期刊：Gut Microbes （IF=12.2）
原文链接：
doi/epdf/10.1080/19490976.2025.2609455
背景
多发性骨髓瘤（MM）是第二常见的血液系统恶性肿瘤，以骨髓中恶性浆细胞大量增殖为特征，常伴骨破坏、贫血、肾功能不全等并发症。尽管蛋白酶体抑制剂（如硼替佐米）、免疫调节药物及自体干细胞移植等治疗手段不断进步，MM仍然无法治愈，复发和耐药是主要挑战。
近年研究发现，肠道菌群失调与多种肿瘤的发生发展密切相关，但其在MM中的作用尚不明确。丁酸梭菌（Clostridium butyricum）是一种产丁酸的肠道共生菌，已被证实对结直肠癌、胰腺癌等具有保护作用。然而，它在MM中的治疗潜力及具体机制仍是空白。
通讯作者：陈廷涛
主要单位：南昌大学
引 言
新近证据表明肠道菌群与癌症之间存在密切联系。然而，肠道菌群失调在多发性骨髓瘤（MM）中的确切作用尚不清楚，而靶向菌群的干预措施作为一种有前景的治疗策略，亟需机制和转化研究。首先，我们对MM患者和健康个体进行了全面的微生物组-代谢组分析，结果显示两组间肠道菌群组成存在显著差异，特征为MM组产丁酸菌丰度降低、丁酸水平下降。随后的粪菌移植实验证明，肠道菌群可关键性地调控MM进展，健康供体来源的菌群能降低肿瘤负荷并同时升高血清丁酸水平。进一步地，通过基于功能的培养组学筛选，鉴定出丁酸梭菌（C. butyricum）是一个关键的产丁酸菌。丁酸梭菌或其代谢产物丁酸可显著降低5TGM1小鼠的系统性肿瘤负荷。值得注意的是，丁酸梭菌和丁酸通过抑制骨髓中Th17细胞和IL-17水平，减轻了骨髓炎症和溶骨性病变。此外，细胞学实验和转录组测序进一步揭示，丁酸可通过抑制HDAC活性上调PPARγ，进而依次抑制PI3K/AKT通路和抗凋亡蛋白BCL-2的表达，从而诱导MM细胞凋亡。这一凋亡信号级联反应可被PPARγ拮抗剂逆转。在M-NSG免疫缺陷小鼠中进一步证实了其直接抗肿瘤效应。本研究系统验证了肠道菌群在MM中的特定作用，并首次提供了丁酸梭菌缓解MM进展的免疫和分子机制证据，为基于益生菌的MM治疗策略提供了临床前支持。
结 果
(1)MM患者的肠道菌群特征：产丁酸菌减少
临床肠道菌群与代谢物分析：通过对30例初诊多发性骨髓瘤（MM）患者和30例健康对照的粪便进行全长16S rRNA测序和短链脂肪酸靶向代谢组学分析，发现MM患者的肠道菌群α多样性显著降低，产丁酸菌（如Blautia、Faecalibacterium等）相对丰度明显减少，同时粪便中的丁酸水平也显著下降，且丁酸水平与产丁酸菌丰度呈正相关。这表明MM患者存在以“产丁酸菌-丁酸”缺失为特征的肠道菌群失调。
(2) 粪菌移植（FMT）实验：健康菌群抑制MM进展
将健康供体或MM小鼠的粪便分别移植到5TGM1 MM模型小鼠中，结果显示接受健康粪便移植（FMT-HC）的小鼠肿瘤负荷显著降低（活体成像信号和血清IgG2b均下降），骨破坏减轻，结肠长度恢复，肠屏障紧密连接蛋白表达上调，同时血清和粪便中的丁酸水平升高。菌群分析表明FMT-HC组富集了产短链脂肪酸的菌属（如Oscillospira、Coprococcus）。
(3)C. butyricum和丁酸盐增强硼替佐米（BTZ）抗MM效果
首先验证C. butyricum培养上清中含有高浓度丁酸。在5TGM1小鼠模型中，C. butyricum联合BTZ（CB组）或丁酸钠联合BTZ（But组）均可显著降低肿瘤负荷（活体成像信号、脾脏大小、血清IgG2b），并减少骨髓中CD138⁺浆细胞浸润和脾脏结构损伤。与单独使用BTZ（B组）或对照菌大肠杆菌（EC组）相比，C. butyricum或丁酸联合治疗显示出更强的抗MM效果，提示二者可作为BTZ的增敏剂。
(4)C. butyricum和丁酸盐修复MM/BZT引起的肠道损伤
MM模型小鼠（M组）及BTZ治疗组（B组）均出现结肠缩短、隐窝破坏、杯状细胞减少、紧密连接蛋白（ZO-1、occludin、claudin-1）表达下降以及结肠和血清中炎症因子（IL-6、TNF-α、IL-1β）升高。而补充C. butyricum（CB组）或丁酸（But组）后，这些肠道病理改变明显逆转，结肠长度恢复，屏障蛋白表达上调，炎症因子水平降低，同时粪便和血清丁酸含量升高。说明C. butyricum通过产丁酸修复肠屏障并减轻系统炎症。
（5）丁酸盐抑制Th17细胞向骨髓迁移
流式细胞术检测显示，接受健康粪便移植（FMT-HC）的小鼠骨髓中Th17细胞比例显著低于FMT-MM组。在单菌干预实验中，CB组和But组小鼠的肠道Peyer‘s patches、脾脏及骨髓中Th17细胞比例均较M组和B组明显降低，同时骨髓中Th17趋化因子CCL20水平下降，肠道、血清和骨髓中IL-17水平也显著减少。这表明丁酸通过抑制Th17细胞的分化及其向骨髓的迁移，从而缓解骨髓炎症微环境。
（6）丁酸盐改善骨髓瘤骨病（MBD）
临床分析显示，伴有骨病的MM患者肠道产丁酸菌丰度和血清丁酸水平均显著低于无骨病患者，且丁酸水平与骨吸收标志物β-CTX呈负相关。在动物实验中，Micro-CT重建表明CB组和But组小鼠胫骨骨量丢失减轻，骨小梁数量（Tb.N）和骨体积分数（BV/TV）恢复，骨小梁分离度（Tb.Sp）和各向异性度（DA）降低；TRAP染色显示破骨细胞数量减少，骨形成标志物OCN和OPN部分恢复，但血清PINP（成骨标志物）无显著变化。骨髓RANKL和血清CTXI（骨吸收标志物）在CB和But组中均显著下降。以上结果说明丁酸主要通过抑制破骨细胞活性来改善MBD。
（7）丁酸盐直接诱导MM细胞凋亡的分子机制
在5TGM1和RPMI 8226细胞中，丁酸钠呈剂量和时间依赖性抑制细胞活力，并通过流式细胞术证实其诱导细胞凋亡及G1期周期阻滞。透射电镜下可见线粒体肿胀和凋亡小体形成。RNA-seq分析显示，丁酸处理后的MM细胞中与PI3K/AKT通路、抗凋亡蛋白BCL-2、转录因子Rel等相关的基因显著下调，而肿瘤抑制基因上调。GO和KEGG富集分析提示细胞周期、DNA修复及PI3K/AKT通路被显著抑制。这为后续分子机制研究奠定了基础。
（8）丁酸通过HDAC抑制/PPARγ上调进而抑制PI3K/AKT通路诱导凋亡
Western blot验证丁酸可降低5TGM1和RPMI 8226细胞中PI3K、AKT、mTOR的磷酸化水平，下调抗凋亡蛋白BCL-2，上调促凋亡蛋白BAX和cleaved caspase-3。同时，丁酸上调组蛋白H3乙酰化水平（提示HDAC抑制），并显著增加PPARγ蛋白表达，而GPR受体（FFAR2/3）和AhR表达变化不一致。分子对接模拟显示丁酸能直接与PPARγ结合。使用PPARγ特异性拮抗剂GW9226可部分逆转丁酸诱导的凋亡及对PI3K/AKT通路的抑制。这揭示了丁酸通过HDAC抑制→PPARγ上调→PI3K/AKT抑制→凋亡的分子机制。
讨论
该研究认为，凝结芽孢杆菌缓解便秘并非单一机制，而是多通路共同作用的结果：一方面，它改善粪便排出和胃肠推进率；另一方面，它恢复肠道肌层、黏膜层、隐窝细胞和 Cajal 细胞，调节TPH/5-HT、MUC2/MUC4、AQP3、OCLN/CLDN1/ZO-1、c-Kit 以及 SCFAs 等关键因子。整体来看，凝结芽孢杆菌可能通过 “肠动力增强—水分吸收调节—黏液屏障修复—紧密连接恢复—SCFAs增加” 的综合机制改善洛哌丁胺诱导便秘。
陈廷涛（通讯作者）
陈廷涛，南昌大学药学院副院长、研究员、赣江特聘教授、博士生导师，同时担任江西省转化医学工程技术研究中心副主任、生物工程药物及其技术国家地方联合工程研究中心微生物方向负责人。主要研究方向为天然微生物与工程微生物在糖尿病、肿瘤及感染性疾病治疗中的应用，聚焦益生菌及工程菌制剂的开发。2006年获山东农业大学农学学士学位，2009年获西南大学理学硕士学位，2013年获南昌大学工学博士学位，2011–2012年在美国宾夕法尼亚大学进行访问研究。2013年入职南昌大学，2021年晋升研究员。先后主持国家自然科学基金3项、省部级课题21项及横向课题31项，累计科研经费超2800万元；以第一或通讯作者发表SCI论文118篇，授权专利30余件。入选江西省“双千计划”、杰出青年人才等12项省级人才称号，担任《Canadian Journal of Infectious Diseases》主编及《Frontiers in Immunology》副主编。指导本科生获“互联网+”大赛国家级奖项12项，与企业合作实现益生菌产品产业化，近五年新增销售额逾10亿元。
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文案：张强
编辑：张强
审核：韩志东
河南科技大学
益生菌科学与技术团队
