在巨噬细胞中抑制PFKFB3可通过调节肠道微生物群来缓解DSS诱导的结肠炎中的肠道炎症

《mSystems》：Inhibition of PFKFB3 in macrophages ameliorates intestinal inflammation by modulating gut microbiota in DSS-induced colitis

研究显示PFKFB3在溃疡性结肠炎（UC）患者和实验性结肠炎小鼠中显著高表达，且巨噬细胞特异性PFKFB3敲除可通过重塑肠道菌群（如增加拟杆菌属）减轻炎症。通过抗生素干预和粪菌移植实验证实，PFKFB3缺乏导致的菌群变化具有可传递性，并能有效缓解DSS诱导的结肠炎。临床数据支持PFKFB3与菌群相关基因表达的正相关性。该研究首次阐明PFKFB3在巨噬细胞中通过调控菌群介导肠道炎症的机制，为UC治疗提供新策略。

　　
溃疡性结肠炎（UC）是一种以肠道炎症为特征的慢性免疫相关疾病，其发病机制涉及复杂的免疫代谢调控和肠道菌群互作。近期研究揭示了PFKFB3这一关键糖酵解酶在巨噬细胞中的调控作用及其与肠道菌群动态的关联，为UC的防治提供了新视角。该研究通过多组学整合分析、条件性基因敲除模型和菌群移植实验，系统阐明了PFKFB3在巨噬细胞代谢重编程中的核心地位及其对肠道菌群结构的重塑效应。

### 研究背景与核心发现
糖酵解代谢是巨噬细胞激活的重要能量供应途径。研究证实，UC患者肠道组织中PFKFB3表达显著升高，尤其在炎症活动期，其表达水平与疾病严重程度呈正相关。通过构建巨噬细胞特异性PFKFB3敲除小鼠模型（PFKFB3fl/flLyz2-Cre），实验团队发现：
1. **代谢调控与炎症抑制**：巨噬细胞中PFKFB3的缺失显著减轻DSS诱导的结肠炎，表现为体重损失减少、结肠长度恢复、炎症因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）水平降低及组织修复能力增强。
2. **肠道菌群重塑**：敲除PFKFB3的巨噬细胞小鼠肠道菌群中，拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）比例发生显著变化，以Feacalibaculum属菌群的富集为特征。这种菌群结构变化可通过粪菌移植（FMT）传递给野生型小鼠，有效缓解其结肠炎症状。
3. **菌群-宿主互作机制**：抗生素干预可阻断PFKFB3敲除小鼠的菌群传递效应，证实肠道菌群是其抗炎作用的关键介质。此外，临床队列分析显示PFKFB3与多个微生物相关信号通路基因（如CXCL5、CD86、TNIP3等）呈显著正相关，提示其通过调控菌群-宿主互作影响疾病进程。

### 关键机制解析
1. **巨噬细胞代谢重编程**：
在DSS诱导的急性炎症阶段，巨噬细胞通过PFKFB3介导的糖酵解增强快速获得能量支持，同时促进促炎因子分泌（如IL-1β、TNF-α）。条件性敲除PFKFB3可逆转这一代谢模式，抑制炎症信号通路（如NF-κB），从而减轻组织损伤。
*证据链*：单细胞RNA测序显示，PFKFB3高表达主要集中于CD11b+F4/80+巨噬细胞亚群；中性粒细胞清除实验证实炎症抑制作用不依赖中性粒细胞，进一步支持巨噬细胞特异性调控。

2. **肠道菌群动态平衡的调控**：
PFKFB3缺失导致肠道菌群中有益菌（如Feacalibaculum）丰度显著增加，而致病菌（如Marvinbryantia）减少。这种菌群结构变化通过以下途径发挥作用：
- **短链脂肪酸（SCFAs）合成**：Feacalibaculum等菌属通过发酵膳食纤维产生SCFAs（如丁酸），抑制巨噬细胞炎症表型。
- **菌群-免疫互作**：肠道菌群代谢产物通过肠肝轴调控巨噬细胞代谢状态，而巨噬细胞功能异常又会影响菌群组成，形成恶性循环。
*创新点*：首次证实巨噬细胞特异性PFKFB3调控可通过菌群移植传递保护效应，为“微生物-代谢-免疫”三位一体的干预策略奠定基础。

3. **时间依赖性病理特征**：
研究发现PFKFB3表达在炎症早期（DSS处理第3天）显著升高，而在疾病晚期（第7天）回落。这种时序特异性提示PFKFB3可能在不同阶段扮演差异化角色：急性期促进巨噬细胞活化，而慢性期可能通过抑制菌群多样性加剧组织纤维化。与Zhou团队的研究形成互补——后者聚焦于纤维母细胞中PFKFB3在修复阶段的促再生作用，而本研究的发现凸显了巨噬细胞在炎症起始阶段的枢纽地位。

### 临床转化潜力
1. **靶向巨噬细胞的代谢干预**：
研究团队开发的PFKFB3特异性抑制剂3PO（已获临床试验批准用于其他适应症）在动物模型中显示出显著疗效。其作用机制可能涉及双重调控：直接抑制巨噬细胞糖酵解以降低促炎因子分泌，同时通过菌群重塑间接调节宿主免疫应答。
*延伸思考*：现有抑制剂多为全身性给药，未来需开发靶向巨噬细胞的递送系统以减少全身代谢影响。

2. **菌群导向的精准治疗**：
实验证明，Feacalibaculum等菌属的增殖可通过FMT实现保护效应。这提示未来治疗可能结合PFKFB3抑制剂与益生菌（如Feacalibaculum诱导株），形成协同干预方案。
*挑战*：需解决菌群移植的稳定性问题，以及如何筛选对宿主代谢影响最小的菌株组合。

3. **多阶段联合治疗策略**：
根据疾病阶段动态调整治疗靶点：
- **急性期**：抑制巨噬细胞PFKFB3以阻断促炎信号（如TNF-α、IL-6）。
- **慢性期**：激活巨噬细胞中其他代谢途径（如氧化磷酸化）以促进组织修复，同时维持有益菌群丰度。
*依据*：研究显示抗生素干预可消除PFKFB3敲除小鼠的菌群传递效应，提示菌群调控需与宿主代谢同步干预。

### 研究局限与未来方向
1. **机制深度待解**：
- PFKFB3缺失如何直接调控菌群结构？是否通过代谢产物（如ATP、乳酸）或信号分子（如SCFAs、短链脂肪酸衍生物）介导？
- 肠道菌群中Feacalibaculum属的具体作用机制（如菌群定植能力、代谢通路差异）需进一步研究。

2. **模型与人群外推性**：
- 现有实验基于C57BL/6小鼠模型，需验证在AAVSJL小鼠（更接近人类UC遗传背景）中的效果。
- 临床队列仅包含汉族患者，未来需扩大种族和遗传多样性样本。

3. **转化医学挑战**：
- 如何实现靶向巨噬细胞的局部给药（如结肠灌肠联合缓释制剂）？
- 菌群移植的临床应用需解决无菌动物模型和伦理问题，开发人工菌群替代方案（如工程化益生菌）可能更可行。

### 总结
该研究首次系统揭示巨噬细胞PFKFB3在UC发病中的双刃剑作用：既通过糖酵解支持炎症细胞的能量需求，又通过调控菌群-宿主互作放大病理效应。其核心创新在于：
1. 突破传统代谢研究范式，聚焦巨噬细胞特异性代谢调控的菌群介导作用；
2. 揭示肠道菌群作为治疗靶点的潜力，为菌群移植联合代谢干预提供理论依据；
3. 建立急性炎症期（巨噬细胞主导）与慢性修复期（成纤维细胞主导）的差异化治疗模型。

这些发现不仅补充了UC的分子机制图谱，更为开发“代谢-免疫-微生物”协同治疗策略提供了关键靶点和实验范式。后续研究需深入解析PFKFB3介导的菌群调控信号通路，并探索其在其他IBD亚型（如克罗恩病）中的适用性。