抗生素诱导骨质疏松的新机制：肠道致病菌Klebsiella variicola及其胞外囊泡的促炎性骨丢失作用

本研究首次揭示常用抗生素甲硝唑（MET）通过肠道菌群紊乱诱发炎症性骨质疏松的新机制，锁定致病菌Klebsiella variicola（K. variicola）及其分泌的促炎胞外囊泡（EVs）为关键效应因子，证实靶向清除K. variicola可有效缓解骨丢失，为抗生素相关骨代谢疾病防治提供新靶点。

　　

抗生素的广泛应用在拯救生命的同时，其副作用日益受到关注。骨质疏松作为全球高发的骨骼疾病，传统认为与衰老和激素水平相关，但近年研究发现抗生素使用与骨量丢失存在关联。然而，不同种类抗生素对骨骼的影响机制尚不明确。甲硝唑（MET）作为治疗厌氧菌感染的一线药物，虽以胃肠道反应为主要已知副作用，但其对骨骼系统的潜在影响从未被探索。与此同时，肠道菌群（GM）通过"微生物-肠-骨轴"调控骨代谢的假说逐渐兴起，但具体致病菌种及其作用途径仍是未解之谜。

针对这一科学空白，中南大学湘雅医院运动系统损伤与修复研究中心的Xia Chen、Hongming Li等研究人员在《Gut Pathogens》发表重要成果。研究团队通过构建MET诱导的小鼠骨质疏松模型，首次揭示MET通过改变肠道菌群组成，促使条件致病菌Klebsiella variicola（K. variicola）异常增殖，其分泌的促炎性胞外囊泡（EVs）进入骨组织后激活炎症反应并促进破骨细胞分化，最终导致骨量丢失。这一发现不仅阐明了抗生素相关性骨质疏松的新机制，更为靶向干预肠道致病菌防治骨代谢疾病提供了理论依据。

研究采用μCT（微型计算机断层扫描）分析骨微结构、16S rRNA测序技术检测肠道菌群变化、透射电镜分离鉴定细菌EVs、TRAP（抗酒石酸酸性磷酸酶）染色评估破骨细胞活性等关键技术。动物实验采用3月龄雄性C57BL/6J小鼠，通过口服MET建立模型，并设置K. variicola定植组、K. var-EVs干预组及环丙沙星（CIP）治疗组进行机制验证。

MET treatment induces inflammatory bone loss in mice
通过8周MET干预，μCT显示小鼠股骨骨密度（BMD）显著降低，骨小梁体积分数（Tb.BV/TV）、厚度（Tb.Th）和数量（Tb.N）减少，分离度（Tb.Sp）增加，皮质骨厚度（Ct.Th）变薄，三点弯曲试验证实胫骨最大载荷下降。组织学分析显示骨髓中炎症细胞浸润增加，TRAP阳性破骨细胞数量上升，免疫组化检测到IL-1β和IL-6等促炎因子表达增强。

MET treatment induces GM dysbiosis and caused a significant increase in klebsiella variicola abundance
16S rRNA测序发现MET组肠杆菌科（Enterobacteriaceae）丰度显著升高，qPCR和MALDI-TOF MS鉴定优势菌为K. variicola。值得注意的是，结肠组织未见明显炎症，提示骨炎症反应可能由特定介质介导。

K.variicola transplantation induces inflammatory bone loss in mice
直接定植K. variicola的小鼠重现了MET组的骨表型：μCT参数恶化，骨强度降低，骨髓中破骨细胞增多且炎症因子表达上调，证实该菌可独立诱发骨质疏松。

Extracellular vesicles(EVs) of K.variicola triggers inflammatory responses and osteoclastic differentiation of macrophages in vitro
透射电镜分离的K. var-EVs在体外剂量依赖性促进RAW264.7巨噬细胞向TRAP阳性多核破骨细胞分化，并上调IL-1β和IL-6 mRNA表达。

K. var-EVs intervention induces inflammatory bone loss in vivo
口服K. var-EVs的小鼠出现与菌株定植相似的骨丢失和炎症激活，证实EVs是K. variicola致病的关键效应载体。

Suppression of K.variicola using Ciprofloxacin(CIP)effectively attenuates MET-induced osteoporosis in mice
药敏试验证实CIP对K. variicola的敏感性，其干预可逆转MET引起的肠杆菌科增殖、骨炎症反应和骨微结构破坏，从治疗角度验证了该菌的核心作用。

这项研究开创性地描绘了"抗生素-肠道菌群-骨代谢"的完整调控链条：MET→肠道菌群失调→K. variicola增殖→分泌促炎EVs→骨髓炎症激活→破骨细胞分化增强→骨量丢失。其重要意义在于：①首次将K. variicola定义为骨质疏松的潜在致病菌；②揭示细菌EVs作为微生物-宿主对话的新媒介在骨代谢中的调控作用；③提出靶向清除特定致病菌或阻断EVs信号传导的防治新策略。尽管仍需解决EVs活性成分鉴定等科学问题，但该研究为理解抗生素副作用提供了全新视角，也为开发基于微生物组干预的骨病治疗手段奠定基础。