动物乳杆菌或可减轻糖皮质激素诱导的股骨头坏死

大光

糖皮质激素诱导的有益肠道菌胞外囊泡的减少与骨坏死发病相关
Glucocorticoid-induced loss of beneficial gut bacterial extracellular vesicles is associated with the pathogenesis of osteonecrosis
发布：SCIENCE ADVANCES 13 Apr 2022 Vol 8,Issue 15 DOI: 10.1126/sciadv.abg8335

　　股骨头坏死（ONFH）是一种疼痛、难治且使人衰弱的骨病，通常发生于接受全身性糖皮质激素（GC）治疗的患者。骨细胞（骨细胞、成骨细胞、破骨细胞等）和骨髓的逐渐进行性死亡是本病的主要病理特征，最终导致股骨头结构改变甚至塌陷和髋关节破坏。
　　糖皮质激素诱导的成骨抑制和促进骨细胞凋亡在股骨头坏死的发病机制中起重要作用。糖皮质激素还破坏骨骼血管生成并诱导内皮损伤，从而减少股骨头的血液供应，最终导致骨细胞死亡和骨结构破坏。然而，糖皮质激素的影响是系统性的，糖皮质激素诱导的其他过程的改变也可能参与股骨头坏死的发展。糖皮质激素引起股骨头坏死的机制尚未完全清楚。
　　肠道微生物群（GM）参与调节宿主健康，糖皮质激素的外源性给药可导致肠道肠道微生物群的结构变化。越来越多研究发现肠道微生物可通过肠-骨轴影响骨骼健康。考虑到肠道微生物群对骨骼的调节作用，科学家开始探究糖皮质激素诱导的肠道菌群失调与股骨头坏死发病机制的关系。
　　2022年4月13日，《科学进展》（Science Advances）在线发布了中南大学湘雅医院谢辉教授团队关于糖皮质激素诱导的肠道菌群失调与股骨头坏死发病机制的研究结果。
　　该研究通过小鼠和细胞实验，揭示肠道动物乳杆菌（Lactobacillus animalis）分泌的胞外囊泡（EVs）可进入宿主股骨头，发挥促成骨、促成血管和抗细胞凋亡作用，从而减轻糖皮质激素诱导的股骨头坏死。该细菌及其EVs的减少与小鼠激素性股骨头坏死的发生密切相关。除此之外，补充动物乳杆菌也有益于巩固健康骨骼。
　　一、首先，探索性实验发现与健康小鼠共同喂养后，糖皮质激素引起的小鼠股骨头坏死症状得到缓解。
　　小鼠被分为实验组和对照组，实验组用人工合成的糖皮质激素甲基强的松龙（MPS）处理，记为MPS组；对照组用MPS的给药载体二甲亚砜处理，记为Vehicle组。
　　微型电脑断层扫描观察发现，MPS组小鼠出现明显的股骨头坏死病变特征：大面积低密度区域、骨质流失、松质骨骨体积分数（小梁体积分数）下降、骨小梁厚度降低、骨小梁数目减少、骨小梁间隙增大。而Vehicle组小鼠并未出现上述病变。
　　当把MPS组与Vehicle组小鼠共同喂养时，MPS引起的病变都有显著改善。小鼠是粪食性动物，共同喂养时会互相转移彼此的肠道微生物。因而研究者推测健康小鼠的粪便微生物可能会对骨健康有益。
　　二、肠道微生物干预实验发现正常小鼠的肠道微生物群定植可以缓解糖皮质激素诱导的股骨头坏死
　　基于健康小鼠的粪便制作提取液，通过口腔填喂方式转移到MPS组小鼠。结果显示，健康小鼠的粪便微生物能缓解MPS引起的骨小梁病变。例如，MPS组小鼠在喂食健康小鼠粪便微生物后，正常态的骨小梁面积加大，以及股骨头骨细胞空隙减小，并且股骨头处的血管明显增多，缓解坏死症状。
　　三、通过分子生物学技术，精准锁定能对股骨头起保护作用的细菌。
　　研究者使用16S rRNA靶向基因测序，检测实验前后小鼠肠道微生物的组成，发现乳酸杆菌属（特别是动物乳酸杆菌和肠乳酸杆菌[Lactobacillus intestinalis]）的丰度在MPS处理后的小鼠中下降，在与健康组小鼠共同喂养后上升。
　　为提升研究的可靠性，研究者用荧光定量PCR测量不同时间点小鼠的动物乳酸杆菌的丰度。结果显示，动物乳酸杆菌的丰度在MPS干预1星期后出现下降，并且在第2和第3个星期都保持一个较低的水平。这些证据表明，糖皮质激素抑制动物乳酸杆菌的生长，暗示着该细菌有潜在的骨保护作用。
　　四、验证乳酸杆菌属的骨保护作用。
　　给MPS处理的小鼠喂食动物乳酸杆菌后，微型电脑断层扫描发现MPS引起的骨小梁损伤、小梁体积分数下降、骨小梁数目减少、骨小梁间隙增大均得到明显改善。在健康小鼠中，喂食动物乳酸杆菌后，骨小梁厚度和数目增加，骨小梁间隙减小。这说明，动物乳酸杆菌不仅能缓解糖皮质激素引起的骨损伤，也有益于健康小鼠的骨健康。
　　五、机制研究。
　　研究者通过体外细胞实验发现，动物乳酸杆菌分泌的胞外囊泡可进入骨细胞、成骨细胞、骨髓间充质干细胞和血管内皮细胞，抑制糖皮质激素引起的上述细胞凋亡，促进其存活/生长，并能减弱糖皮质激素对骨髓间充质干细胞成骨分化和内皮细胞血管新生的抑制作用。
　　体外染色实验表明，喂食乳酸杆菌胞外囊泡后，小鼠的多种组织细胞中都能观测到乳酸杆菌胞外囊泡。这些组织包括肝脏、脾脏、肺部、胃部、肾脏和骨骼。并且，在股骨头细胞中，乳酸杆菌胞外囊泡随时间而减少，很可能是被宿主细胞给代谢和利用。
　　与口服动物乳酸杆菌效果类似，喂食胞外囊泡能增加MPS组小鼠的股骨头血管生成，增加内皮细胞数量，从而缓解股骨头坏死症状。
　　研究者通过质谱分析乳酸杆菌及其胞外囊泡的蛋白组成。在1000多种蛋白中， 74种蛋白在胞外囊泡的水平显著高于胞内水平。功能分析揭示，胞外囊泡富集蛋白主要是具有转运功能的蛋白，提示动物乳酸杆菌胞外囊泡的护骨功能与其富含的功能性蛋白有关。
　　谢辉教授团队长期致力于骨骼疾病发病机制及防治研究。他们前期已率先探明儿童肠道菌群及其富含的益生菌Akkermansia muciniphila释放的胞外囊泡可穿过肠道屏障进入骨组织对抗骨质疏松症动物模型骨丢失（2021年），又通过上述研究证实肠道动物乳酸杆菌分泌的胞外囊泡经肠入骨对抗糖皮质激素性股骨头坏死，进一步揭示肠道菌胞外囊泡介导的“肠-骨轴”代谢调控模式对骨稳态维持的重要性。
　　乳酸杆菌是属于厚壁菌门的一个大属，该属中的许多细菌在人和动物的胃肠道中共生。作为乳杆菌属的一员，动物乳杆菌尚未得到广泛研究。已发表的关于动物乳杆菌功能的文献主要限于将其用作发酵剂、降解草酸盐的能力及其对病原菌生长的抑制作用。尽管动物乳杆菌通常从狗、猪、鸡和小鼠的粪便中分离出来，但这种细菌尚未被报道为人体肠道中的一种益生菌，表明动物乳杆菌不太可能参与糖皮质激素诱导的人类股骨关坏死的进展。在这项研究中也发现，移植健康小鼠肠道微生物群可显著缓解糖皮质激素诱导的小鼠股骨头坏死，但并未完全消除其有害影响。尽管如此，在人和动物乳汁中都检测到了动物乳杆菌，这表明这种有益骨骼的细菌可以安全食用，并且可能有助于牛奶摄入对骨骼健康的有益影响。动物乳杆菌或人类肠道的某些益生菌是否可以用来预防糖皮质激素诱导的人类股骨头坏死还有待研究。

本文仅供学习参考，完整准确内容请查阅原始文献：Chen C-Y, Rao S-S, Yue T, et al. Glucocorticoid-induced loss of beneficial gut bacterial extracellular vesicles is associated with the pathogenesis of osteonecrosis. Science advances. 2022;8(15):eabg8335. DOL：10.1126/sciadv.abg8335
原始地址：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg8335

【赘语】
　　股骨头坏死是肾移植后的一种严重并发症，原因大多与大剂量的糖皮质激素应用有关，随着环孢素应用后糖皮质激素用量的减少，肾移植后股骨头坏死患病率已大大下降，国内曾有报道其发病率在1%左右。大部分研究都认为，泼尼松每天剂量大于20mg特别是发生在40mg以上的量，发生股骨头坏死的风险高；泼尼松用量小于20mg以后发生股骨头坏死风险很低。

【链接】

肠道微生物群影响糖皮质激素体内代谢过程的研究进展
https://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87186

神药：二甲双胍或可减少糖皮质激素不良反应
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移植后股骨头坏死的一些问题
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