《International Microbiology》：Transcutaneous electrical nerve stimulation changed the relative abundance of intestinal microbiota in rats with knee osteoarthritis: a potential treatment for KOA
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摘要背景：膝骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性骨病，经皮神经电刺激（TENS）是一种替代与补充医学（ACM）治疗手段。本研究揭示了TENS在调节KOA大鼠肠道微生物群方面的作用。
摘要方法：本研究聚焦于接受TENS治疗1、2、3周的KOA大鼠肠道微生物群。
摘要背景：膝骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性骨病，经皮神经电刺激（TENS）是一种替代与补充医学（ACM）治疗手段。本研究揭示了TENS在调节KOA大鼠肠道微生物群方面的作用。
摘要方法：本研究聚焦于接受TENS治疗1、2、3周的KOA大鼠肠道微生物群。研究人员采用3种刺激强度的TENS干预KOA大鼠，并检测白细胞介素-6/8（IL-6/8）及磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B（PI3K-AKT）表达。肠道微生物群采用16 S rDNA测序进行分析。
摘要结果：与模型对照组（Model Control）相比，TENS可改善KOA大鼠症状，并通过下调PI3K-AKT表达抑制IL-6/8的表达。经TENS治疗3周后，与模型对照组相比，TENS组中拟杆菌门（Bacteroidetes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和热脱硫杆菌门（Thermodesulfobacteria）的丰度增加；厚壁菌门（Ficmicutes）、弯曲杆菌（Campylobacter）和疣微菌相关类群（Verruca）的丰度降低。
摘要结论：TENS能够改善KOA大鼠膝关节组织形态并抑制炎症。TENS治疗后，肠道微生物群在1、2、3周期间逐渐发生变化，且在3种TENS刺激强度下其丰度存在差异。进一步研究将阐明TENS改变肠道微生物群的潜在机制，以及这些肠道微生物群在KOA中的潜在治疗应用。
该论文发表于《International Microbiology》，围绕膝骨关节炎（KOA）与肠道微生态调控之间的联系展开研究，重点评估经皮神经电刺激（TENS）是否能够在改善KOA病理状态的同时重塑肠道微生物群结构。KOA是一类以关节软骨磨损、滑膜炎症和软骨下骨病变为主要特征的慢性退行性关节疾病，临床上常伴随疼痛、肿胀、僵硬、活动受限，严重时甚至导致膝关节畸形和日常生活能力下降。现有治疗主要包括非甾体抗炎药（NSAIDs）、阿片类镇痛药、关节镜及其他手术治疗，以及饮食和运动等非药物干预。然而，药物治疗存在副作用、耐受和依从性不足等问题，手术则伴有创伤、费用高和并发症风险。因此，探索更安全、低成本且可长期应用的替代与补充医学（ACM）策略，具有明确的临床意义。
在这一背景下，研究人员将TENS作为一种非侵入性神经调控手段引入KOA研究。TENS通过皮肤表面的电脉冲刺激传入神经纤维，常被用于镇痛及神经调节。已有研究提示，TENS对疼痛缓解具有一定价值，但其是否能够影响KOA相关炎症反应及肠道微生物群尚不清楚。与此同时，越来越多证据表明，肠道微生物群不仅与代谢、免疫和炎症稳态密切相关，也与骨代谢及骨关节炎发生发展存在联系。因此，本研究试图回答两个关键问题：其一，TENS能否改善KOA大鼠的组织学和炎症表型；其二，TENS能否伴随性地改变KOA大鼠肠道微生物群组成，从而为“肠-关节轴”提供新的实验依据。
研究人员首先通过前交叉韧带切断联合半月板损伤手术并配合运动，建立KOA大鼠模型，并采用MRI确认建模成功。随后，将模型动物分为模型对照组及低、中、高3种TENS刺激强度干预组。TENS作用于膝关节区域，每日20 min、每周5 d，持续1、2、3周。研究结果显示，TENS干预后，KOA大鼠膝关节病理损伤得到一定程度改善，提示其对KOA具有治疗潜力。同时，研究人员观察到炎症相关指标白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-8（IL-8）表达下降，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K-AKT）通路表达亦受到抑制，提示TENS可能通过抑制炎症信号传导减轻KOA进展。
在方法层面，研究主要采用以下关键技术：其一，利用前交叉韧带切断联合半月板损伤构建KOA大鼠模型，并通过MRI进行影像学验证；其二，设置低、中、高3种TENS刺激强度，对雌性SD大鼠进行1、2、3周分阶段干预；其三，通过HE染色、Mankin评分、步数评估、免疫组织化学（ICC）、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）和Western blot检测膝关节组织学改变及IL-6/IL-8、PI3K、AKT表达；其四，采集结肠内容物样本，采用16 S rDNA测序、OTU/ASV分析、α多样性与β多样性分析以及PICRUSt功能预测评估肠道微生物群变化。样本来源为昆明医科大学动物实验体系中的36只雌性SD大鼠。
在研究结果部分，论文首先以“TENS improves the histomorphology of knee in KOA rats and has an anti-inflammatory effect on KOA rats through decreasing the IL-6/8/PI3K-AKT expression”为题，说明TENS对KOA表型和炎症反应的影响。研究显示，KOA模型经MRI证实成功建立后，各组体重差异无统计学意义，提示TENS并未显著影响整体生长状态。组织学结果提示，中等强度TENS组软骨厚度增加，TENS组Mankin评分下降，说明软骨退变减轻。qRT-PCR、免疫细胞化学和Western blot结果进一步表明，TENS治疗3周后，IL-6、IL-8、PI3K及AKT表达下降，据此得出TENS可通过抑制IL-6/8/PI3K-AKT炎症相关轴改善KOA大鼠膝关节病理状态的结论。
第二部分结果以“The operational taxonomic unit (OTU) of the intestinal microbiota in KOA rats after TENS treatment”为题，聚焦TENS对肠道微生物群分类单元的影响。研究人员展示了变化最显著的菌门和菌属。门水平上，高强度TENS治疗3周后，与对照组相比，Blastomonas、Bacteroidetes和Thermodesthiobacter相关类群增加，而Ficmicutes、Campylobacteria及verrucous microbacteria减少。属水平上，Incertae Sedis、Roseburia、Ruminococcaceae、Ruminococcus、Eubacterium xylanophilum减少，而Odoribacter、Prevotellaceae UCG-001、Colidextribacter和Oscillibacter增加。作者据此认为，TENS能够改变KOA大鼠肠道微生物群组成，且高强度组OTU总数最高，提示刺激强度与微生物群重塑程度可能相关。
第三部分结果标题为“Alpha and beta diversity analysis of KOA rats after TENS treatment”，主要分析群落多样性变化。研究发现，不同组别在菌群丰度构成上存在差异，优势类群包括Ficmicutes、Bacteroidota和Desulfobacterota。测序覆盖度高于99%，说明测序深度较充分。OTU维恩图显示，不同治疗周数对应的核心OTU数量存在差异，提示TENS干预过程中菌群结构随时间发生动态变化。UPGMA聚类、非度量多维尺度分析（NMDS）、主成分分析（PCA）和主坐标分析（PCoA）均显示各组之间存在分离趋势，尤其是3周时模型组与高强度TENS组差异明显。由此可见，TENS不仅改变特定菌群丰度，也影响整个肠道微生物群的群落结构。
第四部分结果题为“Differences of intestinal microbiota and their predicted function in KOA rats at the phylum and genus levels after TENS treatment”，进一步比较了TENS治疗3周后不同强度组在门和属水平上的差异，并进行功能预测。门水平上，Ficmicutes在中、高强度组下降，Bacteroidota在中、高强度组增加；Desulfobacterota在低、高强度组增加而在中强度组下降；Proteobacteria在低、中强度组增加而在高强度组下降；Verrucomicrobiota在高强度组增加。属水平上，Lactobacillus、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Romboutsia、Desulfovibrio和Eubacterium_ruminantium_group在TENS组升高，而Ruminococcus降低；Prevotella、Muribaculaceae、Clostridium_sensu_stricto_1则表现出强度依赖性差异。PICRUSt功能预测显示，差异菌群涉及代谢、遗传信息处理、膜转运、碳水化合物代谢、转运蛋白、DNA修复与重组蛋白等功能通路，提示TENS相关的菌群变化可能与代谢调控和组织修复有关。
讨论部分围绕三个层面展开。首先，研究人员认为TENS作为一种非侵入、易操作且低成本的治疗方式，在KOA模型中显示出明确的抗炎与组织保护作用，尤其体现在IL-6/8和PI3K-AKT表达下降，这与炎症驱动KOA进展的已知机制相一致。其次，16 S rDNA测序结果支持TENS能够改变肠道微生物群组成，并提示这种变化可能与“肠-关节轴”有关，但论文同时明确指出，目前尚不能确定膝部TENS刺激如何具体导致肠道菌群丰度变化，相关因果链条仍未阐明。再次，作者指出某些菌群，如Lactobacillus、Bifidobacteria相关有益菌，以及Bacteroidota、Ficmicutes等优势菌门的变化，可能与减轻炎症、维持微生态稳态、改善骨与软骨健康有关，但这些推论在本文中主要基于群落变化与已有文献联系，并未通过粪菌移植（FMT）等实验直接证实。研究还讨论了局限性，包括动物样本量较小、恢复周期较短、外部环境因素难以完全排除，以及大鼠结果尚不能直接外推至人群。此外，文中还提到抗生素预处理与自然菌群重建可能对结果解释造成干扰，并计划在后续研究中补充未接受抗生素处理的对照组。
研究的总体意义在于，该研究将神经调控治疗、关节退行性疾病与肠道微生态三者联系起来，提出TENS不仅可能通过局部神经-炎症机制改善KOA，还可能伴随肠道微生物群重塑，为KOA的非药物治疗提供了新的研究方向。尤其是在替代药物和手术干预方面，TENS作为可重复、低创、相对经济的手段，具有进一步转化研究价值。同时，肠道微生物群变化是否能够发展为KOA辅助治疗靶点，也为后续研究提供了切入点。
研究结论部分可译为：总之，TENS能够改善KOA大鼠膝关节组织形态，并抑制IL-6/8/PI3K-AKT表达。16 S rDNA测序显示，TENS治疗后，大鼠肠道微生物群在1、2、3周内发生变化，且在不同刺激强度下，其Lactobacillus、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Romboutsia、Desulfovibrio、Ficmicutes和Bacteroides等菌群的丰度存在差异。未来研究将进一步阐明TENS改变肠道微生物群的潜在机制，以及这些肠道微生物群在KOA中的潜在治疗应用。
