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大量的研究为我们正常的肠道微生物群在健康和疾病中的作用提供了新的见解。健康的肠道微生物组有助于骨骼健康，但目前在小鼠身上的研究表明，抗生素干扰共生微生物组可导致促炎症免疫反应，从而干扰青春期后骨骼发育。由南卡罗来纳医学院(Medical University of South Carolina College of Dental Medicine)的科学家领导的研究小组表示，他们的研究发表在《美国病理学杂志》(American Journal of病理学)上，也是首次证明抗生素使用如何改变肠道细菌组成和骨骼形态的性别差异。
“这份报告介绍了抗生素作为青春期后骨骼发育过程中肠道微生物群骨免疫反应的关键外源性调节剂，”医学和牙科学院的助理教授、DDS博士Chad M. Novince说。“人们已经证明抗生素扰乱微生物群，但这是第一项已知的研究，评估抗生素如何对调节骨骼细胞和整体骨骼表型的免疫细胞产生下游影响。”这部作品把整个故事联系在一起。
Novince和他的同事在一篇论文中描述了他们的研究和结果，这篇论文的标题是“抗生素干扰肠道微生物群在青春期后骨骼发育中对骨免疫交联的失调调节”。
作者说，一项累积的研究表明，健康的肠道微生物群可以影响距离肠道很远的器官的健康和疾病，包括肝脏、心脏、大脑和骨骼。虽然研究表明，免疫细胞与骨细胞的相互作用可以调节骨骼的发育和稳态，但在小鼠身上的研究也发现，肠道微生物群的免疫调节作用可以“有效地调节和促进骨骼组织的发育和稳态”。这表明使用抗生素干扰肠道微生物群可能会扰乱正常的骨免疫过程。作者说:“考虑到抗生素破坏肠道微生物群已经被报道会引起促炎性超免疫反应状态，抗生素的使用可能会产生意想不到的病理生理效应，影响骨骼峰值的形成和维持。”
青春期后的发育阶段是一个关键时期，在这一时期，我们的骨量达到峰值的40%。研究小组指出，在出生后的骨骼发育过程中，抗生素对正常肠道微生物群的破坏已经被证明会影响骨量的积累和骨骼力学性能。目前尚不清楚的是，骨免疫机制是如何将抗生素的作用与骨形成联系起来的。
为了研究抗生素、微生物组和骨骼发育之间的关系，研究人员从6-12周开始对雄性和雌性小鼠使用广谱抗生素。最初的测试证实，抗生素的混合使用导致动物肠道微生物组成发生了重大的、与性别有关的变化。当团队然后检查antibiotic-treated骨骼系统的完整性,与控制老鼠相比,他们发现,尽管抗生素治疗不影响皮质骨,骨小梁与重大变化有关,这是骨的类型,进行高水平的骨代谢。同样，与雌性老鼠相比，雄性老鼠的这种变化更为明显。他们说:“广谱抗生素会引起肠道微生物群组成的性别依赖性改变，从而对雄性和雌性小鼠的骨小梁参数产生更深远的抑制作用。”
骨代谢的控制是骨再吸收破骨细胞和骨形成成骨细胞活性的平衡。该小组的研究发现，虽然抗生素治疗不会导致成骨细胞的改变，但破骨细胞的数量、大小和活性都有所增加。“抗生素不影响成骨细胞或软骨内骨形成，但显著增强破骨细胞的形成，”科学家写道。
进一步分析发现，抗生素处理的小鼠血中破骨前信号分子水平升高，提示破骨细胞活性的上调是由肠道微生物群变化引发的特异性免疫反应所致。研究小组指出:“骨髓中Tnf或Ccl3表达不变，血清中肿瘤坏死因子a和趋化因子(C-C motif)配体3的表达升高，表明抗生素的破骨作用是由全身炎症反应增加引起的。”“抗生素引起的肠系膜淋巴结和脾脏的适应性和先天免疫细胞的广泛变化表明，肠道微生物群的扰动导致了排泄局部肠道和全身循环的次级淋巴组织的一种非生物超免疫反应状态。”
研究人员还对抗生素治疗动物骨髓中的免疫细胞群进行了检测，并令人惊讶地发现，抗生素治疗动物骨髓源性抑制细胞(MDSCs)显著增加。MDSCs在调节各种疾病的先天和适应性免疫应答方面发挥着重要作用，但在健康方面尚未得到广泛研究。该小组的分析还发现，抗生素治疗抑制了骨髓中抗原的表达和加工。“有趣的是，抗生素治疗上调了骨髓中的MDSCs，并抑制了主要组织相容性复合体(MHC) II类抗原处理/表达……抗生素诱导的MDSCs上调和抑制了骨髓中的MHC II类抗原处理/表达，这意味着抗生素破坏肠道微生物群会严重改变骨免疫交联。”
报道的研究使用了一种广谱抗生素混合物，旨在对肠道微生物群产生重大破坏作用。然而，抗生素相关的正常共生菌群变化导致免疫细胞和骨细胞之间的通讯失调，这一总体发现值得进一步研究，涉及到一种更具有临床相关性的抗生素方案。这样，就有可能开展临床试验，研究不同抗生素对肠道微生物群的影响，并有可能提出针对微生物的预防或治疗骨骼疾病的方法。
作者总结说:“这项研究表明，抗生素破坏肠道微生物群组成会改变宿主的免疫反应效果，从而严重调节青春期后发育骨骼中正常的骨免疫过程。”“这是第一个阐明抗生素改变肠道微生物群对骨细胞(破骨细胞和成骨细胞)结果影响的已知报告……更重要的是，该报告发现肠道微生物群免疫调节的外源性扰动影响肠道远处正常生长和发育。”
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