白芍总苷长期给药对胶原诱导型关节炎大鼠和正常大鼠肠道菌群影响的纵向研究

目的纵向观察不同剂量白芍总苷(total glucosides of paeony,TGP)给药12周过程中对胶原诱导型关节炎(collagen-induced arthritis,CIA)大鼠以及正常大鼠肠道菌群(简称"菌群")的影响,发现白芍总苷长期给药重点调控的菌群及其代谢功能,以探究其通过影响菌群治疗类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)的机制。方法将雄性SD大鼠随机分为正常组、模型组、正常及模型给药白芍总苷(948、474、158 mg·kg-1)剂量组。于模型复制后给药0周(给药前)以及给药4、8、12周后收集大鼠粪便样本,利用Illumina Miseq平台进行高通量测序,采用相应软件进行操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)、Alpha多样性指数测定,进行Beta多样性分析、基于图形系统发育分析(graphical phylogenetic analysis,GraPhlAn)、偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis, PLS-DA)与线性判别分析(linear discriminant analysis effect size,LEfSe)等的菌群群落结构相似性分析。同时借助数据库进行菌群不同水平分类学组成分析以及PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstructing unobserved states)菌群功能的预测。每组先进行不同时间点上述指标的动态变化分析,再进行各组间扣除相同变化后的比较,筛选出白芍总苷对胶原诱导型关节炎和正常大鼠或2个以上剂量调节作用相同的菌群及菌群代谢功能。结果 (1)白芍总苷3个剂量均可影响胶原诱导型关节炎大鼠菌群OTU的经时变化,仅低剂量可影响正常大鼠该指标的经时变化。(2)白芍总苷中、高剂量影响胶原诱导型关节炎大鼠菌群Alpha多样性指数的经时变化,而3个剂量均不影响正常大鼠该指标的经时变化。(3)综合Beta多样性分析以及GraPhlAn、PLS-DA、LEfSe分析,对胶原诱导型关节炎大鼠菌群的影响白芍总苷低、高剂量强于中剂量,对正常大鼠则白芍总苷中、高剂量强于低剂量。Coprococcus属是白芍总苷给药后胶原诱导型关节炎和正常大鼠共同的优势菌属,Akkermansia、Sutterella、Bacteroides、Parabacteroides、SMB53属是不同剂量白芍总苷给药后共同的菌群差异贡献者。(4)不同剂量白芍总苷对胶原诱导型关节炎大鼠各水平分类学组成分析影响呈剂量依赖性,对正常大鼠则作用相近;白芍总苷低、中剂量对胶原诱导型关节炎和正常大鼠菌群影响均不同,而高剂量对两者的Peptococcaceae科、Coprococcus属影响明显。(5)胶原诱导型关节炎大鼠升高的Biosynthesis of Other Secondary Metabolites菌群代谢功能(以下简称"功能"),可被中剂量白芍总苷降低;3个剂量白芍总苷均明显升高胶原诱导型关节炎大鼠Endocrine System功能,中、高剂量均明显升高Immune System功能,低、高剂量均明显降低Cardiovascular Diseases、Cellular Processes and Signaling功能。高剂量白芍总苷降低正常和胶原诱导型关节炎大鼠中Immune System Diseases功能。结论白芍总苷对胶原诱导型关节炎大鼠的菌群调节作用强于正常大鼠。上述白芍总苷长期给药稳定和重点调节的菌群和菌群代谢功能解释了其对类风湿关节炎的疗效,不同剂量白芍总苷明显影响的菌群和菌群代谢功能不同。