Muribaculum作为利福昔明诱导化疗期间黏膜保护的微生物贡献者

《Gut Microbes》：Muribaculum as a microbial contributor of rifaximin-induced mucosal protection during chemotherapy

　　

化疗诱导的肠道黏膜炎是一种常见且限制剂量的毒性反应，会损害癌症治疗效果，且缺乏有效的靶向干预措施。本研究旨在探讨不可吸收抗生素利福昔明（rifaximin）减轻化疗诱导肠道损伤的机制，重点聚焦于微生物群介导的上皮屏障完整性保护。在5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil, 5-FU）诱导的肠道损伤小鼠模型中，利福昔明预处理可减少黏膜炎症和组织损伤，保护上皮和黏液屏障完整性，并限制系统性内毒素血症。重要的是，利福昔明并未损害5-FU在Apc^Min/+C3ar^KO小鼠中的抗肿瘤疗效。为评估转化相关性，研究人员采用人肠道离体培养系统（ex vivo organ culture system, EVOC），发现利福昔明在炎症挑战后 preserved 黏膜结构、黏液平衡和紧密连接完整性。微生物组分析显示，利福昔明重塑了肠道微生物群落，防止了与健康相关的分类群的耗竭，包括Muribaculum和Parasutterella。功能实验表明，单独补充Muribaculum intestinale即可减轻5-FU诱导的损伤，再现利福昔明治疗的关键保护特征。综上所述，这些发现将Muribaculum鉴定为利福昔明保护作用的微生物贡献者，支持其作为安全辅助策略以改善癌症治疗胃肠道耐受性的潜在作用。

化疗诱导的肠道黏膜炎是肿瘤化疗中的主要临床挑战，严重影响患者生活质量并可能中断治疗进程。该毒性反应源于化疗药物对快速分裂的肠道上皮细胞的损伤，导致绒毛萎缩、隐窝丢失、上皮屏障功能障碍及肠道微生物群失调。尽管益生菌和抗生素等预防性干预措施已被探索，但传统抗生素可能破坏肠道微生态平衡，而益生菌在屏障受损时存在系统性易位风险。在此背景下，不可吸收抗生素利福昔明因其局限于肠腔的活性、最小的全身副作用以及调节肠道微生物群的能力，成为潜在的辅助治疗策略。

研究人员选取利福昔明作为研究对象，系统评估其在5-FU诱导的肠道黏膜炎中的保护作用及其机制。在C57BL/6J雄性小鼠模型中，利福昔明通过饲料添加方式给药（100 mg/kg/mouse），持续两周后联合5-FU腹腔注射处理4天。研究结果显示，利福昔明显著改善了腹泻评分和粪便隐血阳性率，恢复了小肠和结肠长度，并通过苏木精-伊红（H&E）染色证实其保护了绒毛和隐窝结构。Ki67免疫组织化学分析表明，利福昔明保护了上皮细胞的增殖活性，促进了上皮再生；TUNEL检测显示其对化疗诱导的上皮细胞凋亡有减缓趋势。

在炎症调控方面，利福昔明显著降低了组织学复合损伤评分，抑制了CD45⁺免疫细胞、F4/80⁺巨噬细胞和Ly6G⁺中性粒细胞的浸润，同时粪便中主要由激活的中性粒细胞和单核细胞释放的炎症标志物脂联素-2（lipocalin-2）和钙卫蛋白（calprotectin）水平显著降低，提示其具有抗炎和屏障保护作用。

肠道屏障功能评估进一步揭示，利福昔明恢复了中性黏蛋白和酸性黏蛋白的平衡，保留了结肠中MUC2的表达；通过免疫荧光检测，封闭蛋白-1（Zonula Occludens-1, ZO-1）在紧密连接中的表达也得到恢复。FITC-葡聚糖通透性实验证实，利福昔明降低了血浆中4 kDa FITC-葡聚糖浓度，表明其维护了肠道屏障的完整性。此外，血清中脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）和LPS结合蛋白（LPS binding protein, LBP）水平的降低，进一步证明利福昔明减少了细菌产物的系统性易位。

为验证利福昔明是否影响化疗抗肿瘤效果，研究人员在Apc^Min/+C3ar^KO结直肠癌遗传模型中进行评估。该模型小鼠在约14周龄时结肠可自发形成约8个肿瘤。结果表明，5-FU单独或与利福昔明联合使用均显著减少结肠总肿瘤数及大于2 mm的较大肿瘤数量，而利福昔明单独治疗亦显示肿瘤数量减少趋势。体外实验中，从Apc^Min/+C3ar^KO肿瘤分离的原代细胞在不同浓度5-FU和利福昔明处理后，5-FU的IC₅₀未发生改变，提示利福昔明对肿瘤细胞生长无直接拮抗作用。

在转化医学层面，研究人员利用人结肠黏膜离体培养系统（EVOC）验证利福昔明的保护效应。鉴于5-FU在人组织中的培养限制，研究采用LPS作为炎症挑战刺激。结果显示，利福昔明维持了LPS处理后的人结肠黏膜组织结构，恢复了黏液层平衡，并通过免疫荧光分析证实其保护了MUC2表达和ZO-1的紧密连接完整性，支持其在人类肠道黏膜中的屏障保护作用。

微生物组分析通过16S rRNA基因测序揭示，利福昔明重塑了肠道微生物群落结构。α多样性分析显示利福昔明降低了细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon和Simpson指数），特别是与5-FU联合使用时；主坐标分析（PCoA）基于Bray-Curtis差异性证实各组间群落结构存在显著差异。在门水平上，5-FU导致拟杆菌门（Bacteroidota）减少而厚壁菌门（Firmicutes）、蓝藻门（Cyanobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobiota）扩增，利福昔明共处理可减弱多数这些改变。在属水平上，5-FU减少了双歧杆菌属（Bifidobacterium）、乳杆菌属（Lactobacillus）、Faecalibaculum及Muribaculaceae科成员；利福昔明部分保存了Faecalibaculum和Muribaculaceae科成员。差异丰度分析识别出Parasutterella和Muribaculum属以及更广泛的Muribaculaceae科在5-FU处理后发生显著变化，利福昔明可部分保存这些分类群。Spearman相关性分析显示，Muribaculum与利福昔明改善的多个肠道黏膜炎指标（包括结肠长度、绒毛长度、结肠隐窝深度、Ki67、MUC2和ZO-1表达）呈显著正相关。

为验证Muribaculum的核心作用，研究人员对C57BL/6J小鼠进行Muribaculum intestinale YL27（DSM 28989）补充实验（2×10⁹ CFUs/天，口服灌胃14天后联合5-FU处理）。结果显示，M. intestinale补充显著改善了腹泻和粪便隐血，恢复了小肠和结肠长度，改善了绒毛长度和隐窝深度。Alcian蓝/过碘酸-希夫（PAS）染色和免疫荧光分析证实，M. intestinale保护了黏液屏障中MUC2的表达和紧密连接蛋白ZO-1的水平。微生物组测序显示，M. intestinale管理未显著影响整体细菌丰富度或多样性，但β多样性分析揭示了微生物群落结构的显著变化。功能预测分析表明，利福昔明处理与碳水化合物代谢、糖酵解、糖醛酸途径、发酵、脂肪酸生物合成、氨基酸代谢及能量代谢等多种途径的改变相关；而M. intestinale补充产生的功能谱更为局限，主要影响碳水化合物代谢、醇代谢、发酵和中心能量代谢。

讨论部分，研究人员指出化疗诱导的黏膜炎仍是限制治疗强度和患者生活质量的主要临床挑战。本研究证实利福昔明通过保护上皮屏障完整性、减轻炎症和选择性重塑肠道微生物群来对抗5-FU诱导的肠道损伤，并将M. intestinale鉴定为利福昔明相关保护效应的微生物贡献者。研究强调，利福昔明不损害5-FU的抗肿瘤疗效，使其成为有前景的辅助策略。尽管Muribaculum在人类中的存在有限，限制直接转化解释，但其在维持屏障完整性方面的功能特征具有机制相关性。利福昔明的保护作用主要通过微生物群介导而非直接宿主信号，因小鼠孕烷X受体（pregnane X receptor, PXR）不被利福昔明激活。研究亦承认存在局限性：小鼠模型无法完全重现人类微生物群复杂性和免疫反应；16S rRNA基因测序的功能预测仅为推断性代谢潜力；以及利福昔明耐药性的潜在风险需临床关注。

研究结论为：研究人员鉴定M. intestinale为利福昔明在化疗期间黏膜保护作用的微生物群衍生贡献者之一。该工作支持微生物群调节构成治疗益处的模型，并提示特定微生物功能可能有助于细胞毒性治疗期间的肠道韧性。这些发现可能支持未来开发靶向微生物策略以在癌症治疗期间及更广泛的临床场景中保护肠道健康。