大肠杆菌所属的门）相对丰度显著升高；进一步分析显示，患者中大肠杆菌等多种菌种丰度显著升高，而若干产短链脂肪酸相关菌种丰度降低。作者据此推断，大肠杆菌丰度的变化是两组菌群差异的主要驱动因素，并推测其可能是影响粪便中 25(OH)D₃ 代谢的关键菌种。
 

图 2 抑郁症合并维生素D缺乏患者肠道菌群失调表现为大肠杆菌丰度升高

2.5 分离获得 25(OH)D₃ 代谢菌株并确认其代谢能力
研究者从患者粪样中分离、纯化并鉴定出大肠杆菌菌株，分别来源于男性与女性患者。药敏试验显示两株菌对美罗培南等抗生素敏感而对氨苄青霉素耐药，为后续干预提供了药物选择依据。将分离菌株接种于含 25(OH)D₃ 的培养基后，检测显示底物浓度随时间逐步下降，两株分离菌与标准大肠杆菌均具备 25(OH)D₃ 代谢能力，确认了“大肠杆菌可代谢 25(OH)D₃”这一关键前提。
 

图 3 抑郁症合并维生素D缺乏患者中 25(OH)D₃ 代谢菌群的分离与鉴定

2.6 单菌定植诱导抑郁样行为，抗生素干预可部分逆转
将分离菌株单独灌胃给小鼠后，小鼠循环 25(OH)D₃ 水平显著降低，并与粪菌移植实验一致地出现行为绝望与快感缺失表型。随后对已定植小鼠给予其敏感的抗生素治疗，结果血清 25(OH)D₃ 水平显著回升，相关行为指标明显改善。该结果表明，清除这一特定细菌即可部分逆转低维生素D状态与抑郁样行为，进一步支持该菌在致病过程中的因果地位。

图 4 灌胃大肠杆菌 MEC2025 降低小鼠循环 25(OH)D₃ 水平并诱导抑郁样行为

2.7 全基因组分析锁定候选磺基转移酶基因
既然大肠杆菌能够代谢 25(OH)D₃，研究者继而寻找其携带的关键酶。由于能够表达 24 - 羟化酶的细菌在自然界极为罕见，研究转向近年来报道的磺化通路，即细菌磺基转移酶（SULT）可将 25(OH)D₃ 磺化。通过对分离菌株进行全基因组测序、组装与注释，并以序列比对工具比对已知 SULT 序列，研究者锁定了一个位于染色体上的候选基因，预测其编码磺基转移酶，KEGG 功能分类亦显示该基因组编码的蛋白涉及维生素代谢相关通路。为验证其功能，研究者将该基因克隆入表达载体并转化标准大肠杆菌以构建重组菌，同时以空载体转化得到的菌株作为对照，经 PCR 与凝胶电泳证实目标基因仅存在于重组菌中。
 

图 5 大肠杆菌中负责 25(OH)D₃ 磺化的磺基转移酶的鉴定与表征

2.8 体外确证磺化反应通路
将重组菌与 25(OH)D₃ 共孵育后，以 LC-MS/MS 对产物进行结构确证，证实生成的代谢物为 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯；定量结果则显示，随孵育时间延长，25(OH)D₃ 持续向该硫酸酯转化，且产物生成呈时间与浓度依赖性。至此，候选基因所编码的酶被确证为可催化 25(OH)D₃ 磺化的磺基转移酶。

图 6 25(OH)D₃ 磺化通路的体外评价

2.9 重组菌体内复制完整表型，并验证底物回补与产物致病性
这是全文最核心的因果验证部分。给小鼠灌胃携带 SULT 基因的重组菌后，其血清 25(OH)D₃ 水平显著降低，而空载体菌定植小鼠与对照无差异，说明效应确实来自 SULT 基因本身。同时，重组菌定植小鼠血清与粪便中的 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯水平均显著升高，证明该菌在体内确实执行了磺化反应；行为学上亦出现行为绝望与快感缺失表型，而空载体菌定植小鼠行为与对照无异。

为验证低维生素D是否构成行为异常的中介环节，研究者对重组菌定植小鼠补充 25(OH)D₃，结果其血清 25(OH)D₃ 水平大幅回升、行为指标明显改善，说明行为异常确由 25(OH)D₃ 被消耗所介导。更进一步，研究者直接灌胃 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯，发现这类小鼠血清 25(OH)D₃ 水平与对照并无差异，却同样出现抑郁样行为。这一结果提示，该硫酸酯并非单纯“失活产物”，其本身即具有独立的致病作用。
 

图 7 灌胃大肠杆菌BL21(DE3)/pRP67 诱导小鼠抑郁样行为

2.10 人群层面验证菌丰度、基因表达与维生素 D 水平的关联
对两队列共 100 例粪便样本进行定量检测，结果显示抑郁症患者粪便中目标大肠杆菌及 SULT 基因的丰度均显著更高，其中 SULT 基因的表达上调幅度远大于细菌本身丰度的升高幅度。血清学检测再次印证患者 25(OH)D₃ 水平更低、维生素D缺乏患病率更高，同时其血清中 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯水平显著高于对照。相关性分析显示，目标菌与 SULT 基因丰度越高，血清 25(OH)D₃ 水平越低、血清硫酸酯水平越高，且硫酸酯与 25(OH)D₃ 的比值与 SULT 基因丰度呈显著负相关，提示患者体内 25(OH)D₃ 的磺化程度增强。经多元线性回归校正混杂因素后，上述关联依然成立。

图 8 抑郁症患者粪便中大肠杆菌 MEC2025 与 SULT 的流行情况

综合以上结果，研究建立起完整的因果链条：肠道中过度生长的大肠杆菌通过其表达的磺基转移酶将 25(OH)D₃ 磺化为 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯，导致循环 25(OH)D₃ 水平下降，进而诱发抑郁样行为。

03、创新点
3.1 首次揭示“肠道菌磺化维生素D”这一全新致病机制
既往研究多聚焦于维生素 D 缺乏与抑郁之间的流行病学关联，或从宿主免疫与神经炎症角度加以解释，而对“维生素 D 为什么会缺乏”这一上游问题始终缺乏机制性答案。本文首次提出并验证了一条由细菌酶介导的代谢消耗通路：肠道菌的磺基转移酶直接在肠腔内将 25(OH)D₃ 磺化灭活，使其在被重吸收进入循环之前即被消耗。这一发现为维生素D缺乏提供了宿主代谢之外的第二来源解释，也为“菌群 — 肠 — 脑轴”补充了一条新的代谢产物通路。

3.2 构建了从相关到因果的完整证据链
本文最突出的方法论创新在于闭环式的因果论证设计：通过异源表达证明单个 SULT 基因的引入即足以复制完整表型，构成充分性证据；通过敏感抗生素清除致病菌使表型部分逆转，构成可逆性证据；通过空载体菌株对照排除质粒与操作本身的非特异效应；通过补充 25(OH)D₃ 逆转行为异常，验证低维生素 D 的中介地位；最后在人群样本中校正混杂因素后回证剂量关联。这一多层次递进设计使结论可信度显著高于同类菌群研究。

3.3 提出 25(OH)D₃ - 3 - 硫酸酯具有独立致病作用
此前学界多将该硫酸酯视为储存形式或无活性代谢物。本文通过直接给小鼠灌胃该硫酸酯，在不改变血清 25(OH)D₃ 水平的前提下复制出抑郁样行为，提示该代谢物本身可能具有此前未被认识的生物学活性，从而将硫酸酯的角色从被动的代谢终点提升为潜在的独立致病因子。

3.4 提出“维生素D反应性抑郁”亚型并提供可药物化靶点
本文提出抑郁存在一个由 25(OH)D₃ 代谢菌驱动的特定亚型，而非所有抑郁症都源于维生素 D 缺乏。这一界定具有三重转化价值：可解释既往维生素 D 补充治疗抑郁的临床试验结果为何长期不一致，即未按亚型分层时非该菌驱动的患者自然不会获益；改变了干预逻辑，从“补充缺失物”转向“阻断消耗环节”；并提供了潜在的无创筛查指标（粪便中目标菌丰度与 SULT 基因表达水平）。此外，研究明确了磺基转移酶这一具体分子靶点，同时证实敏感抗生素有效，为“老药新用”提供了依据，相比泛化的菌群干预具有更高的转化可行性。

04、启发
4.1 研究思路：把“结果”当作“现象”再向上追问一层
本文最有价值的思维跃迁在于重新定义了问题。传统研究问“低维生素 D 与抑郁有什么关系”，只能得到相关性结论；本文改问“患者的维生素D为什么会低”，从而把问题从下游症状推向上游机制，打开了全新的研究空间。这提示我们：与其在已知关联上反复增加样本，不如向上追问一步，探究该现象本身如何产生，这一步往往才是创新点的真正来源。

4.2 实验设计：让“阴性对照”替你说话
文章中最有说服力的不是那些显著结果，而是三组精心设计的对照：空载体菌株组行为与维生素 D 水平双双正常，才证明效应来自 SULT 基因本身；抗生素处理组与未处理组基线无差异，才使粪菌移植的结论得以成立；直接补充代谢产物组底物水平不变但行为异常，才把“产物致病”与“底物减少致病”两条路径区分开来。可见设计实验时，最该花心思的往往不是预期阳性的组，而是预期应当阴性的组。

4.3 研究层次：从群落收敛到分子，再回到人群
本文路径为：群落层面发现菌群结构改变，菌株层面分离单菌验证致病，基因层面定位并验证单基因功能，人群层面以大规模检测回证关联。这条“由粗到精、再由精回粗”的路径是微生物因果研究的经典范式。实际课题中可根据资源选择切入点，但至少要保证“分子层面有确证”这一环，否则结论容易停留在相关性层面。

4.4 数据解读与临床转化：注意指标方向性，善用亚型分层
本文有一处极易读反的细节：定量 PCR 的 Ct 值越低代表起始模板越多，故“患者 Ct 值更低”意味着细菌更多。这提醒我们跨领域读文献时必须先弄清每个指标的定义方向。更重要的是，本文提示维生素 D 补充治疗抑郁的临床试验结论长期不一，可能并非维生素 D 无效，而是“补错了人”——当某领域长期存在矛盾结论时，往往是研究者把不同疾病实体混为一谈，找到分层依据后矛盾常可自然消解。

4.5 学术表达与延伸方向：界定边界，再向前一步
作者在讨论中坦诚列出了多项局限——未直接测定宿主酶活性、未能用同位素示踪区分代谢产物来源、功能验证仅基于单一菌株、可能有其他菌种参与，这种自我设限反而明确了结论的适用边界。依循本文思路，后续可探索其他菌种是否表达同类酶及其底物谱、借助基因敲除或同位素标记定量拆分宿主与微生物的贡献、验证粪便酶基因丰度作为无创筛查指标的可行性，以及该机制在骨质疏松、自身免疫病等维生素 D 相关疾病中是否存在同源通路。

参考文献
Li Z, Mei J, Wang S, Le J, Mei S, Peng R. Gut microbiota-expressed sulfotransferase sulfonates 25-hydroxyvitamin D3 and promotes depression. Brain Behav Immun. 2026 Oct 5;139:107043. doi: 10.1016/j.bbi.2026.107043. Epub ahead of print. PMID: 42833523.

作者介绍：
彭锐，武汉大学人民医院检验科，医疗秘书，副主任技师，硕士生导师。
研究方向：
1. 抑郁症发病的分子机制研究。
2. 质谱技术开发抑郁症诊断标志物研究。

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