性激素驅動著整個青春期的主要生理變化。痤瘡是一種由油脂和死皮細胞堵塞毛囊而引起的皮膚病，是青春期最常見的，也是最令人痛苦的經歷之一。對於一些痤瘡對局部療法有抵抗力的人來說，系統性抗生素被用來幫助緩解症狀和清除皮膚。

用全身性抗生素治療痤瘡，如米諾環素，經常需要長期使用–有時長達兩年；然而，使用抗生素的長期影響仍不清楚。南卡羅來納醫科大學（MUSC）的研究人員在最近發表在《臨床研究雜誌》（JCI）上的一項研究中發現，腸道微生物組的組成–在腸道中共同生活的微生物群落–與健康的骨骼成熟之間有密切的聯繫。

在青少年骨骼發育的關鍵階段，長期使用一種全身性抗生素，如米諾環素，可能會產生意想不到的後果。

米諾環素治療減少了成骨細胞（箭頭所示的黃色立方體骨襯裡細胞）的蛋白質表達

這項研究的第一作者、在Novince實驗室研究腸道微生物組對骨骼發育影響的研究生Matthew Carson說：”長期的系統性米諾環素治療後，腸道微生物組有持續的變化，導致骨骼成熟度降低。”

“從臨床角度來看，不僅米諾環素治療導致成熟的骨骼發生變化，微生物組和骨骼在抗生素治療後也無法完全恢復，”首席調查員、牙科醫學院口腔健康科學系副教授Chad Novince博士補充說。

這項工作建立在Novince實驗室以前的工作基礎上，該工作表明，大劑量抗生素雞尾酒激活了促炎免疫反應，增加了破骨細胞的活性，並損害了骨骼的成熟。這項研究的結果促使Novince團隊思考是否存在全身性抗生素可能影響骨骼成熟的臨床情況。

他們發現，醫生將米諾環素作為一種全身性抗生素治療青少年痤瘡。米諾環素是四環素類的一種抗生素，它還包括四環素、多西環素和沙雷黴素。這些抗生素的功能是阻止細菌的生長和傳播；在痤瘡中，它們破壞感染毛孔的細菌，並減少導致痤瘡的某些天然油性物質。

為了確定係統性的米諾環素治療是否會像以前的抗生素治療那樣對骨骼產生類似的影響，Carson和Novince在小鼠青春期/青春期後的生長階段–相當於人類的青春期年齡–給小鼠注射了臨床上相關劑量的米諾環素。他們發現，米諾環素治療不會引起任何細胞毒性效應或誘發促炎症反應–正如他們之前觀察到的那樣；然而，腸道微生物組的組成發生了變化，導致骨量累積減少，骨骼成熟度受損。

這些數據本身就強調了青少年時期長期系統性使用抗生素的一個重要但未被重視的後果。但他們還繼續表明，長期的米諾環素治療阻止了腸道微生物組和骨骼恢復到穩定狀態的能力，即使在停止治療之後。

早期的研究表明，我們的腸道微生物組在生命的頭幾年發展到成熟狀態，但這個想法最近受到了質疑，最近的調查顯示，腸道微生物組在青春期繼續發展到穩定、成熟的狀態。

Carson解釋說：”真正有趣的是，如果你在這個青春期階段引起微生物組的變化，當你的微生物組仍在向穩定的成人狀態發展時，你將會對成熟的骨骼產生深遠的影響。”

人在青春期的生長過程積累了高達40%的峰值骨量，這與微生物群的成熟度相關。如果在這個關鍵的生長窗口期破壞了這個系統，並減少了峰值骨量，我們可能不再能夠抵禦作為衰老後果的自然骨質流失的風暴。因此，青春期微生物組的破壞會對骨骼健康和骨折風險產生長期的影響。

Novince團隊進一步分析了微生物組如何與骨骼的結構進行溝通和改變。令人驚訝的是，用米諾環素改變腸道微生物組，破壞了肝臟和小腸之間的正常交流。這種交流圍繞著被稱為膽汁酸的小分子。通常情況下，膽汁酸從肝臟到小腸幫助消化並幫助分解脂肪，但對膽汁酸的這種看法正在擴大。

“膽汁酸以前沒有被認為是腸道和骨架之間的重要溝通分子，”Novince說。”通過改變腸道微生物組，膽汁酸的構成被改變，這影響了宿主的生理學，包括骨骼的成熟。”

腸道微生物組不斷改變小腸中的膽汁酸庫。然後，膽汁酸作為信使分子，與腸道內和遠處解剖部位的宿主細胞進行交流。例如，當膽汁酸與成骨細胞交談時，可以刺激骨的形成。

有趣的是，米諾環素治療導致的腸道微生物組的改變產生了不同的膽汁酸庫。這種不同的膽汁酸不能激活形成骨的成骨細胞，並導致骨的形成和礦化明顯減少30%以上。

這項工作體現了跨學科的科學方法的好處。

這項工作加強了腸道-肝臟-骨骼通信網絡的重要性。它揭示了系統性的米諾環素治療對骨骼有意外的、深刻的和終身的影響。

“用米諾環素治療青少年小鼠引起了腸道微生物組的變化和膽汁酸代謝的改變，”Carson總結道。”我們發現，這些膽汁酸的變化抑制了成骨細胞的功能，並損害了骨骼的成熟”。