تأثيرات مستخلص ZeLan على الأنماط الظاهرية السريرية لمتلازمة تكيس المبايض (PCOS)
أدى إعطاء DHEA إلى تحفيز أنماط ظاهرية صماوية وأيضية شبيهة بمتلازمة تكيس المبايض (PCOS) في الجرذان، وهو ما ظهر جلياً من خلال الارتفاعات الملحوظة في وزن الجسم، وتركيز التستوستيرون في المصل، ونسبة LH/FSH، ومستويات الأنسولين في حالة الصيام مقارنة بمجموعة الضبط (جميع القيم P < 0.05). وقد دعم تقييم التوزيع باستخدام اختبار Shapiro-Wilk إجراء التحليل البارامتري لنقاط النهاية الرئيسية الخاصة بوزن الجسم والهرمونات الموضحة في الجدول 1. أدى العلاج بمستخلص ZeLan لمدة 28 يوماً إلى تحسين هذه الاضطرابات الأيضية والهرمونية بشكل ملحوظ. تم تسجيل وزن الجسم في نهاية فترة العلاج في اليوم 56 من البروتوكول، بما في ذلك فترة التأقلم التي استمرت 7 أيام. وكما هو موضح في الجدول 1، كان وزن الجسم في مجموعة النموذج (291.12 ± 15.35 g) أعلى بكثير منه في مجموعة الضبط (227.45 ± 10.12 g, P < 0.05)، بينما أدى العلاج بـ ZeLan إلى خفض وزن الجسم بشكل ملحوظ ليصل إلى 245.25 ± 10.21 g (P < 0.05 مقارنة بمجموعة النموذج). كما كانت مستويات التستوستيرون في المصل مرتفعة بشكل ملحوظ في جرذان نموذج PCOS (1.85 ± 0.21 ng/mL) مقارنة بمجموعة الضبط (0.51 ± 0.05 ng/mL)، وقد خفض التدخل بـ ZeLan مستوى التستوستيرون إلى 0.92 ± 0.12 ng/mL. وزادت نسبة LH/FSH بشكل ملحوظ في مجموعة النموذج (3.28 ± 0.25) مقارنة بمجموعة الضبط (1.25 ± 0.11)، وتم استعادة توازنها جزئياً بواسطة العلاج بـ ZeLan (1.85 ± 0.15). وكانت مستويات الأنسولين في حالة الصيام مرتفعة في حيوانات النموذج (28.95 ± 2.35 mIU/L مقابل 12.55 ± 1.12 mIU/L في مجموعة الضبط) وانخفضت بشكل ملحوظ بعد إعطاء ZeLan (18.82 ± 1.55 mIU/L) (الشكل 2). أكدت هذه النتائج النجاح في إيجاد نمط ظاهري صماوي-أيضي شبيه بمتلازمة تكيس المبايض؛ ومع ذلك، لم يتم إجراء فحص نسيجي للمبايض، أو عد الجريبات، أو تحليل الجسم الأصفر، أو مراقبة دورة الشبق في هذه الدراسة.
استعاد مستخلص ZeLan التنوع ألفا للميكروبيوتا المعوية
كشف تحليل مؤشرات التنوع ألفا (alpha diversity) عن تغيرات جوهرية في بنية المجتمع الميكروبي المعوي المرتبطة بمتلازمة تكيس المبيضين (PCOS) وعلاجها. وكما هو موضح في الجدول 2 والشكل 3، كان مؤشر شانون للتنوع (Shannon diversity index) أقل بكثير في جرذان نموذج PCOS (4.19 ± 0.35) مقارنة بالمجموعات الضابطة السليمة (6.51 ± 0.28؛ P < 0.05)، مما يشير إلى انخفاض التنوع الميكروبي ألفا في حالة المرض. وقد أدى العلاج بـ ZeLan إلى استعادة التنوع الميكروبي جزئيًا، حيث ارتفع مؤشر شانون إلى 5.79 ± 0.26 (P < 0.05 مقارنة بالنموذج). ولوحظت نتائج متوافقة بالنسبة لمؤشر سيمبسون (Simpson index)، الذي انخفض من 0.98 ± 0.01 في المجموعات الضابطة إلى 0.82 ± 0.03 في حيوانات النموذج، ثم تعافى ليصل إلى 0.93 ± 0.02 بعد التدخل بـ ZeLan. وأظهر مقدر Chao1، الذي يعكس ثراء الأنواع، نمطًا مشابهًا: حيث أدى تحفيز PCOS إلى خفض Chao1 بشكل كبير من 1215.3 ± 45.4 إلى 665.8 ± 52.1، بينما أدى العلاج بـ ZeLan إلى زيادة الثراء ليصل إلى 963.5 ± 38.6. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن متلازمة تكيس المبيضين مرتبطة باختلال التوازن الميكروبي المعوي (dysbiosis) الذي يتميز بانخفاض تنوع وثراء ألفا، وأن مستخلص ZeLan يمكن أن يستعيد بنية المجتمع الميكروبي جزئيًا نحو نمط المجموعة الضابطة.
تغيرات في تكوين ميكروبيوم الأمعاء
كشف التوصيف التصنيفي على مستوى الشعبة عن اختلافات تركيبية واضحة بين المجموعات التجريبية. وكما هو موضح في الشكل 4، كانت Firmicutes وBacteroidetes هما الشعبتان السائدتان في جميع المجموعات، حيث شكلتا معاً أكثر من 85% من إجمالي المجتمع البكتيري. وأظهرت مجموعة النموذج ارتفاعاً ملحوظاً في وفرة Firmicutes (حوالي 75%) مقترناً بانخفاض في نسبة Bacteroidetes (حوالي 15%) مقارنة بمجموعة الضبط (Firmicutes حوالي 40%، وBacteroidetes حوالي 45%)، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في نسبة Firmicutes-to-Bacteroidetes (F/B) المميزة للاختلال الأيضي. وقد عمل علاج ZeLan على تعديل هذا الخلل، حيث خفض وفرة Firmicutes إلى حوالي 52% بينما رفع Bacteroidetes إلى حوالي 35%، مما أدى إلى إعادة نسبة F/B جزئياً إلى المستويات الطبيعية المماثلة لمجموعة الضبط.
استُخدم تحليل LEfSe لتحديد التصنيفات البكتيرية التي ميزت بين مجموعتي الضابطة والنموذج، وبذلك تم تحديد البصمة الميكروبية المرتبطة بالمرض. وكما هو موضح في الشكل 5، أظهرت مجموعة نموذج PCOS على مستوى الجنس وفرة مرتفعة بشكل ملحوظ من Bacteroides (درجة LDA > 3.5)، وPrevotella (درجة LDA > 3.0)، وEscherichia (درجة LDA > 2.5)، وهي جميعاً مرتبطة عموماً بخلل في التمثيل الغذائي والالتهابات. وعلى العكس من ذلك، أظهرت المجموعة الضابطة إثراءً للأجناس المفيدة، بما في ذلك Lactobacillus (درجة LDA > 3.0) وRuminococcus (درجة LDA > 2.5)، وكلاهما معروف بدورهما في الحفاظ على سلامة الحاجز المعوي وإنتاج نواتج أيضية مفيدة مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة. لم يتم عرض مجموعة ZeLan كفئة LEfSe منفصلة في الشكل 5 لأن هذا التحليل ركز على التصنيفات التي تميز المرض عن الصحة؛ وقد تم تفسير التأثيرات المرتبطة بـ ZeLan من خلال تحولات الوفرة نحو نمط المجموعة الضابطة ومن خلال الارتباطات بين الميكروبيوم والميتابولوم.
تحديد الملفات الميتابولومية وتحديد المستقلبات التفاضلية
أدى تحليل الميتابولوميات غير المستهدف إلى تحديد اضطرابات أيضية كبيرة مرتبطة بمتلازمة تكيس المبيضين (PCOS) وعلاجها بخلاصة ZeLan. يوضح مخطط البركان في الشكل 6 يوضح توزيع سمات المستقلبات بين مجموعتي النموذج والمجموعة الضابطة، مع تسليط الضوء على السمات المرتفعة والمنخفضة من خلال اتجاه التغير في نسبة الطي والدلالة الإحصائية. تم الاحتفاظ بإجمالي 52 سمة من المستقلبات المحددة في جدول تقرير الميتابولوميات الكامل للمقارنة بين مجموعة النموذج والمجموعة الضابطة. تتوفر القائمة الكاملة، والتي تتضمن اسم المستقلب، ومعرف HMDB، والفئة الكيميائية الحيوية، ولوغاريتم نسبة الطي (log2 fold change)، والقيمة الاحتمالية (P value)، واتجاه التنظيم، كـ الجدول التكميلي 1. الجدول 3 يعرض نواتج أيض ممثلة ومشروحة ذات صلة بيولوجية عالية بمتلازمة تكيس المبايض (PCOS).
الجدول 3 يلخص المستقلبات التفاضلية الرئيسية الممثلة ذات درجات VIP العالية والأهمية البيولوجية في الفسيولوجيا المرضية لمتلازمة تكيس المبايض (PCOS). كانت الهرمونات الستيرويدية، بما في ذلك التستوستيرون (VIP = 2.56, P < 0.001) والأندروستينديون (VIP = 2.34, P < 0.001)، مرتفعة بشكل ملحوظ في حيوانات نموذج PCOS، وهو ما يتفق مع حالة فرط أندروجين الدم المميزة لهذه الحالة. كما اضطرب استقلاب الأحماض الدهنية، حيث أظهر حمض البالمتيك (VIP = 2.12) وحمض الأراشيدونيك (VIP = 1.89) زيادات ملحوظة، بينما ارتفع بشكل مماثل الوسيط الدهني المسبب للالتهاب بروستاجلاندين E2 (VIP = 2.05). وعلى العكس من ذلك، انخفضت المستقلبات المرتبطة بالنشاط الميكروبي المعوي المفيد في حيوانات PCOS: حيث انخفض حمض الليثوكوليك، وهو حمض صفراوي ثانوي ينتج عن طريق التحول البيولوجي الميكروبي، بشكل كبير (VIP = 2.45)، وكذلك حمض البوتيريك وهو حمض دهني قصير السلسلة (VIP = 2.21). بالإضافة إلى ذلك، أظهر حمض السكسينيك والحمض الأميني الأساسي L-tryptophan انخفاضات في مجموعة النموذج، مما يشير إلى ضعف التخمر الميكروبي واضطراب استقلاب الأحماض الأمينية.
تحليل إثراء مسارات KEGG
كشف تحليل إثراء المسارات باستخدام قاعدة بيانات KEGG عن وجود العديد من المسارات الأيضية في المصل التي اضطربت بشكل ملحوظ في متلازمة تكيس المبايض (PCOS) وتأثرت بالعلاج بـ ZeLan. وكما هو موضح في الشكل 7، ظهر التخليق الحيوي للهرمونات الستيرويدية كأكثر المسارات إثراءً من حيث الدلالة (Rich Factor = 0.80, P < 0.01)، وهو ما يتوافق مع النمط الظاهري لفرط أندروجين الدم المميز لمتلازمة تكيس المبايض. وبالمثل، أظهر مسار تخليق الستيرويدات المبيضية إثراءً عالياً (Rich Factor = 0.75, P < 0.01)، مما يعكس دور التغير في تخليق الأندروجين في خلل وظائف المبيض. كما أظهر التخليق الحيوي لأحماض الصفراء الأولية إثراءً ملحوظاً (Rich Factor = 0.62, P < 0.02)، مما يشير إلى اضطراب في دورة أحماض الصفراء المعوية الكبدية التي قد تكون مرتبطة بالتغيرات في ميكروبيوم الأمعاء. وكان استقلاب حمض الأراشيدونيك (Rich Factor = 0.56, P < 0.03) ومسار مقاومة الأنسولين (Rich Factor = 0.40, P < 0.04) مثريين بشكل ملحوظ أيضاً، مما يدعم وجود اضطرابات التهابية وأيضية مميزة لمتلازمة تكيس المبايض. وأظهر مسار التخليق الحيوي للأحماض الدهنية إثراءً متواضعاً (Rich Factor = 0.30)، مما يشير إلى تورط خلل في تنظيم استقلاب الدهون.
تحليل الارتباط بين الميكروبيوم والميتابولوم
لتقييم العلاقات الوظيفية بين تكوين ميكروبات الأمعاء والتغيرات الأيضية، تم إجراء تحليل ارتباط سبيرمان مع التحكم في معدل الاكتشاف الكاذب بين الأجناس البكتيرية ذات الوفرة المتباينة والمستقلبات الرئيسية. تكشف الخريطة الحرارية للارتباط المجمعة هرميًا والموضحة في الشكل 8 عن أنماط متميزة من الارتباطات بين الميكروبيوم والميتابولوم. أظهرت البكتيريا النافعة، بما في ذلك Lactobacillus و Ruminococcus، ارتباطات إيجابية قوية مع حمض الليثوكوليك (r = 0.72 و 0.68، على التوالي) وحمض البيوتيريك (r = 0.65 و 0.60، على التوالي)، بينما أظهرت ارتباطات سلبية مع التستوستيرون (r = -0.75 و -0.80) والأندروستينيديون (r = -0.68 و -0.72). تشير هذه النتائج إلى أن البكتيريا النافعة التي تم تحديدها في التحليل التصنيفي كانت مرتبطة بالمستقلبات المتعلقة بالأندروجين والنشاط الأيضي المرتبط بالأحماض الدهنية قصيرة السلسلة SCFA.
وعلى العكس من ذلك، أظهرت أجناس Bacteroides وPrevotella وEscherichia المرتبطة بمتلازمة تكيس المبايض (PCOS) أنماط ارتباط متضادة؛ حيث ارتبطت هذه البكتيريا ارتباطاً إيجابياً مع التستوستيرون (r = 0.85 و0.82 و0.60 على التوالي)، والأندروستينيديون (r = 0.78 و0.75 و0.55)، وحمض البالمتيك (r = 0.65 و0.60 و0.45)، بينما أظهرت ارتباطات سلبية مع المستقلبات المفيدة، بما في ذلك حمض الليتوكوليك وحمض البيوتيريك. تدعم أنماط الارتباط هذه وجود روابط وظيفية بين تصنيفات ميكروبية معينة في الأمعاء والاضطرابات الأيضية المميزة لمتلازمة PCOS، ولكنها لا تثبت وجود علاقة سببية مباشرة.
توافر البيانات:
تشمل مجموعات البيانات التي تم إنتاجها وتحليلها خلال هذه الدراسة البيانات الوصفية للعينات، وبيانات المصدر للمظاهر الشكلية، ومؤشرات ألفا للتنوع لـ 16S، وملخصات الوفرة على مستوى الشعبة، ونتائج الأصناف البكتيرية التفاضلية، وجداول التحليل التفاضلي للمستقلبات، ونتائج المستقلبات التمثيلية، ونتائج إثراء مسارات KEGG، ومصفوفة ارتباط الميكروبيوتا والمستقلبات. تتوفر بيانات المصدر الأساسية هذه في الملحقات المصاحبة. الملف التكميلي 1يتم توفير مجموعة بيانات المستقلبات التفاضلية المعالجة على شكل الجدول التكميلي 1.

الشكل 1: التصميم التجريبي والجدول الزمني للعلاج. توضيح تخطيطي لسير العمل التجريبي يظهر فترة التأقلم لمدة 7 أيام، وفترة حقن DHEA أو الناقل لمدة 21 يوماً، والعلاج بمستخلص ZeLan أو الناقل لمدة 28 يوماً، وجمع عينات المصل والبراز في نهاية التجربة في اليوم 56 من البروتوكول. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: تأثيرات مستخلص ZeLan على المعايير الغدية والتمثيل الغذائي. مخططات صندوقية توضح (A) تركيز التستوستيرون في المصل، و(B) نسبة LH/FSH، و(C) وزن الجسم في مجموعات التحكم (Control)، والنموذج (Model)، ومجموعة العلاج بـ ZeLan بعد فترة التدخل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: التنوع الألفي للميكروبات المعوية. مقارنة مؤشر شانون للتنوع بين مجموعات Control وModel وZeLan، مما يوضح الاختلافات في التنوع الألفي للميكروبات المعوية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4: تكوين ميكروبيوتا الأمعاء على مستوى الشعبة. مخطط شريطي مكدس يوضح الوفرة النسبية للشعب البكتيرية السائدة في ميكروبيوتا الأمعاء لمجموعات Control و Model ومجموعة العلاج بـ ZeLan. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: الأصناف البكتيرية المتباينة التي تم تحديدها بواسطة تحليل LEfSe. يوضح تحليل حجم تأثير التحليل التمييزي الخطي (LEfSe) الأجناس البكتيرية التي تميز بين مجموعتي التحكم والنموذج. وتشير درجات LDA إلى حجم تأثير الأصناف المتباينة في الوفرة. وقد وُصفت التغيرات المرتبطة بـ ZeLan في قسم النتائج بناءً على تحولات الوفرة بالنسبة لمجموعة النموذج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 6: توصيف المستقلبات التفاضلي. يوضح المخطط البركاني سمات المستقلبات التفاضلية بين مجموعتي النموذج والمجموعة الضابطة. تمثل النقاط الحمراء والزرقاء سمات المستقلبات التي ارتفعت أو انخفضت بشكل ملحوظ، على التوالي، بناءً على التغير في الطي والدلالة الإحصائية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 7: تحليل إثراء مسارات KEGG. مخطط فقاعي يوضح المسارات الأيضية المثرية بشكل ملحوظ والتي تم تحديدها من المستقلبات التفاضلية. يمثل حجم الفقاعة عدد المستقلبات المحددة، ويشير لون الفقاعة إلى الدلالة الإحصائية (P-value) لإثراء المسار. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 8: الارتباط بين ميكروبيوم الأمعاء ومستقلبات المصل. خريطة حرارية ذات تجميع هرمي توضح معاملات ارتباط Spearman بين أجناس بكتيرية متباينة الوفرة ومستقلبات مصلية ممثلة. يشير اللون الأحمر إلى ارتباطات إيجابية، بينما يشير اللون الأزرق إلى ارتباطات سلبية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| مجموعة | ن | وزن الجسم (جم) | تستوستيرون (نانوجرام/مل) | نسبة الهرمون اللوتيني إلى الهرمون المنشط للحويصلة (LH/FSH) | إنسولين (mIU/L) |
| ضابط | 8 | 227.45 ± 10.12 | 0.51 ± 0.05 | 1.25 ± 0.11 | 12.55 ± 1.12 |
| نموذج | 8 | 291.12 ± 15.35a | 1.85 ± 0.21a | 3.28 ± 0.25a | 28.95 ± 2.35a |
| زيلان | 8 | 245.25 ± 10.21b | 0.92 ± 0.12b | 1.85 ± 0.15b | 18.82 ± 1.55b |
| ملاحظة: يتم عرض البيانات كمتوسط ± الانحراف المعياري. a = p < 0.05 مقارنة بمجموعة الضبط؛ b = p < 0.05 مقارنة بمجموعة النموذج. |
الجدول 1: المعايير الغدية والاستقلابية في جرذان متلازمة تكيس المبايض (PCOS). تم قياس وزن الجسم، ومستوى التستوستيرون في المصل، ونسبة LH/FSH، ومستويات الأنسولين في حالة الصيام في مجموعات الضبط، والمجموعات النموذجية، ومجموعات العلاج بـ ZeLan. البيانات معروضة كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD).
| المجموعة | مؤشر شانون (Shannon Index) | مؤشر سيمبسون (Simpson Index) | مقدر Chao1 |
| المجموعة الضابطة | 6.51 ± 0.28 | 0.98 ± 0.01 | 1215.3 ± 45.4 |
| النموذج | 4.19 ± 0.35a | 0.82 ± 0.03a | 665.8 ± 52.1a |
| ZeLan | 5.79 ± 0.26b | 0.93 ± 0.02b | 963.5 ± 38.6b |
| ملاحظة: البيانات معروضة كمتوسط ± الانحراف المعياري (Mean ± SD). a = p < 0.05 مقارنة بالمجموعة الضابطة؛ b = p < 0.05 مقارنة بمجموعة النموذج. |
الجدول 2: مؤشرات التنوع الألفا للميكروبات المعوية. مقارنة لمؤشر شانون، ومؤشر سيمبسون، ومقدّر Chao1 بين مجموعات التحكم، والنموذج، والعلاج بـ ZeLan. البيانات معروضة كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD).
| اسم المستقلب | معرف HMDB | الفئة | الاتجاه (النموذج مقابل المجموعة الضابطة) | القيمة الاحتمالية (p-value) | درجة الأهمية في المسقط (VIP Score) |
| تستوستيرون | HMDB0000286 | ستيرويد | أعلى ↑ | < 0.001 | 2.56 |
| أندروستيندون* (Androstenedione) | HMDB0000055 | ستيرويد | لأعلى ↑ | < 0.001 | 2.34 |
| حمض البالميتيك | HMDB0000220 | حمض دهني | إلى الأعلى ↑ | < 0.001 | 2.12 |
| حمض الأراشيدونيك | HMDB0001043 | حمض دهني | للأعلى ↑ | 0.003 | 1.89 |
| بروستاجلاندين E2 | HMDB0001036 | الليبيد (الدهون) | لأعلى ↑ | < 0.001 | 2.05 |
| حمض الليثوكوليك | HMDB0000752 | حمض الصفراء | لأسفل ↓ | < 0.001 | 2.45 |
| حمض البيوتيريك | HMDB0000039 | الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة | أسفل ↓ | < 0.001 | 2.21 |
| حمض السكسينيك | HMDB0000254 | حمض عضوي | لأسفل ↓ | 0.021 | 1.65 |
| إل-تريبتوفان | HMDB0000929 | حمض أميني | لأسفل ↓ | 0.015 | 1.58 |
| ملاحظة: VIP = أهمية المتغير في الإسقاط (Variable Importance in Projection) > 1 يعتبر دالاً إحصائياً). | | |
الجدول 3: مستقلبات مصلية تفاضلية ممثلة. مستقلبات مُعلّمة ممثلة مرتبطة بمتلازمة تكيس المبايض (PCOS) ويتم تنظيمها بواسطة مستخلص ZeLan، بما في ذلك معرفات HMDB، وفئة المستقلب، واتجاه التنظيم، والقيمة الاحتمالية P-value، ودرجة VIP. تتوفر القائمة الكاملة لـ 52 سمة من المستقلبات المُعلّمة في الجدول التكميلي 1.
الجدول التكميلي 1: مجموعة بيانات المستقلبات الموضحة الكاملة. قائمة كاملة بـ 52 ميزة من المستقلبات الموضحة التي تم الاحتفاظ بها لإعداد تقارير الميتابولوميكس، بما في ذلك اسم المستقلب، ومعرف HMDB، والفئة الكيميائية الحيوية، ومعامل التغير (fold change)، والقيمة الاحتمالية (P-value)، واتجاه التنظيم.يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 1: البيانات المصدرية التي تدعم التحليلات التجريبية والميكروبيوم والميتابولوميات. يحتوي كتاب العمل هذا على معلومات العينات، وقياسات النمط الظاهري السريري، ومؤشرات تنوع تسلسل 16S rRNA، والوفرة النسبية الميكروبية على مستوى الشعبة، وتحليل LEfSe للتاكسا التفاضلية، والتحليل التفاضلي للميتابولوميات، والمستقلبات التمثيلية، وتحليل إثراء مسار KEGG، وبيانات مصفوفة الارتباط، وملخص التحقق من البيانات المستخدمة لإنشاء الأشكال والجداول الواردة في المخطوطة.يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.