抗生素使用而非后续2′-岩藻糖基乳糖（2′-FL）补充调节超重或肥胖成人肠道微生物组与抗性组：基于全宏基因组鸟枪法测序的分析

《Gut Microbes》：Modulation of the gut microbiome and resistome by antibiotic use, but not by subsequent 2′-fucosyllactose intake, in adults with overweight or obesity

　　

抗生素被广泛用于治疗细菌感染，但过度使用和误用会导致肠道微生物组（gut microbiome）破坏和抗生素耐药菌传播。抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes, ARGs）的存在可能是抗生素应答的决定因素。补充益生元（prebiotics）可能限制抗生素诱导的微生物组有害效应，但这是否导致肠道抗性组（resistome）变化尚不清楚。本研究在18名超重/肥胖成人中，调查了七天万古霉素（vancomycin）使用后八周2′-岩藻糖基乳糖（2′-fucosyllactose, 2′-FL）补充的影响；这些成人来自一项双盲安慰剂对照随机干预研究的子集。研究人员采用全宏基因组鸟枪法测序（whole-metagenome shotgun sequencing）表征基线、万古霉素使用后和补充后的肠道微生物组和抗性组。七天万古霉素使用破坏了微生物丰富度和多样性（p < 0.001），并改变微生物组成。与安慰剂相比，八周2′-FL补充后未检测到微生物恢复改善。万古霉素使用未影响抗性组丰富度和多样性，尽管特定ARGs的存在发生变化。未检测到2′-FL补充对抗性组丰富度、多样性和组成的差异性影响。尽管万古霉素使用破坏了肠道微生物组并影响抗性组，但2′-FL补充的可检测效应有限。未来研究应更详细地研究抗生素和益生元诱导的肠道抗性组变化。

论文解读

研究背景：过去几十年全球抗生素消费上升，2000至2018年估计增加46%（40.2 billion defined daily doses, DDD）。抗生素虽能有效治疗细菌感染，但其过度使用和误用会破坏肠道微生物组（gut microbiome）的多样性和组成，且扰动可能长期存在，特定类群可能永久丢失，并影响宿主代谢健康。抗生素使用也是抗微生物药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）出现和传播的主要驱动因素，2019年全球估计有1.27 million死亡直接归因于AMR。口服抗生素可显著影响肠道抗性组（resistome，即人类微生物组中抗生素耐药基因的集合）。抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes, ARGs）携带是决定抗生素应答的重要因素，可使AMR细菌存活，而敏感细菌死亡。前期在超重/肥胖且糖代谢受损男性中的随机对照试验显示，粪便携带 vanB 耐药基因可差异影响口服万古霉素后脂肪组织胰岛素敏感性和基因表达。因此，亟需减轻抗生素使用对肠道微生物组和抗性组的负面影响。益生元（prebiotics）是被宿主微生物利用并带来健康益处的底物，可能改善抗生素扰动后的肠道微生物恢复，但其对肠道抗性组的影响证据有限。一项儿童肥胖研究显示，含益生元和全谷物产品的饮食至少30 d可降低抗性组丰富度和多样性。前期研究显示，口服万古霉素后补充2′-岩藻糖基乳糖（2′-fucosyllactose, 2′-FL）可暂时改善超重/肥胖成人的肠道微生物恢复。研究人员据此旨在用全宏基因组鸟枪法测序（whole-metagenome shotgun sequencing）表征七天口服万古霉素对超重/肥胖成人肠道微生物组和抗性组的影响，并研究八周2′-FL补充是否影响抗生素诱导扰动的恢复。该文发表在《Gut Microbes》。

为开展研究，研究人员从原始随机双盲安慰剂对照干预研究总人群随机选取18名超重/肥胖成人，确保2′-FL组和安慰剂组各9名。参与者来自荷兰马斯特里赫特（Maastricht）地区，BMI为25–40 kg/m²，无空腹血糖受损或糖耐量受损，研究注册号NCT04561284，并经医学伦理委员会批准。所有参与者先接受七天口服万古霉素（3*500 mg/d），两天洗脱后随机接受八周2′-FL（3*4 g/d）或安慰剂（3*2 g/d）。在基线、万古霉素后和补充后收集粪便。主要关键技术包括Oxford Nanopore全宏基因组鸟枪法测序；Kraken2和Bracken进行分类鉴定，Flye组装，ABRicate对NCBI AMRFinderPlus数据库鉴定ARGs；使用R进行α/β多样性、主成分分析（principal component analysis, PCA）、线性混合效应模型（linear mixed-effect models）、Wilcoxon符号秩检验、McNemar检验和Spearman相关分析。

研究结果：

万古霉素使用和2′-FL补充调节肠道微生物组：该研究人群平均年龄45±3 y，平均BMI 32.2±0.9 kg/m²。七天万古霉素使用显著降低Chao1估计物种丰富度（86±3.8 vs. 51±4.5；p < 0.001）和Shannon多样性（2.83±0.06 vs. 1.73±0.09；p < 0.001），并显著改变肠道群落结构；个体间Jaccard距离增加，提示不同个体样本相似性降低。121种细菌中94种发生显著变化，其中80种相对丰度下降，14种扩张。下降的包括 Blautia sp. SC05B48、Ruminococcus gnavus、Faecalibacterium prausnitzii、Bifidobacterium longum、Roseburia intestinalis、Ruminococcus torques、Bifidobacterium adolescentis、Anaerostipes hadrus、Coprococcus comes、Collinsella aerofaciens、Blautia obeum 和 [Clostridium] innocuum；增加的包括 Escherichia coli、Lactiplantibacillus plantarum、Lacticaseibacillus rhamnosus、Acidaminococcus intestinalis、Klebsiella pneumoniae、Megamonas funiformis、Lacticaseibacillus paracasei 和 Pediococcus acidilactici。八周补充后，2′-FL组和安慰剂组的Chao1与Shannon多样性均上升，但组间无显著差异（p_{Time*Treatment}=0.901和0.648）。群落结构向基线回归但未完全重合。2′-FL组有13种细菌变化，安慰剂组有30种变化，且无仅在2′-FL组变化的物种；Blautia sp. SC05B48 和 Blautia obeum 仅在安慰剂组显著增加。补充后个体内Jaccard距离在2′-FL与安慰剂间无差异，基线与补充后样本比基线与万古霉素后、万古霉素后与补充后更相似，提示向基线恢复。

万古霉素使用和2′-FL补充影响粪便抗性组：与微生物组不同，万古霉素使用后抗性组Chao1丰富度和Shannon多样性未显著变化（Chao1：28±5.3 vs. 39±10.2，p=0.502；Shannon：2.01±0.18 vs. 1.87±0.20，p=0.572），但个体间Jaccard距离显著增加。研究鉴定出116个ARGs。特定ARGs存在受万古霉素调节：blaEC-8检测频率显著升高；aadE、ermB、tet(32)、tet(O)和tet(Q)检测频率降低。基线未检测到而万古霉素后检测到的包括 aph(3)-Ib、aph(6)-Id、fosA_gen、oqxA10、oqxB9 和 sul2；万古霉素后不再检测到的包括 aad9、catA13 和 dfrF。八周补充期间，抗性组Chao1和Shannon多样性在2′-FL与安慰剂间无显著差异（p_{Treatment*Time}=0.172和0.862），个体间Jaccard距离下降。八周2′-FL补充未显著调节特定ARGs，除 tet(O) 在万古霉素后未检测到而补充后8/9个体检测到。安慰剂补充后 tet(40) 显著扩张（补充后7人 vs. 万古霉素后1人；p=0.041）；tet(O)由万古霉素后2/9变为补充后9/9；aad9、aadE、catA13再次检测到；fosA_gen和oqxA10不再检测到。总体呈现ARGs在万古霉素使用期扩张或减少、补充期反向变化模式；万古霉素期显著扩张的基因在研究结束时均未在所有个体中保持存在。补充后个体内Jaccard距离在2′-FL与安慰剂间无差异（p=0.712），基线与补充后样本更相似。相关性分析显示，tet(O)与多数细菌正相关，包括 Roseburia intestinalis（ρ=0.75）、[Ruminococcus] gnavus（ρ=0.72）、Roseburia hominis（ρ=0.72）、Clostridioides difficile（ρ=0.70）等；blaEC?8与 Veilonella dispar 相关（ρ=0.68），aadE与 Faecalibacterium prausnitzii 相关（ρ=0.62）。aad9、aadE、catA13、dfrF、ermB、tet、tet(O)和tet(Q)一般与万古霉素使用后下降的细菌正相关；aph(3)-Ib、aph(6)-Id、blaEC?8、fosA_gen、oqxA10、oqxB9和sul2一般与万古霉素使用后扩张的细菌正相关。

讨论部分总结：研究人员指出，Oxford Nanopore全宏基因组鸟枪法测序相较常用16S rRNA基因测序可获得功能能力信息，适用于研究抗生素使用影响及ARGs作用。本分析显示七天万古霉素使用导致微生物组成、估计丰富度和多样性显著破坏，与文献一致。2′-FL补充相较安慰剂未检测到微生物恢复差异，且在2′-FL组变化的细菌也在安慰剂组变化，提示无额外效应。抗性组丰富度和多样性未受万古霉素影响，可能与扩张的 Enterobacteriaceae 等携带较多ARGs的类群补偿下降类群有关。与其他抗生素研究结果不同，可能源于抗生素类型、疗程、研究人群、基线微生物组及测序分析方法差异。特定ARGs变化显示，blaEC-8增加，aph、fosA_gen、sul2、oqx等增加与扩张菌如 Escherichia coli、Lactiplantibacillus plantarum 和 Lacticaseibacillus rhamnosus 相关；aadE、erm(B)、tet(32)、tet(O)、tet(Q)、aad9、catA13和dfrF减少与万古霉素敏感菌下降相关，并可在补充期随细菌恢复再次检测。aadE与 Faecalibacterium prausnitzii 的相关性与 Bai et al. (2022) 一致；tet(O)与 Roseburia intestinalis、Ruminococcus gnavus 的相关性与文献一致。研究检测到的万古霉素耐药基因有限，可能与宏基因组测序敏感性低于靶向qPCR有关。2′-FL对抗性组无显著差异，tet(40)在安慰剂后扩张，tet(O)恢复。该研究为首批探讨益生元补充对肠道抗性组影响的研究之一。局限包括仅纳入三个采样点而非原研究六个采样点，可能错过早期恢复变化；饮食个体差异也可能影响观察结果。未来应在微生物组研究中纳入抗性组分析，并更深入研究ARGs存在和传播、临床相关耐药菌及抗生素替代方案。

研究结论翻译：总之，研究人员分析显示，七天万古霉素使用明显破坏肠道微生物组成和多样性。相反，抗性组估计丰富度和多样性未见变化。然而，特定ARGs的存在在抗生素使用及随后八周补充期间发生变化，2′-FL与安慰剂之间未检测到差异。结果进一步强调抗生素使用的不利影响，并证实需要减少非必需抗生素使用。需要进一步研究以更深入了解耐药菌的存在和传播、这些细菌如何影响宿主健康，以及如何可能用抗生素替代方案治疗。益生元是否可能通过刺激非耐药携带物种生长在其中发挥作用，需要通过选择更广泛益生元化合物进行更详细研究。