三代頭孢對老年心衰合并肺部感染患者腸道菌群的短期影響

陳曉婉 毛玉娣 喬華雙 黃海燕 丁西平

腸道菌群不僅可以分解食物從中獲取營養物質和能量，調節內分泌和介導免疫，還可以通過生成生物活性信號分子以維持人體的正常生理功能[1]。健康的腸道菌群可以保護機體免受外界致病微生物的入侵，而腸道菌群種類和結構的失調，可能會對人體的胃腸道、心血管和神經系統等產生一系列影響。由于各臟器功能衰退，較高比例的老年人患有心力衰竭等慢性疾病，而肺部感染既能誘發心衰又能通過增加心臟耗氧量進一步加重心肌損害，因此該類患者通常需要使用抗菌藥物予以治療。

第三代頭孢類抗菌藥物憑借其抗菌譜覆蓋廣泛、藥物濃度高、藥效穩定、安全性高等優勢于臨床應用較多，有相關實驗證明第三代頭孢類抗菌藥物的應用可以有效改善心力衰竭合并肺部感染患者的臨床癥狀[2]，但老年人腸道菌群結構不穩定，更容易受到藥物和環境的影響，且有研究發現短期使用抗生素治療可將腸道微生物群轉變為長期替代的不健康狀態[3]，這都將影響患者的病情及治療效果。本研究選取住院期間應用第三代頭孢類抗菌藥物治療的老年心衰合并肺部感染患者，分析其短期使用第三代頭孢類抗菌藥物前后腸道菌群的變化，重點了解其對菌群改變的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年12月-2021年5月在本醫院住院期間使用第三代頭孢類抗菌藥物治療的老年明確診斷心衰合并肺部感染的患者7例，包括男性4例，年齡66～89歲，平均（79.50±9.88）歲；女性3例，年齡73～82歲，平均（77.33±4.51）歲?；颊叩幕拘畔⒓暗谌^孢菌素類抗菌藥物使用情況見表1。

表1 患者基本信息及第三代頭孢菌素類抗菌藥物使用情況

1.2 納入與排除標準 ①納入標準：符合《中國心力衰竭診斷和治療指南2018》[4]的診斷標準，同時肺部CT提示肺部感染，痰培養提示細菌感染；年齡≥60歲；在院期間靜脈應用第三代頭孢類抗菌藥物，且使用時間≥5天。②排除標準：存在嚴重肝腎功能損害；存在腫瘤、免疫系統疾病等；存在腦梗死、腦出血等腦血管疾病及精神系統疾??；存在慢阻肺、肺結核、膿氣胸等其他肺部疾??；存在慢性胃腸炎、炎癥性腸病等消化系統疾??；近期有腹瀉、便秘等胃腸道癥狀；近1個月有抗生素、益生菌等用藥史；對第三代頭孢類抗菌藥物過敏或者存在禁忌。

1.3 糞便標本的采集 糞便標本采集：在受試者使用第三代頭孢類抗菌藥物第0、3、5天使用采樣器各采集1次新鮮糞便樣本，單次1～3 g，標序列放置于-80 ℃冰箱里保存。

1.4 糞便標本的DNA提取和16s基因組測序 ①DNA提?。豪肅TAB或SDS法提取糞便樣本中的DNA，提取成功后用瓊脂糖凝膠電泳法檢測DNA純度和濃度，DNA濃度用無菌水稀釋至1 ng/uL。②PCR擴 增 及16S DNA測 序：提 取 后的DNA，選用特異性引物16S V4區段（341F-806R（F：CCTAYGGGRBGCASCAG，806R：GGACTACNNGGGTATCAAT）進行擴增，均采用New England Biolabs公司的15Phusion? High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer，包括：98 ℃下初始變性1 min，然后在98 ℃下變性10 s，在50 ℃下退火30 s，在72 ℃下延伸30 s，最后在72 ℃下延伸5 min。所得的PCR產物使用Qiagen, Germany的Qiagen Gel Extraction Kit，在2% 瓊 脂 糖 凝膠上進行電泳檢測，最后使用Illumina, USA的TruSeq? DNA PCR-Free Sample Preparation Kit生成測序文庫，經采用 Qubit@2.0 Fluorometer（Thermo Scientific）和Agilent Bioanalyzer 2100評估合格后，使用Illumina NovaSeq platform進行測序。

1.5 統計學方法 采用SPSS 26.0統計學軟件分析數據。正態分布的計量資料以（±s）表示，兩組比較采用t檢驗，多組比較采用F檢驗；非正態分布的計量資料以M（P25，P75）表示，兩組比較采用Z檢驗；計數資料采用百分率（%）表示，組間比較采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 α多樣性變化 使用Shannon指數、Faith's PD指數、Chao1指數分析老年心衰合并肺部感染患者使用第三代頭孢類抗菌藥物后腸道菌群α多樣性變化，本研究發現使用第三代頭孢類抗菌藥物第3天后患者腸道菌群多樣性改變無統計學意義（P＞0.05)，Shannon指數（P=0.081）、Chao1指數（P=0.310）、Faith's PD指數（P=0.176），但在使用第5天后腸道菌群多樣性較使用前明顯下降（P＜0.05)。Shannon指 數（P=0.018）、Chao1指 數（P=0.028）、Faith's PD指數（P=0.018），見 表2。

表2 各時間段患者腸道菌群α多樣性指數

2.2 各水平上腸道菌群系序列數及豐度的改變

2.2.1 門水平上腸道菌群結構改變 本研究中主要序列為擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門及放線菌門。其中使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天后門水平上可見擬桿菌門序列數下降（P＜0.05），厚壁菌門、變形菌門、放線菌門序列數改變方面的差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天腸道菌群門水平序列數

2.2.2 綱水平上腸道菌群結構改變 使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天后綱水平上可見擬桿菌綱序列數下降（P＜0.05），芽孢桿菌綱、y-變形菌綱、梭狀芽孢桿菌綱、放線菌綱、疣微菌綱序列數改變方面的差異均無統計學意義（P＞0.05），見表4。

表4 使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天腸道菌群綱水平序列數

2.2.3 屬水平上腸道菌群結構改變 使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天后屬水平上可見酪酸梭狀芽孢桿菌屬、盲腸羅氏菌屬、產糞甾醇真細菌屬、瘤胃球菌002屬、瘤胃球菌005屬序列數下降（P＜0.05），擬桿菌屬、腸球菌屬、乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬序列數改變方面的差異均無統計學意義（P＞0.05），見表5。

3 討 論

心衰合并肺部感染是老年人常見疾病之一，且死亡風險極高，早期抗生素的使用至關重要。第三代頭孢類抗菌藥物主要通過抑制細胞壁的合成達到殺菌的效果，遠強于前兩代，對革蘭陰性桿菌及厭氧菌均有較強的作用。國內外許多研究均表明第三代頭孢類抗菌藥物治療過程中腸道菌群結構會發生改變[5]，甚至可以通過腸道黏膜免疫促進心力衰竭的發展[6]，因此早期動態監測使用第三代頭孢類抗菌藥物使用前后的腸道菌群變化，可以有助于我們使用藥物合理干預。本研究通過檢測第三代頭孢類抗菌藥物治療前后的老年心衰合并肺部感染患者腸道菌群短期變化，發現治療后患者腸道菌群α多樣性下降，擬桿菌門豐度下降，擬桿菌綱豐度下降，酪酸梭狀芽孢桿菌屬、盲腸羅氏菌屬、產糞甾醇真細菌屬、瘤胃球菌002屬、瘤胃球菌005屬豐度下降。

本研究中短期使用第三代頭孢類抗菌藥物后老年心衰患者腸道菌群的多樣性下降，且在使用第5天后較前顯著降低，這說明第三代頭孢類抗菌藥物短期使用即可引起腸道菌群的改變，且為漸進性的改變，與Yang Lulu等[7]研究數據相同。但定義腸道菌群多樣性改變的好壞，需要聯合菌群數量和種類的改變分析比較。在本研究中使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天后腸道菌群門水平上主要是擬桿菌門減少，厚壁菌門未見明顯改變，與相關研究結果相同[8]。擬桿菌門是腸道中的優勢菌，為革蘭陰性厭氧菌，其減少提示了腸道優勢菌屬的改變及腸道菌群結構的失調，而同樣在本研究中，由于擬桿菌門的大量減少，短期使用第三代頭孢類抗菌藥物后患者腸道菌群中厚壁菌門/擬桿菌門比值升高。有研究發現厚壁菌門/擬桿菌門比值升高可以導致炎癥性腸病等相關疾病的發生[1]。

本研究發現短期使用第三代頭孢類抗菌藥物第5天后屬水平結構變化更為明顯，主要是酪酸梭狀芽孢桿菌屬、盲腸羅氏菌屬、產糞甾醇真細菌屬、瘤胃球菌002屬、瘤胃球菌005屬下降，提示了第三代頭孢類抗菌藥物短期使用主要是抑制老年心衰合并肺部感染患者腸道菌群的增殖。酪酸梭狀芽孢桿菌屬、盲腸羅氏菌屬及瘤胃球菌屬均可以產生以丁酸為主的多種短鏈脂肪酸，這些短鏈脂肪酸可以提供能量，維持腸道酸性環境，但第三代頭孢類抗菌藥物的使用使其數量減少，這可能會導致滲透性腹瀉及某些腸炎的發生[9]，補充相應的膳食纖維或可改善腸道菌群的組成和功能。本研究中發現的如酪酸芽孢桿菌屬的減少或許可以通過益生菌及益生元補充，從而保護和修復腸道黏膜屏障，維持腸道功能，同樣益生菌可減輕心肌肥厚和心臟重塑，延緩心力衰竭的發展[10]，使用第三代頭孢類抗菌藥物的同時使用益生菌益生元制品無論是對腸道菌群還是對心力衰竭均有益處，但本研究中腸球菌屬、雙歧桿菌屬及乳酸桿菌屬并未有明顯變化，國內外其結果差異較大，這可能與研究樣本量過少，抗生素應用差異以及患者飲食生活習慣有關。

本次研究采用16S rRNA高通量測序更加深入比較短期使用第三代頭孢類抗菌藥物對此類患者的腸道菌群結構改變，但本研究樣本量較少，且抗生素選擇不一致，后續仍需加大樣本量，進一步研究隨訪單一抗生素對腸道菌群的影響，期待大樣本、多中心、多時間點的研究進行。

綜上所述，短期應用第三代頭孢菌類抗菌藥物可引起老年心衰合并肺部感染患者腸道菌群結構紊亂，主要表現為產生短鏈脂肪酸的有益菌屬減少，這可以幫助我們更好地參與老年心力衰竭合并肺部感染患者的診治并加以干預。