肠道细菌O-去甲基化：调节口服依托泊苷全身暴露的新机制

《Gut Microbes》：Gut bacterialO-demethylation modulates systemic exposure to oral etoposide

本文首次系统性揭示了肠道菌群通过O-去甲基化（ODM）广泛代谢含甲氧芳香基团的口服药物，并以抗癌药依托泊苷为模型，阐明该过程是其体内重要的消除途径，显著影响药物全身暴露（AUC）及其代谢物（M1）的生成。研究证实M1的基因毒性更强，提示菌群代谢可能加剧依托泊苷的继发性白血病风险，为理解药物疗效与毒性的个体差异提供了新的微生物学视角。

　　

肠道菌群O-去甲基化：一个被忽视的药物代谢途径

肠道微生物被誉为人体的“第二基因组”，其强大的代谢能力深刻影响着许多口服药物的命运。以往研究多关注菌群对特定药物的水解、还原等反应，而对于一种在植物化学成分中常见的反应——O-去甲基化（O-demethylation, ODM）是否同样适用于化学结构相似的临床药物，则知之甚少。这项研究首次系统性地探索了肠道菌群的ODM活性对口服药物代谢的广泛影响，并深入揭示了其对关键抗癌药物依托泊苷药代动力学和毒理学特征的颠覆性作用。

药物筛选：揭示广泛的菌群O-去甲基化潜力

研究伊始，团队从数据库中共检索到105种含有O-甲基化芳香基团的FDA批准药物，并最终聚焦于64种口服给药药物进行筛查。研究人员将这些药物分别与小鼠盲肠内容物悬浮液共同孵育，利用高分辨质谱（HRMS）寻找质量数减少14（即失去一个CH₂，对应单次去甲基化）或其倍数的代谢产物。

结果令人惊讶：超过一半（35/64）的受试药物在孵育后产生了符合O-去甲基化特征的代谢物。这些“ODM阳性”药物化学结构多样，所属治疗类别广泛，表明肠道菌群的ODM能力可能是一个普遍存在但此前未被充分认识的药物代谢途径。

聚焦模型药物：依托泊苷的菌群代谢之旅

在众多阳性药物中，研究团队选择了抗癌药依托泊苷进行深入探究。依托泊苷以其口服生物利用度个体间差异巨大（25%至97%）而闻名，但其原因一直是未解之谜。这提示菌群可能参与其代谢。

实验证实，当依托泊苷与小鼠或人源粪便悬浮液共同孵育时，能产生一个主要代谢物M1。通过高分辨质谱和核磁共振波谱分析，M1被确认为依托泊苷儿茶酚（etoposide catechol），即依托泊苷发生了O-去甲基化。用抗生素预处理菌群悬浮液或将其煮沸，M1的生成则被完全抑制，证明该反应依赖于活的肠道细菌。

搜寻“执行者”：鉴定具有O-去甲基化能力的肠道细菌

那么，是哪些肠道细菌在执行这一任务？研究团队测试了一个包含56株肠道细菌的菌种库。结果，除了之前已知能代谢植物成分的3个菌种（如Blautia producta）外，还新发现了4个此前未知具有ODM活性的肠道细菌物种（如Eubacterium hallii），它们均能将依托泊苷转化为M1。这揭示了能够代谢药物的肠道细菌多样性远超当前认知。

代谢物M1的双面性：抗癌力减弱，基因毒力增强

代谢转化不仅影响药物暴露量，更可能改变其生物活性。细胞实验显示，与母药依托泊苷相比，代谢物M1对MCF-7（乳腺癌）和HeLa（宫颈癌）癌细胞的细胞毒性降低了3-5倍，这意味着菌群的ODM可能会降低依托泊苷的直接抗癌疗效。

然而，故事的另一面更加引人警惕。依托泊苷治疗伴随继发性急性髓系白血病（t-AML）风险升高，而此前体外生化研究表明其儿茶酚代谢物可能更具基因毒性。本研究通过体内实验证实了这一担忧：给小鼠静脉注射同等剂量的依托泊苷或M1后，M1处理组小鼠骨髓细胞的DNA损伤（彗星尾矩）显著高于依托泊苷处理组。这表明，肠道菌群产生的M1在体内确实能造成更严重的DNA损伤，可能增加白血病风险。

药代动力学验证：菌群是决定全身暴露的关键因素

为了量化肠道菌群ODM在整体药物处置中的贡献，研究者在小鼠中进行了关键的药代动力学实验。通过短期（24小时）抗生素处理特异性清除肠道菌群后，给小鼠口服依托泊苷。

结果非常显著：与对照组相比，抗生素处理组小鼠体内依托泊苷的全身暴露量（AUC_0–∞）增加了1.9倍，而代谢物M1的暴露量则大幅降低了3.7倍。当通过静脉给药绕过肠道时，抗生素处理则不影响依托泊苷的药代动力学参数。这强有力地证明，肠道菌群的ODM是口服依托泊苷的一个重要消除途径，直接决定了母药和毒性代谢物在体内的水平。这也为依托泊苷口服生物利用度巨大的个体差异提供了一个全新的机制解释：个体肠道菌群组成和ODM活性的不同，可能是导致这种差异的关键因素之一。

总结与展望

本研究首次大规模筛查并证实了肠道菌群O-去甲基化在药物代谢中的普遍性。以依托泊苷为模型，研究完整揭示了从代谢反应鉴定、功能菌株发现、到代谢物活性分析、直至整体药代动力学和毒性评估的全链条证据。核心结论是：肠道菌群通过ODM代谢依托泊苷，这不仅显著降低了其全身暴露量（可能影响疗效），还产生了基因毒性更强的代谢物M1（可能增加副作用风险），从而在药物疗效和毒性中扮演了关键的双重调节角色。

这项工作更新了我们对药物-菌群互作的认识，将O-去甲基化确立为一个重要的药物代谢反应。它提示，在个性化医疗时代，患者的肠道菌群特征应被考虑为影响诸如依托泊苷等药物疗效与安全性的一个关键变量。研究所提供的35个ODM阳性药物名单，也为未来深入探索菌群代谢与其他药物临床结局的关系奠定了基础。