头孢引起的肠道菌群及免疫异常或可通过益生菌益生元复合制剂改善

人体内大约有100万亿种微生物生活在肠道中。肠道微生物不仅数量庞大，而且种类繁多。不同的微生物执行不同的功能，共同维持肠道微生态的稳定性[1]。肠道菌群与宿主的生理健康密切相关，肠道菌群失调可能导致代谢性疾病[2]，神经系统疾病[3-4]，心血管疾病[5]和炎性肠疾病[6]。此外，肠道菌群也与人体的免疫系统密切相关。体内70%的淋巴细胞存在于肠道相关淋巴组织中，体内微生物的平衡对正常的免疫功能具有重要意义。例如，某些细菌可以通过激活Toll样受体（TLR）来促进组织修复和保护免受损伤的急性炎症反应。

研究表明，肠道菌群的变化会影响肠道远端器官的免疫力和炎症[7]。近年来，由于抗生素的广泛应用，肠道菌群受到严重影响。研究发现，生命早期接触抗生素会导致一些菌群的改变，在此基础上还会增加肥胖、过敏、炎症性肠病的发病风险[8-9]。研究表明，长期使用头孢曲松钠可导致成年小鼠肠道菌群失调、肠道组织学损伤、生长抑制、脾脏指数下降[10]。

合生素是将益生菌和益生元结合在一起的生物制剂，其特点是同时发挥益生菌和益生元的作用。目前的研究表明，某些合生元可以减轻炎症性肠病，降低炎症标志物水平[11]，并能选择性地调节肠道菌群的组成[12]。乳酸双歧杆菌HN019和乳酸双歧杆菌V9具有调节肠道菌群的功能[13]，提高抗炎和抗氧化能力[14]，并提高免疫力[15-16]。

研究以乳酸双歧杆菌V9、乳酸双歧杆菌HN019和益生元组成的合生制剂（低聚果糖、乳糖醇、聚葡萄糖），探讨头孢曲松钠对成年小鼠免疫因子和肠道菌群的影响。同时深入探讨上述合生元制剂的改善效果。

1、材料与方法

1.1、材料和设备

头孢曲松；益生菌复合制剂；动物组织RNA提取试剂盒；SsoFastEvaGreenSupermix；IL-10；双歧杆菌属引物；粪便细菌DNA提取试剂盒；高通量测序；Chemray240全自动生化分析仪；752型紫外可见分光光度计。

1.2、方法

1.2.1、实验动物的处理

45只4周龄雄性Balb/c小鼠随机分为3组（空白组、头孢曲松组、头孢曲松+复方制剂组），每组15只。空白组给予生理盐水、头孢曲松组灌胃给药、头孢曲松+复方制剂组。先用头孢曲松灌胃，间隔至少2小时后再用益生菌和益生元复方制剂。头孢曲松的剂量为200mg/mL （0.2mL/次，一日一次）和益生菌与益生元复合制剂的菌悬液浓度为5×109CFU/mL。每只小鼠每天灌胃0.2 mL溶液，益生菌复合制剂组补充0.2 mL益生菌和益生元复合制剂，共30天。

1.2.2、实验测定及分析方法

采用逆转录实时荧光定量PCR、高通量测序等测定方法，统计分析采用Graphpad prism7.0统计软件对数据进行分析。

2、结果

2.1、体质量结果

可以看出，实验结束后，与空白组相比，头孢曲松+复方制剂组小鼠体重明显降低（P<0.05）。

2.2、脾脏细胞因子IL-10mRNA的检测结果

与空白组相比，头孢曲松组小鼠脾脏IL—10 mRNA表达呈下降趋势，但差异无统计学意义。而头孢曲松+复方制剂组小鼠脾脏IL-10mRNA的表达明显高于头孢曲松组（P＜0.05）。另外，头孢曲松+复方制剂组小鼠脾脏IL-10mRNA的表达高于空白组，差异无统计学意义。

2.3、粪便中双歧杆菌含量的检测结果

与空白组相比，头孢曲松组小鼠粪便中双歧杆菌数量有减少的趋势，但差异无统计学意义。同时，头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便中双歧杆菌数量明显高于头孢曲松组（P＜0.05）。

2.4、高通量测序

2.4.1、粪便菌群α—多样性

在α—多样性指标中，头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便菌群α—多样性的五项指标均明显低于空白组（P＜0.05）。头孢曲松组小鼠粪便中Shannon菌群和Simpson菌群均显著低于空白组（P<0.05）。

2.4.2、门水平群落的组成情况

与空白组相比，头孢曲松组小鼠粪便中拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形杆菌门（Proteobacteria）明显减少，厚壁菌门（Firmicutes）明显增加。与头孢曲松组相比，头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便中变形杆菌含量恢复，厚壁菌门含量下降，放线菌（放线菌）含量上升。

与空白组相比，头孢曲松组和头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便中厚壁菌与拟杆菌的比值均显著升高（P＜0.05）。

2.4.3、属水平群落的组成情况

头孢曲松和空白组相比，小鼠粪便肠球菌(肠球菌)、厌氧菌属(厌氧菌属)、支原体(支原体)、葡萄球菌(葡萄球菌)和链球菌(链球菌)、类杆菌(杆菌)、乳杆菌(乳酸菌)、Allopvotella(假单胞菌)含量下降。与头孢曲松组相比，头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便肠球菌数明显减少。

2.4.3、属水平群落的组成情况

头孢曲松和空白组相比，小鼠粪便肠球菌(肠球菌)、厌氧菌属(厌氧菌属)、支原体(支原体)、葡萄球菌(葡萄球菌)和链球菌(链球菌)、类杆菌(杆菌)、乳杆菌(乳酸菌)、Allopvotella(假单胞菌)含量下降。与头孢曲松组相比，头孢曲松+复方制剂组小鼠粪便肠球菌数明显减少。

3、研究结果

本研究发现，给药头孢曲松后，小鼠脾脏中IL-10基因的表达有下降的趋势。益生菌复合制剂的使用改善了这一趋势，甚至高于在空白组小鼠脾脏中IL-10的基因表达。IL—10是一种抗炎因子，在调节宿主对病原体的免疫反应、防止宿主免疫损伤和维持正常组织内环境稳定中起核心作用。用于以慢性炎症为特征的肥胖、糖尿病等疾病的预防和治疗备受关注[27-29]。IL-10可下调肠道菌群定植介导的黏膜炎症因子，肠道菌群可诱导肠道B细胞产生IL-10减轻T细胞介导的小鼠结肠炎[30]。以上结果表明，该益生菌复合制剂的给药显著改善了头孢曲松所致抗炎因子基因表达的降低，促进了机体的抗炎能力，并具有一定的免疫调节能力。

此研究还发现使用头孢曲松可导致小鼠肠道菌群α-多样性下降，而添加益生菌复合制剂并不能逆转多样性下降。α-多样性是研究最广泛的生态特性之一，由于其与微生物生产力、功能和稳定性的关系，被广泛报道并用作生态系统状态的指标[31-34]。然而，相关研究表明，菌群多样性并不是越多越好，要明确多样性变化所代表的意义，需要结合肠道菌群结构的变化来进行分析[35]。在本此实验中，头孢曲松的使用几乎消除了小鼠肠道内的拟杆菌门，降低了各种肠道优势菌群的相对丰度，增加了厚壁菌门的相对丰度，使小鼠肠道菌群受到干扰。门级菌群结构的变化将导致头孢曲松组小鼠肠道菌群的F/B值（厚壁菌门/拟杆菌门）显著增加。

总之，在本研究中使用头孢曲松导致小鼠脾脏中抗炎因子IL-10 mRNA的表达减少，双歧杆菌含量减少，肠道菌群紊乱。头孢曲松干预后，同时使用益生菌复方制剂，使小鼠免疫功能得到明显恢复，促进抗炎因子IL-10的产生，显著提高小鼠肠道内双歧杆菌的含量，并在一定程度上抑制致病菌的生长。上述变化表明，益生菌复合制剂具有改善机体免疫异常、抑制炎症反应、调节肠道菌群的作用。

参考文章：

蒋丰岭,郭佳汶,程如越,沈曦,杜志琳,樊三虎,刘海燕,李鸣,何方.益生菌益生元复合制剂对头孢曲松引起的肠道菌群及免疫异常改善效果的研究[J].中国抗生素杂志,2021,46(09):884-890. 

参考文献：

[1]ValdesAM,WalterJ,SegalE,etal.Roleofthegutmicrobiotainnutritionandhealth[J].BMJ(ClinRes),2018,361:k2179.

[2]FändriksL.Rolesofthegutinthemetabolicsyndrome:anoverview[J].JInternMed,2017,281(4):319-336.

[3]ShenY,XuJT,LiZY,etal.Analysisofgutmicrobiotadiversityandauxiliarydiagnosisasabiomarkerinpatientswithschizophrenia:Across-sectionalstudy[J].SchizophrRes,2018,197:470-477.

[4]KellyJR,BorreY,O'BrienC,etal.Transferringtheblues:Depression-associatedgutmicrobiotainducesneurobehaviouralchangesintherat[J].JPsychiatrRes,2016,82,109-118.

[5]MiyamotoJ,KasubuchiM,NakajimaA,etal．Theroleofshort-chainfattyacidonbloodpressureregulation[J]．CurrOpinNephrolHypertens,2016,25:379-383．

[6]WangW,ChenL,ZhouR,etal．IncreasedproportionsofBifidobacteriumandtheLactobacillusgroupandlossofbutyrate-producingbacteriaininflammatoryboweldisease[J]．J.Clin.Microbiol,2014,52:398-406．

[7]门昌君,张国梁,王飒.肠道微生态与人体疾病相关性研究现状[J].继续医学教育,2020,34(03):142-145.

[8]周玮忻,苗钟化,程如越,等.生命早期使用头孢曲松对生命后期高脂饲料负荷小鼠糖脂代谢的影响[J].卫生研究,2020,49(01):92-97.

[9]ChengRY,GuoJW,PuFF,etal.Loadingceftriaxone,vancomycin,andBifidobacteriabifidumTMC3115toneonatalmicecoulddifferentlyandconsequentlyaffectintestinalmicrobiotaandimmunityinadulthood[J].SciRep.,2019,9(1):3254.

[10]GuoYJ,YangXF,QiYN,etal.Long-termuseofceftriaxonesodiuminducedchangesingutmicrobiotaandimmunesystem[J].SciRep,2017,7:43035.

[11]KazemiA,SoltaniS,GhorabiS,etal.Effectofprobioticandsynbioticsupplementationoninflammatorymarkersinhealthanddiseasestatus:Asystematicreviewandmeta-analysisofclinicaltrials[J].ClinNutr,2020,39(3):789-819.

[12]AntonellaG,GiovannaP,AntonioG,etal.Modulationofmicrobiotaastreatmentforintestinalinflammatorydisorders:Anuptodate[J].WorldJGastroenterol,2016,22(32):7186-7202.

[13]AhmedM,PrasadJ,GillH,etal.ImpactofconsumptionofdifferentlevelsofBifidobacteriumlactisHN019ontheintestinalmicrofloraofelderlyhumansubjects[J].JNutr,HealthAging,2007,11(1):26-31.

[14]BerniniLucianaJ,SimãoAndréaNColado,deSouzaCínthiaHB,etal.EffectofBifidobacteriumlactisHN019oninflammatorymarkersandoxidativestressinsubjectswithandwithoutthemetabolicsyndrome[J].BrJNutr,2018,120(6):645-652.

[15]GillHS,RutherfurdKJ,PrasadJ,etal.EnhancementofnaturalandacquiredimmunitybyLactobacillusrhamnosus(HN001),Lactobacillusacidophilus(HN017)andBifidobacteriumlactis(HN019)[J].BrJNutr,2000,83(2):167-176.

[16]王记成,高鹏飞,周琦,等.双歧杆菌V9对便秘和腹泻患者的临床研究[J].营养学报,2011,33(01):70-74.

[17]何苗,李鸣,王舒悦,等.使用实时荧光定量PCR解析婴儿肠道双歧杆菌构建规律[J].四川大学学报(医学版),2016,47(04):527-532.

[18]HillC,GuarnerF,ReidG,etal.Expertconsensusdocument.theinternationalscientificassociationforprobioticsandprebioticsconsensusstatementonthescopeandappropriateuseofthetermprobiotic.[J].NatRevGastroHepat,2014,11(8):506-514.

[19]Plaza-DíazJ,Ruiz-OjedaFJ,Vilchez-PadialLM,etal.Evidenceoftheanti-inflammatoryeffectsofprobioticsandsynbioticsinintestinalchronicdiseases[J].Nutrients,2017,9(6):555

[20]BindelsLB,DelzenneNM,CaniPD,etal.Towardsamorecomprehensiveconceptforprebiotics[J].NatRevGastroenterolHepatol,2015,12(5):303-310.

[21]RastallRA,GibsonGR,Recentdevelopmentsinprebioticstoselectivelyimpactbeneficialmicrobesandpromoteintestinalhealth[J].CurrOpinBiotechnol,2015,32:42-46.

[22]HibberdAA,YdeCC,ZieglerML,etal.Probioticorsynbioticaltersthegutmicrobiotaandmetabolismin

arandomisedcontrolledtrialofweightmanagementinoverweightadults[J].BenefMicrobes,2019,10(2):121-135.

[23]KeXX,WalkerA,HaangeSB,etal.Synbiotic-drivenimprovementofmetabolicdisturbancesisassociatedwithchangesinthegutmicrobiomeindiet-inducedobesemice[J].MolMetab,2019,22:96-109.

[24]ScorlettiE,AfolabiPR,MilesEA,etal.Synbioticsalterfecalmicrobiomes,butnotliverfatorfibrosis,ina

randomizedtrialofpatientswithnonalcoholicfattyliverdisease[J].Gastroenterology,2020,158(6):1597-610e7.

[25]AflatoonianM,TaghaviAA,ModarresiSZ,etal.TheeffectofsynbioticsupplementationongrowthparametersinmildtomoderateFTTchildrenaged2-5years[J].ProbioticsAntimicrobProteins,2020,12(1):119-124.

[26]WestfallS,LomisN,PrakashS.LongevityextensioninDrosophilathroughgut-braincommunication[J].SciRepUK,2018,8(1):8362.

[27]CouperKN,BlountDG,RileyEM,etal.IL-10:themasterregulatorofimmunitytoinfection[J].J.Immunol.,2008,180(9),5771-5777.

[28]CyktorJC,TurnerJ.Interleukin-10andimmunityagainstprokaryoticandeukaryoticintracellularpathogens[J].Infect.Immun.,2011,79(8),2964-2973.

[29]IyerSS,ChengG.Roleofinterleukin10transcriptionalregulationininflammationandautoimmunedisease[J].CritRevImmunol,2012,32(1):23-63.

[30]MishimaY,OkaA,LiuB,etal.MicrobiotamaintaincolonichomeostasisbyactivatingTLR2/MyD88/PI3KsignalinginIL-10–producingregulatoryBcells[J].J.Clin.Investig.,2019,129(9):3702-3716.

[31]NaeemS,ThompsonLJ,LawlerSP,etal.Decliningbiodiversitycanaltertheperformanceofecosystems[J].Nature,1994,368:734–737.

[32]KennedyTA,NaeemS,HoweK,etal.Biodiversityasabarriertoecologicalinvasion[J].Nature,2002,417:636–638.

[33]IsbellF,CravenD,ConnollyJ,etal.Biodiversityincreasestheresistanceofecosystemproductivitytoclimateextremes[J].Nature,2015,526:574–577.

[34]DuffyJE,GodwinCM,CardinaleBJ.Biodiversityeffectsinthewildarecommonandasstrongaskeydriversofproductivity[J].Nature,2017,549:261-264.

[35]ReeseAT,DunnRR.Driversofmicrobiomebiodiversity:Areviewofgeneralrules,feces,andignorance[J].mBio,2018,9(4):e01294-18.