2024年5月，蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院田野和蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院李明團(tuán)隊(duì)在GUT MICROBES雜志發(fā)表題為"Microbiota-derived I3A protects the intestine against radiation injury by activating AhR/IL-10/Wnt signaling and enhancing the abundance of probiotics" 的文章。該研究深入探索了微生物衍生代謝物的功能及其潛在的腸道保護(hù)作用機(jī)制，為理解RIE（急性放射性腸病，radiation-induced enteropathy）的發(fā)病機(jī)理提供了新的視角，同時(shí)也為開發(fā)RIE的新型治療策略開辟了新道路。該研究使用了來自集萃藥康的無菌小鼠C57BL/6J[GF]（Strain NO. N000295）。

急性放射性腸病的誘因和治療

放射治療作為惡性腫瘤治療的關(guān)鍵手段，盡管效果顯著，但在盆腔腫瘤的治療過程中常導(dǎo)致腸道組織受到輻射，從而誘發(fā)高發(fā)的急性放射性腸?。╮adiation-induced enteropathy，RIE）。

令人擔(dān)憂的是，約有一半的患者會進(jìn)一步發(fā)展為慢性損傷。RIE不僅極大地限制了放療的劑量提升和整體療效，還深刻影響了患者的生活質(zhì)量。

當(dāng)前，盡管存在藥物治療、益生菌治療及外科手術(shù)等多種臨床干預(yù)手段，但其療效依然有限。

研究過程分享

為了篩選出最有效的輻射防護(hù)吲哚衍生物，研究團(tuán)隊(duì)首先對小鼠腸道類器官進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)3-吲哚羧酸（indole-3-carboxaldehyde, I3A）能顯著提升腸道類器官的出芽率、修復(fù)受損組織并增大其表面積，同時(shí)促進(jìn)腸干細(xì)胞（intestinal stem cells, ISCs）的存活，展現(xiàn)出最強(qiáng)的綜合輻射防護(hù)效果。在HIEC-6細(xì)胞（一種人類腸道上皮細(xì)胞系）實(shí)驗(yàn)中，I3A以劑量依賴的方式促進(jìn)了受輻照細(xì)胞的增殖，尤其在100 μM濃度下效果最*佳。此外，I3A還提高了受輻照HIEC-6細(xì)胞的存活率和克隆形成能力，并有效減少了輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在13 Gy全腹照射后，I3A處理組小鼠的存活率提高了25%，且臨床評分顯著降低。此外，I3A還明顯減輕了照射后小鼠結(jié)腸長度的縮短，并通過組織病理分析觀察到其顯著降低了腸道損傷評分，恢復(fù)了因輻射而縮短的腸道絨毛和黏膜，同時(shí)減少了輻射導(dǎo)致的TUNEL陽性細(xì)胞上調(diào)。

圖1 口服I3A能有效緩解全腹照射誘導(dǎo)的腸道損傷

為了評估I3A是否影響隱窩上皮細(xì)胞的增殖，研究團(tuán)隊(duì)使用針對Lgr5和Ki67的抗體進(jìn)行免疫組化（immunohistochemistry, IHC）檢測腸切片，發(fā)現(xiàn)I3A能增加Lgr5+腸干細(xì)胞和Ki67+增殖細(xì)胞的數(shù)量。此外，I3A還能促進(jìn)ISCs向潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞分化，顯著降低腸道通透性，并通過緩解緊密連接蛋白的破壞，來維持腸道屏障的完整性。

圖2 I3A能有效促進(jìn)隱窩細(xì)胞增殖分化并維護(hù)腸道屏障完整性

通過高效液相色譜分析，發(fā)現(xiàn)SPF小鼠在接受全腹輻照（total abdominal irradiation, TAI）后糞便中I3A含量上升，而無菌小鼠則無此現(xiàn)象，揭示輻射誘導(dǎo)的I3A產(chǎn)生依賴于腸道微生物。進(jìn)一步通過16S rRNA測序發(fā)現(xiàn)，TAI與I3A聯(lián)合治療顯著改變了小鼠的腸道微生物結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)為：I3A增加了益生菌（如乳酸菌、雙歧桿菌等）的相對豐度，同時(shí)降低了致病菌（如脫硫弧菌、埃希氏-志賀氏菌）的相對豐度。

圖3 腸道微生物產(chǎn)生的I3A能夠調(diào)整全腹照射小鼠的腸道細(xì)菌結(jié)構(gòu)

為了深入理解I3A如何介導(dǎo)輻射防護(hù)，研究團(tuán)隊(duì)分析了不同處理小鼠的小腸轉(zhuǎn)錄組，鑒別出375個(gè)差異表達(dá)基因，并驗(yàn)證了其中6個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)模式。結(jié)果顯示，I3A能激活芳烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AhR）信號通路，上調(diào)其主要下游靶標(biāo)CYP1A1（cytochrome P450 1A1）的表達(dá)，并誘導(dǎo)IL-10的表達(dá)。使用AhR特異性抑制劑CH-223191后，發(fā)現(xiàn)該抑制劑能有效阻斷AhR/IL-10信號通路，進(jìn)而取消I3A的輻射防護(hù)作用，并部分削弱其對輻射誘導(dǎo)凋亡的細(xì)胞保護(hù)作用。

研究揭示，I3A能激活Wnt-β-catenin通路，在小鼠體內(nèi)顯著提升Wnt3和β-catenin的表達(dá)。在輻射損傷的HIEC-6細(xì)胞中，這一過程依賴于IL-10的介導(dǎo)，且IL-10的補(bǔ)充能抵消AhR抑制劑對I3A輻射防護(hù)作用的干擾。小鼠腸道類器官實(shí)驗(yàn)同樣驗(yàn)證了這一機(jī)制。簡而言之，I3A通過激活Wnt/β-catenin通路并依賴AhR/IL-10/Wnt3信號軸，有效促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞的損傷修復(fù)。

圖4 I3A借助AhR/IL-10/Wnt3信號軸調(diào)控腸道干細(xì)胞（ISCs）的增殖與分化

在HCT116和SW620癌細(xì)胞及小鼠結(jié)直腸癌模型中，I3A處理未能增強(qiáng)細(xì)胞對輻射的抵抗力或促進(jìn)腫瘤生長。同樣，在人結(jié)直腸癌類器官中，I3A也無法減輕輻射毒性。因此，I3A在放療期間對腫瘤不具保護(hù)作用，有望成為盆腔放療中對抗輻射誘導(dǎo)腸損傷的有效臨床手段。

在集萃藥康無菌小鼠的助力下，微生物源I3A的發(fā)現(xiàn)為放射性腸炎的治療提供了新的策略。通過激活A(yù)hR/IL-10/Wnt信號通路并上調(diào)益生菌豐度，I3A展現(xiàn)出了顯著的腸道保護(hù)作用。未來，隨著研究的深入和臨床應(yīng)用的拓展，I3A有望成為RIE治療領(lǐng)域的新星。