真可怕——美味的油炸竟然會誘發(fā)焦慮和抑郁

       西方飲食模式與心理健康有著不利的聯(lián)系。然而，習(xí)慣性食用油炸食品對焦慮和抑郁的長期影響及其內(nèi)在機制仍不清楚。本文對 140,728 人進(jìn)行的人群研究顯示，經(jīng)常食用油炸食品，尤其是油炸土豆，與焦慮和抑郁風(fēng)險分別增加 12% 和 7% 密切相關(guān)。這種關(guān)聯(lián)在男性和年輕消費者中更為明顯。長期接觸油炸食品中具有代表性的食品加工污染物--丙烯酰胺會加劇斑馬魚的暗性趨向和趨觸性，并進(jìn)一步損害成年斑馬魚的探索能力和社會性，表現(xiàn)出類似焦慮和抑郁的行為。此外，丙烯酰胺還能顯著下調(diào)與血腦屏障通透性有關(guān)的 tjp2a 基因表達(dá)。多組學(xué)分析表明，長期暴露于丙烯酰胺會誘發(fā)腦脂質(zhì)代謝紊亂和神經(jīng)炎癥。PPAR 信號通路介導(dǎo)了丙烯酰胺誘導(dǎo)的斑馬魚腦脂質(zhì)代謝紊亂。尤其是，長期暴露于丙烯酰胺會導(dǎo)致鞘脂和磷脂代謝失調(diào)，這在焦慮和抑郁癥狀的發(fā)展中起著重要作用。此外，丙烯酰胺還會促進(jìn)脂質(zhì)過氧化和氧化應(yīng)激，從而參與腦神經(jīng)炎癥。丙烯酰胺會顯著增加脂質(zhì)過氧化標(biāo)志物，包括 (±)5-HETE、11(S)-HETE 和 5-oxoETE，并上調(diào)促炎脂質(zhì)介質(zhì)的表達(dá)，如 (±)12-HETE 和 14(S)-HDHA，這表明長期暴露于丙烯酰胺后大腦炎癥狀態(tài)升高。這些結(jié)果從流行病學(xué)和機理兩方面為揭示丙烯酰胺誘發(fā)焦慮和抑郁的機制提供了有力證據(jù)，并強調(diào)了減少油炸食品攝入對心理健康的重要意義。本文于2023年5月發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA》IF：11.1期刊上。

技術(shù)路線

主要的實驗結(jié)果

1、油炸食品飲食與焦慮和抑郁癥狀的發(fā)生有關(guān)

       為評估油炸食品攝入量與焦慮和抑郁癥狀的關(guān)系，作者排除了缺乏飲食記錄、焦慮狀態(tài)、抑郁狀態(tài)和/或其他精神健康狀況信息的參與者，最終從英國生物庫研究中招募了140728人（圖1A）。圖1B顯示了根據(jù)油炸食品消費情況劃分的參與者的基線特征。在平均11.3年的隨訪期間，分別發(fā)現(xiàn)了8294和12735例焦慮和抑郁癥狀。與非食用者相比，每天食用超過一份油炸食品的參與者更可能是男性、年輕人和活躍的吸煙者。此外，他們的體重指數(shù)較高，家庭收入和教育水平較低，維生素補充劑使用率較低，能量攝入量較高。

圖1 研究設(shè)計和研究參與者的基本特征

2、長期暴露于丙烯酰胺誘導(dǎo)斑馬魚焦慮樣行為特征通過加劇暗性趨向和趨觸性

       在人體研究中，膳食暴露于丙烯酰胺（油炸食品中的一種典型加工污染物）與焦慮和抑郁癥狀之間的因果關(guān)系和作用機制仍不清楚。作者隨后建立了一個長期暴露于丙烯酰胺的斑馬魚模型（AB 株），以研究丙烯酰胺如何誘導(dǎo)焦慮和抑郁（圖 2A）。長期暴露于丙烯酰胺（0.5 mM）180 d 會導(dǎo)致雄性斑馬魚的體重和體長分別顯著下降（圖 2 B 和 C）。值得注意的是，在低濃度水平（0.125、0.25 和 0.5 mM）下長期暴露于丙烯酰胺，通過觀察成體斑馬魚的游動軌跡，可以明顯地增強它們的趨暗性，從而在光/暗偏好試驗中誘發(fā)類似焦慮的行為（圖 2D），這表明在黑暗區(qū)域花更多時間的斑馬魚的焦慮程度更高。進(jìn)一步評估了暗區(qū)棲息（焦慮樣行為的指標(biāo)）及其顯著性水平，其中暗區(qū)棲息的距離、持續(xù)時間、潛伏期和穿越時間等參數(shù)與暗區(qū)棲息密切相關(guān)。具有代表性的雷達(dá)圖和可視化熱圖顯示，與對照組相比，高暴露組（0.5 mM丙烯酰胺）斑馬魚的游泳軌跡發(fā)生了顯著變化（圖 2 E 和 F）。就行為軌跡的詳細(xì)參數(shù)而言，長期暴露于 0.5 mM 丙烯酰胺會顯著提高暗區(qū)的游泳時間和距離比，而抑制亮區(qū)的游泳時間和距離比（圖 2 G 和 H）。此外，還發(fā)現(xiàn)在丙烯酰胺暴露組中，斑馬魚在暗區(qū)的凝滯時間呈劑量依賴性增加趨勢；但在亮區(qū)的趨勢似乎并不明顯（圖 2I）。為進(jìn)一步確定斑馬魚的焦慮狀態(tài)，統(tǒng)計了所有組別斑馬魚在光區(qū)和暗區(qū)之間的穿越時間。直方圖結(jié)果顯示，水體暴露于中等濃度和高濃度（0.25 和 0.5 mM）的丙烯酰胺 180 天后，斑馬魚的穿越時間顯著增加（圖 2J）。影片顯示，與對照組的斑馬魚相比，丙烯酰胺處理組的斑馬魚在暗區(qū)停留的時間更長，在明區(qū)和暗區(qū)之間游動的次數(shù)更多，表明其焦慮程度更高。將測試結(jié)果匯總后，分層聚類分析得出結(jié)論：長期使用丙烯酰胺會顯著增加斑馬魚的趨暗性（圖 2K）。

圖2 長期暴露于丙烯酰胺（AA）的斑馬魚在光/暗偏好測試中的行為特征

3、長期暴露于丙烯酰胺會降低斑馬魚的探索能力并損害其社會性從而誘發(fā)焦慮和抑郁樣行為

       當(dāng)斑馬魚遷移到一個新的環(huán)境時，它們會潛入并停留在安全的家園尋求保護(hù)，直到它們感到足夠安全，才會探索陌生的環(huán)境。游泳軌跡顯示，對照組斑馬魚能迅速探索和適應(yīng)新環(huán)境，但長期暴露于丙烯酰胺會降低斑馬魚適應(yīng)陌生環(huán)境的能力（圖 3A）?？梢暬療釄D顯示，與對照組相比，丙烯酰胺暴露組斑馬魚的游泳軌跡發(fā)生了顯著變化（圖 3B）。此外，還發(fā)現(xiàn)在丙烯酰胺暴露組中，1 區(qū)的游泳時間和距離比呈劑量依賴性下降趨勢；長期暴露于丙烯酰胺（0.5 mM）會顯著減少 1 區(qū)的游泳時間和距離，而增加 2 區(qū)的游泳時間和距離（圖 3 C 和 D）。

       在社會性偏好測試中，與對照組相比，暴露于丙烯酰胺組斑馬魚游泳軌跡的代表性雷達(dá)圖和可視化熱圖顯示了斑馬魚社會性偏好的顯著變化，表明長期暴露于丙烯酰胺會顯著損害斑馬魚的社會性（圖 3 E-G）。在行為軌跡的詳細(xì)參數(shù)方面，長期暴露于丙烯酰胺（0.5 mM）會顯著增加左區(qū)的游泳時間和距離比，而降低右區(qū)的游泳時間和距離比（圖 3 H 和 I）。值得注意的是，長期暴露于丙烯酰胺（0.5 mM）會顯著增加穿越中線的時間和次數(shù)（圖 3 J 和 K）。此外，分層聚類分析（圖 3L）也支持上述結(jié)果。綜上所述，長期暴露于丙烯酰胺180天會降低斑馬魚的探索能力和社會性，從而增加斑馬魚出現(xiàn)焦慮和抑郁癥狀的風(fēng)險。

圖3 丙烯酰胺長期暴露對斑馬魚在新對象探索試驗和社會偏好試驗中的行為特征

4、長期暴露于丙烯酰胺會誘發(fā)腦脂質(zhì)代謝紊亂和免疫反應(yīng)

       為闡明丙烯酰胺誘導(dǎo)斑馬魚行為異常和生長遲緩的內(nèi)在機制，接下來對長期暴露于丙烯酰胺的斑馬魚大腦進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。主成分分析（PCA）表明，六個樣本被明顯區(qū)分為兩組（圖 4A）。與對照組相比，丙烯酰胺（0.5 mM）處理組有 466 個差異表達(dá)基因（DEGs），包括 173 個上調(diào)基因和 293 個下調(diào)基因（圖 4B）?；谶@些 DEGs，最終篩選出了 10 個在 BP 中富集的 GO 術(shù)語（圖 4C）。結(jié)果表明，BP 中最多的術(shù)語是免疫反應(yīng)、免疫系統(tǒng)過程、抗原處理和表達(dá)、多細(xì)胞生物過程和對脂質(zhì)的反應(yīng)。此外，6 個 KEGG 通路因長期暴露于丙烯酰胺而明顯富集（圖 4D），它們涉及花生四烯酸代謝、氨基酸的生物合成、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、JAK-STAT 信號通路、亞油酸代謝和 PPAR 信號通路。隨后，在蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中，與免疫反應(yīng)和脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因表達(dá)產(chǎn)物之間的相互作用最為明顯（圖 4E）。還發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、PPAR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和 JAK-STAT 信號通路相關(guān)基因表達(dá)產(chǎn)物之間的相互作用（圖 4F）?；虮磉_(dá)上調(diào)和下調(diào)的變化情況見直方圖和熱圖（圖 4G）。值得注意的是，與脂質(zhì)反應(yīng)相關(guān)的通路被抑制（圖 4H）。總之，這些研究結(jié)果表明，長期暴露于丙烯酰胺會誘導(dǎo)由 PPAR 信號通路介導(dǎo)的腦脂質(zhì)代謝紊亂，并引起免疫反應(yīng)。

圖4 慢性暴露于丙烯酰胺誘導(dǎo)脂質(zhì)擾動和炎癥反應(yīng)基于DEGs分析

5、長期暴露于丙烯酰胺會通過擾亂脂質(zhì)代謝和炎癥反應(yīng)誘發(fā)焦慮和抑郁癥狀

       作者此前通過斑馬魚的腦組織脂質(zhì)代謝組檢測明確了腦脂質(zhì)代謝紊亂與丙烯酰胺誘導(dǎo)的焦慮和抑郁癥狀有關(guān)。為進(jìn)一步研究了暴露于丙烯酰胺導(dǎo)致斑馬魚大腦脂質(zhì)代謝功能障礙的內(nèi)在機制。脂質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的整合分析可增強對潛在生物過程的理解，并能在系統(tǒng)水平上把握暴露于有毒物質(zhì)的作用機制。目前，利用脂質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)對基于通路的全息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，有利于在 KEGG 數(shù)據(jù)庫定義的網(wǎng)絡(luò)分支點發(fā)現(xiàn)基因與代謝物之間的關(guān)系。在此，作者評估并確定了具有統(tǒng)計學(xué)意義的基因和脂質(zhì)代謝物數(shù)據(jù)集，表明這些重要基因和脂質(zhì)之間存在密切的相互作用（圖 5A）。同時，從轉(zhuǎn)錄組圖譜中富集的 KEGG 通路顯示，暴露于丙烯酰胺會干擾 PPAR 信號通路、JAK-STAT 信號通路、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運、氨基酸的生物合成以及亞油酸和花生四烯酸的代謝。此外，進(jìn)行了基于通路的脂質(zhì)組學(xué)-轉(zhuǎn)錄組學(xué)整合分析，以研究丙烯酰胺暴露對 PPAR 信號通路和脂質(zhì)代謝的影響（圖 5B）。

圖5 慢性暴露于丙烯酰胺通過PPAR信號通路干擾膽固醇代謝和花生四烯酸代謝

       總之，長期暴露于丙烯酰胺，一方面會通過PPAR信號通路導(dǎo)致腦部脂質(zhì)代謝紊亂，表現(xiàn)為鞘脂類和磷脂類豐度下降，一方面會因ROS升高引起神經(jīng)炎癥，兩者共同作用最終導(dǎo)致焦慮和抑郁樣行為。

圖6 丙烯酰胺在斑馬魚中的作用示意圖

實驗方法

受試者數(shù)據(jù)收集，油炸食品、油炸白肉和油炸土豆消耗量的測量，抑郁和焦慮癥狀的結(jié)果測量，協(xié)變量分析，斑馬魚模型構(gòu)建，明暗箱實驗，新型潛水實驗，新目標(biāo)探索實驗，社會偏好實驗，HE染色，油紅O染色，轉(zhuǎn)錄組測序，qRT-PCR，脂質(zhì)組分析，轉(zhuǎn)錄組和脂質(zhì)組的聯(lián)合分析，腦神經(jīng)遞質(zhì)檢測

參考文獻(xiàn)

Wang A, Wan X, Zhuang P, Jia W, Ao Y, Liu X, Tian Y, Zhu L, Huang Y, Yao J, Wang B, Wu Y, Xu Z, Wang J, Yao W, Jiao J, Zhang Y. High fried food consumption impacts anxiety and depression due to lipid metabolism disturbance and neuroinflammation. Proc Natl Acad Sci USA. 2023 May 2;120(18):e2221097120. doi: 10.1073/pnas.2221097120. PMID: 37094155.