摘要: 研究背景与目的: 化疗相关性腹泻(Chemotherapy-Induced Diarrhea,CID)是抗肿瘤治疗中的常见并发症之一,其发生不仅影响患者的治疗依从性,还对其生活质量和预后构成显著威胁。尤其在接受氟尿嘧啶(5-FU)和伊立替康等化疗药物治疗的患者中,腹泻的发生率较高,严重情况下可引发脱水、电解质紊乱以及免疫功能受损等全身性并发症。这种复杂的病理现象往往需要多方面的干预,但现有的治疗手段如洛哌丁胺、奥曲肽等多以对症处理为主,疗效局限且存在一定副作用。因此,寻找安全有效的新型治疗策略已成为当务之急。 CID的病理机制涉及化疗药物对肠道屏障的直接破坏和菌群平衡的紊乱。以5-FU为例,其通过抑制核酸合成影响快速增殖的细胞,不仅作用于肿瘤细胞,也会损害肠上皮细胞,导致杯状细胞减少、肠隐窝结构变性、肠道屏障功能受损,并伴随菌群失衡。肠道菌群中有益菌的减少与条件致病菌的增殖进一步加剧了肠道炎症和腹泻的发生。由于CID的病理机制复杂,传统的单一对症疗法难以满足临床需求。 近年来,益生菌因其在调节肠道菌群、增强肠道屏障功能及调控免疫反应方面的多重作用,被视为CID的潜在辅助治疗策略。其中,拟杆菌(Bacteroides)作为一类新兴的益生菌,以其独特的生物学特性引起了广泛关注。研究表明,拟杆菌能够调节菌群平衡、修复肠道屏障,并缓解化疗药物引起的肠道损伤。 然而,目前关于拟杆菌在CID中的具体作用机制仍处于探索阶段,特定菌株的安全性与有效性尚未得到系统验证,部分菌株的潜在毒性也对其临床应用构成一定限制。因此,筛选并优化具有良好抗CID活性的拟杆菌菌株具有重要的研究价值。本研究旨在评估拟杆菌在CID治疗中的潜力,重点聚焦于从健康人粪便中分离拟杆菌菌株,并通过动物模型筛选其抗CID活性,同时深入探讨其安全性和作用机制,以期为CID的微生态干预策略提供新的科学依据。 材料与方法: 1.拟杆菌菌株的分离与鉴定:招募健康志愿者收集粪便样本,并在严格的厌氧条件下进行无菌操作。样本经离心过滤后,在拟杆菌选择性培养基上进行分离,挑取单克隆菌落进行富集培养。随后,提取细菌DNA,并通过16S r RNA基因扩增鉴定菌株,确认其分类学地位。 2.拟杆菌菌株抗CID活性筛选:构建化疗相关性腹泻动物模型,通过评估体重下降百分比和腹泻评分,筛选出具有抗CID活性的拟杆菌菌株,以确定其在缓解CID中的潜在作用。 3.Bacteroides eggerthii(B.eggerthii)S13-F8的形态学特征及基因组功能解析:采用扫描电子显微镜(SEM)观察B.eggerthii S13-F8的形态学特征,揭示其细菌形态及表面结构。同时,利用高通量全基因组测序技术解析B.eggerthii S13-F8的基因组组成、基因功能及代谢潜力,并结合多种数据库对基因组进行功能注释,以深入挖掘潜在的功能基因及代谢通路。 4.B.eggerthii S13-F8体内药效学验证:利用小鼠CID模型对B.eggerthii S13-F8的抗CID活性进行验证。通过监测体重变化、腹泻评分、摄食量、血常规检测,以及测量小肠绒毛高度、隐窝深度和结肠组织病理学评分等指标,对其抗CID作用进行系统评估。 5.结肠组织转录组分析:从小鼠结肠组织中提取总RNA,检测质量后构建测序文库,并利用Hi Seq Nova Seq 6000平台进行高通量测序。采用RSEM软件量化基因表达水平,并使用DESeq2分析实验组间的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)(筛选标准:p<0.05,|log2FC|≥1)。随后,利用DAVID数据库对DEGs进行功能富集分析,识别显著富集的通路。 6.粪便宏基因组学分析:收集B.eggerthii S13-F8治疗结束后小鼠粪便样本进行宏基因组学分析(α多样性分析(Sobs,Ace,Chao指数)),主坐标分析(PCo A),物种与功能组成分析以及线性判别分析(Lef Se)。 结果: 1.从健康人粪便样本中成功分离并鉴定出8株拟杆菌菌株,分别为Bacteroides ovatus S13-B4、Bacteroides vulgatus S13-D4、Para Bacteroides distasonis S13-F4、Bacteroides dorei S4-A7、Bacteroides xylanisolvens S4-F11、Bacteroides nordii S3-A1、Bacteroides fragilis S12-A5和Bacteroides eggerthii S13-F8。 2.体内研究了6株拟杆菌菌株对5-FU诱导的CID的治疗效果。结果显示,B.eggerthii S13-F8菌株显著缓解了5-FU引起的体重减轻和腹泻。 3.B.eggerthii S13-F8为杆状细菌(长约2μm,宽约0.5μm),其基因组由一个4,202,411 bp的环状染色体和一个100,771 bp的质粒组成,总GC含量为45.18%。基因组包含3,666个蛋白编码基因、12个r RNA基因、64个t RNA基因和50个s RNA基因。基于16S r RNA序列比对,与B.eggerthii的相似性达99.67%。功能注释显示,其基因组富含与代谢、细胞结构及DNA修复相关的基因,并含两个次级代谢产物基因簇。 4.B.eggerthii S13-F8处理组显著缓解了5-FU诱导的小鼠体重下降,改善食欲,并减轻腹泻症状。血液分析显示,与模型组相比,B.eggerthii S13-F8组小鼠的白细胞及淋巴细胞计数显著升高。组织病理学分析进一步证实,B.eggerthii S13-F8处理改善了小鼠肠道组织结构损伤,包括小肠隐窝丢失、绒毛萎缩及炎症细胞浸润,同时恢复了绒毛高度/隐窝深度(V/C)比,并显著降低结肠组织的组织病理评分。B.eggerthii S13-F8组的肠道组织损伤和炎症程度均较模型组显著减轻。 5.结肠组织转录组分析表明,B.eggerthii S13-F8处理组与对照组和模型组存在显著差异。在模型组与对照组之间共识别出4,926个DEGs,而模型组与B.eggerthii S13-F8组之间仅检测到898个DEGs。其中308个DEGs在模型组中上调而在B.eggerthii S13-F8处理组中显著下调,有288个DEGs在模型组中显著下调而在B.eggerthii S13-F8组中显著上调。KEGG富集分析显示,这些基因主要参与细胞周期、IL-17信号通路和炎症相关通路。蛋白互作网络(PPI)分析确定了Cxcl1、Il-1α等五个核心基因,表明B.eggerthii S13-F8可能通过调控免疫炎症反应发挥作用。此外,B.eggerthii S13-F8处理显著下调促炎因子(如IL-1α、Ccl2)、趋化因子(如Cxcl10)及热休克蛋白基因(如Hspd1),恢复了黏蛋白(muc2)、水通道蛋白(Aqp8)及氯离子转运蛋白(Slc26a3)的表达。同时,下调炎症相关的Aurka和Aurkb基因,并上调抗氧化和抗炎基因Selenbp1和Selenbp2,表明其可能通过多靶点调节机制缓解CID。 6.宏基因组测序分析显示,与模型组相比,B.eggerthii S13-F8处理组显著提高了肠道菌群的α多样性和丰富度,并在β多样性上表现出更接近对照组的微生物群特征。Venn分析显示,B.eggerthii S13-F8组与对照组共享更多物种,表明其在恢复菌群多样性方面的作用。B.eggerthii S13-F8处理显著抑制了模型组中病原菌(如Escherichia、Salmonella和Pseudomonas aeruginosa)的丰度,同时促进了有益菌(如Akkermansiaceae和Lactobacillus)的生长。在门水平上,B.eggerthii S13-F8组恢复了Bacteroidota的丰度并显著降低了Pseudomonadota的比例。在科和属水平上,病原菌Enterobacteriaceae和Desulfovibrionaceae的丰度显著下降,而益生菌的比例明显增加。 结论: 1.成功分离并鉴定出8株拟杆菌菌株,其中B.eggerthii S13-F8为后续研究的重点菌株。 2.B.eggerthii S13-F8显著缓解了5-FU引起的小鼠体重减轻和腹泻,表现出良好的治疗效果。 3.B.eggerthii S13-F8基因组含3,666个蛋白编码基因,富含与代谢、细胞结构和DNA修复相关基因,具备较强的环境适应性。 4.B.eggerthii S13-F8显著减缓小鼠体重下降,改善食欲,修复肠道结构损伤,减轻炎症。 5.结肠转录组分析显示,B.eggerthii S13-F8下调了促炎因子,调控免疫和炎症通路,减轻5-FU诱导的腹泻。 6.B.eggerthii S13-F8处理显著改善肠道菌群多样性,抑制病原菌并促进有益菌生长,有助于恢复菌群平衡。 摘要译文