肠道稳态是维持人体健康的关键要素之一。研究显示，肠道稳态失调与多种疾病的发生进展存在密切的机制关联。肠道稳态主要由上皮屏障功能、免疫反应以及菌群定植三方面组成，其中任何一方面的失衡将诱发肠道稳态破坏的连锁反应。作为一种导致肠壁物理性破裂的疾病，创伤性肠损伤势必会引起肠道稳态的快速崩溃。然而，有关肠道稳态失调介导创伤性肠损伤演进以及死亡的机制研究仍处于空白阶段。
2022年7月，在国家重点研发计划、国家自然科学基金等科研力量的支持下，解放军总医院第一医学中心普通外科医学部卫勃教授团队在卓越系列SCI期刊 Military Medical Research 在线发表题为“Oral administration of asparagine and 3‑indolepropionic acid prolongs survival time of rats with traumatic colon injury”的研究论文。
该研究基于团队前期改良的一种创伤性结肠损伤大鼠模型，联合应用微生物组学和代谢组学，揭示了创伤性结肠损伤引发肠道稳态失调的微观表型，同时立足于疾病演进机制，寻找到天冬酰胺和3-吲哚丙酸两种可以有效延长创伤后大鼠生存时间的代谢物，借助高通量蛋白芯片技术阐明了这一预防性口服代谢物方案的作用机理。
该研究首先检测了创伤性结肠损伤后一系列肠道稳态标志物的变化情况。结果显示，肠壁完整性破坏会导致炎症因子以及肠上皮通透性标志物含量的明显升高。免疫组化染色证明，两种肠上皮紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达水平在肠道损伤后明显降低，且具有典型的距离-效应关系（图1）。
图1 创伤性结肠损伤后肠道炎症反应以及上皮屏障功能的变化
研究者利用16s rRNA测序技术绘制了创伤性结肠损伤的微生物组学变化图谱。GraPhlAn进化树图展示了肠道菌群的门水平丰度。对照组与创伤组的alpha多样性未存在统计学差异，而beta多样性的变化却十分明显，多数在门、属水平排名前20的细菌丰度也显著改变。以上证据证明，在创伤后的短时间内，肠道优势菌群会迅速发生更迭。KEGG分析显示，这一菌群失调现象与肠道代谢模式变化密切相关（图2）。
图2 16s rRNA测序揭示创伤性结肠损伤对于肠道微生物组学的影响
随后，靶向代谢组学检测结果证明，创伤性结肠损伤可重构肠道代谢模式，多种代谢物类别明显改变。基于SMPDB数据库的生物学信息分析显示，富集的多数代谢途径均与氨基酸代谢有关。双组学联合分析揭示了肠道菌群与代谢模式改变的强相关性（图3）。
图3 靶向代谢组学检测阐明创伤性结肠损伤对于肠道代谢模式的影响
研究者提出猜想：通过预防性口服给药途径恢复肠道内关键代谢物含量，或可改善创伤后肠道稳态，延长个体的生存时间。经过一系列药物筛选实验，天冬酰胺和3-吲哚丙酸两种代谢物脱颖而出，并且给予两种代谢物的干预效果优于单一用药（图4）。
图4 口服天冬酰胺和3-吲哚丙酸延长创伤后生存时间的效果
为进一步阐明天冬酰胺和3-吲哚丙酸两种代谢物的作用机制，研究者利用高通量蛋白芯片技术筛选可能参与调节的信号通路。结果显示，天冬酰胺和3-吲哚丙酸均可提升肠上皮Akt蛋白的磷酸化水平。一系列生存观测和分子生物学实验证明，天冬酰胺和3-吲哚丙酸分别通过增强PI3K和PDK1两种蛋白激酶活性，协同促进Akt及其下游信号通路的激活，进而改善肠道稳态，延长个体创伤后的生存时间（图5）。
图5 天冬酰胺和3-吲哚丙酸调节肠上皮功能的分子机制
研究者总结了预防性口服代谢药物策略的作用机制。天冬酰胺和3-吲哚丙酸可协同激活肠上皮内的Akt信号通路，减轻肠道炎症反应，降低肠上皮屏障高通透性，纠正肠道菌群紊乱，最终延长创伤性结肠损伤个体的生存时间（图6）。
综上，研究者首次利用多组学技术，揭示了腹部空腔脏器损伤导致患者快速死亡的微观机制，并创新了一种预防性口服代谢药物策略：针对腹部空腔脏器损伤高风险人员，预防性补充天冬酰胺和3-吲哚丙酸，可以明显纠正创伤后的肠道稳态失调，使个体的短期死亡风险降低约90%。该成果突破了现有救治方式的底层逻辑，进一步丰富了延时救护的干预策略，为争取患者分拣后送的宝贵时间、提升医疗保障水平提供理论支撑。
图6 预防性口服代谢药物策略延长创伤后生存时间的机制示意图
解放军总医院第一医学中心普通外科医学部卫勃教授为独立通讯作者。解放军医学院博士研究生曹博、硕士研究生赵瑞阳、李航航为本文共同第一作者。
原文链接：https://mmrjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40779-022-00397-w
卫勃教授简介
卫勃，主任医师，教授，解放军总医院、浙江大学、南开大学博士生导师，担任中国研究型医院学会消化道肿瘤专业委员会主任委员、中国医师协会外科分会上消化道医师委员会常务委员等学术职务。相关研究成果发表于Mil Med Res、Adv Mater、Angew Chem等领域Top期刊，荣获中华医学科技奖一等奖1项。
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