Frontiers in Medicine

Introduction

Colonoscopia é o método preferido para avaliar a saúde intestinal da maioria dos pacientes e é o padrão ouro para o diagnóstico do câncer colorretal, que pode claramente descobrir lesões intestinais (1). Antes da colonoscopia, o preparo intestinal é comumente utilizado para garantir que nenhum resíduo permanece na parede intestinal para afetar o processo de exame e os resultados através da utilização de dieta ajustada e medicamentos relacionados, e a adequação do preparo intestinal pode afetar diretamente o efeito final da colonoscopia (2). Atualmente, o polietilenoglicol (PEG) é amplamente utilizado na limpeza intestinal antes da colonoscopia devido à sua eficácia e extensiva aceitabilidade (3).

Como sabemos, a microbiota intestinal é importante para sustentar a saúde humana. Sob condições fisiológicas, bactérias simbióticas anaeróbicas fisiológicas, bactérias simbióticas patogênicas condicionais e outras bactérias nocivas coexistem no trato intestinal em uma proporção estável. Entretanto, quando a microbiota intestinal se altera ou a proporção da microbiota intestinal está fora de equilíbrio, mudanças fisiopatológicas correspondentes ocorrerão (4). Durante o procedimento de preparação intestinal, grande quantidade de líquido entra no trato intestinal e perturba consideravelmente o ambiente da cavidade intestinal normal, e a ingestão de laxantes pode aumentar a discinesia intestinal e o peristaltismo intestinal, o que faz com que as bactérias não possam aderir à mucosa intestinal (5). Além disso, a grande quantidade de oxigênio trazida pela preparação intestinal no ambiente intestinal reduz fortemente o número de bactérias anaeróbicas, e promove o crescimento de bactérias aeróbicas, resultando em distúrbio microbiano intestinal (6).

Probióticos são “microorganismos vivos que podem ter efeitos benéficos no hospedeiro ao ingerir doses suficientes” (7), estudos anteriores indicam que os probióticos desempenham um papel ativo em uma variedade de doenças humanas, incluindo síndrome do intestino irritável, doença inflamatória intestinal, e câncer de cólon (8, 9). Nossos estudos anteriores indicaram que as preparações probióticas têm efeitos importantes na redução da resposta inflamatória após a gastrostomia e na melhora dos sintomas gastrointestinais em pacientes pós-operatórios (10), e as preparações probióticas também aliviam significativamente a inflamação da mucosa oral causada pela radioterapia em pacientes com carcinoma nasofaríngeo (11). Embora tenha sido dada atenção aos efeitos secundários da preparação intestinal, por exemplo desequilíbrio da microbiota intestinal e danos na mucosa intestinal em círculos acadêmicos, pouco trabalho é feito para reduzir os efeitos colaterais da preparação intestinal usando suplemento probiótico.

Neste estudo, o medicamento probiótico clínico Bifidobacterium Tetragenous Bacteria Tablets foi usado para avaliar seu efeito em voluntários recebendo preparação intestinal, e seqüenciamento de alto rendimento foi aplicado para avaliar se os probióticos tiveram efeitos positivos no distúrbio da microbiota intestinal causado pela preparação intestinal.

Materiais e Métodos

Declaração Ética

O presente estudo foi aprovado pelos Conselhos de Revisão Institucional do Segundo Hospital Filiado da Universidade de Nanchang (Nanchang, China). Os pacientes forneceram consentimento informado por escrito para a coleta de amostras. O projeto também foi registrado e aprovado pelo Centro de Registro de Ensaios Clínicos da China (ChiCTR1900022539).

Concepção do estudo e matrícula do paciente

O estudo foi conduzido no Segundo Hospital Afiliado da Universidade de Nanchang na China entre dezembro de 2018 e novembro de 2019. Trinta e dois sujeitos (29 homens, 3 mulheres), com idade média de 51 anos (variação de 30-70 anos), altura de 1,66 m, peso de 61,78 kg, índice de massa corporal (IMC) de 22,39, foram matriculados. Cinco participantes tinham histórico de hipertensão arterial, quatro tinham histórico de diabetes, e três tinham histórico de hipertensão arterial e diabetes. De acordo com os regulamentos, a medicação não foi descontinuada durante o processo de estudo. Além disso, nenhum participante tomou antibióticos durante o estudo, nem tinha desenvolvido infecção recentemente, e nenhum outro probiótico ou iogurte foi tomado. Nenhum destes voluntários era vegetariano (Tabela 1).

Protocolo de ensaio

Os 32 voluntários foram divididos em dois grupos: grupo placebo (grupo C, n = 16) e grupo probiótico (grupo P, n = 16). Probiótico (Bifidobacterium Tetragenium Bacteria Tablets (SiLianKang), Hangzhou Grand Biologic Pharmaceutical Inc., Hangzhou, China. Número de aprovação SFDA: S20060010, contendo >0,5 × 106 UFC/tabela Bifidobacterium infantis, >0,5 × 106 UFC/tabela Lactobacillus acidophilus, >0,5 × 106 UFC/tabela Enterococcus faecalis, e >0,5 × 105 UFC/tabela Bacillus cereus). Os participantes foram sugeridos a comer papas, macarrão e outras dietas de baixa fibra na véspera da preparação intestinal, e a comer normalmente dietas após a colonoscopia. Os antibióticos foram proibidos durante o processo de tratamento, assim como a bebida e a acrimônia. Todos eles começaram a tomar placebo ou preparados probióticos após colonoscopia por até 5-7 dias (três comprimidos e três vezes ao dia).

Os participantes tomaram 2 L de polietilenoglicol (PEG, SFDA número de aprovação: H20020031, contendo pacote A: 0,74 g de cloreto de potássio e 1,68 g de bicarbonato de sódio, pacote B: 1,46 g de cloreto de sódio e 5.68 g de sulfato de sódio, embalagem C: 60 g de polietilenoglicol 4.000) 4-5 h antes da colonoscopia e o PEG deve ser tomado completamente dentro de 1 h. Após anestesia intravenosa com injecção de 1 ml de cloridrato de lidocaína (número de aprovação SFDA: H37021309), 1 ml de cloridrato de nalbuphine (número de aprovação SFDA: H20130127) e 20 ml de emulsão de propofol (número de aprovação SFDA: H20051843), os participantes foram submetidos a colonoscopia. Se os participantes foram intolerantes durante a colonoscopia, foram adicionados anestésicos, conforme apropriado. As fezes em 3 pontos (3 dias antes, no mesmo dia da preparação intestinal pouco antes da colonoscopia, e 7 dias após o processo) foram coletadas. As amostras coletadas foram armazenadas em 50% de glicerol (Cat#56-81-5; Sengon Biotech, China) e imediatamente armazenadas a -80°C para uso posterior.

Extratoração total de DNA genômico bacteriano e seqüenciamento de alto rendimento

Um total de 96 amostras fecais foram coletadas, e o método de jateamento de esferas combinado com o kit de DNA genômico (Tiangen Biotech Co., Ltd., Beijing, China) foi usado para extrair DNA microbiano fecal (12). A concentração e pureza dos DNAs purificados foram determinadas através de um espectrofotómetro a 230 nm (A 230) e 260 nm (A 260) (NanoDrop; Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA, EUA). A região V4 do gene 16S rDNA em cada amostra foi amplificada com primer 515F/806R(515F, 5′-GCACCTAAYTGGGYDTAAAGNG-3′; 806R, 5′- TACNVGGGTATCTAATCC-3′), e produtos PCR foram sequenciados na plataforma IlluminaHiSeq 2000 (número de acesso ao GenBank PRJNA597277) (13).

Análise de dados

Análise dos dados de sequenciamento de alta produtividade, Cutadapt (versão 1.9.1, http://cutadapt.readthedocs.io/en/stable/), algoritmo UCHIME http://www.drive5.com/usearch/manual/uchime_algo.html, pacote de software UPARSE (versão 7.0.100), software QIIME (versão 1.9.1), pacote de software QIIME (versão 1.8.0) e software SIMCA-P (versão 11.5; Umetrics; Sartorius Stedim Biotech, Malmö, Suécia) foram utilizados para determinar a diversidade α (dentro das amostras, índices de OTUs observadas, Chao1, Shannon, Simpson, ACE, e cobertura de mercadorias) e β diversidade (entre amostras, PCA, PCoA e NMDS) (14, 15).

Dados são apresentados como média ± desvio padrão (SD). As análises estatísticas foram realizadas utilizando o software Prism (versão 7.0; GraphPad Software, San Diego, CA, EUA) e o software SPSS 17.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, EUA). A significância estatística foi determinada por meio da análise de variância unidirecional (ANOVA), seguida pelo teste de comparação múltipla de Tukey e pelos testes F. As probabilidades de erro de P < 0,05 foram consideradas estatisticamente significantes.

Resultados

Patients Baseline Characteristics

Entre dezembro de 2018 e novembro de 2019, 32 voluntários foram inscritos no grupo placebo (grupo C, 16 voluntários) e no grupo probiótico (grupo P, 16 voluntários), e seu sexo, idade, IMC, características da linha de base, histórico médico passado e reação gastrointestinal antes e depois da preparação intestinal foram resumidos na Tabela 1. Não houve diferença significativa entre o grupo C e o grupo P.

Efeito da preparação intestinal em micróbios intestinais

Para explorar se a preparação intestinal pode afetar os microrganismos intestinais, a região hipervariável das bactérias V4 foi amplificada usando o método 16S rDNA amplicon sequencing method from feces of 16 volunteers before (CB group), during (CM group) and after bowel preparation (CA group).

Nas Figuras 1A-C, o índice de Shannon, índice de Simpson e espécies observadas indicaram que a ocorrência do preparo intestinal afetou levemente a diversidade da comunidade microbiana intestinal α entre os grupos CB e CM, CB e CA, enquanto afetou significativamente a diversidade microbiana entre os grupos CM e CA (P < 0,05). E a análise das principais coordenadas (PCoA) mostrou que a diversidade microbiana no grupo CM e no grupo CA era diferente em comparação com a do grupo BC (Figura 1D). Além disso, os resultados do índice Venn (Figura 1E) indicaram que houve 2.068, 3.426 e 1.695 OTUs nos grupos CB, CM e CA, e sua porcentagem de OTUs comuns foi de 27,71% (573/2.068), 16,73% (573/3.426) e 33,81% (573/1.695), respectivamente.

Outras vezes, analisamos ainda as bactérias dominantes a nível do filo (Figuras 2A-E), e constatamos que Proteobactérias, Bacteroidetes, Firmicutes e Actinobactérias foram os filos predominantes nestes 3 grupos. Os resultados revelaram que a preparação intestinal aumentou a abundância relativa de Proteobactérias (0,266 vs. 0,410) enquanto diminuiu a abundância relativa de Actinobactérias (0,044 vs. 0,029), e teve um efeito ligeiro na abundância relativa de Firmicutes (0,462 vs. 0,408) e Bacteroidetes (0,194 vs. 0,136) em comparação com o grupo CB. Sete dias após a preparação intestinal, a abundância relativa de Proteobactérias diminuiu de 0,410 para 0,335. Estranhamente, a abundância relativa de Actinobactérias aumentou de 0,029 para 0,119, enquanto a abundância relativa de Firmicutes (0,409 vs. 0,389) e Bacteroidetes (0,136 vs. 0,126) ainda mostrou uma tendência decrescente em comparação com o grupo CM. Ao nível do gênero (Figuras 2F-J), durante a preparação intestinal, observou-se que a abundância relativa de Bacteroides e Acinetobacter eram bactérias dominantes, a abundância relativa de Acinetobacter (0,042 vs. 0,389) ainda mostrou uma tendência decrescente em comparação com o grupo CM. 0,176) foi significativamente aumentada, e a abundância relativa de Streptococcus (0,020 vs. 0,008), Bifidobacterium (0,036 vs. 0,022) e Faecalibacterium (0,075 vs. 0,065) foi ligeiramente alterada em comparação com o grupo CB. Sete dias após a preparação intestinal, contudo, houve um aumento significativo da percentagem de Streptococcus (0,007 vs. 0,068) e Bifidobacterium (0,022 vs. 0,022).109), e uma diminuição da abundância relativa de Faecalibacterium (0,065 vs. 0,031) e Acinetobacterium (0,176 vs. 0,136) em comparação com o grupo CM.

Efeito do Preparo Probiótico no Balanço Microbiano Intestinal

Para avaliar os efeitos dos probióticos na microbiota intestinal dos voluntários que receberam o preparo intestinal, as fezes foram coletadas antes (grupo PB), durante (grupo PM) e depois do preparo intestinal (grupo PA) por 7 dias (tomaram o preparo probiótico por 5-7 dias).

Nós observamos que o preparo intestinal afetou marcadamente a diversidade α no índice de Shannon (Figura 3A) e no índice de Simpson (Figura 3B, P < 0,05) da comunidade microbiana entre os grupos PB e PM. Curiosamente, a espécie Observada recebeu um aumento óbvio após a preparação intestinal, mas uma redução óbvia 7 dias após o tratamento (Figura 3C). Além disso, os resultados do PCoA indicaram que a tomada de probióticos restaurou grandemente a microbiota perturbada ao nível normal nos grupos PB, PM e PA (Figura 3D), e as UTRs comuns ocuparam 28,68% (508/1.771), 23,67% (508/2.146) e 36,92% (508/1.376) do total de UTRs nos grupos PB, PM e PA, respectivamente.

Então, avaliamos ainda os efeitos da intervenção probiótica na composição microbiana, e encontramos suplementos de probióticos que reduziram significativamente as Proteobactérias (0.515 vs. 0,173) e aumentou acentuadamente a abundância relativa de Bacteroides (0,166 vs. 0,338) no grupo PM em comparação com o grupo AP ao nível do filo (P < 0,05). Ao nível do gênero, os probióticos suplementados obviamente reduziram a porcentagem de Acinetobacter (0,204 vs. 0,071) no grupo PM em comparação com o grupo PA, e aumentaram significativamente a porcentagem de Bifidobacterium (0.017 vs. 0,110), Bacteroides (0,095 vs. 0,155) e Faecalibacterium (0,028 vs. 0,060) no grupo PM em comparação com o grupo AP (Figuras 4F-J).

As Mudanças Microbianas entre os Grupos CA e PA

Para entender melhor o efeito dos probióticos na preparação intestinal, comparamos a diversidade microbiana entre os voluntários dos grupos CA e PA. Como mostrado nas Figuras 5A-C, a suplementação dos probióticos aumentou acentuadamente o índice de Shannon e o índice de Simpson (P < 0,05), enquanto diminuiu as espécies observadas. Os resultados do PCoA indicaram que as amostras do grupo CA e PA estavam dispersas longe uma da outra (Figura 5D). Havia 1.695 e 1.376 OTUs no grupo CA e no grupo AP, e o número comum de OTUs era 570 (Figura 5E). Além disso, a análise de Lefse demonstrou que Bacteroidia (na classe), Bacteroidetes (no filo), Bacteroidaceae (na família), Bacteroides (no gênero), Fusobacteriaceae (na família), Porphyromonadaceae (na família), e Parabacteroides (no gênero) foram significativamente mais altas no grupo AP do que no grupo CA (Figura 5F).

Então, bactérias específicas no grupo CA e grupo PA foram comparadas. A suplementação dos probióticos enriqueceu acentuadamente a percentagem de Bacteroidetes (0,126 vs. 0,338), enquanto reduziu a percentagem de Proteobactérias (0,335 vs. 0,173) e Firmicutes (0,389 vs. 0,330) em comparação com o grupo PA ao nível do filo (P < 0,05). A nível do gênero (Figuras 6E-K), a suplementação de probióticos diminuiu a abundância relativa de Acinetobacter (0,136 vs. 0,071) e Streptococcus (0,068 vs. 0,023), enquanto aumentou a abundância relativa de Bacteroides (0.068 vs. 0,155), Roseburia (0,02 vs. 0,04), Faecalibacterium (0,031 vs. 0,060) e Parabacteroides (0,16 vs. 1,92%).

Discussão

A limpeza do intestino é necessária durante a colonoscopia, e o seu uso prolongado de segurança faz com que as pessoas ignorem o seu impacto negativo nos microrganismos intestinais (16). Como sabemos, os microrganismos do cólon são a base para promover as funções fisiológicas normais dos mamíferos, incluindo a angiogénese, metabolismo, digestão e desenvolvimento do sistema imunitário (17). Além disso, várias doenças, incluindo obesidade, diabetes tipo 2, câncer colorretal e doença inflamatória intestinal, irão ocorrer quando a microbiota intestinal estiver fora de equilíbrio (8, 9, 18).

Os principais componentes do microecossistema intestinal normal são os anaeróbios obrigatórios (Bacteroidetes e Firmicutes), e os anaeróbios facultativos (como as Proteobactérias) geralmente representam apenas uma pequena proporção, e o desequilíbrio da microbiota intestinal é frequentemente causado por um número crescente de anaeróbios facultativos (19). A preparação intestinal pode trazer uma grande quantidade de oxigénio para a cavidade intestinal, danificar o ambiente anaeróbico da cavidade intestinal e proporcionar um bom ambiente de crescimento para bactérias anaeróbicas ou aeróbicas facultativas. Estudos anteriores e o presente trabalho, da mesma forma, demonstraram que a preparação intestinal tinha aumentado muito a abundância de Proteobactérias .

Neste estudo, descobrimos que a preparação intestinal diminuiu significativamente os phyla Bacteroidetes e Firmicutes (Figura 2), e a toma de probióticos teve pouco efeito sobre o phylum Firmicutes, enquanto que aumentou muito a abundância de Bacteroidetes (Figura 4). Estudos anteriores tinham mostrado que o aumento da abundância de Firmicutes e a diminuição da abundância de Bacteroidetes estavam intimamente relacionados com condições insalubres. Portanto, o aumento de Firmicutes/Bacteroidetes pode representar um risco potencial para a saúde do paciente (20-22). No presente estudo, constatamos que a proporção de Firmicutes/Bacteroidetes no grupo CA (3,08) foi maior que a do grupo PA (0,98), sugerindo que a toma de probióticos poderia reduzir os riscos potenciais de doença pela preparação intestinal. Além disso, o corpo humano normalmente não tem a capacidade de degradar a maioria dos polissacarídeos complexos (o principal componente e principal fonte nutricional da nossa dieta diária) até chegar ao cólon, e os bacteroidetos desempenham um papel vital na degradação dos polissacarídeos complexos da celulose, pectina e xilan, que podem ajudar as pessoas a absorver mais energia da dieta (23). Além disso, o butirato produzido por Bacteroidetes desempenha um papel importante na manutenção da saúde intestinal do hospedeiro, exercendo imunidade e efeito anti-tumor (24).

Ao nível do género, a suplementação de probióticos reduziu significativamente a abundância de Acinetobacter, que é uma bactéria aeróbica e gram-negativa comum na natureza, pertencente a um patogéneo vital que causa infecções hospitalares, especialmente em pacientes com baixa função imunitária (Acinetobacter baumannii) (25). O Acinetobacter foi listado como o terceiro patógeno humano mais comum na unidade de terapia intensiva dos hospitais sul-coreanos, e a sua resistência inerente a uma variedade de antibióticos fez com que obtivesse determinantes de resistência a vários medicamentos antibacterianos (26). Além disso, a preparação intestinal reduziu significativamente o nível de Bacteroides, e os probióticos obviamente recuperaram a sua abundância. Estudos revelaram que Bacteroides pode reduzir o nível de oxigênio intestinal para promover o crescimento de anaeróbios estritos (23) e algumas cepas de Bifidobacterium foram colocadas em uso como probióticos em alimentos e medicamentos (10, 27). Bacteroides e Bifidobacterium podem estabelecer contacto estável e a longo prazo com o hospedeiro e beneficiar a saúde do corpo humano, podem degradar a fibra alimentar em ácidos gordos de cadeia curta (SCFAs), que fornecem fonte de energia para as células, promovem a função de barreira e reduzem a ocorrência de reacções inflamatórias (28, 29).

No final, comparamos a diversidade microbiana de CA e PA, e constatamos que a toma de probióticos aumentou predominantemente a abundância de bactérias benéficas como a Rosaburia (produz principalmente ou apenas butirato, que pode reduzir o nível de inflamação no todo, especialmente no sangue, reduzindo ainda mais o grau de aterosclerose. Permanece em níveis mais baixos em pessoas com doenças cardiovasculares) (30, 31), Faecalibacterium (uma bactéria simbiótica que existe amplamente no trato gastrointestinal de animais e humanos. Foi significativamente reduzida nos pacientes de Crohn, e pode ser usada como probiótica para tratar a doença de Crohn) (32-34) e Parabacteroides (pode resistir à inflamação intestinal, os principais produtos metabólicos finais são o ácido acético benéfico e o ácido succínico, que são inferiores à faixa normal no trato intestinal de pacientes com colite) (35-37) ao nível do gênero. No entanto, a abundância de bactérias nocivas, como o Streptococcus, foi reduzida de forma impressionante (Figuras 5, 6). O Streptococcus é um patógeno oportunista comum, incluindo Streptococcus pyogenes, Streptococcus viridans e Streptococcus pneumoniae, que pode causar inflamação purulenta, endocardite e septicemia, ameaçando ainda mais a saúde e a vida humana (38, 39). Haenni et al. indicaram que devido ao uso generalizado de antibióticos Tetraciclina, Macrolide e Lincosamide no sector animal global, surgiu a resistência antibiótica do Streptococcus zooepidermidis, levando ao insucesso do tratamento (40, 41).

No presente estudo, constatamos que os probióticos orais aliviaram o distúrbio microbiano intestinal causado pela preparação intestinal, reduzindo grandemente os patógenos de Proteobacteria (ao nível do filo), Acinetobacter (ao nível do gênero), Streptococcus (a nível do gênero), e melhorou os probióticos de Bacteroidetes (a nível do filo), Bacteroides (a nível do gênero), Roseburia (a nível do gênero), Faecalibacterium (a nível do gênero) e Parabacteroides (a nível do gênero). Portanto, temos razões para acreditar que o suplemento de preparações probióticas irá acelerar o estabelecimento do equilíbrio microbiano intestinal após a limpeza intestinal, suprimir o crescimento de bactérias nocivas e beneficiar a manutenção da saúde intestinal.

Data Availability Statement

Os conjuntos de dados gerados para este estudo podem ser encontrados no NCBI: GenBank número de adesão PRJNA597277.

Declaração de Ética

Os estudos envolvendo participantes humanos foram revistos e aprovados pelos Conselhos de Revisão Institucional do Segundo Hospital Filiado da Universidade de Nanchang (Nanchang, China). O projeto também foi registrado e aprovado pelo Centro de Registro de Ensaios Clínicos da China (ChiCTR1900022539). Os pacientes/participantes deram seu consentimento informado por escrito para participar deste estudo.

Contribuições do Autor

TC e XD desenharam os experimentos, analisaram os dados e escreveram o manuscrito. CZ, HT, RY, ZL, YH, e KW realizaram os experimentos. Todos os autores discutiram os resultados e comentaram o manuscrito final.

Funding

Este trabalho foi apoiado por subsídios da National Natural Science Foundation of China (Grant No. 81960103 to XD), da Natural Science Foundation of Jiangxi province (Grant No. 20192ACBL20034 to ZL), do Science and Technology Project of Jiangxi (Grant Nos. 20181BBBG70028, 20181BCB24003, e 20194BCJ22032 à TC), e o duplo plano de 10 mil da Província de Jiangxi à TC (profissionais de inovação e tecnologia como talentos de alto nível).

Conflito de interesses

Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida na ausência de qualquer relação comercial ou financeira que pudesse ser interpretada como um potencial conflito de interesses.