持续抗生素治疗对结核病患者肠道菌群结构与功能及抗结核治疗效果影响的临床研究

Recent studies have found that gut microbiota, whose structure and function could be influenced by antibiotic administration, is critical to human health. However, there have been few researches on the effects of persistent antibiotic use on gut microbiota. Anti-tuberculosis treatment requires at least 6 months of continuous combined administration of antibiotics. The consequent changes of gut microbiota may alter gastrointestinal function and drug absorption, thereby affect the outcome of treatment. In this study, taking the unique opportunity of 6 months anti-tuberculosis treatment, we will establish a cohort of tuberculosis patients to observe the composition, relative abundance, ecological diversity of gut microbiota before and after the anti-tuberculosis treatment. Furthermore, a nested case-control study will be performed to explore the correlation between changes of gut microbiota and drug absorption; and to analyze the mechanism of gut microbiota on the activity and gene mutation of Mycobacterium tuberculosis, and the occurrence of adverse events. On the basis of above findings, the decision tree and the artificial neural network model will be applied to optimize the anti-tuberculosis treatment strategy based on the improvement of gut microbiota. This proposed study takes multidisciplinary theories and methods into practice covering genomics, pharmacokinetics, molecular epidemiology, microbiology and strategy analysis. The clinical observation will be carried out following the guidance of China national tuberculosis control program.

最近的研究发现肠道菌群对人类健康至关重要，而抗生素应用可能影响肠道菌群的结构和功能，但目前尚缺乏针对持续抗生素使用对人体肠道菌群影响的研究。抗结核治疗要求至少6个月的持续联合抗生素应用，而患者肠道菌群的变化可能改变其胃肠道功能及药物吸收，进而影响治疗结局。本研究利用抗结核治疗6个月疗程的独特契机，通过建立结核病患者队列，观察持续抗生素使用对患者治疗前后肠道菌群构成、相对丰度、生态多样性的影响；进而采用巢式病例对照研究，深入探索肠道菌群变化与患者抗结核药物吸收间的相关性，综合分析肠道菌群变化对结核分枝杆菌消长和耐药基因突变、患者疾病进展和不良反应发生的影响及作用机制，并在上述发现的基础上利用决策树和人工神经网络模型探讨基于改善肠道菌群的抗结核治疗策略。研究将结合肠道菌群基因组学、药代动力学、分子流行病学、微生物学和策略分析等多学科理论和方法，在国家结核病控制项目诊疗规范下完成临床观察和研究。

结核病是全球因单一病原体死亡的主要原因，我国的结核病负担位居全球第二。结核病治疗中持续6个月的抗生素联合应用可能影响患者肠道菌群，进而影响抗结核治疗结局。本研究基于结核病患者队列，结合肠道菌群基因组学、代谢组学和分子流行病学等技术，纵向观察和分析持续抗生素使用与患者肠道菌群变化以及抗结核治疗结局间的关系，识别肠道菌群结构变化的功能特征和代谢通路改变，探索其影响药物代谢和治疗结局的可能机制。 .研究在四川、江苏和上海开展，共获得报告的活动性肺结核患者426人，最终纳入病原学诊断阳性患者366人。研究共获得患者基线和随访粪便样本1139份，血清样本1027份，健康对照者粪便样本62份。研究已完成所有患者的细菌学检测和600份粪便样本的16SrRNA测序。鉴于期间肠道菌群研究的快速发展，在16S测序基础上，增加了部分患者的肠道菌群宏基因测序和粪便非靶向代谢组学检测。.基线研究发现，结核病患者抗结核治疗前肠道菌群的物种丰富度和结构与健康人群存在差异，机会致病菌相对富集，产短链脂肪酸的有益菌丰度减少，特定菌群有区分活动性结核病患者和健康人群的潜能。患者队列的纵向研究发现，抗结核治疗期间患者肠道菌群的物种丰富度和均匀度显著下降，菌群整体结构差异逐渐增加，Bacteroidetes、Faecalibacterium等相对丰度减少，而Proteobacteria、Escherichia‑Shigella等增加，特定菌群可能与患者治疗中肝功能异常有关。血药浓度监测表明，患者尤其是糖尿病共患者有强化期药物吸收延迟或浓度偏低现象。强化期肝损患者粪便宏基因测序发现，Veillonellaceae家族显著富集，Escherichia‑Shigella调控的多条核苷酸降解途径和Veillonella_parvula调控的细菌脂多糖生物合成途径等显著增强。.本项目注册了中国临床试验(ChiCTR1900023369)，研究方案已在BMC Pulmonary Medicine发表，初步成果已形成研究论文发表。研究结果反映了持续抗生素使用可引起结核病患者肠道菌群失调，进而可通过短链脂肪酸和/或细菌脂多糖生物合成等代谢通路影响治疗结局，且与不良反应发生有关，研究结果对了解结核病的发生机制、提高抗结核治疗效果具有重要的临床价值和科学意义。