意想不到的副作用：抗生素對腸道微生物的破壞會使骨骼健康失調
微生物通常被視為引起疾病的病原體，而抗生素已被成功地用於對抗這些外來入侵者。但事實上，情況要更為複雜。在大多數時間裡，生長在健康腸道中的微生物菌落，即與我們共生的腸道菌群，都能和我們和諧相處。這些共生菌群能調節宿主的生理學功能，包括骨骼健康。
南卡羅來納醫科大學研究骨骼免疫的研究人員，嘗試探究抗生素是否會破壞健康腸道菌群從而對青春期後骨骼發育產生影響。他們的研究結果於2019 年1 月16 日發表在American Journal of Pathology（美國病理學雜誌）上，研究顯示抗生素對腸道菌群的破壞引起了促炎症反應，導致破骨細胞活性增加。
“這份報告將抗生素視為一種重要外源調節劑，用於調節青春期後骨骼發育過程中的腸道菌群-骨骼免疫反應，”研究微生物組對骨骼免疫學和骨骼發育影響的南卡羅來納醫科大學醫學院的助理教授Chad M. Novince 博士說道，“人們已經證明了抗生素會對微生物群產生影響，但這是已知的第一個研究，評估抗生素究竟會對調節骨細胞和整體骨骼表型的免疫細胞有怎樣的下游影響。這一研究將整個事件串起來了。”
圖| 和對照組相比（左圖），用抗生素治療的小鼠（右圖）骨髓中的髓源抑制性細胞（MDSCs）增加。來源：南卡羅來納醫科大學的Chad Novince 博士
青春期後的發育階段是骨骼成形的關鍵時期，我們骨量峰值中大約有40% 都是在這一時期累積的。最近，Novince 實驗室和其他研究已經表明，腸道菌群有助於骨骼健康。為了確定抗生素對腸道菌群的干擾，會對青春期後骨骼發育產生影響，Novince 和南卡羅來納醫科大學的研究團隊合作，對小鼠給予了三種抗生素的混合物。他們也和南卡羅萊納醫科大學人類微生物組研究專案的創辦負責人，生物醫學資訊中心的助理教授，微生物組科學家Alexander V. Aleksevenko 博士合作，證明抗生素治療導致腸道菌群的重大改變，導致大量細菌發生了特定變化。
在用抗生素破壞小鼠的微生物群后，Novince 實驗室檢查了其骨骼系統的完整性。抗生素誘導的菌群改變對骨密質的影響很小；然而，鬆質骨則發生了顯著的變化，其表現出了很高的骨代謝率。儘管此前的研究在抗生素治療後研究了整個骨骼中的骨細胞密度，但這項工作關注的是骨骼維持水平下的細胞水平的細節。骨骼代謝是由骨吸收（破骨細胞）和骨形成（成骨細胞）的平衡來控制。有趣的是，成骨細胞沒有發生改變，而破骨細胞的數量、大小和活性卻均有所增加。
為了確定導致破骨細胞活性增加的原因，Novince 實驗室評估了幾種破骨細胞訊號分子的水平。他們發現，在經抗生素治療的動物的迴圈中，促破骨細胞訊號分子增加，表明破骨細胞活性增加是對微生物群改變產生特異性免疫反應的結果。
下一個主要問題是抗生素是如何影響骨髓環境中的免疫細胞的。“實際上，我們的研究能深入到骨髓環境中特定的適應性和先天性免疫細胞機制，顯示其對骨細胞的影響。”這項研究論文的第一作者，博士後Jessica D. Hathaway-Schrader 說。
對經抗生素治療的動物的骨髓中免疫細胞群進行研究，其結果驚人地顯示了髓源性抑制細胞（MDSCs）的增加。髓源性抑制細胞已知能調節先天性和適應性免疫應答，但其在健康方面的作用尚未有廣泛研究。另外，抗生素治療後，骨髓中的抗原呈遞和處理受到了抑制。
總的來說，Novince 的研究團隊已經證明，抗生素對腸道菌群的破壞會導致免疫細胞和骨細胞之間的調節失調。不過目前的研究利用的是廣譜抗生素混合物用以破壞腸道菌群的組成，其結果還值得進一步研究。未來的研究旨在納入一種能更好地用於轉化為人類抗生素治療的抗生素方案。
這項研究可能帶來一些旨在確定特定抗生素對腸道菌群影響的臨床實驗，也會成為在微生物組中研發用於預防和治療骨骼惡化的非侵入性治療干預措施的研究基礎。