迟发性腹泻仍是伊立替康临床治疗中一个棘手问题。尽管由细菌β-葡萄糖醛酸酶（β-GUS）介导的SN-38产生被广泛认为是肠道毒性的原因，但β-GUS抑制剂在临床上的益处有限。本研究发现在接受伊立替康治疗的患者中，有腹泻和无腹泻者的肠道微生物群落结构存在显著差异，且这种易感性可通过基线粪便微生物组的移植传递给受体小鼠。腹泻易感队列以及伊立替康处理的小鼠中，肠道拟杆菌（Bacteroides intestinalis，简称B. intestinalis）显著增多。B. intestinalis的定植使肠道上皮对伊立替康诱导的化学损伤更敏感，部分通过色氨酸代谢物吲哚-3-乙酸（IAA）实现。B. intestinalis以及能产生IAA的生物工程菌均加剧了小鼠伊立替康诱导的肠道上皮损伤。机制上，IAA抑制了PI3K-Akt信号通路，从而损害了伊立替康攻击下肠道上皮的更新。在接受伊立替康治疗的临床患者中，粪便IAA水平与腹泻严重程度密切相关。研究揭示了内源性细菌代谢物在塑造个体对伊立替康毒性易感性中的机制，并提示IAA是一个潜在的预测生物标志物。
1、 腹泻易感患者中拟杆菌属物种明显富集。
为探究肠道微生物结构如何影响腹泻易感性，作者对上述两组患者在伊立替康治疗前后的粪便样本进行了16S rRNA测序（图1A）。基线时，主坐标分析（PCoA）图显示腹泻组（BD）与无腹泻组（BND）的微生物组成存在分离（图1B）。与之相符，作者在多个菌属层面观察到细菌丰度的显著变化，表现为对伊立替康毒性易感者中拟杆菌属的富集（图1C）。随机森林回归分析显示，拟杆菌属、厌氧柱菌属（Anaerostipes）和放线菌属（Actinomyces）是区分BD与BND亚组的前三大特征分类单元（图1D）。一致性分析中，LEfSe（线性判别分析效应量）结果亦提示，拟杆菌属在基线时即富集于腹泻易感患者（图1E）。
随后，作者研究了伊立替康治疗如何影响腹泻与非腹泻亚组的肠道微生物组成。结果显示，伊立替康在两组中诱导了明显不同的细菌结构变化（图1F与H）。具体而言，拟杆菌属的相对丰度在腹泻易感患者中显著升高（图1G），而在未发生腹泻的患者中则未见增加（图1I）。综上，这些资料提示，基线肠道菌群结构可能影响伊立替康治疗后腹泻的发生，且拟杆菌属可能在其中起主导作用。
图1接受伊立替康治疗的患者，其肠道菌群中拟杆菌属的丰度呈现差异性变化。
2、 伊立替康处理可在小鼠体内富集肠道拟杆菌（Bacteroides intestinalis）
对腹泻组与非腹泻组基线粪便微生物组进行的宏基因组测序显示，多种拟杆菌属物种（如 B. intestinalis 和 B. caccae）存在差异。基于这一线索，作者试图在小鼠模型中确定驱动伊立替康毒性的关键拟杆菌物种。作者首先观察了低剂量和高剂量伊立替康处理后小鼠盲肠内容物中拟杆菌的变化。肠道菌群主坐标分析（PCoA）显示，伊立替康显著重塑了微生物结构（图2B）。在属水平，微生物变化呈剂量依赖性（图2C），以拟杆菌属（Bacteroides）、埃希菌属（Escherichia）和颤螺菌属（Oscillospira）的丰度改变最为典型（图2D）。然而，仅在两种剂量下均显著富集的为拟杆菌属。
随后，作者描绘了伊立替康治疗过程中菌群组成的时间动态，作为进一步缩小候选致泻菌种的维度。结果显示，粪便菌群结构随治疗时间发生显著变化（图2E）。值得注意的是，拟杆菌属、埃希菌属和乳杆菌属（Lactobacillus）等呈现动态改变（图2F、G）。作者对治疗第0天和第5天的粪便样本进行宏基因组测序，发现B. intestinalis是伊立替康处理后早期即显著扩张的少数拟杆菌种之一（图2H、I），并通过定量PCR（qPCR）进一步验证。
图2 伊立替康处理可在小鼠体内富集肠道拟杆菌（Bacteroides intestinalis）
3、 肠道拟杆菌（Bacteroides intestinalis）可加重伊立替康导的小鼠肠道毒性。
为明确 B. intestinalis 在伊立替康毒性中的作用，作者将灭活及活菌株分别定植于经抗生素（ABX）预处理的小鼠，并比较伊立替康毒性的严重程度（图 3A）。粪便 PCR 检测及回肠/结肠组织 FISH 染色均证实 B. intestinalis定植成功，且分布于肠腔和隐窝区域。远端回肠（图 3B）和结肠（图 3C）的 H&E 染色显示，仅活菌能进一步加剧伊立替康诱导的上皮损伤。与此一致，远端回肠隐窝中 Olfm4⁺ 干细胞和 Lyz⁺ 潘氏细胞数量进一步减少，提示上皮稳态受损加重（图 3D、E）。
为明确这是否与肠道干细胞（ISC）缺陷相关，作者在标准 ENR 培养基中分离小肠隐窝进行类器官培养。结果显示，伊立替康处理已使隐窝形成成熟类器官的能力下降；而同时定植 B. intestinalis则几乎完全剥夺该能力，类器官形成率及平均隐窝域显著降低（图 3F）。作者进一步探究伊立替康治疗如何影响 B. intestinalis 丰度。在培养基中加入伊立替康或其活性代谢物 SN-38（10、100 µM）后，B. intestinalis 的生长曲线均未受影响，提示该菌的富集并非药物直接作用所致。
图3 B. intestinalis 可加重伊立替康诱导的肠道损伤。
4、 伊立替康可增加细菌代谢产物IAA。
作者试图寻找可介导 B. intestinalis加重作用的内源性细菌信号。对伊立替康治疗后腹泻组与非腹泻组的粪便进行代谢检测，以识别可能导致毒性差异的细菌代谢物（图 4A）。非靶向粪便代谢组学显示两组代谢特征截然不同，尤其涉及色氨酸（Trp）和丙氨酸代谢物（图 4B）。KEGG 通路富集分析亦表明，Trp 代谢通路在两组间差异显著（图 4C）。鉴于拟杆菌属参与 Trp 代谢，作者进一步对粪便中宿主及细菌来源的 Trp 代谢物进行靶向分析。结果发现，在所有吲哚衍生物中，仅吲哚-3-乙酸（IAA）在腹泻与非腹泻患者间存在差异（图 4D）。然而，两组基线粪便 IAA 水平相似（图 4E）。有趣的是，伊立替康治疗后，IAA 变化趋势相反：仅腹泻组 IAA 显著升高（图 4F、G）。此外，腹泻组犬尿氨酸（Kyn）水平亦显著高于非腹泻组，且仅在前者中受伊立替康上调。
图4 伊立替康治疗后，结直肠癌患者和小鼠体内的IAA均被强烈诱导。
5、 肠道拟杆菌（Bacteroides intestinalis）通过IAA损害肠道修复。
为明确 IAA 生成是否介导 B. intestinalis的作用，作者首先比较了该菌与几乎不产 IAA 的 B. uniformis的肠道效应。将两种菌分别定植于 ABX 处理的小鼠后，观察伊立替康诱导的肠道损伤（图 5A）。结果显示，B. intestinalis持续加重上皮损伤及毒性，而 B. uniformis 无此效应（图 5B）。杯状细胞（图 5C）、潘氏细胞（补充图 S5D）和肠道干细胞（图 5D）的细胞学变化亦证实了该组织学差异。值得注意的是，仅 B. intestinalis 升高了伊立替康处理小鼠回肠内的 IAA 水平，提示其效应依赖于产 IAA 能力（图 5E）。
图5 B. intestinalis 通过 IAA 加剧伊立替康诱导的肠道损伤。
6、 IAA 抑制 PI3K-Akt 信号通路，从而破坏肠道上皮更新。
为探究 IAA 如何影响伊立替康的肠道毒性，作者在伊立替康处理期间经口给予小鼠 IAA（图 6A）。与 B. intestinalis的作用类似，IAA 补充加剧了体重下降、上皮损伤（图 6B）以及小肠和结肠长度的缩短；结肠亦出现类似加重损伤。形态学改变伴随回肠 ISC 和潘氏细胞的大量丢失（图 6C），且肠道和结肠局部 IAA 水平显著升高。
为明确 IAA 如何直接影响伊立替康对 ISC 的毒性，作者将 IAA（50 µM）与 SN-38（10 nM）同时加入小肠类器官培养体系。结果显示，IAA 联合处理进一步削弱隐窝形成类器官的能力。SN-38 已导致 ISC 池显著耗竭，IAA 则进一步放大该效应（图 6D）。分泌型细胞——包括 Chga⁺ 肠内分泌细胞（图 6E）和 Lyz⁺ 潘氏细胞（图 6F）的密度亦同步下降。
对经 IAA 处理的类器官进行转录组分析以探究机制。KEGG 通路富集表明，IAA 显著抑制 PI3K-Akt 信号通路（图 6G、H），而该通路是调控 ISC 增殖与上皮再生的关键。因此，作者使用 Akt 化学激活剂 SC-79 进行干预。类器官实验显示，SC-79 几乎完全阻断 IAA 对 SN-38 毒性的加剧作用，Ki67⁺ 增殖细胞及 Chga⁺ 肠内分泌细胞的密度均得到恢复（图 6I、J）。与此同时，SC-79 单独即可显著缓解 IAA 对上述指标的抑制（图 6I、J）。
图6 IAA 抑制 PI3K-Akt 信号通路，加剧伊立替康诱导的肠道损伤。
7、 粪便IAA水平可预测伊立替康治疗的肠道毒性
目前尚无可靠生物标志物可预测结直肠癌（CRC）患者伊立替康迟发性腹泻这一危及生命的毒性。因此，作者探究基线肠道菌群结构对该毒性的影响。取腹泻组与非腹泻组基线粪便微生物组样本（各 n=5），分别移植至经抗生素（ABX）处理的受体小鼠（每组 n=4）（图 7A）。随后给予伊立替康 10 天，比较肠道毒性发现：不同供体菌群导致小鼠易感性差异显著。具体而言，接受腹泻组基线菌群的小鼠出现更明显的小肠和结肠长度缩短（图 7B、C）、上皮损伤加重（图 7D）以及肠道干细胞（ISC）丢失（图 7E）。结肠组织亦观察到类似效应，证实菌群结构可传递毒性易感性。
16S rRNA 测序显示，伊立替康处理前受体小鼠的粪便菌群结构即已分离，证实基线菌群特征被成功移植（图 7F）。LEfSe 分析表明，来自腹泻患者的菌群使受体小鼠拟杆菌属显著富集（图 7G）。个体水平验证发现，BD 组粪便中拟杆菌属及 B. intestinalis丰度均高于 BND 组。受体小鼠体内 B. intestinalis 显著增多（图 7H），粪便 IAA 水平亦同步升高（图 7I），提示菌群结构直接影响 IAA 含量。进一步支持 IAA 作为潜在生物标志物，BD 患者中产 IAA 菌的累积相对丰度显著高于 BND 患者（）。最后，基线粪便拟杆菌属丰度及 IAA 水平均与腹泻严重程度呈正相关（图 7J、K），表明粪便 IAA 可用于预测伊立替康毒性。
图7 粪便IAA水平可预测伊立替康治疗相关腹泻的易感性。
总之，本研究证实 B. intestinalis-IAA 轴在伊立替康肠道毒性中发挥功能性作用，并可作为结直肠癌患者毒性发生的生物标志物。这些发现还提示，通过噬菌体或酶抑制剂靶向干预 B. intestinalis-IAA 轴，有望突破传统细菌 β-GUS 抑制策略的局限，缓解伊立替康毒性。更重要的是，基线粪便 IAA 水平可为个体化预测伊立替康毒性提供实用生物标志物。
图 8 IAA 抑制 PI3K-Akt 信号通路介导了伊立替康诱导的肠道损伤
参考文献
Yuanlong Hou , Hao Wu , Zhuangyi Zhang,et al. Bacteroides intestinalis mediates the sensitivity to irinotecan toxicity via tryptophan catabolites. Gut 2025 Sep 2:gutjnl-2024-334699. doi: 10.1136/gutjnl-2024-334699.
