鲁海燕1 , 李明2 , 田野1
1. 苏州大学附属第二医院
2. 苏州大学放射医院与防护学院
目的:作为一种快速自我更新的组织,小肠对电离辐射特别敏感,这限制了腹部恶性肿瘤放射治疗的效果,会导致预后不良。(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯 ((-)-epigallocatechin-3-gallate , EGCG) 是绿茶的主要生物活性成分,有助于减轻辐射引起的肠道损伤 (radiation-induced intestinal injury ,RIII)。然而,EGCG在体内的生物利用度很低,只有0.1%~1.6%被小鼠肠道吸收。目前尚不清楚由EGCG介导的肠道微生物群及其代谢产物是否具有防护放射性肠损伤的作用。
方法:雄性C57BL/6J小鼠在EGCG灌胃后接受13 Gy腹部照射,并通过 HE 染色、免疫组化和TUNEL测定评估肠组织损伤的严重程度。灌胃结束后收集新鲜粪便样本,然后制备无菌粪便滤液(sterile fecal filtrate , SFF)。照射后收集粪便样本。通过16S rRNA测序检测肠道微生物组,通过GC-MS分析检测代谢物,然后将代谢物应用于雄性C57BL/6J小鼠,观察和评估对RIII的防护效果。并构建肠类器官,筛选代谢物辐射防护的最适浓度,通过计算出芽率,破坏率,表面积及免疫荧光,探究代谢物对RIII的防护效果。
结果:我们的结果表明,预先补充EGCG可延长小鼠的存活时间,缓解小鼠体重下降,并减轻电离辐射导致的小鼠肠道损伤。基于16S rRNA测序的微生物群分析,我们发现 EGCG改善了电离辐射引起的肠道微生物群失调,并丰富了产生短链脂肪酸的细菌,如Roseburia、Ruminococcus和 Clostridia_UCG-014。目前认为,肠道菌群主要通过代谢物来与宿主之间进行cross-talk。我们在电离辐射之前对未处理的小鼠进行了来自EGCG给药小鼠的无菌粪便滤液(SFF)移植。来自EGCG给药小鼠的SFF比来自对照组小鼠的SFF更有效地减轻了RIII。对此,我们对EGCG介导的菌群代谢物进一步分析。代谢组学分析表明,肠道微生物群在结肠组织中调节 EGCG 诱导的代谢重组,特别是增强半乳糖代谢。值得注意的是,补充EGCG导致微生物群衍生的半乳糖代谢途径中代谢物D-塔格糖(D-Tagatose)富集。此外,用D-Tagatose进行外源性治疗可再现与EGCG相似的保护作用,以防止辐射引起的肠道损伤 (RIII)。 D-Tagatose恢复了绒毛的长度及结构并提高了杯状细胞、Ki-67 阳性细胞和 Lgr5+ ISC的数量,促进肠干细胞增殖与分化。在体外肠类器官水平发现,高浓度(50mM)的D-Tagatose在提高辐射后类器官出芽率的同时也会增加类器官的破坏率,而低浓度(1mM)和中浓度(10mM)的D-Tagatose不仅能提高辐射后类器官的出芽率还能进一步降低其破坏率,并能增加Ki-67阳性细胞数,改善辐照后肠道屏障功能。
结论:本研究表明EGCG通过调节肠道微生物群和代谢物改善辐射引起的肠道损伤,其无菌粪便滤液能有效防护RIII,其中关键的菌群代谢物D-Tagatose对RIII的防护起重要作用。