肠道菌群+代谢告诉你，为什么西式饮食会恶化坏死性胰腺炎？

目的：肠道菌群是坏死性胰腺炎的主要感染源。研究西式饮食通过破坏肠道菌群对坏死性胰腺炎死亡率和细菌传播的影响，并通过添加丁酸来逆转这种影响。

设计：C57BL/6小鼠以标准饲料SD或西式饮食WD喂养4周，使用牛磺胆酸纳诱导坏死性胰腺炎。用16S rRNA扩增子测序分析小鼠盲肠微生物组成，并用靶向（即丁酸）和非靶向代谢组学分析盲肠代谢物。比较了健康小鼠粪便微生物群移植（FMT）、抗生素治疗、口服或全身注射丁酸对坏死性胰腺炎的作用。此外，还分析了胰腺炎患者和健康人的粪便微生物群。

结果：喂饲西式饮食的小鼠死亡率、全身炎症和细菌传播增加，肠道菌群以多样性丧失、大肠杆菌大量繁殖和丁酸缺失的代谢谱改变为特征。抗生素处理可降低死亡率，口服和全身补充丁酸可降低死亡率、细菌传播，并逆转微生物群落的变化。矛盾的是，使用FMT后，死亡率和细菌传播增加。最后，与健康受试者相比，急性胰腺炎患者表现出变形菌增多，产丁酸菌减少。

结论：丁酸的缺失及其补充在坏死性胰腺炎的发病过程中起着重要作用。

西式饮食喂养（WD）的急性坏死性胰腺炎（ANP）小鼠盲肠菌群多样性降低、大肠杆菌增多

β多样性分析表明，西式饮食组WD+ANP小鼠的盲肠内容物（CE-C）和盲肠组织（CE-T）的菌群组成与对照（WD+VEH）和标准饮食SD+ANP相比有显著变化。WD+ANP组与SD+ANP组相比α多样性（Shannon指数）显著降低，WD+ANP与WD+VEH无显著性差异，表明盲肠微生物群受到WD的干扰，与胰腺牛磺胆酸纳诱导无关。门水平的相对丰度柱状图显示WD+ANP小鼠盲肠内容物和组织中变形菌门（Proteobacteria）大量繁殖，但SD+ANP组没有检测到，且SD+ANP组和SD+VEH组相比微生物组成无显著差异。在属水平上，与SD+ANP组相比，WD+ANP小鼠大肠杆菌/志贺氏菌属是最丰富的类群，两组间肠球菌无明显差异。

西式饮食喂养（WD）的急性坏死性胰腺炎（ANP）小鼠盲肠菌群多样性降低、大肠杆菌增多

WD+ANP小鼠盲肠代谢谱紊乱、丁酸缺失

非靶向代谢组结果显示，ANOVA方差分析得到49种差异代谢物（p<0.05）。与SD+ANP组相比，WD+ANP组的大部分碳水化合物降低（D-阿洛糖，D-来苏糖，甲基β-D-吡喃葡萄糖苷）和长链脂肪酸（油酸、油酸甲酯和棕榈油酸）增加。短链脂肪酸的靶向检测分析表明，与SD胰腺炎小鼠相比，WD胰腺炎小鼠盲肠乙酸和丁酸明显减少。综上所述，WD+ANP小鼠由于大肠杆菌大量繁殖引起全身感染而处于高致死风险中，同时盲肠微生物群的组成和功能发生了显著变化——丁酸、氨基酸和碳水化合物显著减少。

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非靶代谢组分析结果显示代谢谱紊乱

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短链脂肪酸靶向检测结果显示丁酸缺失

用抗生素杀灭大肠杆菌等革兰氏阴性菌可降低WD胰腺炎小鼠的死亡率

小鼠每天口服非吸收性抗生素（新霉素和多粘菌素B）两次，持续5天，以杀灭肠道中的革兰氏阴性菌（GNGD），WD+ANP抗生素治疗（GNGD）小鼠的死亡率从64%下降到17%，5/6的小鼠盲肠组织中大肠杆菌/志贺氏菌的相对丰度显著降低。所有血液培养物均未检出革兰氏阴性菌，且CFU显著降低。

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抗生素治疗降低WD胰腺炎小鼠的死亡率

WD小鼠发生ANP后进行粪菌移植会恶化细菌感染和死亡

利用健康小鼠排出的粪便制备FMT。令人惊讶的是，初步实验结果表明，FMT加速了死亡率。为了证实这一点，在ANP诱导前，将WD喂养天数缩短到14天，建立了一个致死率较低的ANP模型。随后，在手术后1、24和48小时，通过口服灌胃给予小鼠FMT或无菌粪便滤液（SFF），并在术后72小时内监测存活率。与接受SFF的小鼠相比，接受FMT的胰腺炎小鼠的死亡率显著增加。FMT增加了胰腺组织培养的CFU总数以及革兰氏阴性和革兰氏阳性病原菌。在胰腺组织和血液中SFF组大肠杆菌为主要病原体，FMT组粪肠球菌为主要病原体。FMT的16S rRNA扩增子分析表明，三种主要的病原体（大肠杆菌、阴沟肠杆菌复合群和粪肠球菌）属仅占FMT中细菌总数的0.02%。

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粪便微生物群移植会恶化细菌感染和死亡

口服或注射补充丁酸能减轻感染，改善菌群失调，降低死亡率

丁酸，一种肠道微生物衍生代谢物，是结肠细胞的重要碳源，可能对肠道屏障损伤起保护作用。鉴于WD+ANP组小鼠肠道中丁酸的减少，将丁酸补充到饮用水中（BUTDW）或通过腹腔注射（BUTIP）给WD小鼠。口服和腹腔注射均能显著提高WD胰腺炎小鼠的存活率，且口服丁酸保护作用更强。两种丁酸处理均能降低血清内毒素和革兰氏阴性细菌，但是只有口服补充丁酸才能预防胰腺被大肠杆菌感染。ANP小鼠细胞间连接相关基因的表达降低（CLDN1，OCDN，CHD1），口服丁酸治疗后CLDN1和CHD1显著增加。16S rRNA分析表明，口服丁酸的盲肠微生物群与WD+VEH相似，并完全抑制盲肠和组织中变形菌的生长，特别是大肠杆菌/志贺氏菌。

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口服或注射补充丁酸能减轻感染，改善菌群失调，降低死亡率

急性胰腺炎患者粪菌中变形菌门扩张，产丁酸菌丰度下降

对15例健康对照（HV）和35例胰腺炎患者（AP）的粪便样本进行16S rRNA分析，AP组和HV组的微生物群组成不同（p=0.001），AP中α多样性降低（p<0.0001）。胰腺炎患者中变形菌门丰度很高，与HV相比增加了13倍。在属水平上，大肠杆菌/志贺氏菌和链球菌分别增加了100倍和10倍。与对照组相比，AP患者产丁酸菌显著减少（两倍）。

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急性胰腺炎患者粪菌中变形菌门扩张，产丁酸菌丰度下降