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基于16S rDNA测序研究新西兰兔腹腔镜探查术后腹腔微生物群落多态性改变

张平平 吴文斌 曹奇 曲卓 王培

石志群, 高迎春, 张冬梅, 陈克明, 景临林, 马慧萍. 7-羟乙基白杨素对高原脑水肿的作用机制初探[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(5): 399-402, 415. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202205090
引用本文: 张平平, 吴文斌, 曹奇, 曲卓, 王培. 基于16S rDNA测序研究新西兰兔腹腔镜探查术后腹腔微生物群落多态性改变[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(6): 494-498, 504. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016
SHI Zhiqun, GAO Yingchun, ZHANG Dongmei, CHEN Keming, JING Linlin, MA Huiping. A preliminary study on the mechanism of 7-HEC on high altitude cerebral edema[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(5): 399-402, 415. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202205090
Citation: ZHANG Pingping, WU Wenbin, CAO Qi, QU Zhuo, WANG Pei. Study on polymorphism of peritoneal microbial community after laparoscopic exploration in New Zealand rabbits based on 16S rDNA sequencing[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(6): 494-498, 504. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016

基于16S rDNA测序研究新西兰兔腹腔镜探查术后腹腔微生物群落多态性改变

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016
基金项目: 上海市军民融合发展专项(2020-jmrh1-kj12)
详细信息
    作者简介:

    张平平,硕士研究生,研究方向:代谢系统药理,Email: apple1902@163.com

    通讯作者: 王 培,博导,教授,研究方向:药理学,Email: pwang@smmu.edu.cn

Study on polymorphism of peritoneal microbial community after laparoscopic exploration in New Zealand rabbits based on 16S rDNA sequencing

  • 摘要:   目的  利用细菌16S核糖体DNA(16S rDNA)测序技术,研究使用便携式腹腔镜进行腹腔探查术后腹腔中微生物群落多态性的变化情况。  方法  将新西兰兔分为模型组及对照组。模型组兔使用便携式腹腔镜进行探查手术,对照组兔不做任何处理。一周后,取模型组和对照组的腹腔积液,进行16S rDNA测序,分析微生物群落多态性,探究腹腔积液的微生物群落变化情况。  结果  针对测序结果,采用生物信息学和组间差异分析,发现两组的微生物群落相似度良好。OTU分类学分析及物种组成成分分析(丰度-均匀度曲线和Venn图)发现,模型组相对于对照组,在微生物群落水平上有显著升高。α多样性分析(Sobs、Ace、Shannon、Simpson)显示,模型组在微生物群落丰富度和多样性方面均高于对照组。微生物组成成份分析显示,模型组较对照组杂菌数量占比增加约30%。对两组样本物种差异进行显著性检验,发现巴斯德菌、奈瑟菌、冢村菌的比例有显著升高。  结论  新西兰兔在腹腔镜行腹腔探查术后,腹腔积液中微生物群落数量上升,且以 巴斯德菌、奈瑟菌、冢村菌升高最为明显。
  • 随着我国经济的发展以及居民生活水平的提高,越来越多的人来到高原生活、工作和旅游,但由于高原地区氧分压较低,高原病的发病率呈现逐年上升的趋势[1]。高原脑水肿(HACE)是高原病发生发展过程中最为严重的阶段,其临床表现为头痛、协调丧失、虚弱、意识水平降低[2],并对机体造成不可逆的损伤。7-羟乙基白杨素(7-hydroxyethyl chrysin,7-HEC)是课题组前期筛选发现并合成的具有自主知识产权的抗高原缺氧化合物[3],研究发现[4-5],其对脑缺血再灌注大鼠和模拟高原低压性缺氧致脑组织损伤大鼠均具有明显的保护作用,并能够减轻低压低氧诱导的认知功能损伤[6],在抗高原缺氧方面表现出优异的活性与前景。因此,本文主要从7-HEC对高原脑水肿的可能作用机制出发,探究其与自噬、周期、凋亡等通路之间的关系,为防治高原脑水肿的可能作用机制奠定基础。

    27只SPF级雄性Wistar大鼠(体重180~200 g),购自联勤保障部队第九四〇医院动物实验科,合格证号:SCXX(军)2012-0029,动物伦理委员会编号:2021KYLL173。

    7-HEC由实验室景林临副教授自行合成;MDA、SOD试剂盒(南京建成生物工程研究所);CDK2、CDK6、CyclinD1、CyclinE2、PARP、Bax、Bcl-2、P62、LC3B抗体(英国Abcom公司);BCA蛋白试剂盒(Solarbio公司);脱脂奶粉(美国BD公司);Western Bright TM ECL(美国Advansta)。

    IEC-Micromax高速离心机(美国ThermoElectron公司);Tissuelyser快速研磨仪(上海净信科技公司);BP210S电子天平(赛多利斯有限公司);HP-8453紫外分光光度计(美国惠普公司);SpectraMax i3全自动荧光酶标仪(美国Molecular Devices公司);FLYDWC20-ⅡA大型低压低氧动物实验舱(中航贵州风雷航空军械有限责任公司)。

    将27只SPF级雄性Wistar大鼠适应性饲喂3 d后,随机分为3组,正常对照组、缺氧模型组、7-HEC给药组。给药组连续灌胃7-HEC(350 mg/kg)7 d,对照组和模型组给予等量灭菌注射用水。第四天,模型组和给药组放入大型低压低氧动物实验舱中,以10 m/s速度减压上升至相当于海拔6000 m处,缺氧处理3 d后处死,取脑组织。缺氧处理期间,氧舱温度:8:00~20:00,12 ℃,20:00~次日8:00,2 ℃;动物自由摄食及饮水;给药组继续灌胃给药。

    每组分别取6只大鼠脑组织标本,准确称重后,按质量(g)∶体积(ml)=1∶9 加入生理盐水制成10 %组织匀浆,采用WST-1法检测SOD活性、采用硫代巴比妥酸法检测MDA含量,以上操作均按试剂盒说明书进行。

    每组选取3只大鼠脑组织,称重后加入9倍量高效裂解液,使用组织研磨仪进行组织匀浆,于冰上裂解30 min,低温离心后吸取上清匀浆液10 μl,BCA法测蛋白含量,剩余上清与4×上样缓冲液按体积3∶1比例混匀,封口膜封口,95 ℃煮沸10 min进行蛋白变性,取等量蛋白样品上样,采用 SDS-PAGE 进行分离,电泳完成后将蛋白转至PVDF膜上,含5 %脱脂牛奶室温封闭2 h,一抗4 ℃孵育过夜。用TBST缓冲液漂洗4次,每次10 min。加入二抗,室温孵育2 h,TBST缓冲液洗涤PVDF膜4次,每次10 min。配制ECL发光液,按照A液和B液1∶1进行配制,涂抹发光液,放入ChemiDoc MP Imaging System全能型成像系统进行曝光。用Image J软件对蛋白条带进行灰度值分析。

    实验结果以($ \bar x \pm s $)表示,采用 SPSS 21.0 软件进行数据分析,选用单因素方差分析法进行组间变量分析,LSD-t 法比较组间差异。以P<0.05表示有显著性差异,以P<0.01表示有极显著性差异。

    大鼠脑组织中氧化应激相关指标MDA与SOD的测定结果如图1所示,与对照组相比,缺氧组大鼠脑组织中MDA含量显著性升高,SOD活力显著性下调(P<0.05),当给予7-HEC时,缺氧组大鼠脑组织中MDA含量下调,SOD活力上调,且差异具有统计学意义(P<0.05)。结果提示,7-HEC可能参与机体氧化应激的调节,起到防护高原脑水肿的效果。

    图  1  各组脑组织中MDA含量及SOD活力比较($ \bar x \pm s $n=6)
    #P<0.05,与对照组比较;*P<0.05,与模型组比较

    图2所示,大鼠脑组织中PARP与Bcl-2的蛋白表达在缺氧组下调,给药后显著上调(P<0.01),大鼠脑组织中Bax的蛋白表达在缺氧组上调,给药组显著下调(P<0.01),为进一步探讨Bcl-2与Bax对凋亡的易感性,对Bax/Bcl-2的比例进行比较,结果显示,与对照组相比,缺氧组显著下降,与缺氧组相比,给药组极显著上调(P<0.01)。结果提示,7-HEC可能参与细胞凋亡从而防治高原脑水肿。

    图  2  大鼠脑组织中凋亡相关蛋白电泳图及蛋白表达量($ \bar x \pm s $n=3)
    #P<0.05,##P<0.01,与对照组比较;*P<0.05,**P<0.01,与模型组比较

    图3所示,与对照组相比,大鼠脑组织中周期相关蛋白CyclinE2、CyclinD1、CDK6、CDK2的表达在缺氧组均下调(P<0.05);与缺氧组相比,在给药组中,CyclinE2、CyclinD1、CDK6、CDK2蛋白的表达显著上调(P<0.05)。结果提示,7-HEC可能参与细胞周期调控从而防治高原脑水肿。

    图  3  大鼠脑组织中周期相关蛋白电泳图及蛋白表达量($ \bar x \pm s $n=3)
    #P<0.05,##P<0.01,与对照组比较;*P<0.05,**P<0.01,与模型组比较

    图4所示,大鼠脑组织中P62的蛋白表达在缺氧组极显著上调,给药后显著下调(P<0.01);与对照组相比,大鼠脑组织中LC3-B的蛋白表达在缺氧组显著下降,与缺氧组相比,给药组极显著上调(P<0.01)。结果提示,7-HEC可能参与细胞自噬过程从而防治高原脑水肿。

    图  4  大鼠脑组织中自噬相关蛋白电泳图及蛋白表达量($ \bar x \pm s $n=3)
    #P<0.05,##P<0.01,与对照组比较; **P<0.01,与模型组比较

    氧化应激是一种有害事件,可导致活性氧大量产生或抗氧化防御功能不足,损害神经血管单元的完整性,造成神经元不可逆死亡,进而血脑屏障破坏形成脑水肿[8]。MDA是脂质过氧化的产物,其含量可以间接反映组织氧化应激的水平,SODs是一类具有催化超氧化物生成过氧化氢的抗氧化酶[9],可以直接或间接地反映氧化应激的水平。本研究发现,经给药干预后,大鼠脑组织MDA含量显著降低,SOD活力显著提高,表明7-HEC可改善脑水肿大鼠的氧化损伤,从而对脑水肿起到一定的预防作用。

    研究表明,缺氧与细胞周期、凋亡、自噬密切相关,细胞周期蛋白表达异常会引发细胞凋亡[10]。细胞周期失调的细胞有机会通过DNA损伤反应的各种机制来阻止DNA修复、细胞周期调节和DDR基因转录。目前研究认为,自噬是另一种DDR机制,它通过促进或防止细胞死亡来应对DNA损伤,从而发挥作用[11]。细胞周期从G1期到S期的调节因子是CDK2蛋白,自噬主要影响细胞周期的G1期和S期,因此自噬与周期也存在密不可分的关系。

    细胞凋亡是一种受基因调控的细胞程序性死亡方式,是一种正常的生理变化。缺氧是细胞凋亡的诱导因子之一,细胞凋亡加剧是低氧环境诱发机体机能损伤的重要途径[12]。其受Bax和Bcl-2控制。Bcl-2蛋白的过表达在动物模型中被证明可以减轻肝和肾的损伤,而Bax的过度表达则可诱导细胞凋亡[13]。本实验的结果表明,缺氧组大鼠脑组织中Bax/Bcl2比值降低,诱导细胞凋亡,加重脑水肿,7-HEC可上调Bax/Bcl2比值,进而抑制细胞凋亡,起到抗高原脑水肿的作用。

    细胞周期在细胞增殖和分裂中起着关键作用,其由两类蛋白精确调控,CDKs、cyclin作为关键的周期蛋白。这两类蛋白决定了细胞维持在停滞状态或继续进行细胞周期。细胞周期抑制已被证明可以提供神经保护,减少星形胶质细胞瘢痕形成和微胶质激活,并改善创伤性脑损伤后的运动和认知恢复[14]。在本实验中,缺氧环境可下调周期蛋白的表达,而7-HEC可上调周期蛋白的表达,对高原脑水肿起到一定的预防作用。

    缺氧与自噬密切相关。缺氧条件下,会诱导自噬的发生。自噬是一种高度调控的连续过程,它是一种重要的程序性细胞死亡[15]。LC3蛋白与P62蛋白相互作用,是自噬的标志物。P62蛋白通常存在于自噬体中,并在自溶酶体形成时被降解[16]。LC3蛋白是哺乳动物自噬蛋白和自噬小体标记物,LC3B是自噬体标记的四种不同亚型中使用最广泛的一种。自噬受体包括P62等一系列连接泛素化底物和LC3的适配器,自噬体一旦形成,就会经历成熟阶段,然后与溶酶体融合,发生自噬。此外,P62还可调节细胞凋亡,主要通过选择性减少胞质中促凋亡蛋白来减轻细胞死亡,保护机体免受伤害[17]。在本实验中7-HEC可下调P62、上调LC3B的表达,从而促进自噬,保护机体免遭高原脑水肿损害。

    凋亡、自噬、周期三种生物过程相互联系,相互影响,作用于机体,保障机体的正常运行。凋亡、自噬、周期相关因子的变化又会影响氧化应激通路的发生发展。在本实验中,7-HEC降低大鼠脑组织中MDA含量,上调SOD含量,从而抑制HACE引发的氧化应激;其还可上调周期和自噬蛋白的表达,从而增强大鼠脑神经元细胞的增殖活性,加速损伤细胞的自噬,保护机体免受HACE的损害。综上,7-HEC可抑制细胞凋亡和周期,增强自噬,进而抑制机体氧化应激,从而达到防护高原脑水肿的作用。

  • 图  1  模型组与对照组样本聚合度与OTU含量

    A. 门水平的PLS-DA图;B.种水平的PLS-DA图;C.样本OTU数目Venn图模型组n = 3,编号M1、M2、M3;对照组n=3,编号C1、C2、C3

    图  2  两组样本微生物种类及数量变化情况

    A. Sobs指数;B. Ace指数;C. Shonnon指数;D.Simpson指数;E. 丰度-均匀度曲线

    图  3  微生物菌群组成成分比较

    A.对照组种水平群落饼图;B.模型组种水平群落饼图

    图  4  模型组高于对照组微生物群落的情况

    A.目水平差异性分析图;B.科水平差异性分析图;C.属水平差异性分析图;D.种水平差异性分析图

    表  1  Alpha多样性指数表

    组别Sobs指数Ace指数Shannon指数Simpson指数
    对照组C1701712.7828425.2134870.016805
    对照组C2535555.8957552.4183620.263764
    对照组C3894912.0183764.5498370.054558
    模型组M118851899.9916816.434080.005768
    模型组M2882892.2374115.4443510.018387
    模型组M312841301.2689366.1093460.005465
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-07
  • 修回日期:  2022-07-05
  • 网络出版日期:  2022-11-28
  • 刊出日期:  2022-11-25

基于16S rDNA测序研究新西兰兔腹腔镜探查术后腹腔微生物群落多态性改变

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016
    基金项目:  上海市军民融合发展专项(2020-jmrh1-kj12)
    作者简介:

    张平平,硕士研究生,研究方向:代谢系统药理,Email: apple1902@163.com

    通讯作者: 王 培,博导,教授,研究方向:药理学,Email: pwang@smmu.edu.cn

摘要:   目的  利用细菌16S核糖体DNA(16S rDNA)测序技术,研究使用便携式腹腔镜进行腹腔探查术后腹腔中微生物群落多态性的变化情况。  方法  将新西兰兔分为模型组及对照组。模型组兔使用便携式腹腔镜进行探查手术,对照组兔不做任何处理。一周后,取模型组和对照组的腹腔积液,进行16S rDNA测序,分析微生物群落多态性,探究腹腔积液的微生物群落变化情况。  结果  针对测序结果,采用生物信息学和组间差异分析,发现两组的微生物群落相似度良好。OTU分类学分析及物种组成成分分析(丰度-均匀度曲线和Venn图)发现,模型组相对于对照组,在微生物群落水平上有显著升高。α多样性分析(Sobs、Ace、Shannon、Simpson)显示,模型组在微生物群落丰富度和多样性方面均高于对照组。微生物组成成份分析显示,模型组较对照组杂菌数量占比增加约30%。对两组样本物种差异进行显著性检验,发现巴斯德菌、奈瑟菌、冢村菌的比例有显著升高。  结论  新西兰兔在腹腔镜行腹腔探查术后,腹腔积液中微生物群落数量上升,且以 巴斯德菌、奈瑟菌、冢村菌升高最为明显。

English Abstract

石志群, 高迎春, 张冬梅, 陈克明, 景临林, 马慧萍. 7-羟乙基白杨素对高原脑水肿的作用机制初探[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(5): 399-402, 415. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202205090
引用本文: 张平平, 吴文斌, 曹奇, 曲卓, 王培. 基于16S rDNA测序研究新西兰兔腹腔镜探查术后腹腔微生物群落多态性改变[J]. 药学实践与服务, 2022, 40(6): 494-498, 504. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016
SHI Zhiqun, GAO Yingchun, ZHANG Dongmei, CHEN Keming, JING Linlin, MA Huiping. A preliminary study on the mechanism of 7-HEC on high altitude cerebral edema[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(5): 399-402, 415. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202205090
Citation: ZHANG Pingping, WU Wenbin, CAO Qi, QU Zhuo, WANG Pei. Study on polymorphism of peritoneal microbial community after laparoscopic exploration in New Zealand rabbits based on 16S rDNA sequencing[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(6): 494-498, 504. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202201016
  • 随着腹腔镜技术在普外科、妇科、泌尿外科等领域的广泛应用,在一些外科疾病如胆囊结石,阑尾炎,子宫肌瘤的治疗上,腹腔镜手术正在逐渐取代传统开腹手术。较传统手术而言,腹腔镜手术具有较高诊断准确率和治疗能力[1],且具有手术出血量少、肠蠕动恢复早、术后疼痛轻、术后恢复快、下床活动时间早、住院时间短、手术口美观、术后并发症降低等优势[1-2]。然而,无论是传统手术和腹腔镜手术,术后感染依然是影响患者预后的重要并发症。对于腹腔镜手术如何直接改变腹腔微生物群落种类及数量,目前还没有相关报道。

    通过DNA测序对微生物种群进行鉴定(菌种鉴定)是比传统生化鉴定更为先进、更为准确的鉴定方法。16S rDNA是编码原核生物(主要为细菌)核糖体小亚基rRNA(16S rDNA)的DNA序列,长度约为1540~bp,存在于所有细菌染色体基因组中。16S rDNA分子大小适中,突变率小,目前是细菌系统分类学研究中最常用的基准序列。16S rDNA测序不依赖菌种本身的性质,使得它对所有菌种均可使用。通过对16S rDNA的测序,可以快速、直观地明确细菌群落多样性的变化。

    本研究通过制作新西兰兔腹腔镜探查术模型,对术后动物腹腔积液进行细菌16S rDNA测序,对比分析腹腔积液中的微生物多态性,探索腹腔镜术后的微生物变化情况,可为腹腔镜手术的术后感染提供有效防治依据。

    • 雄性2月龄新西兰兔6只(上海甲干生物科技有限公司),体重约为2 kg,分别设置模型组(n = 3)和对照组(n = 3)。

    • ABI GeneAmp® 9700 型PCR仪;NanoDrop2000型分光光度计;CQZ2000720型便携一体式电子腹腔镜,腹腔镜镜头型号为J1000B型、J1030B型(上海卓外医疗电子科技有限公司);手提式高压蒸汽灭菌器DSX-24L-I(上海申安医疗器械厂)。

    • 2%戊巴比妥钠溶液(0.4 g戊巴比妥钠粉末溶于20 ml 0.9%氯化钠注射液);碘伏溶液;液氮;0.9%氯化钠注射液;手术器械(打孔器、手术刀、组织剪、血管钳、镊子、布巾钳、圆针三角针、手术单)。

    • 随机将6只新西兰兔分成两组,分别设置模型组(n = 3)和对照组(n = 3),模型组麻醉后给予腹腔镜探查术,术后关闭腹腔;对照组麻醉后开腹,然后关闭腹腔。

    • 对模型组新西兰兔称重,耳缘静脉注射2%戊巴比妥钠(剂量1 ml/kg),麻醉成功后(呼吸平稳,角膜反射消失,身体肌肉松软),脱毛备皮,固定,生理盐水清洗皮肤,碘伏溶液消毒皮肤3次(范围为伤口周围15 cm)。铺手术巾,铺巾钳固定。沿腹正中线上切开皮肤,向下分离肌肉筋膜,切开腹膜,腹腔镜打孔器深入腹腔,插入腹腔镜套筒。将腹腔镜沿腹膜伸进去,到达肝脏表面,探查肝脏及胆囊约2 min。取出腹腔镜及套筒,消毒手术区域,关闭腹腔,缝合手术切口,敷料固定。对对照组进行相同操作,但不进行腹腔镜探查术。待新西兰兔麻醉苏醒后,送回动物饲养中心饲养。

    • 腹腔镜术后模型制备一周后,动物取材。新西兰兔称重,备皮,分别对模型组动物和对照组动物固定、消毒、铺巾,沿腹正中线行5 cm切口,打开腹膜腔,用无菌注射器深入到腹腔后部最低处,吸取约1.5 ml腹腔液体,放入相应编号的EP管中(并备份),液氮冷藏,随后进行16S rDNA测序。

    • 根据 E.Z.N.A.® soil DNA kit (美国Omega Bio-tek公司)进行腹腔液体微生物群落的DNA抽提,使用338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)对 16S rDNA基因V3-V4 可变区进行 PCR 扩增。在Miseq PE300/NovaSeq PE250平台(美国Illumina公司)进行测序(上海美吉生物医药科技有限公司)。使用Fastp软件对原始测序序列进行质控,使用Flash软件进行拼接后,在美吉生物的I-Sanger平台上进行生物信息学分析。

    • 以最小二乘法对样本做判别分析(PLS-DA),寻找物种丰度矩阵和样品分布/分组信息的最大协方差,在门水平和种水平上,模型组样本与对照组样本组内聚合良好、组间区分明显(图1A、图1B)。结果显示为两组样本细菌的种类均一度良好。对两组样本数据做Venn图分析,显示两者共有的OTU数目为957,模型组OTU数目为2206,对照组OTU数目为592。模型组腹水OTU含量高于对照组,表明模型组细菌种类较对照组明显升高(图1C)。

      图  1  模型组与对照组样本聚合度与OTU含量

    • 对样本数据进行α多样性分析,菌落丰富度Sobs及Ace值越高提示微生物群落丰度越高,结果显示模型组比对照组微生物群落丰度更高(图2A、图2B)。在微生物群落多样性分析中,Shannon指数提示,数值越高多样性越大;Simpson指数提示,数据越小多样性越大。得出模型组在微生物群落丰度和多样性方面均高于对照组(图2C、图2D)。从Alpha多样性指数表中可得出同样的结论(表1)。

      图  2  两组样本微生物种类及数量变化情况

      表 1  Alpha多样性指数表

      组别Sobs指数Ace指数Shannon指数Simpson指数
      对照组C1701712.7828425.2134870.016805
      对照组C2535555.8957552.4183620.263764
      对照组C3894912.0183764.5498370.054558
      模型组M118851899.9916816.434080.005768
      模型组M2882892.2374115.4443510.018387
      模型组M312841301.2689366.1093460.005465

      通过对样本的OTU分类学分析,对样本测序结果中的菌种、菌属等进行聚类,通过对97%相似水平的OTU代表序列进行分类学分析,在丰度-均匀度曲线中,水平方向是物种丰度,曲线在横轴上的宽度越大,提示丰度越高。曲线的形状反映了物种的均匀度,曲线越平缓,物种越丰富。模型组相对于对照组曲线宽度更宽,更平缓。提示模型组细菌种类数量以及含量高于对照组(图2E)。

    • 对样本数据进行微生物组成成分分析,在对照组中其他菌群数量占整体菌群数量的35.08%(图3A),而模型组其他菌群数量占整体菌群数量的65.04%(图3B),说明经过腹腔镜手术后,不明原因的其他菌群数量升高。模型组较对照组菌群占比升高的菌群有出血败血性巴斯德菌、草酸桿菌科、普雷沃菌、瘤胃球菌、正皮氏罗尔斯顿菌等。由此得出结论:腹腔镜手术后杂菌的数量显著增加,且以出血败血性巴斯德菌、草酸桿菌科、普雷沃菌、瘤胃球菌、 正皮氏罗尔斯顿菌等升高为主。

      图  3  微生物菌群组成成分比较

    • 微生物组在目、科、属、种水平上进行物种差异性分析。在目水平上,得出以下微生物群落升高:巴斯德菌目、马赛菌目、沙壤土杆菌目、莫拉菌目、奈瑟菌目、山羊海藻百伯史坦菌目、冢村氏菌目; 在科水平上,发现以下微生物群落升高:巴斯德菌科、奈瑟菌科、紫杉霉菌科、热苜蓿菌科、冢村氏菌科、膜杆菌科、虎蛆科、Akk菌科 、韦荣氏球菌科;在属水平上,发现以下微生物群落升高:巴斯德菌属、马赛菌属、莫拉菌属、奈瑟菌属、山羊海藻百伯史坦菌属、冢村氏菌属;在种水平上,发现以下微生物群落升高: 巴斯德菌、类芽孢杆菌、奈瑟菌、拉姆利杆菌、马赛菌、赤藓科菌、冢村氏菌、马赛菌、链球菌属。通过分析,发现在目、科、属、种上模型组均有增长且增长较为明显的菌种为巴斯德菌(图4A~图4D)。

      图  4  模型组高于对照组微生物群落的情况

    • 随着腹腔镜手术大量应用于临床,相比于传统手术而言,术后感染虽有所下降[3],但由于植入材料的应用,腹腔术后感染发生率依然很高。有研究表明,在腹腔镜术后患者的术后感染中革兰阴性菌占半数以上,以大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、鲍氏不动杆菌、肺炎克雷伯杆菌、嗜血菌属为主;革兰阳性菌以溶血葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、粪肠球菌为主;真菌以念球菌属、光滑假丝酵母菌、白假丝酵母菌为主[3-5]。在这些术后感染的病人中,感染的部位主要集中在肺部、腹部和尿道[5],从而引起相应术后并发症。

      本研究通过对新西兰兔进行腹腔镜探查手术,发现模型组与对照组在样本菌群的聚合度良好,并且在模型组中,菌群的多样性和丰度比对照组高。在进行两组样本微生物群落对比分析中发现,在属水平上模型组的其他菌群占比由35%上升至65%。表明菌群群落数量在腹腔镜手术术后显著升高,且以草酸杆菌科、有益杆菌、巴斯德菌、瘤胃球菌、黄杆菌升高为主,其中巴斯德菌、瘤胃球菌、正皮氏罗尔斯顿菌、黄杆菌导致人感染疾病。研究发现,巴斯德菌是一种来源于动物的革兰阴性球菌,可引起蜂窝织炎、腹膜炎、菌血症、心内膜炎、脑膜炎和化脓性关节炎等疾病[6],严重者病死率可达到31%[7]。瘤胃球菌是一种革兰阳性厌氧菌,是人类正常肠道菌群的一员[8],可以导致炎症性肠病[9]。正皮氏罗尔斯顿菌是革兰阴性杆菌,容易侵袭免疫功能低下的患者,可导致严重的菌血症和肾盂肾炎[10]。有研究表明,在195名呼吸功能衰竭患者中有黄杆菌定植,但均未出现相应的并发症。微生物菌群物种差异性分析发现,在科、目、种、属水平上,模型组较对照组在巴斯德菌、奈瑟菌、冢村氏菌、热苜蓿菌、叶绿体、噬纤维菌等均有不同程度上升,而其中巴斯德菌、奈瑟菌、冢村氏菌可导致人类发病。据相关研究显示。冢村氏菌是一种革兰阳性、专性需氧、弱抗酸细菌,可导致人体肺部感染[11]。奈瑟菌可导致人体感染尿道炎、脑膜炎[12]

        本研究发现巴斯德菌、瘤胃球菌、正皮氏罗尔斯顿菌、黄杆菌、奈瑟菌、冢村氏菌在模型组呈现显著上升趋势,这些菌种可引起腹腔、尿道、肺部感染,出现严重的腹膜炎、肠梗阻,尿道炎以及脑膜炎,甚至导致病人死亡,对腹腔镜腹腔感染控制有一定的指导意义。由于本次为动物实验,可能存在手术室条件有限,手术者操作不规范等将细菌带入腹腔情况,能否在临床病人身上得出同样的结论,还需要做进一步的研究。

参考文献 (12)

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