抗结核药物对肠道菌群影响及干酪乳杆菌补充改善效果的实验研究

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目的:抗结核药物连续大剂量应用对肠道微生物稳态及胃肠道耐受性提出挑战,一线抗结核药物为肠道微生物改变的主要驱动因素。本研究拟通过抗结核药物实验及干酪乳杆菌(Lactobacillus casei,L.casei)ATCC334补充实验,探讨抗结核药物(利福平与异烟肼组合、吡嗪酰胺)对肠道菌群及其SCFA产物的影响,进一步研究干酪乳杆菌对肠道微生物和肠道屏障的潜在保护作用,为通过膳食补充辅助改善抗结核药物所致胃肠道不良反应提供理论基础。方法:(1)实验一:雄性Wistar大鼠30只(7~8周龄,230~250g)随机分为3组(10只/组):对照组、异烟肼+利福平模型组(HR)、吡嗪酰胺模型组(PZA)。CN组、HR组和PZA组分别给予0.5%羧甲基纤维素钠(CMC)、HR混悬液、PZA混悬液。干预时间为6周,期间进行体重、摄食量记录;收集干预前、干预2周和6周的粪便,高通量测序16s r RNA进行肠道菌群多样性分析,GC-Q-MS平台进行粪便短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFA)的靶标分析,并进行关联分析。(2)实验二:探讨干酪乳杆菌补充对异烟肼+利福平所致肠道菌群变化的改善作用及对两者对其他肠屏障的作用,设定4个组(10只/组):对照组,HR模型组,HR+低剂量干酪乳杆菌ATCC334组(LLc)、HR+高剂量干酪乳杆菌ATCC334组(HLc)。每组每日给予2次灌胃,间隔2 h。初次灌胃时,CN组、HR组给予0.9%生理盐水,LLc组、HLc组分别给予L.casei ATCC334溶液1.0×10~9CFU/kg·d和2.0×10~9CFU/kg·d。2小时后,对照组给予0.5%CMC,其余各组给予HR混悬液。干预时间为6周,粪便收集、高通量测序及SCFA的靶标分析同实验一。干预结束后主动脉取血,分离血清,鲎试剂和酶联免疫吸附法分别测定血清的脂多糖(LPS)和β-防御素-2;留取回肠及结肠相应样本,多聚甲醛保存的结肠进行HE染色观察组织的形态结构、病理组织学评分及杯状细胞计数;ELISA法测定黏液黏蛋白2(MUC2)和肠道溶菌酶、白介素6(IL-6)、白介素10(IL-10)、白介素12P70(IL-12p70)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量;Spearman回归分析差异肠道屏障指标与肠道微生物的关系。结果:(1)抗结核药物对大鼠肠道菌群及SCFA影响的实验结果显示,在干预结束后,与对照组相比,2周的异烟肼+利福平处理导致肠道菌群OTU数目降低34.5%(P=0.038),Chao 1指数和Shannon指数分别降低33.4%(P=0.028)和24.1%(P=0.016),厚壁菌门的相对丰度的降低34.1%(P=0.038)。2周的吡嗪酰胺用药导致OTU降低12.6%(P=0.057),ACE指数降低、Chao 1指数和Shannon指数分别降低16.0%(P=0.004)、15.4(P=0.001)和72.3%(P<0.001),Simpson指数升高84%(P<0.001)。6周时,与对照组相比,HR组OTU降低18.6%(P=1.0),差异无统计学意义;Ace指数降低19.4%(P=0.017),Chao1指数降低25.4%(P=0.028)。用药结束时,异烟肼+利福平处理主要造成了肠道厚壁菌门、拟杆菌某些细菌属的变化,包括毛螺菌科_NK4A136_group降低150倍(P=0.023),瘤胃球菌科UCG-005菌属增加7倍(P=0.023)、拟杆菌属降低9倍(P=0.007)。对于异烟肼+利福平应用,6周时,与对照组相比,HR组的丁酸、戊酸和己酸水平分别降低73.0%(P=0.003)、46.5%(P=0.009)和95.6%(P=0.01)。6周的肠道微生物与SCFA的相关性分析结果表明,拟杆菌属、毛螺菌科_NK4A136_group和Marvinbryantia与粪便SCFA(丁酸、戊酸和己酸)含量有关。毛螺菌科_NK4A136_group的相对丰度与丁酸(r=0.69,P=0.018)、戊酸(r=0.64,P=0.033)、己酸(r=0.68,P=0.022)含量正相关。拟杆菌属的相对丰度与丁酸(r=-0.83,P=0.002)、戊酸(r=-0.74,P=0.009)、己酸(r=-0.77,P=0.005)含量负相关。Marvinbryantia的相对丰度与丁酸(r=-0.68,P=0.022)、戊酸(r=-0.69,P=0.018)、己酸(r=-0.79,P=0.004)含量负相关。(2)干酪乳杆菌补充对抗结核药物导致肠道菌群变化及SCFA水平影响的实验。2周时,低、高剂量干酪乳杆菌干预组的OTU数目、多样性指数、微生物结构、SCFA水平与HR组相似,无统计学差异(P>0.05)。干预6周后,秩和检验显示LLc组和HLc组乳酸杆菌的相对丰度均高于HR,但无统计学差异。LLc组、HLc组和HR组的毛螺菌科_NK4A136_group(P<0.02)水平相似。另外,与对照组相比,HLc组的布劳特氏菌的相对丰度显著增加(P<0.01)。6周干预后,与对照组相比,HR组的丁酸、戊酸、己酸含量分别降低14.9±10.5μg/g(P=0.003)、1.51±0.88μg/g(P=0.009)和2.39±2.13μg/g(P=0.01)。与HR组相比,LLc组和HLc组的丁酸含量分别提高2.63±0.37μg/g(P=0.890)和3.41±0.52μg/g(P=1.0),戊酸含量分别提高4.35±0.88μg/g(P=1.0)和2.78±2μg/g(P=1.0)。低、高剂量干酪乳杆菌干预组的总SCFA、丁酸和戊酸含量仍显著低于对照组。(3)肠道黏膜结构及功能分析结果显示,与对照组相比,异烟肼+利福平处理降低了结肠的杯状细胞比例和黏液粘蛋白2含量(P<0.50)。高剂量干酪乳杆菌干预显著增加了结肠的杯状细胞比例和结肠黏液粘蛋白2水平(P<0.05)。与对照组相比,干酪乳杆菌干预分别增加了结肠分泌型免疫球蛋白A(s Ig A)和白细胞介素10(IL-10)水平(P<0.50)。高剂量干酪乳杆菌组的的β-防御素-2,IL-10和s Ig A水平显著高于HR组(P<0.50)。Spearman相关分析显示结肠MUC2水平与厚壁菌门的布劳特氏菌属(r=0.41,P=0.05)、苏黎世杆菌(r=0.48,P=0.03)、Roseburia(r=0.50,P=0.04)和[Ruminococcus]_gauvreauii_group(r=0.59,P<0.001)呈正相关。结论:异烟肼与利福平联合应用可改变肠道菌群组成并伴随短链脂肪酸水平的降低,补充干酪乳杆菌改善大鼠的腹泻程度,可能与其调节肠道菌群、短链脂肪酸及黏蛋白2,提高免疫因子水平有关。
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