客户案例 | 肠菌“辐射防护盾”—时间限制性进食如何瓦解辐射铁死亡危机

电离辐射（IR）在癌症治疗中不可或缺，但高剂量辐射会引发严重的肠道损伤（IRIII），破坏肠道屏障并导致感染，目前尚无特效药物。腹部或盆腔放疗患者常因IRIII出现腹泻、疲劳等症状，严重影响生活质量。研究发现，IRIII患者肠道菌群多样性显著降低，这种失衡与炎症加剧密切相关，表明菌群失调可能是辐射肠损伤的“帮凶”。

近年来， “时间限制性进食（TRF）”饮食模式引起关注——每天仅在8-12小时内进食，其余时间禁食。TRF不限制热量，却能改善代谢、减轻炎症，甚至重塑肠道菌群，增加有益菌的数量，让人进一步联想到：TRF能否通过调节菌群，为肠道穿上“防辐射护甲”？

• 动物实验：6-8周龄的雄性C57BL/6J小鼠随机分为6组，分别为自由进食组（ALF）、ALF+IR组、白天限制性进食组（DTRF）、DTRF+IR组、夜间限制性进食组（NTRF）和NTRF+IR组。

• 细胞实验：使用IEC-6（大鼠肠上皮细胞）和HIEC-6（人肠上皮细胞）进行体外实验，细胞接受8-Gyγ射线照射，照射后24小时评估细胞存活率。

• 组学技术：采用16S rRNA基因扩增子测序分析、宏基因组测序分析、蛋白质组学、非靶向代谢组学和脂质组学等技术。

图1. 技术路线图

1. DTRF显著减轻IRIII

DTRF能够显著提高接受高剂量IR照射小鼠的生存率，减少体重下降，缓解腹泻、便血等肠道症状，减轻小肠组织萎缩，改善肠绒毛脱落、缩短和隐窝数量减少等病理变化，而NTRF则无此效果，这表明DTRF具有减轻IRIII的潜力。

图2. DTRF减轻IR诱导的肠损伤

2. DTRF重塑肠道菌群并富集B. pseudolongum

DTRF显著增加了小鼠肠道菌群的α多样性，提高了Bacteroidota/Firmicutes比值，同时显著增加了双歧杆菌属（Bifidobacterium）的丰度，尤其是Bifidobacterium pseudolongum（B. pseudolongum）和Bifidobacterium animalis（B. animalis）。通过“脏笼”实验和FMT实验进一步证实了肠道菌群在DTRF的放射保护作用中的重要性。此外，口服B. pseudolongum能显著提高辐射小鼠的生存率，减轻体重下降和肠道症状。

图3. DTRF重塑肠道菌群

3. DTRF通过B. pseudolongum增加肠道肌酸（Cr）水平

与ALF组相比，DTRF组小鼠粪便中169种代谢物显著改变，其中117种增加，52种减少。通过KEGG分析发现，精氨酸和脯氨酸代谢途径显著富集，且Cr是该途径中最显著改变的代谢物，其水平在DTRF组中增加了约9倍。B. pseudolongum的富集与肠道Cr含量的增加密切相关。给ALF小鼠口服B. pseudolongum可显著提高粪便中Cr的浓度，而B. animalis则无此效果。这表明DTRF通过重塑肠道菌群，特别是增加B. pseudolongum的丰度，提高了肠道中Cr的水平。

图4. DTRF增加肠道中的Cr含量

4. Cr对IR诱导的肠道上皮细胞损伤的保护作用

在ALF小鼠的饮用水中添加1%的Cr，可减轻TAI（全腹照射）诱导的肠道症状，提高小鼠生存率，减轻小肠组织萎缩，改善肠绒毛脱落、缩短和隐窝数量减少等病理变化，减少肠道通透性，降低血清中内毒素（LPS）水平以及白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎因子的水平，在体外实验中也发现了Cr能够显著提高IEC-6和HIEC-6细胞在8-Gyγ射线照射后的存活率。

图5. Cr降低IR诱导的体内外肠毒性

5. Cr抑制IR诱导铁死亡的机制

蛋白质组学结果显示，Cr处理后AMPK信号通路显著富集。Western blot表明，Cr增加AMPKα磷酸化（p-AMPKα），并促进其下游靶点乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的磷酸化，ACC是脂肪合成的限速酶，其磷酸化会抑制脂肪酸（尤其是PUFAs）的生成。

进一步通过靶向脂质组学检测（麦特绘谱提供）发现，Cr显著降低辐射后细胞中29种脂质，包括11种游离不饱和脂肪酸（2种单不饱和脂肪酸+9种多不饱和脂肪酸PUFAs），总不饱和脂肪酸检测进一步证实Cr减少PUFA积累，PUFA磷脂因双烯丙基弱C-H键易发生脂质过氧化，是铁死亡的关键执行者。

Cr显著降低IR诱导的IEC-6细胞中不稳定二价铁离子（Fe²⁺）的积累，减少脂质过氧化，降低丙二醛（MDA，脂质过氧化产物）的含量，并抑制铁死亡相关指标ACSL4（PUFA脂质合成酶）和COX2（炎症-铁死亡关联蛋白）的表达。此外，使用AMPK抑制剂能够抵消Cr对AMPK/ACC信号通路的激活作用，增加不饱和脂肪酸的产生，促进Fe²⁺积累和脂质过氧化，并上调ACSL4和COX2的表达，从而削弱Cr的放射保护作用。

图6. Cr激活AMPK抑制IR引起的铁凋亡

DTRF通过重塑肠道菌群，富集B. pseudolongum，增加肠道Cr水平，激活AMPK，诱导下游ACC磷酸化，减少不饱和脂肪酸的生物合成，降低脂质过氧化，抑制铁死亡，从而实现对肠道的辐射防护。

参考文献

Creatine-mediated ferroptosis inhibition is involved in the intestinal radioprotection of daytime-restricted feeding. Gut Microbes. 2025

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项目合作成果

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