Maternal Dysbiosis Alters Hepatic Synthetic Function and Enzymatic Response to Hemorrhagic Shock

Abstract

Background: The gut-liver axis serves as a primary determinant of hepatic resilience; however, the extent to which early-life dysbiosis influences the liver's response to acute trauma in adulthood remains largely undefined. We hypothesized that maternal antibiotic-induced dysbiosis programs a functionally vulnerable liver phenotype, fundamentally altering the biochemical presentation of hepatocellular injury following hemorrhagic shock. Methods: A vertical transmission model of dysbiosis was established using Sprague Dawley rats. Pregnant dams received broad-spectrum antibiotics (Vancomycin and Amoxicillin) during late gestation and lactation. Male offspring (n=7/group) continued the regimen until 8 weeks of age, followed by a 4-week washout period. At 12 weeks, a volume-controlled hemorrhagic shock (1.5 mL/100g body weight) was induced. Hepatic status was assessed using a comprehensive biochemical panel, including aminotransferases (ALT, AST), markers of synthetic function (Total Protein, Albumin, Globulin, TIBC), and Vitamin B12. Results: While control animals exhibited the expected surge in serum aminotransferases typical of hemorrhagic shock, the dysbiotic group displayed a paradoxical enzymatic silence. This was characterized by significantly blunted ALT and AST responses (p < 0.001). Despite the absence of a canonical enzymatic surge, severe cellular injury was biochemically evident through a significant elevation in serum Vitamin B12 (p = 0.004), which served as an indicator of membrane integrity loss. Furthermore, dysbiotic hosts demonstrated a collapse in synthetic capacity, evidenced by significantly reduced total protein (p < 0.001), globulin (p < 0.001), and total iron-binding capacity. Consequently, the De Ritis ratio (AST/ALT) in the dysbiotic group rose to levels significantly higher than those observed in controls (p = 0.03). Conclusion: Maternal antibiotic-induced dysbiosis uncouples biochemical markers of hepatocellular leakage from canonical enzymatic signaling, resulting in a novel phenotype of Silent Liver Failure. In this context, standard biomarkers like ALT are deceptively low, likely due to metabolic exhaustion and cofactor depletion. This study identifies acute hypervitaminosis B12 and an elevated De Ritis Ratio as superior indicators of hepatocellular distress in the dysbiotic host, urging a paradigm shift in the assessment of trauma patients with a history of microbiome disruption.

Keywords

• Gut-Liver Axis
• Dysbiosis
• Hemorrhagic Shock
• Silent Liver Failure
• Vitamin B12
• De Ritis Ratio.

Supporting Institution

This study was supported by the Bursa Uludağ University Scientific Research Projects (BAP) under Project Number TGA-2022-1216.

Project Number

TGA-2022-1216

Ethical Statement

This study was conducted in accordance with protocols approved by the Bursa Uludağ University Animal Experimentation Local Ethics Committee (Approval No: 2024-03/03).

Thanks

We would like to express our gratitude to the staff of the Bursa Uludağ University Experimental Animal Application and Research Center for their expert assistance in animal care and husbandry throughout the study.

Maternal Disbiyoz, Hemorajik Şoka Karşı Hepatik Sentez Fonksiyonu ve Enzimatik Yanıtı Değiştirir

Abstract

Arka Plan: Bağırsak-karaciğer ekseni, karaciğer direncini belirleyen temel faktörlerden biridir ancak, yaşamın erken dönemlerindeki disbiyozun yetişkinlikte akut travmaya karşı karaciğerin verdiği yanıtı ne ölçüde etkilediği büyük ölçüde belirsizliğini korumaktadır. Bu çalışmada, maternal antibiyotik kaynaklı disbiyozun işlevsel olarak savunmasız bir karaciğer fenotipi programladığını ve hemorajik şok sonrası hepatoselüler hasarın biyokimyasal tablosunu temelden değiştirdiğini öngördük. Gereç ve Yöntem: Sprague Dawley sıçanları kullanılarak dikey geçişli bir disbiyoz modeli oluşturuldu. Gebe sıçanlara gebeliğin son dönemlerinde ve laktasyon boyunca geniş spektrumlu antibiyotikler (Vankomisin ve Amoksisilin) verildi. Erkek yavrular (n=7/grup) 8 haftalık olana kadar bu rejime devam etti ve ardından 4 haftalık bir arınma dönemi uygulandı. On ikinci haftada, hacim kontrollü bir hemorajik şok (1.5 mL/100g vücut ağırlığı) indüklendi. Karaciğer durumu, aminotransferazlar (ALT, AST), sentez fonksiyon belirteçleri (Total Protein, Albümin, Globülin, TDBK) ve B12 Vitamini içeren kapsamlı bir biyokimyasal panel kullanılarak değerlendirildi. Bulgular: Kontrol hayvanları, hemorajik şokun tipik bir özelliği olan serum aminotransferazlarında beklenen artışı gösterirken, disbiyotik grup paradoksal bir enzimatik sessizlik sergiledi. Bu durum, belirgin şekilde baskılanmış ALT ve AST yanıtları (p < 0.001) ile karakterizeydi. Kanonik bir enzimatik artış olmamasına rağmen, membran bütünlüğü kaybının bir göstergesi olarak işlev gören serum B12 Vitaminindeki anlamlı artış (p = 0.004) şiddetli hücresel hasarı biyokimyasal olarak kanıtladı. Ayrıca disbiyotik grup anlamlı ölçüde azalmış total protein (p < 0.001), globülin (p < 0.001) ve total demir bağlama kapasitesi ile kanıtlanan, sentez kapasitesinde çöküş sergiledi. Sonuç olarak, disbiyotik gruptaki De Ritis oranı (AST/ALT), kontrol grubunda gözlemlenenlerden anlamlı derecede daha yüksek seviyelere ulaştı (p = 0.03). Sonuç: Maternal antibiyotik kaynaklı disbiyoz, hepatoselüler sızıntının biyokimyasal belirteçlerini kanonik enzimatik sinyalizasyondan ayırarak Sessiz Karaciğer Yetmezliği fenotipine yol açmaktadır. Bu bağlamda, ALT gibi standart biyobelirteçler, muhtemelen metabolik tükenmişlik ve kofaktör eksikliği nedeniyle yanıltıcı derecede düşüktür. Bu çalışma, akut hipervitaminoz B12 ve yüksek bir De Ritis oranını, disbiyotik konakta hepatoselüler stresin üstün göstergeleri olarak tanımlamakta ve mikrobiyom bozulması öyküsü olan travma hastalarının değerlendirilmesinde bir paradigma değişikliği ihtiyacını vurgulamaktadır.

Keywords

• Bağırsak-Karaciğer Ekseni
• Disbiyoz
• Hemorajik Şok
• Sessiz Karaciğer Yetmezliği
• B12 Vitamini
• De Ritis Oranı

Supporting Institution

Bu çalışma, Bursa Uludağ Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) tarafından TGA-2022-1216 proje numarası kapsamında desteklenmiştir.

Project Number

TGA-2022-1216

Ethical Statement

Bu çalışma, Bursa Uludağ Üniversitesi Hayvan Deneyleri Yerel Etik Kurulu tarafından onaylanan protokollere uygun olarak yürütülmüştür (Onay No: 2024-03/03).

Thanks

Çalışma süresince hayvan bakımı ve yetiştirilmesi konularındaki uzman yardımları için Bursa Uludağ Üniversitesi Deneysel Hayvan Uygulama ve Araştırma Merkezi personeline teşekkürlerimizi sunarız.

References

1. Shen, Y., Fan, N., Ma, S. X., Cheng, X., Yang, X., & Wang, G. (2025). Gut Microbiota Dysbiosis: Pathogenesis, Diseases, Prevention, and Therapy. MedComm, 6(5), e70168. https://doi.org/10.1002/mco2.70168
2. Sarkar, A., Yoo, J. Y., Valeria Ozorio Dutra, S., Morgan, K. H., & Groer, M. (2021). The Association between Early-Life Gut Microbiota and Long-Term Health and Diseases. Journal of clinical medicine, 10(3), 459. https://doi.org/10.3390/jcm10030459
3. Jiang, Y., Guo, J., Yao, X., Wang, Z., Wang, Y., Xia, R., Zhang, S., Yang, H., & Zou, Y. (2025). The impact of early-life and prolonged antibiotics exposure on 78 common diseases: Evidence from epidemiology. British journal of clinical pharmacology, 91(8), 24372446. https://doi.org/10.1002/bcp.70055
4. Hsu, C. L., & Schnabl, B. (2023). The gut-liver axis and gut microbiota in health and liver disease. Nature reviews. Microbiology, 21(11), 719–733. https://doi. org/10.1038/s41579-023-00904-3
5. Nishikawa, H., Fukunishi, S., Asai, A., Yokohama, K., Ohama, H., Nishiguchi, S., & Higuchi, K. (2021). Dysbiosis and liver diseases (Review). International journal of molecular medicine, 48(3), 183. https://doi. org/10.3892/ijmm.2021.5016
6. Iacob, S., & Iacob, D. G. (2019). Infectious Threats, the Intestinal Barrier, and Its Trojan Horse: Dysbiosis. Frontiers in microbiology, 10, 1676. https://doi. org/10.3389/fmicb.2019.01676
7. Cordts, P. R., Kaminski, M. V., Raju, S., Clark, M. R., & Woo, K. M. (2001). Could gut-liver function derangements cause chronic venous insufficiency?. Vascular surgery, 35(2), 107–114. https://doi. org/10.1177/153857440103500204
8. Juanola, O., Francés, R., & Caparrós, E. (2024). Exploring the Relationship between Liver Disease, Bacterial Translocation, and Dysbiosis: Unveiling the Gut-Liver Axis. Visceral medicine, 40(1), 12–19. https://doi. org/10.1159/000535962

9. Zhang, J., Zhang, Y., Xu, T., Pan, S. J., Nie, G., Miao, X. Y., Qiu, J. Y., Yu, W. Q., Zhang, S. Y., & Liang, T. B. (2017). Severe traumatic hemorrhagic shock induces compromised immune barrier function of the mesenteric lymph node leading to an increase in intestinal bacterial translocation. American journal of translational research, 9(5), 2363–2373.
10. Bai, X., Wang, Z., Guo, K., Zhou, P., & Shi, L. (2025). Gut-liver axis dysregulation and microbial dysbiosis in invasive liver abscess: a narrative review. Frontiers in immunology, 16, 1646893. https://doi.org/10.3389/ fimmu.2025.1646893
11. Kim, S. E., Park, J. W., Kim, H. S., Jang, M. K., Suk, K. T., & Kim, D. J. (2021). The Role of Gut Dysbiosis in Acute-on-Chronic Liver Failure. International journal of molecular sciences, 22(21), 11680. https://doi. org/10.3390/ijms222111680
12. Karmaniolou, I. I., Theodoraki, K. A., Orfanos, N. F., Kostopanagiotou, G. G., Smyrniotis, V. E., Mylonas, A. I., & Arkadopoulos, N. F. (2013). Resuscitation after hemorrhagic shock: the effect on the liver--a review of experimental data. Journal of anesthesia, 27(3), 447460. https://doi.org/10.1007/s00540-012-1543-y
13. McGill M. R. (2016). The past and present of serum aminotransferases and the future of liver injury biomarkers. EXCLI journal, 15, 817–828. https://doi. org/10.17179/excli2016-800
14. Ueland, P. M., Ulvik, A., Rios-Avila, L., Midttun, Ø., & Gregory, J. F. (2015). Direct and Functional Biomarkers of Vitamin B6 Status. Annual review of nutrition, 35, 33–70. https://doi.org/10.1146/annurev-nutr-071714-034330
15. Qing, W., Chen, H., Ma, X., Chen, J., Le, Y., Chen, H., Tong, J., Duan, K., Ma, D., Ouyang, W., & Tong, J. (2025). Gut dysbiosis-induced vitamin B6 metabolic disorder contributes to chronic stress-related abnormal behaviors in a cortisol-independent manner. Gut microbes, 17(1), 2447824. https://doi.org/10.1080/194 90976.2024.2447824
16. Botros, M., & Sikaris, K. A. (2013). The de ritis ratio: the test of time. The Clinical biochemist. Reviews, 34(3), 117-130.
17. Yoshii, K., Hosomi, K., Sawane, K., & Kunisawa, J. (2019). Metabolism of Dietary and Microbial Vitamin B Family in the Regulation of Host Immunity. Frontiers in nutrition, 6, 48. https://doi.org/10.3389/ fnut.2019.00048
18. Ermens, A. A., Vlasveld, L. T., & Lindemans, J. (2003). Significance of elevated cobalamin (vitamin B12) levels in blood. Clinical biochemistry, 36(8), 585–590. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2003.08.004
19. Boachie, J., Adaikalakoteswari, A., Goljan, I., Samavat, J., Cagampang, F. R., & Saravanan, P. (2021). Intracellular and Tissue Levels of Vitamin B12 in Hepatocytes Are Modulated by CD320 Receptor and TCN2 Transporter. International journal of molecular sciences, 22(6), 3089. https://doi.org/10.3390/ijms22063089
20. Rothschild, M. A., Oratz, M., & Schreiber, S. S. (1980). Albumin synthesis. International review of physiology, 21, 249–274.
21. Kew M. C. (2000). Serum aminotransferase concentration as evidence of hepatocellular damage. Lancet (London, England), 355(9204), 591–592. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(99)00219-6
22. Vanderlinde R. E. (1986). Review of pyridoxal phosphate and the transaminases in liver disease. Annals of clinical and laboratory science, 16(2), 79–93.