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肠道隐窝微生物通过吲哚乙酸调控肠道干细胞更新与肿瘤发生

作者与机构
本研究由Shuning Zhang、Lihua Peng（共同第一作者）及Parag Kundu（通讯作者）领衔，联合来自中国科学院上海免疫与感染研究所、法国巴斯德研究所、新加坡国立大学等11家机构的团队完成，发表于《Nature Microbiology》2025年3月刊（Volume 10, 765–783页）。

学术背景

研究领域：肠道微生物组与宿主互作、肿瘤微环境调控。
科学问题：肠道隐窝（intestinal crypt）作为肠道干细胞（intestinal stem cells, ISCs）的巢穴，其特异性定植的微生物（如Acinetobacter radioresistens）是否通过代谢产物调控ISCs的稳态及结直肠癌（CRC）发展尚不明确。
前期发现：
1. 隐窝微生物以需氧的Acinetobacter和Delftia属为主，其脂多糖可抑制肠上皮增殖（参考文献7-8）。
2. ISCs（Lgr5+标记）的Wnt/β-catenin信号通路过度激活是CRC的主要驱动因素（参考文献9-10）。
研究目标：揭示隐窝微生物（尤其是A. radioresistens）通过何种机制调控ISCs及肿瘤发生。

研究流程与实验设计

1. 筛选隐窝微生物的功能代谢物

• 研究对象：从小鼠隐窝分离的三种优势菌（A. radioresistens、A. modestus、D. tsuruhatensis）及其外膜囊泡（OMVs）。
  
• 关键实验：
  
  • OMVs与类器官共培养：发现仅A. radioresistens的OMVs显著抑制小肠类器官的增殖（EdU标记减少50%，*P<0.0001*）。
    
  • 代谢组分析：OMVs中吲哚乙酸（indole acetic acid, IAA）含量显著高于其他菌株（图1d）。
    
  • 基因敲除验证：构建Δtrpc A. radioresistens突变株（IAA合成缺陷），其OMVs失去抑制增殖的能力（图1g-h）。
    

2. IAA抑制Wnt信号通路的机制

• 模型：
  
  • Lgr5-2A-CreERT2-R26-tdTomato小鼠类器官：IAA处理减少tdTomato+ ISCs比例（图2a-c）。
    
  • Axin2-2A-EGFP报告系统：IAA降低Axin2+细胞数量（Wnt信号活性下降，图2f-g）。
    
• 分子机制：IAA通过激活芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AHR），下调Wnt靶基因（如c-Myc、Cyclin D1）和EphB2表达（图4k-p）。
  

3. 体内肿瘤抑制验证

• APCmin/+小鼠模型：
  
  • A. radioresistens灌胃：减少小肠微腺瘤（<100 μm）数量50%（图3h），且抑制成熟腺瘤的增殖（Ki-67+细胞减少）。
    
  • 噬菌体清除实验：使用A. radioresistens特异性噬菌体（ar-φ）清除隐窝定植菌后，EphB2表达升高，肿瘤负荷增加（图5d-e）。
    
• 人源化验证：
  
  • CRC患者肿瘤切片：A. radioresistens OMVs抑制肿瘤细胞增殖（图3e-f）。
    
  • 野生蝙蝠模型：蝙蝠隐窝中A. radioresistens丰度显著高于人类和小鼠（图1i-j），提示其与长寿/抗癌表型相关。
    

4. AHR依赖性通路验证

• 基因敲除模型：
  
  • Villin-Cre-Ahrfl/fl小鼠：IAA的增殖抑制效应消失（图6q-r）。
    
  • Lgr5-EGFP-IRES-CreERT2-Apcfl/fl-Ahrfl/fl小鼠：清除A. radioresistens后，肿瘤起始不受影响（图6t-u），证实IAA-AHR-Wnt-β-catenin-EphB2轴的核心作用。
    

主要结果与逻辑关联

1. A. radioresistens通过OMVs递送IAA：抑制ISCs增殖（图1）→ 降低Wnt信号活性（图2）→ 减少肿瘤起始（图3）。
   
2. 生态位特异性：隐窝定植的A. radioresistens在CRC患者和老年小鼠中丰度下降（图3o-r），提示其保护性角色。
   
3. AHR依赖性：IAA-AHR信号通过上调E3泛素连接酶（RNF43/ZNRF3）负调控Wnt受体，维持稳态（图6f-g）。
   

结论与价值

科学意义：
- 首次揭示隐窝微生物A. radioresistens通过IAA-AHR-Wnt轴抑制肿瘤发生的机制，为“微生物-宿主共生”理论提供新证据。
- 提出“生态位特异性微生物调控干细胞微环境”的新范式，解释CRC中微生物群落失衡的致病机制。

应用价值：
- A. radioresistens或其代谢产物IAA可作为CRC预防的潜在益生菌/药物靶点。
- 噬菌体靶向清除技术（ar-φ）为研究微生物功能提供新工具。

研究亮点

1. 创新方法：
   
   • 结合OMVs递送系统与类器官模型，规避细菌直接共培养的技术限制。
     
   • 开发A. radioresistens特异性噬菌体（ar-φ），实现隐窝微生物的精准清除。
     
2. 跨物种验证：从小鼠、蝙蝠到人类组织，多维度验证微生物生态位保守性。
   
3. 临床关联性：发现CRC患者隐窝中A. radioresistens丰度降低，与肿瘤进展负相关。
   

其他价值

• 研究数据提示，衰老过程中A. radioresistens的减少（Extended Data Fig. 4v-x）可能与年龄相关性CRC风险上升相关，为老年肿瘤防控提供新思路。
  
• 蝙蝠模型（高A. radioresistens定植）的引入，为探究“长寿-抗癌”机制开辟新方向。
  

（报告字数：约1500字）