Bu çalışmadaki tüm deneysel prosedürler, Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na uygun olarak yürütülmüş ve Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır (Onay No. IACUC-2023-0156).
Hayvanlar
Dişi Sprague-Dawley sıçanlar (n = 24, 6 haftalık, vücut ağırlığı 180–200 g), bağlı kurumun Laboratuvar Hayvanları Merkezi'nden temin edilmiş ve standart kemirgen yemi ile saf suya ad libitum erişim sağlanarak kontrollü çevresel koşullar altında (sıcaklık 22 ± 2°C, nem %50 ± 10, 12 saatlik ışık/karanlık döngüsü) barındırılmıştır. Bir haftalık alıştırma döneminin ardından hayvanlar rastgele üç deneysel gruba ayrılmıştır (grup başına n = 8): Kontrol, PCOS Modeli ve ZeLan tedavisi. Örneklem büyüklüğü, PCOS modellerindeki bağırsak mikrobiyotası değişikliklerini inceleyen önceki çalışmalara dayanarak belirlenmiş olup, güç analizi grup başına 8 hayvanın α = 0.05 düzeyinde alfa çeşitlilik indekslerinde 1,5 katlık bir farkı tespit etmek için %80 güç sağlayacağını göstermiştir.
PCOS model oluşturma ve tedavi protokolü
PCOS modeli, susam yağında çözünmüş dehidroepiandrosteronun (DHEA; Sigma-Aldrich, ABD), 21 gün boyunca ardışık olarak günlük 6 mg/100 g vücut ağırlığı dozunda dorsal boy bölgesine subkütan enjeksiyonunu içeren, iyi valide edilmiş bir protokol kullanılarak oluşturulmuştur. Kontrol hayvanlarına eş değer hacimlerde susam yağı taşıyıcı olarak verilmiştir. Tüm deneysel zaman çizelgesi, alıştırma süresini de kapsayacak şekilde 7 günlük alıştırma, 21 günlük model indüksiyonu ve 28 günlük müdahale ile 56. protokol gününde uç nokta örneklemesini içermektedir (Şekil 1). ZeLan ekstresi, kimlik doğrulaması yapılmış Lycopus lucidus Turcz. bitkisinin sulu ekstraksiyonu yoluyla hazırlanmış ve yüksek performanslı sıvı kromatografisi ile toplam flavonoid içeriği en az %2,5 olacak şekilde standardize edilmiştir; bu durum botanik ekstrakt için kimyasal kalite kontrol kriteri olarak belirlenmiştir. DHEA ile indüklenen model oluşturma işleminin tamamlanmasının ardından, ZeLan grubundaki sıçanlara 28 gün boyunca ardışık olarak günlük 200 mg/kg vücut ağırlığında ZeLan ekstresi oral gavaj yoluyla verilmiş, Kontrol ve Model gruplarına ise eş değer hacimlerde distile su uygulanmıştır. 200 mg/kg dozu, botanik ekstraktlarla ilgili önceki hayvan kullanım deneyimleri ve ön tolerabilite değerlendirmelerine dayalı olarak keşif amaçlı bir farmakolojik doz olarak seçilmiştir; resmi bir doz-yanıt değerlendirmesi mevcut tasarımın parçası değildir. Vücut ağırlığı, deneysel süreç boyunca haftalık olarak kaydedilmiştir. Bu deneysel tasarımda, başarılı PCOS model oluşturma işlemi, DHEA indüksiyon protokolü ile birlikte vücut ağırlığı, serum testosteron, LH/FSH oranı ve açlık insülini dahil olmak üzere uç nokta endokrin ve metabolik fenotipleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Over histopatolojik incelemesi, folikül sayımı, korpus luteum kantifikasyonu ve seri östrus döngüsü izlemi model doğrulama uç noktaları olarak dahil edilmemiştir ve bu nedenle over disfonksiyonu yorumlaması, doğrudan doku düzeyindeki değerlendirmeden ziyade endokrin ve metabolik verileri temel almıştır.
Numune toplama ve işleme
Sonraki biyokimyasal, mikrobiyota ve metabolomik analizler için her üç gruptan da (grup başına n = 8) örnekler (serum ve dışkı) toplandı. Sirkadiyen ve beslenmeye bağlı değişkenliği azaltmak için nihai örneklemler, gece boyunca açlıktan sonra sabah saatlerinde gerçekleştirildi. Kan örnekleri, anestezi altında abdominal aortadan toplandı ve serum elde etmek için 4°C'de 15 dakika boyunca 3,000 × g hızında santrifüj edildi; elde edilen serumlar alikotlara ayrılarak hormon ve metabolomik analizlere kadar -80°C'de saklandı. Taze dışkı örnekleri, aseptik koşullar altında doğrudan sekumdan steril kriyotüplere toplandı, transfer sırasında kuru buz üzerinde tutuldu, toplandıktan sonraki 10 dakika içinde sıvı nitrojenle şoklandı ve 16S rRNA gen sekanslamasına kadar -80°C'de saklandı.
Serum hormon ölçümleri
Testosteron, luteinleştirici hormon (LH), folikül uyarıcı hormon (FSH) ve insülinin serum konsantrasyonları, üretici talimatlarına uygun olarak ticari olarak temin edilen enzim bağlı immünosorbent assay (ELISA) kitleri (Cusabio Biotech, Wuhan, Çin) kullanılarak kantifiye edildi. LH/FSH oranı, PCOS için karakteristik olan gonadotropin dengesizliğinin kompozit bir indeksi olarak hesaplandı. Tüm örnekler çift paralel olarak analiz edildi ve varyasyon katsayıları %15'ten büyük olan ölçümler tekrarlandı. Kit içi ve kitler arası varyasyon katsayılarının sırasıyla %10 ve %15'in altında kalması şartı arandı. Potansiyel aykırı değerler, kaynak kayıtları ve assay performans bilgileriyle karşılaştırılarak tarandı ve belgelenmiş bir teknik neden olmaksızın hiçbir değer yalnızca istatistiksel gerekçelerle hariç tutulmadı.
16S rRNA gen dizileme ve biyoinformatik analiz
Toplam bakteriyel genomik DNA, üretici protokolü takip edilerek QIAamp DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Almanya) kullanılarak sekum içeriğinden ekstrakte edildi. DNA kalitesi ve miktarı NanoDrop spektrofotometrisi ve agaroz jel elektroforezi kullanılarak değerlendirildi ve DNA ekstraktları kütüphane kurulumundan önce -80°C'de saklandı. 16S rRNA geninin V3-V4 hiperdeğişken bölgeleri, Illumina adaptör dizilerine sahip evrensel primerler olan 338F (5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3') ve 806R (5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3') kullanılarak amplifiye edildi. Amplikon kütüphaneleri oluşturuldu, saflaştırıldı, miktarları belirlendi, eş molar konsantrasyonlarda havuzlandı ve Illumina NovaSeq 6000 platformunda (Novogene, Pekin, Çin) paired-end 250 bp okumalar kullanılarak dizilendi.
Ham sekanslama okumaları QIIME2 (versiyon 2022.2) hattı kullanılarak işlendi. Çift uçlu okumalar demültiplekslendi, birleştirildi, en az 20 Phred skor eşiği kullanılarak kalite filtresinden geçirildi ve kimera dizileri kaldırmak ve amplikon sekans varyantları (ASV'ler) oluşturmak için DADA2 ile işlendi. Taksonomik sınıflandırma, bir naive Bayes sınıflandırıcı kullanılarak SILVA 138 referans veri tabanına göre gerçekleştirildi. Örnek içi çeşitliliği ve zenginliği değerlendirmek için Shannon indeksi, Simpson indeksi ve Chao1 tahmincisi dahil olmak üzere alfa çeşitlilik metrikleri hesaplandı. Okuma özetleri, ASV bolluk tabloları, Good kapsamı ve seyreltme eğrisi dosyaları dahil olmak üzere sekanslama derinliği çıktıları, Veri Kullanılabilirliği bölümünde açıklanan mikrobiyom veri setinin bir parçası olarak değerlendirildi. Kontrol ve Model karşılaştırmasında hastalıkla ilişkili taksonları belirlemek için, 2.0'dan büyük bir LDA skor eşiği ve P < 0.05 kullanılarak doğrusal ayrıştırıcı analiz etki boyutu (LEfSe) uygulandı; ZeLan ile ilişkili geri dönüş, ZeLan grubundaki taksonomik bolluk kaymaları yönünün Model grubuna göre karşılaştırılmasıyla değerlendirildi.
Hedefsiz metabolomik analiz
Serum metabolomik profillemesi, kuadrupol uçuş süreli kütle spektrometrisi ile eşleşmiş ultra yüksek performanslı sıvı kromatografisi (UHPLC-Q-TOF-MS; Agilent 1290 Infinity II/6550, ABD) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Serum örnekleri (100 μL), internal standartlar içeren 400 μL soğuk metanol:asetonitril (1:1, v/v) ile karıştırılmış, vortekslemiş ve proteinleri çöktürmek için -20°C'de 1 saat inkübe edilmiştir. 14.000 × g'de 15 dakika santrifüjasyonun ardından, süpernatantlar azot akımı altında kurutulmuş ve analiz için 100 μL asetonitril:su (1:1, v/v) içerisinde yeniden çözündürülmüştür. Kromatografik ayırım, 40°C'de tutulan bir ACQUITY UPLC HSS T3 kolonunda (2.1 × 100 mm, 1.8 μm); mobil faz A olarak %0.1 formik asit içeren su ve mobil faz B olarak %0.1 formik asit içeren asetonitril, 0.30 mL/min akış hızında kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Metabolit ayırımı için organik fazın %5'ten %95'e artırıldığı, ardından kolon yıkama ve yeniden dengeleme ile devam eden bir gradyan programı kullanılmıştır. Kütle spektrometrik veriler, m/z 50–1200 tarama aralığında, hem pozitif hem de negatif elektrospray iyonizasyon modlarında elde edilmiştir; kaynak parametreleri kapiler voltajı 3.5 kV, kurutma gazı akışı 10 L/min, kurutma gazı sıcaklığı 325°C, nebülizatör basıncı 35 psi ve fragmantör voltajı 120 V olarak belirlenmiştir.
Ham veri dosyaları mzXML formatına dönüştürüldü ve pik saptama, tutunma zamanı hizalama ve pik alanı entegrasyonu için R'daki XCMS paketi kullanılarak işlendi. Cihaz kararlılığını izlemek amacıyla, tüm serum ekstraktlarının eşit miktarlarda havuzlanmasıyla hazırlanan kalite kontrol örnekleri analitik sekans boyunca yerleştirildi. Aşırı eksiklik gösteren veya kalite kontrol tekrarlanabilirliği stabil olmayan özellikler, istatistiksel modelleme öncesinde çıkarıldı. Metabolit tanımlaması; doğru kütle, tutunma zamanı ve MS/MS fragmantasyon paternlerinin Human Metabolome Database (HMDB), METLIN ve kurum içi spektral kütüphanelerle eşleştirilmesi yoluyla gerçekleştirildi. Çok değişkenli istatistiksel analizler MetaboAnalyst 5.0 kullanılarak yapıldı. Sonraki raporlama için seçilen metabolit özellikleri; çok değişkenli ayırt edici katkı, kat değişimi (fold-change) yönü ve istatistiksel kanıtı içeren birleşik bir kriter kullanılarak önceliklendirildi; P değerleri, çoklu testleri hesaba katmak için Benjamini-Hochberg yöntemi kullanılarak düzeltildi. 52 metabolit özelliğini içeren eksiksiz açıklama tablosu, Ek Tablo 1 olarak sunulmuştur. Yolculuk zenginleştirme analizi, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) veri tabanı kullanılarak gerçekleştirildi.
İstatistiksel analiz
Tüm istatistiksel analizler SPSS sürüm 26.0 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) ve R yazılımı (sürüm 4.2.1) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sürekli veriler ortalama ± standart sapma (SD) olarak ifade edilmiş ve çıkarımsal testlerden önce Shapiro-Wilk testi ile normallikleri değerlendirilmiştir. Normal dağılım gösteren veriler için çoklu grup karşılaştırmalarında tek yönlü varyans analizi (ANOVA) ve ardından Tukey post hoc testi kullanılmıştır; normal dağılım göstermeyen veriler için ise Dunn post hoc testi ile birlikte Kruskal-Wallis testi kullanılmıştır. Bağırsak mikrobiyal taksonları ile serum metabolitleri arasındaki korelasyonlar Spearman sıra korelasyon katsayısı kullanılarak değerlendirilmiş ve hiyerarşik olarak kümelenmiş ısı haritaları şeklinde görselleştirilmiştir. Korelasyon P-değerleri, Benjamini-Hochberg yanlış keşif oranı yöntemi kullanılarak çoklu testler için düzeltilmiş ve yalnızca yön bakımından tutarlı ve istatistiksel olarak anlamlı olan korelasyonlar yorumlanmıştır. Düzeltilmiş bir P-değeri eşiği belirtilmediği sürece, iki yönlü P-değeri < 0.05 istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir.