أُجريت جميع الإجراءات التجريبية في هذه الدراسة وفقاً لدليل المعاهد الوطنية للصحة للعناية بالحيوانات المختبرية واستخدامها، وقد تمت الموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات (رقم الموافقة IACUC-2023-0156).
الحيوانات
تم الحصول على إناث جرذان من سلالة Sprague-Dawley (العدد = 24، بعمر 6 أسابيع، ووزن جسم يتراوح بين 180–200 g) من مركز حيوانات التجارب في المؤسسة التابعة، وتم إيواؤها في ظروف بيئية محكومة (درجة حرارة 22 ± 2°C، ورطوبة 50 ± 10%، ودورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة) مع إتاحة الوصول المطلق إلى علف القوارض القياسي والمياه المنقاة. وبعد فترة تأقلم استمرت لمدة أسبوع واحد، وُزعت الحيوانات عشوائياً على ثلاث مجموعات تجريبية (العدد = 8 لكل مجموعة): مجموعة ضابطة (Control)، ومجموعة نموذج متلازمة تكيس المبايض (PCOS Model)، ومجموعة العلاج بـ ZeLan. وقد تم تحديد حجم العينة بناءً على دراسات سابقة بحثت في تغيرات ميكروبيوم الأمعاء في نماذج PCOS، حيث أشار تحليل القوة الإحصائية إلى أن وجود 8 حيوانات في كل مجموعة سيوفر قوة بنسبة 80% للكشف عن فرق بمقدار 1.5 ضعف في مؤشرات التنوع ألفا (alpha diversity indices) عند قيمة α = 0.05.
تأسيس نموذج لمتلازمة تكيس المبايض (PCOS) وبروتوكول العلاج
تم إنشاء نموذج متلازمة المبيض متعدد الكيسات (PCOS) باستخدام بروتوكول تم التحقق من صحته جيداً، يتضمن الحقن تحت الجلد لـ dehydroepiandrosterone (DHEA; Sigma-Aldrich, USA) المذاب في زيت السمسم في منطقة الرقبة الظهرية بجرعة 6 mg/100 g من وزن الجسم يومياً لمدة 21 يوماً متتالية. وتلقت حيوانات المجموعة الضابطة أحجاماً مكافئة من زيت السمسم كوسط ناقل. تضمن الجدول الزمني التجريبي الكامل 7 أيام من التأقلم، و21 يوماً من تحفيز النموذج، و28 يوماً من التدخل، مع أخذ العينات النهائية في اليوم 56 من البروتوكول، بما في ذلك فترة التأقلم (الشكل 1). تم تحضير مستخلص ZeLan من عشب Lycopus lucidus Turcz. الموثق عبر الاستخلاص المائي، وتم توحيد معياره ليحتوي على إجمالي الفلافونويدات بنسبة لا تقل عن 2.5% باستخدام تقنية الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء، والتي كانت بمثابة معيار مراقبة الجودة الكيميائية للمستخلص النباتي. وبدايةً بعد الانتهاء من إنشاء النموذج المحفز بواسطة DHEA، تلقت الجرذان في مجموعة ZeLan مستخلص ZeLan عن طريق التغذية القسرية الفموية بجرعة 200 mg/kg من وزن الجسم يومياً لمدة 28 يوماً متتالية، بينما تلقت مجموعتا الضابطة والنموذج أحجاماً مكافئة من الماء المقطر. تم اختيار جرعة 200 mg/kg كجرعة فارماكولوجية استكشافية بناءً على الخبرة السابقة في استخدام المستخلصات النباتية في الحيوانات واعتبارات التحمل الأولية؛ ولم يكن التقييم الرسمي للاستجابة للجرعة جزءاً من التصميم الحالي. تم تسجيل وزن الجسم أسبوعياً طوال الفترة التجريبية. في هذا التصميم التجريبي، تم تقييم النجاح في إنشاء نموذج PCOS باستخدام بروتوكول تحفيز DHEA جنباً إلى جنب مع الأنماط الظاهرية الغدية والأيضية النهائية، بما في ذلك وزن الجسم، والتستوستيرون في المصل، ونسبة LH/FSH، والأنسولين في حالة الصيام. لم يتم إدراج الفحص الهيستوباثولوجي للمبايض، وعد الجريبات، وتقدير الجسم الأصفر، والمراقبة المتسلسلة لدورة الشبق كنقاط نهاية لتأكيد النموذج، وبناءً على ذلك، استند تفسير خلل وظائف المبيض إلى القراءات الغدية والأيضية بدلاً من التقييم المباشر على مستوى الأنسجة.
جمع العينات ومعالجتها
تم جمع عينات (المصل والبراز) من المجموعات الثلاث جميعها (العدد = 8 لكل مجموعة) لإجراء تحليلات كيميائية حيوية، وتحليلات الميكروبيوتا، والميتابولوميات لاحقاً. أُجريت عمليات الجمع النهائية في الصباح بعد صيام ليلة كاملة لتقليل التباين المرتبط بالتغذية والإيقاع اليوماوي. جُمعت عينات الدم من الأبهر البطني تحت التخدير، ثم جرى طردها مركزياً عند 3,000 × g لمدة 15 دقيقة عند 4°C للحصول على المصل، الذي قُسِّم إلى حصص وخُزِّن عند -80°C حتى إجراء تحليلات الهرمونات والميتابولوميات. جُمعت عينات البراز الطازجة مباشرة من الأعور تحت ظروف تعقيم في أنابيب تجميد معقمة، وحُفظت على الثلج الجاف أثناء النقل، ثم جُمِّدت سريعاً في النيتروجين السائل خلال 10 دقائق من الجمع، وخُزِّنت عند -80°C حتى إجراء تسلسل جين 16S rRNA.
قياسات هرمونات المصل
تم تقدير تركيزات مصل التستوستيرون، والهرمون اللوتيني (LH)، والهرمون المنبه للجريب (FSH)، والأنسولين باستخدام أطقم مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) المتاحة تجارياً (Cusabio Biotech, Wuhan, China) وفقاً لتعليمات الشركة المصنعة. وحُسبت نسبة LH/FSH كمؤشر مركب لاختلال توازن الهرمونات الموجهة للغدد التناسلية المميز لمتلازمة تكيس المبايض (PCOS). جرى تحليل جميع العينات في مكررات، وأُعيدت القياسات التي تجاوز معامل التباين في المكررات فيها 15%. كما اشترط أن تظل معاملات التباين داخل المقايسة الواحدة وبين المقايسات المختلفة أقل من 10% و 15% على التوالي. وفُحصت القيم المتطرفة المحتملة بمقارنتها بالسجلات المصدرية ومعلومات أداء المقايسة، ولم تُستبعد أي قيمة بناءً على أسس إحصائية فقط دون وجود سبب تقني موثق.
تسلسل جين 16S rRNA والتحليل المعلوماتي الحيوي
تم استخلاص الحمض النووي الجينومي البكتيري الكلي من محتويات الأعور باستخدام مجموعة QIAamp DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Germany) وفقاً لبروتوكول الشركة المصنعة. وتم تقييم جودة وكمية الـ DNA باستخدام مقياس الطيف الضوئي NanoDrop والترحيل الكهربائي لهلام الأجاروز، وحُفظت مستخلصات الـ DNA عند -80°C قبل بناء المكتبة. كما تم تضخيم المناطق شديدة التباين V3-V4 من جين 16S rRNA باستخدام البادئات العامة 338F (5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3') و 806R (5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3') مع تسلسلات مهايئ Illumina. ثم بُنيت مكتبات الأمبليكون ونُقيت وقُدرت كميتها، وجُمّعت بتركيزات متساوية المولات، وأُجري لها التسلسل على منصة Illumina NovaSeq 6000 (Novogene, Beijing, China) باستخدام قراءات مزدوجة الطرف بطول 250 bp.
تمت معالجة قراءات التسلسل الخام باستخدام خط تحليل QIIME2 (الإصدار 2022.2). تم فك تعدد الإرسال للقراءات مزدوجة النهايات، ودمجها، وتصفيتها نوعياً باستخدام حد أدنى لدرجة Phred يبلغ 20، ومعالجتها بواسطة DADA2 لإزالة التسلسلات الخيمرية وتوليد متغيرات تسلسل الأمبليكون (ASVs). تم إجراء التصنيف التصنيفي مقابل قاعدة بيانات SILVA 138 المرجعية باستخدام مصنف naive Bayes. تم حساب مقاييس التنوع ألفا، بما في ذلك مؤشر Shannon، ومؤشر Simpson، ومقدر Chao1، لتقييم التنوع والثراء داخل العينة. تم التعامل مع مخرجات عمق التسلسل، بما في ذلك ملخصات القراءات، وجداول وفرة ASV، وتغطية Good، وملفات منحنى التخفيف، كجزء من مجموعة بيانات الميكروبيوم الموضحة في قسم توفر البيانات. تم استخدام تحليل التمييز الخطي لحجم التأثير (LEfSe) لتحديد الأصناف المرتبطة بالمرض في المقارنة بين مجموعة Control ومجموعة Model باستخدام حد لدرجة LDA أكبر من 2.0 و P < 0.05؛ كما تم تقييم عكس التأثير المرتبط بـ ZeLan من خلال مقارنة اتجاه تحولات الوفرة التصنيفية في مجموعة ZeLan بالنسبة لمجموعة Model.
تحليل الميتابولوميات غير المستهدفة
أُجري تحليل التوصيف الميتابولومي للمصل باستخدام تقنية الكروماتوغرافيا السائلة فائقة الأداء المقترنة بمطياف الكتلة بزمن الطيران رباعي القطب (UHPLC-Q-TOF-MS; Agilent 1290 Infinity II/6550, USA). خُلطت عينات المصل (100 μL) مع 400 μL من الميثانول البارد: الأسيتونتريل (1:1, v/v) الذي يحتوي على معايير داخلية، ثم رُجّت بجهاز الفورتكس وحُضنت عند -20°C لمدة ساعة واحدة لترسيب البروتينات. وبعد الطرد المركزي عند 14,000 × g لمدة 15 دقيقة، جُففت السوائل الطافية تحت تيار من النيتروجين وأُعيد تكوينها في 100 μL من الأسيتونتريل: الماء (1:1, v/v) من أجل التحليل. تم تحقيق الفصل الكروماتوغرافي باستخدام عمود ACQUITY UPLC HSS T3 (2.1 × 100 mm, 1.8 μm) حُوفظ عليه عند 40°C، مع استخدام الماء المحتوي على 0.1% حمض الفورميك كطور متحرك A والأسيتونتريل المحتوي على 0.1% حمض الفورميك كطور متحرك B بمعدل تدفق 0.30 mL/min. واستُخدم برنامج تدرج لزيادة الطور العضوي من 5% إلى 95%، يليه غسل العمود وإعادة التوازن لفصل الميتابوليتات. تم الحصول على بيانات مطياف الكتلة في وضعي التأين بالرش الإلكتروني الموجب والسالب بنطاق مسح m/z 50–1200؛ وشملت معلمات المصدر جهد الشعيرة 3.5 kV، وتدفق غاز التجفيف 10 L/min، ودرجة حرارة غاز التجفيف 325°C، وضغط المرذاذ 35 psi، وجهد المجزئ 120 V.
حُوّلت ملفات البيانات الخام إلى صيغة mzXML، وعولجت باستخدام حزمة XCMS في برنامج R للكشف عن القمم، ومحاذاة زمن الاستبقاء، وتكامل مساحة القمة. أُدرجت عينات ضبط الجودة، التي جُهزت عن طريق تجميع حصص متساوية من جميع مستخلصات المصل، على طول التسلسل التحليلي لمراقبة استقرار الجهاز. استُبعدت الميزات التي تعاني من فقدان مفرط في البيانات أو عدم استقرار في تكرارية ضبط الجودة قبل إجراء النمذجة الإحصائية. نُفذ تحديد المستقلبات عن طريق مطابقة الكتلة الدقيقة، وزمن الاستبقاء، وأنماط تفتت MS/MS مع قاعدة بيانات الميتابولوم البشرية (HMDB)، وMETLIN، والمكتبات الطيفية الداخلية. أُجريت التحليلات الإحصائية متعددة المتغيرات باستخدام MetaboAnalyst 5.0. ومُنحت الأولوية لميزات المستقلبات التي تم الاحتفاظ بها للتقارير اللاحقة باستخدام معيار مشترك يتضمن المساهمة التمييزية متعددة المتغيرات، واتجاه التغير في الطي (fold-change)، والأدلة الإحصائية؛ كما عُدلت قيم P باستخدام طريقة Benjamini-Hochberg لمراعاة الاختبارات المتعددة. يوفّر جدول التقارير المشروح الكامل، الذي يحتوي على 52 ميزة من المستقلبات، كـ الجدول التكميلي 1أُجري تحليل إثراء المسارات باستخدام قاعدة بيانات موسوعة كيوتو للجينات والجينومات (KEGG).
التحليل الإحصائي
أُجريت جميع التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج SPSS الإصدار 26.0 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) وبرمجية R (الإصدار 4.2.1). عُبّر عن البيانات المستمرة في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري (SD)، وتم تقييم طبيعتها التوزيعية باستخدام اختبار Shapiro-Wilk قبل إجراء الاختبارات الاستدلالية. وبالنسبة للبيانات ذات التوزيع الطبيعي، استُخدم تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) متبوعاً باختبار Tukey للمقارنات البعدية لإجراء مقارنات بين المجموعات المتعددة؛ أما بالنسبة للبيانات غير ذات التوزيع الطبيعي، فقد استُخدم اختبار Kruskal-Wallis مع اختبار Dunn للمقارنات البعدية. كما قُيمت الارتباطات بين الأصناف الميكروبية المعوية ومستقلبات المصل باستخدام معامل ارتباط رتب سبيرمان (Spearman's rank correlation coefficient) وتم تمثيلها بصرياً في شكل خرائط حرارية مجمعة هرمياً. وعُدلت قيم P الخاصة بالارتباطات لتناسب الاختبارات المتعددة باستخدام طريقة Benjamini-Hochberg لمعدل الاكتشاف الخاطئ، ولم يتم تفسير سوى الارتباطات التي كانت متسقة في الاتجاه وذات دلالة إحصائية. واعتُبرت قيمة P ثنائية الذيل < 0.05 دالة إحصائياً ما لم يتم تحديد عتبة معدلة لقيمة P.