โรคซึมเศร้า
เหตุ > ทางชีวภาพ > สมมติฐานอื่น ๆ

การสร้างภาพสมองคนไข้ซึมเศร้าด้วย MRI พบโครงสร้างทางสมองที่แตกต่างจากบุคคลปกติ
งานวิเคราะห์อภิมานในงานศึกษาที่สร้างภาพสมองรายงานว่า เทียบกับกลุ่มควบคุม คนไข้ซึมเศร้ามีปริมาตรของโพรงสมองข้าง (lateral ventricles) และต่อมหมวกไตที่สูงกว่า และมีปริมาตรของ basal ganglia, ทาลามัส, ฮิปโปแคมปัส, และสมองกลีบหน้า (รวมทั้งส่วน orbitofrontal cortex และ gyrus rectus) ที่น้อยกว่า
ยังพบเขต Hyperintensities (เขตภาพที่มีสีเข้มกว่า) ในเนื้อขาวของสมอง ในคนไข้ที่เกิดโรคเมื่ออายุมากกว่าอีกด้วย ซึ่งทำให้เกิดทฤษฎี vascular depression (คือการไหลเวียนของเลือดที่ลดลงทำให้ซึมเศร้า)
ความซึมเศร้าอาจสัมพันธ์กับกระบวนการกำเนิดของเซลล์ประสาท (neurogenesis) ของฮิปโปแคมปัส
ซึ่งเป็นศูนย์ทางอารมณ์และความจำ
การเสียเซลล์ประสาทในฮิปโปแคมปัสบางครั้งพบในคนไข้ซึมเศร้า และมีสหสัมพันธ์กับความจำที่แย่ลงและอารมณ์ซึมเศร้า
ยาอาจจะเพิ่มระดับเซโรโทนินในสมอง และกระตุ้นการเกิดของเซลล์ประสาทและดังนั้นจะเพิ่มมวลรวมของฮิปโปแคมปัส
ซึ่งอาจจะช่วยฟื้นสภาพอารมณ์และความทรงจำ
ความสัมพันธ์ที่คล้าย ๆ กันก็พบด้วยระหว่างความซึมเศร้ากับบริเวณหนึ่งของ anterior cingulate cortex ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมพฤติกรรมที่ประกอบด้วยอารมณ์ (emotional behavior)
โปรตีน neurotrophin ประเภทหนึ่งที่มีส่วนในกำเนิดของเซลล์ประสาทก็คือ brain-derived neurotrophic factor (BDNF)
ระดับ BDNF ในน้ำเลือดของคนไข้ซึมเศร้าลดลงอย่างรุนแรง (ถึง 3 เท่า) เทียบกับปกติ
ยาแก้ซึมเศร้าจะเพิ่มระดับ BDNF ในเลือด
และแม้ว่า ระดับที่ลดลงของ BDNF ก็พบในโรคอื่น ๆ เหมือนกัน แต่ก็มีหลักฐานที่แสดงว่า BDNF เป็นเหตุส่วนหนึ่งของความซึมเศร้าและมีส่วนในกลไกการทำงานของยาแก้ซึมเศร้า
มีหลักฐานบ้างว่าโรคซึมเศร้าอาจมีเหตุส่วนหนึ่งมาจากระบบแกนไฮโปทาลามัส-พิทูอิทารี-อะดรีนัล (hypothalamic-pituitary-adrenal axis หรือ HPA axis) ที่ทำงานเกินไป โดยมีผลคล้ายกับการตอบสนองทางประสาท-ต่อมไร้ท่อต่อความเครียด
งานศึกษาได้พบระดับฮอร์โมน cortisol ที่สูงขึ้นและต่อมใต้สมองกับต่อมหมวกไตที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งแสดงว่า ปัญหาในระบบต่อมไร้ท่ออาจมีบทบาทในโรคจิตเวชบางอย่างรวมทั้ง MDD
และการปล่อย corticotropin-releasing hormone มากเกิดไปจากไฮโปทาลามัสเชื่อว่าเป็นตัวขับเคลื่อนกระบวนการนี้ และเป็นเหตุของอาการทางการรู้คิดและความตื่นตัว
นอกจากนั้นแล้ว ฮอร์โมนเพศหญิงคือเอสโทรเจน มีหลักฐานว่าเป็นเหตุของความผิดปกติเกี่ยวกับความซึมเศร้าเพราะว่าหญิงมีโอกาสเสี่ยงสูงขึ้นหลังจากถึงวัยเจริญพันธุ์ ระหว่างตั้งครรภ์ก่อนคลอด และมีอัตราโรคที่ลดลงเมื่อถึงวัยทอง (menopause)
แต่ว่านัยตรงกันข้ามกัน คือ ในช่วงก่อนระดูหรือหลังคลอดที่มีระดับเอสโทรเจนต่ำ ก็สัมพันธ์กับความเสี่ยงที่สูงขึ้นเช่นกัน
นอกจากนั้นแล้ว การขาดยา (withdrawal) ความผันผัว หรือระยะที่มีระดับเอสโทรเจนต่ำยังสัมพันธ์กับอารมณ์เศร้าอย่างสำคัญ
การสร้างความเสถียรหรือความคืนสภาพของระดับเอสโทรเจนสามารถรักษาความซึมเศร้าหลังคลอด ระหว่างวัยทอง และหลังวัยทองได้
งานวิจัยอื่นได้สำรวจบทบาทที่เป็นไปได้ของโมเลกุลที่จำเป็นต่อการทำงานของเซลล์ คือ cytokine
เพราะว่า อาการของโรคแทบจะเหมือนกับพฤติกรรมเมื่อป่วย (sickness behavior) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาของร่างกายเมื่อระบบภูมิคุ้มกันกำลังสู้กับการติดเชื้อ
ซึ่งแสดงความเป็นไปได้ว่า ความซึมเศร้าอาจจะมาจากพฤติกรรมเมื่อป่วยที่เป็นการปรับตัวผิด (maladaptive)
โดยเป็นผลจากความหมุนเวียนของ cytokine ที่ผิดปกติ
งานวิเคราะห์อภิมานเกี่ยวกับวรรณกรรมทางคลินิกแสดงบทบาทของ cytokine ที่สนับสนุนให้เกิดการอักเสบ (pro-inflammatory) โดยแสดงว่า มี cytokine ประเภท Interleukin 6 และ TNF-α ในเลือดคนไข้ซึมเศร้าในระดับที่สูงกว่ากลุ่มควบคุม
ความผิดปกติทางภูมิคุ้มกันเช่นนี้อาจทำให้ผลิต prostaglandin E₂ (ซึ่งทำให้เกิดไข้) มากเกินไป และการแสดงออกของยีน COX-2 (ซึ่งทำให้เกิดการอักเสบ) มากเกินไป
ความผิดปกติในการทำงานของเอนไซม์ indoleamine 2,3-dioxygenase และในเมแทบอลิซึมของทริปโตเฟน-kynurenine อาจทำให้เกิดเมแทบอลิซึมของทริปโตเฟน-kynurenine มากเกินไป ซึ่งก่อสารพิษต่อระบบประสาท (neurotoxin) คือ quinolinic acid ซึ่งช่วยให้เกิดโรคซึมเศร้า
และการออกฤทธิ์ของ NMDA ที่นำไปสู่การสื่อสัญญาณประสาทแบบ glutamatergic มากเกินไป ก็อาจมีบทบาทด้วยเหมือนกัน
ปัจจัยที่ทำให้เกิดการอักเสบเพิ่มขึ้นรวมทั้งอาหารที่ไม่สมบูรณ์ การสูบบุหรี่ และโรคอ้วน ล้วนสัมพันธ์กับความซึมเศร้า