炎症性肠病（IBD）发病复杂，与肠道微生物失调及免疫功能异常紧密相关。肠道免疫细胞激活释放大量炎症细胞因子，加剧炎症。传统治疗中，抗生素虽能减轻炎症，但可能扰乱肠道微生物平衡，增加IBD风险。近期研究发现，色氨酸（Trp）通过调节肠道内5-羟色胺（5-HT）代谢，对肠道炎症有重要影响。抗生素使用可能加剧IBD患者的肠道微生物失衡，导致Trp代谢异常，影响5-HT产生和信号传递，进一步激活免疫细胞，形成恶性循环，加剧炎症。因此，在IBD治疗中，应综合考虑抗生素对肠道微生态和Trp-5-HT代谢的潜在影响，探索新治疗策略。
2024年8月24日，中国农业大学戴兆来教授的研究团队在The ISME Journal（IF2023=10.8）期刊上发表了一篇题为“Gut microbiota
dysbiosis deteriorates immunoregulatory effects of tryptophan via colonic
indole and LBP/HTR2B-mediated macrophage function”的重要研究论文。该文章探讨了色氨酸对肠道微生物群组成、代谢及5-HT信号相关肠道免疫功能的影响，揭示了色氨酸通过肠道微生物群及其代谢物（如吲哚）调节5-HT信号途径，进而调控肠道免疫反应，减轻炎症性肠病的发生与发展机制。
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使用右旋糖酐硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型，对其在不同时期使用抗生素处理，进一步通过补充Trp，观察其对肠道微生物组成和代谢以及 5-HT 信号通路相关肠道免疫功能的影响。随后进行FMT实验，结合宏基因组学及转录组学分析，探究肠道菌群失调对IBD的影响及其存在的作用机制，以及调节色氨酸和5-HT信号通路改善炎症的可能性。最后通过构建相应的激动剂/拮抗剂进一步验证上述机制。抗生素（Abx）暴露加剧了色氨酸对 DSS 诱导的结肠炎的免疫调节效果
在DSS治疗前进行抗生素暴露的小鼠相比于DSS治疗期间进行抗生素暴露的小鼠，体重减轻更明显，炎症评分更高，并且结肠的组织损伤更严重。这表明抗生素暴露时机显著影响了色氨酸对肠道炎症的调节效果。（Fig.1）![]()
Fig.1Abx暴露时机对DSS诱导的结肠炎小鼠模型中Trp代谢及5-HT信号传导的免疫调节效应
作者对各组小鼠的粪便样本进行了16S rRNA测序，结果显示，抗生素暴露的小鼠肠道中Lactobacillus和Parabacteroides的相对丰度显著增加。此外，作者还进行了Spearman相关性分析，以探究微生物群落组成变化与小鼠体内炎症细胞因子水平以及色氨酸代谢产物之间的关系。分析结果显示，微生物群落组成的变化与这些生物标志物之间存在显著的相关性（Fig.2）。![]()
Fig.2 Trp处理与Abx暴露的时间差异调控结肠炎小鼠的肠道微生物结构
将富含Trp的微生物群小鼠的粪便移植到经过Abx预处理的小鼠体内，可显著减轻由DSS诱导的结肠炎症状，同时还提高了5-羟色胺受体2B（HTR2B）的表达，这可能有助于进一步调节肠道功能。宏基因组学分析（Fig.3和Fig.4）揭示了FMT对结肠微生物组结构的深刻影响，不仅证实了FMT的调节作用，还强调了色氨酸代谢及其产物（如吲哚）在肠道健康中的关键作用。
Fig.3 移植富含Trp微生物群的小鼠粪便至Abx处理的小鼠可减轻结肠炎
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Fig.4 FMT对受体小鼠肠道微生物群代谢影响的宏基因组学分析
激活HTR2B可减轻小鼠的M1型巨噬细胞极化继而缓解结肠炎
为了更深入地探究5-羟色胺受体（HTR）对DSS诱导的结肠炎小鼠的免疫调节机制，作者采用了HTR2B激动剂（BW723C86）和HTR4拮抗剂（GR113808）对小鼠进行处理。通过综合评估肠道炎症因子水平、组织病理学指标、以及流式细胞术的结果，证实了HTR2B的激活可通过调节结肠中M1型巨噬细胞的极化和维持5-羟色胺（5-HT）的稳态，有效减轻了肠道炎症。相反，HTR4拮抗剂的处理则逆转了HTR2B激活所带来的正面效应（Fig.5）。
Fig.5 HTR2B激活改善DSS诱导的结肠炎的具体机制
HTR2B激动剂通过抑制LBP和IκB-α/NF-κB增强Trp在小鼠中的免疫调节作用
结肠转录组学分析发现，HTR2B激动剂处理后22个基因表达下调，包括LBP、CCL20和IκB-α等，且NF-κB、TNF-α和IL-17等信号通路显著富集。通过RT-PCR、Western-blotting和ELISA等技术验证，HTR2B激活确实通过抑制LBP和IκB-α/NF-κB通路改善Trp在Abx处理小鼠中的免疫调节（Fig.6）![]()
Fig.6 HTR2B的激活通过抑制LBP的产生来增强Trp在Abx处理小鼠中的免疫调节作用
吲哚能上调HTR2B表达并降低LBP水平和M1型巨噬细胞极化程度
为了进一步验证HTR2B在结肠炎症中通过吲哚调节LBP产生和巨噬细胞行为的具体机制，作者采用了HTR2B的激动剂和拮抗剂，并结合吲哚和DSS对小鼠进行处理。实验结果显示，吲哚能够上调HTR2B的表达，并显著降低DSS诱导的结肠炎小鼠体内LBP的产生以及M1型巨噬细胞的极化程度（Fig.7）。![]()
Fig.7吲哚能上调HTR2B表达并减少小鼠LBP产生及M1型巨噬细胞极化
该研究证实，在 DSS 诱导之前进行 Abx 治疗会恶化 Trp 在 DSS 诱导的小鼠结肠炎中的免疫调节作用。将富含 Trp 的肠道微生物群移植到之前接受过抗生素处理的 DSS 诱导小鼠的体内，通过LBP 的减少和吲哚含量的增加来激活 HTR2B，从而降低结肠炎症期间 M1 巨噬细胞的极化来缓解结肠炎。该研究为通过调节色氨酸代谢和5-HT信号通路开发新的炎症性肠病治疗方法提供了新的理论依据。与此同时，该文章在某些细节上有待深入，具体而言，Fig.1G中，观察到Trp组的HE染色显示的炎症程度较抗生素暴露组更为显著，这可能提示了更复杂的相互作用机制，值得进一步探讨以深化理解。Fig.2A图中PCoA分析的结果，DSS处理组与Trp处理组肠道微生物菌群无显著差异的发现，或许预示着其他未被识别的因素在调控微生物群落中扮演重要角色，这可能为未来的研究开辟了新的方向。此外，作者在动物实验中设置的HTR2B激动剂+HTR4拮抗剂组，虽然未直接探讨HTR2B与HTR4之间的相互作用，但这一尝试为理解两种受体在结肠炎中的复杂关系奠定了基础，鼓励后续研究进一步挖掘其潜在机制。总体而言，该研究不仅为炎症性肠病的治疗提供了新视角，也为后续研究指明了方向，期待更多深入探索。https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae166
编辑：魏芬 排版：邹婷婷 审核：周潇妮
