Integrated metagenomic and metabolomic analysis identifies severity-specific inflammatory and metabolic signatures in post-stroke depression.

چکیده اصلی

Post-stroke depression (PSD) is a common complication that significantly impacts patient prognosis. This study aimed to systematically characterize the associations among gut microbial ecology, metabolic profiles, and inflammatory responses across different severities of PSD. We conducted metagenomic sequencing, non-targeted metabolomics, and serum cytokine analysis (IL-1β, IL-6, IL-10, IL-18, TNF-α, IFN-γ, and CRP) in 91 patients with varying degrees of PSD and non-PSD controls. Bioinformatics analyzes were employed to construct multi-omics association networks and machine learning models. Results indicated that PSD patients exhibited significantly increased gut microbiota alpha-diversity, suggesting dysbiosis. Mild depression was characterized by compensatory neural signaling activation, whereas the moderate depression group exhibited abnormalities in tryptophan/indole metabolism, oxidative stress-related metabolic imbalances, and functional decompensation. Further analyzes suggested that Alistipes, Blautia_A, Evtepia gabavorous, and Lachnospira were associated with inflammatory features, GABA-related metabolic alterations, aromatic amino acid/indole metabolism, and lipid-amino acid metabolism, respectively. Under a more rigorous 10-fold cross-validation framework, the performance of different multi-omics combination models showed heterogeneity; however, some combinations still demonstrated superior discriminatory ability compared to single-omics approaches. This study provides multi-omics clues suggesting associations between different PSD severity levels and features such as increased Alistipes abundance, reduced antioxidant capacity, and altered tryptophan metabolism. It provides candidate biomarker combinations that may be useful for PSD stratification and suggests that the gut microbiome may represent a potential target for future PSD intervention. In summary, PSD may be associated with dynamic alterations along the "gut-brain-inflammation-metabolism" axis. These findings provide integrated evidence for microbial, metabolic, and inflammatory abnormalities across different PSD severity levels, but still require validation in larger samples, longitudinal cohorts, and mechanistic studies.

ترجمه فارسی چکیده

افسردگی پس از سکته مغزی (PSD) یک عارضه شایع است که بر پیش‌بینی بیمار تأثیر می‌گذارد. این مطالعه هدف داشت تا روابط بین اکوسیستم میکروبی روده، پروفایل‌های متابولیک و پاسخ‌های التهابی در سطوح مختلف شدت PSD را به طور سیستماتیک توصیف کند. در ۹۱ بیمار با شدت‌های مختلف PSD و کنترل‌های بدون PSD، توالی‌یابی متاژنومیک، متابولومیک بدون هدف و آنالیز سیتوکین‌های سرم انجام شد. تحلیل‌های بیوانفورماتیک برای ساخت شبکه‌های همبستگی چند-اومیک و مدل‌های یادگیری ماشین استفاده شد. نتایج نشان داد که بیماران PSD تنوع آلفا میکروبی روده را به طور معنی‌داری افزایش داده‌اند. افسردگی خفیف با فعال‌سازی سیگنال‌دهی عصبی جبرانی مشخص می‌شد، در حالی که گروه افسردگی متوسط اختلالات متابولیک مرتبط با متابولیسم تریپتوفان/ایندول، ناهماهنگی‌های متابولیک مرتبط با استرس اکسیداتیو و عملکرد فروپاشی را نشان داد. تحلیل‌های بیشتر نشان داد که Alistipes، Blautia_A، Evtepia gabavorous و Lachnospira به ترتیب با ویژگی‌های التهابی، تغییرات متابولیک مرتبط با GABA، متابولیسم اسیدهای آمینه آروماتیک/ایندول و متابولیسم لیپید-اسید آمینه مرتبط هستند. در چارچوب اعتبارسنجی متقاطع ۱۰-گانه، عملکرد مدل‌های ترکیبی چند-اومیک ناهمگونی را نشان داد، اما برخی ترکیبات همچنان توان تشخیصی بهتری نسبت به رویکردهای تک-اومیک داشتند. این مطالعه شواهد چند-اومیک ارائه می‌دهد که نشان‌دهنده روابط بین سطوح مختلف شدت PSD و ویژگی‌هایی مانند افزایش فراوانی Alistipes، کاهش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی و تغییرات متابولیسم تریپتوفان است. این مطالعه ترکیب‌های بالقوه نشانگر را برای طبقه‌بندی PSD ارائه می‌کند و پیشنهاد می‌کند که میکروبیوم روده می‌تواند هدف بالقوه برای مداخلات آینده باشد. در مجموع، PSD ممکن است با تغییرات پویا در محور «روده-مغز-التهاب-متابولیسم» مرتبط باشد. این یافته‌ها شواهد یکپارچه‌ای برای ناهنجاری‌های میکروبی، متابولیک و التهابی در سطوح مختلف شدت PSD ارائه می‌دهند، اما همچنان نیاز به تأیید در نمونه‌های بزرگتر، کواهی‌های طولی و مطالعات مکانیزمی دارند.

متن کامل اصلی