产吲哚-3-乙酸之艰难梭菌通过肠-肾轴缓解急性肾损伤的作用与机制研究

《npj Biofilms and Microbiomes》：Clostridium scindens attenuates acute kidney injury by producing indole-3-acetic acid

本研究聚焦急性肾损伤（AKI）防治难题，揭示肠道共生菌Clostridium scindens（CS）通过色氨酸代谢途径产生吲哚-3-乙酸（IAA），激活肠道芳香烃受体（AhR）信号通路，修复肠道屏障并降低血清干扰素-γ（IFN-γ）水平，从而减轻肾脏炎症反应。该研究首次阐明CS-IAA-AhR轴在AKI中的保护机制，并为天然产物川陈皮素（Nobiletin）通过调控肠道菌群治疗AKI提供新策略。

　　

肾脏的无声危机与肠道菌群的救援信号

急性肾损伤（AKI）是临床常见的危重病症，住院患者中发生率高达10%-15%，重症监护室患者更是超过50%受累。这种疾病以血清肌酐（Scr）和尿素氮（BUN）水平急剧升高、尿量减少为特征，不仅导致短期死亡率上升，更可能进展为慢性肾脏病（CKD）。目前AKI的临床干预手段有限，除肾脏替代疗法外缺乏特效药物，因此探索新的治疗策略迫在眉睫。近年来，科学家们逐渐将目光投向人体"第二基因组"——肠道菌群。研究发现AKI患者存在明显的肠道菌群失调，而特定益生菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等可通过改善肠道屏障功能缓解肾损伤。然而，肠道中一种名为Clostridium scindens（CS）的细菌虽丰度较低，却在胆汁酸代谢和免疫调节中发挥关键作用，其在AKI中的具体机制仍是未解之谜。

发表在《npj Biofilms and Microbiomes》的最新研究中，曹毅智、李江一等研究者开展了一项跨越肠道与肾脏的探索。他们发现CS能显著改善缺血再灌注损伤（IRI）和叶酸（FA）诱导的急性肾损伤，而这一保护作用与一种名为吲哚-3-乙酸（IAA）的代谢产物密切相关。通过一系列精巧实验，团队揭示了CS通过"色氨酸-吲哚-3-丙酮酸（IPA）-IAA"代谢途径产生IAA，进而激活肠道芳香烃受体（AhR），修复紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin）表达，降低促炎因子干扰素-γ（IFN-γ）的肠漏现象，最终减轻肾脏炎症反应。更令人振奋的是，天然产物川陈皮素（Nobiletin）可通过促进CS生长增强这一保护效应，为AKI治疗提供了新的思路。

关键技术方法概览

本研究综合运用多种技术手段：通过构建IRI（45分钟肾动脉夹闭）和FA（250 mg/kg腹腔注射）两种AKI小鼠模型验证疗效；采用16S rRNA测序分析肠道菌群结构；利用非靶向代谢组学（Q-TOF MS）和靶向代谢组学（QQQ MS）检测细菌代谢产物；通过蛋白质微阵列筛选差异细胞因子；使用Western blot、qPCR等技术检测蛋白和基因表达；并设计CH-223191负载纳米颗粒实现肠道特异性AhR抑制；最后通过抗生素清除肠道菌群验证菌群依赖性效应。

研究结果解析

CS定植缓解AKI相关病理改变

在IRI模型中，CS预处理显著改善肾小管刷状缘丢失、炎性细胞浸润等组织学损伤，降低肾损伤分子-1（KIM-1）表达。同时，CS逆转了氧化应激标志物变化：降低丙二醛（MDA），提升超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）水平。Western blot结果显示CS抑制NLRP3/Caspase-1炎症小体活化及下游白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎因子表达。在FA诱导的AKI模型中，CS同样表现出改善肾功能指标（Scr、BUN）、减轻组织损伤和抑制炎症反应的保护作用。

CS通过特定代谢途径产生IAA

代谢组学分析发现CS培养上清中IAA显著富集。同位素示踪实验表明，CS通过"色氨酸→IPA→IAA"途径代谢产生IAA，而非"色氨酸→吲哚-3-乙酰胺（IMA）→IAA"途径。添加氘代色氨酸（D5-Try）后，CS培养液中D5-IPA和D5-IAA水平显著升高，而D5-IMA未被检测。此外，CS能将吲哚-3-乙醛（IAC）转化为IAA，但不能将IMA转化为IAA。

IAA-AhR轴调控肠道屏障与IFN-γ通路

AKI模型中粪便IAA水平降低，CS定植可恢复其水平。蛋白芯片显示IRI肠道IFN-γ显著上调，CS处理后回落。qPCR验证CS和IAA均能抑制结肠IFN-γ基因表达。重要的是，血清IFN-γ水平在AKI时升高，CS处理可降低其浓度。Western blot显示CS恢复肠道紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin）表达。IFN-γ中和抗体实验证实，阻断IFN-γ可产生与CS处理类似的肾脏保护效果，提示IFN-γ是AKI的关键炎症介质。

AhR激活是肠道屏障修复的关键

在LPS诱导的Caco-2细胞损伤模型中，IAA通过激活AhR恢复ZO-1和Occludin表达，而AhR抑制剂CH-223191逆转此效应。在体实验中，CS定植上调结肠AhR及其下游基因Cyp1A1表达。肠道特异性递送CH-223191纳米颗粒可抵消CS的肾脏保护作用，证实肠道AhR激活是CS发挥效益的必要条件。

川陈皮素通过菌群依赖性机制缓解AKI

体外实验显示川陈皮素（10μM）促进CS生长。在IRI和FA模型中，川陈皮素改善肾功能、减轻氧化应激和炎症反应，且这些效应在抗生素清除肠道菌群后消失。同时，川陈皮素上调结肠AhR表达和紧密连接蛋白水平，证实其通过调控肠道菌群（特别是CS）发挥肾脏保护作用。

结论与展望

本研究首次阐明CS通过色氨酸代谢产物IAA激活肠道AhR信号，修复肠道屏障功能，减少IFN-γ入血，从而缓解AKI的分子机制。同时发现川陈皮素可通过促进CS生长增强这一保护效应。该研究不仅深化了对"肠-肾轴"调控机制的理解，更为AKI治疗提供了新的微生物靶点。尽管研究存在CS具体代谢酶系未明确、临床转化需验证等局限，但CS-IAA-AhR通路的发现为开发基于菌群调控的AKI干预策略奠定了重要理论基础。未来通过解析CS的完整代谢网络、验证人体疗效，有望推动微生物疗法在肾脏疾病领域的临床应用。