抗生素已被证明会对宿主产生意外影响，破坏有益的微生物群。在这项研究中，我们在抗生素治疗期间和之后纵向监测了微生物群。我们在45只BALB/c小鼠中诱导了全身性大肠杆菌感染，其中25只为未感染对照组。该疾病用美罗培南进行治疗。动物在包括治疗后3小时、5天和30天的时间点被纵向评估三次。收集肠、肺、血液和腹膜灌洗液样本进行分析。我们的研究结果表明，美罗培南有效治疗了由大肠杆菌引起的致命全身感染。治疗后30天内，血液学参数、隐窝深度和杯状细胞数量保持不变。然而，抗生素治疗损害了肠道菌群的恢复，即使在治疗后30天也是如此。这种美罗培南对菌群的长期影响在感染和非感染（生理盐水处理）组中均观察到。α和β多样性分析未显示菌群恢复。值得注意的是，乳酸杆菌和拟杆菌减少，而梭状芽孢杆菌、肠球菌和埃希氏菌-志贺氏菌增加。本研究提供了新的证据，即使在模拟大肠杆菌感染后美罗培南治疗30天，肠道菌群仍未恢复，突显了抗生素引起的长期菌群失调。
尽管血液学参数和肠道组织学恢复正常，但持续存在的菌群失调引发了关于潜在亚临床免疫变化的问题，例如低度全身炎症和改变的细胞因子谱（如IL-6或TNF-α升高）。先前的研究表明，即使在没有明显炎症的情况下，微生物组成的持续变化也可能导致亚临床免疫激活的状态，在这种状态下，由于持续暴露于微生物衍生信号（如脂多糖和短链脂肪酸），粘膜免疫途径会持续低水平参与。在我们的研究中，IM.T2组表现出与慢性免疫调节相关的微生物特征，包括乳酸杆菌和拟杆菌的减少，以及梭状芽孢杆菌和肠球菌的富集。这些发现与报告一致，即此类微生物变化会导致免疫失调，如TLR4/NF-κB通路的持续激活，以及代谢紊乱，包括胰岛素抵抗、肥胖症和血脂代谢的改变，从而加剧肥胖和2型糖尿病等状况。
在动物模型中，抗生素应用后肠道菌群组成的恢复在14天内被观察到。其他团队的数据表明，在使用氨基糖苷类、氟喹诺酮类和四环素类抗生素治疗后的28天内，肠道菌群组成得以恢复。在人类中，微生物组成在短期广谱抗生素干预后1.5至2个月之间得以恢复。抗生素对肠道菌群的影响因时间和特定的抗生素家族而异。然而，上述研究均未在大肠杆菌感染和感染后反应的背景下应用抗生素。
我们的数据显示，在5天的抗生素疗程后，肠道菌群组成在30天内仍然受到干扰。这一发现与其他最近报道的结果一致，即不同肠道微生物群——人、鸡和猪——在抗生素治疗后也表现出持续的微生物组成变化。研究发现，虽然某些抗菌药物抗性基因(ARGs)被积极转录，但它们的流行率在不同物种间有所不同。在我们的研究中，美罗培南治疗后IM.T2组中持续存在的生态失调与这一发现相符，凸显了抗生素对微生物多样性和功能性更广泛的影响。需要注意的是，环境在抗生素耐药性方面起着重要作用，在将啮齿动物研究结果外推到人类时应予以考虑。
使用美罗培南治疗大肠杆菌感染已见诸文献。然而，复制大肠杆菌感染并随后进行抗生素治疗以观察菌群恢复的研究却很缺乏。虽然在猪身上探索过大肠杆菌感染和抗生素给药的模拟，但这些研究并未重视微生物组成的恢复。此外，重组噬菌体衍生的荚膜解聚酶已在感染大肠杆菌K1株的Wistar大鼠中进行了研究，但这些研究未涉及肠道菌群的恢复。
除了抗生素之外，许多因素也会影响抗生素治疗后肠道菌群的恢复。这些因素包括年龄、抗生素剂量、益生菌补充、群落背景和环境储库。近期观察表明，更高的分类和功能多样性可能与成功恢复的更高可能性相关。老年个体往往会在抗生素治疗后残留致病共生菌，妨碍肠道菌群的恢复。相反，使用含有副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌的发酵乳制品中的益生菌菌株治疗，对微生物组恢复有小但可测量的好处。在治疗大肠杆菌感染时应考虑这些最新发现。
大肠杆菌感染会引起炎症和氧化应激。感染大肠杆菌的小鼠已被观察到白细胞总数和蛋白质水平升高。我们的研究证实了先前数据的血液学变化，并增加了感染后30天这些参数恢复的发现。然而，虽然血液学正常化表明急性炎症的解决，但我们的发现不排除与持续的微生物改变相关的持续免疫调节的可能性。研究表明，抗生素引起的微生物群变化即使在感染明显解决后仍可能导致免疫紊乱的延长。
即使在感染和随后的抗生素治疗后30天（IM.T2组），与非病理状态（SS.T2组）相比，肠道菌群显示出显著的组成变化。参与碳水化合物发酵和短链脂肪酸生产的属（如拟杆菌、乳酸杆菌、普雷沃氏菌科UCG 001和UCG 003）、蛋白质代谢（如梭菌纲UCG014和拟杆菌）、免疫功能和维生素生产（如乳酸杆菌和拟杆菌）以及胆汁和胆固醇代谢（如脱硫弧菌和拟杆菌）的属在感染和抗生素治疗组中显著减少。此外，即使在肠道菌群恢复阶段（30天后），与各种感染相关的种和属在抗生素和感染组（IM.T2组）中有所增加，例如艰难梭菌、肠球菌、致病性大肠杆菌菌株和志贺氏菌。同样，与生态失调状态下的炎症和代谢紊乱相关的属，如布劳特氏菌、黄酮分解菌和拉克诺螺菌也在IM.T2组中升高。这些发现表明，虽然美罗培南能有效治疗全身性大肠杆菌感染，但它会引起即使在治疗后30天仍未恢复的生态失调。这些发现与Hu等人最近的观察结果一致，他们证明基于阿莫西林的疗法显著改变了幽门螺杆菌患者肠道菌群的多样性和功能能力。然而，与短期微生物群恢复观察结果不同，我们的结果强调，即使在30天后，微生物群恢复仍不完全，IM.T2组中持续存在失调特征。这表明抗生素类别和治疗持续时间的性质在塑造长期微生物群动态方面起着关键作用，强调需要定制的抗生素后恢复策略。
然而，在一些分析中，各组在30天期间（图中标记为T2）的样本量(n)不足。例如，由于感染+美罗培南和感染+生理盐水组的高死亡率，无法对所有每组10只动物进行血细胞计数分析，因此图2A中的PCA比较的是样本量不同的组。
值得注意的是，尽管存在菌群失调，动物在感染和抗生素恢复期后体重恢复（见图1C）。这表明即使在肠道微生物组成持续改变的情况下，也会发生代谢适应，可能受能量代谢和营养吸收变化的影响。菌群恢复、体重增加和代谢调节之间的相互作用值得进一步研究。
虽然抗生素使用后肠道菌群的恢复已有充分记录，但先前的研究尚未建立系统性感染来观察治疗后的菌群恢复。本研究证明，美罗培南能有效治疗全身性大肠杆菌感染，但在治疗后30天内显著损害了肠道菌群的恢复，失调现象持续存在。这项研究通过阐明感染期间和之后肠道环境、血液和菌群之间的复杂动力学，突显了抗生素干预的长期后果。未来的研究应优先制定增强菌群恢复的策略，如益生菌或饮食干预，同时研究持续失调的分子机制及其对代谢和免疫功能影响，以更好地了解抗生素治疗后的肠道菌群恢复动态。
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