Third Military Medical University

点击蓝字 关注我们 ‌宿主防御素衍生寡肽通过微生物源石胆酸抑制铁死亡缓解放射性肠道损伤 iMeta主页：http://www.imeta.science 研究论文 ● 原文: iMeta (IF 33.2, 中科院双一区Top) ● 英文题目: Inhibition of ferroptosis by microbiota-derived lithocholic acid underlies the intestinal radioprotection of a host defensin-derived oligopeptide ● 中文题目: 宿主防御素衍生寡肽通过微生物源石胆酸抑制铁死亡缓解放射性肠道损伤 ● 原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70113 ● DOI: https://doi.org/10.1002/imt2.70113 ● 2026年2月19日，陆军军医大学王军平、王成和陆军特色医学中心陈川等在iMeta在线发表了题为“Inhibition of ferroptosis by microbiota-derived lithocholic acid underlies the intestinal radioprotection of a host defensin-derived oligopeptide”的文章。本研究以人防御素5活性片段为基础，研制出具有辐射防护功效的寡肽AT9 (C/G)；结合多组学技术、分子生物学方法以及基因敲除小鼠模型，阐明AT9 (C/G)通过重塑肠道菌群提高次级胆汁酸石胆酸水平，激活TGR5受体信号通路上调SCD1，实现脂质代谢重编程并抑制辐射引发的肠上皮细胞铁死亡，从而缓解放射性肠道损伤。 ● 第一作者：欧阳雪、贺莹娟、靳子豪、王少博 ● 通讯作者：王成（wangcheng@tmmu.edu.cn）、王军平（wangjunping@tmmu.edu.cn）、陈川（sinkriver2012@tmmu.edu.cn） ● 合作作者：赵高梅、苏晓娜、杜佳、陈银、谭成章、李鑫、韩松伶、王斌、赵景宏、牛建钦 ● 主要单位：陆军军医大学创伤与化学中毒全国重点实验室、陆军特色医学中心肿瘤中心、陆军特色医学中心消化内科、陆军军医大学第二附属医院肾内科、陆军军医大学生物医学分析测试中心、重庆市神经生物学重点实验室  亮 点 ● 人防御素5衍生寡肽AT9(C/G)缓解放射性肠道损伤; ● AT9(C/G)富集肠道假长双歧杆菌（B. pseudolongum）并提高石胆酸（LCA）水平; ● LCA激活G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5），上调固醇调节元件结合蛋白1（SREBP1）；后者通过转录调控硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）表达，催化单不饱和脂肪酸合成，进而抑制电离辐射引发的细胞铁死亡。  摘 要 放射性肠道损伤（IRIII）降低核事故受害者幸存率，同时削弱腹部肿瘤放疗的治疗效果，目前针对该疾病的治疗手段极为匮乏。人防御素5（HD5）活性片段是内源性肠道菌群调节因子，而肠道菌群影响宿主对电离辐射的应答反应。然而，这些多肽片段是否会影响肠道辐射敏感性，以及能否作为研发治疗IRIII药物的先导化合物尚不清晰。本研究揭示HD5活性片段在IRIII发病中的作用，并基于先导片段AT9研制出具有高效辐射防护功效的寡肽AT9 (C/G)。宏基因组与代谢组学关联分析发现，口服AT9 (C/G)富集小鼠肠腔中假长双歧杆菌，并提高次级胆汁酸石胆酸（LCA）的水平。动物实验与临床研究均表明，IRIII的严重程度与粪便中LCA含量呈负相关。在小鼠和人小肠类器官模型中，LCA均显现出辐射防护作用。在机制层面，LCA通过重塑脂质代谢抑制辐射诱导的细胞铁死亡。具体而言，LCA激活G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5）后，促进固醇调节元件结合蛋白1（SREBP1）表达，进而转录调控硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1），促进单不饱和脂肪酸的合成。在小鼠全腹辐照模型中，使用药物抑制SCD1或敲除编码TGR5的基因Gpbar1，均显著削弱AT9 (C/G)的辐射防护作用。本研究提供了一种利用肠道菌群来源LCA发挥肠道辐射保护作用的寡肽，为临床防治IRIII提供了新策略。 视频解读 Bilibili：https://www.bilibili.com/video/BV1qhAbzvEMc/ Youtube：https://youtu.be/TtdEvnxf9wg 中文翻译、PPT、中/英文视频解读等扩展资料下载 请访问期刊官网：http://www.imeta.science/ 全文解读 引  言 自1895年伦琴发现X射线以来，核能及相关技术已被广泛应用于工业、医疗和农业等领域。然而，电离辐射（IR）是一把双刃剑，它对肠道及其他器官的损伤效应早在1897年就有相关文献记载。迄今为止，放射性肠道损伤的防治仍是临床棘手问题。哺乳动物的肠道是辐射敏感器官。过量暴露于电离辐射可导致人类发生致死性肠道损伤。该病症主要表现为腹泻、血便以及严重的内源性感染，通常在暴露于高剂量电离辐射（＞10 Gy）后发生。目前，尚无遭受剂量超过10 Gy的全身辐照患者存活的报道。此外，腹盆腔恶性肿瘤患者接受放射治疗后也会发生IRIII，其中高达90%的患者在治疗后3个月内出现急性胃肠道症状。这不仅影响治疗效果，也显著降低患者的生活质量。遗憾的是，当前尚无获批用于治疗放射性肠道损伤的药物，开发有效的防治手段因而具有重要意义。 阐明IRIII的发病机理对于制定有效治疗策略至关重要。现有研究显示，除肠上皮细胞自身固有的辐射敏感性外，肠道菌群对宿主的辐射应答也具有重要调控作用。人体肠道内定植着数量庞大的微生物，它们构成的复杂生态系统对维持肠道稳态十分关键。腹部受电离辐照后，肠道菌群结构会发生显著变化，典型特征包括微生物多样性下降、益生菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）减少以及致病菌（如大肠杆菌和葡萄球菌）异常增殖。这些改变会导致诸如胆汁酸和短链脂肪酸在内的功能性肠道菌群代谢产物产生减少。因此，以肠道菌群为靶点的干预策略，例如来自健康供体的粪便微生物移植、补充益生菌或微生物调节剂（如肠道防御素）的应用，在缓解放射性肠道损伤方面具有潜在治疗价值。 作为肠道防御素家族的重要成员，由潘氏细胞分泌的α-防御素人防御素5（HD5）在维持肠道菌群稳态中发挥关键作用。自我们首次在体内鉴定出线性HD5以来，越来越多的研究表明，天然HD5可通过蛋白酶水解加工生成如AT28、TG26、CA23和AT9等线性肽段，这些短肽片段能够调节肠道微生物组成。与天然HD5相比，线性片段的制备更具成本效益，因而成为前景良好的候选药物。评估HD5活性片段的生物功能不仅可拓宽我们对肠黏膜免疫屏障的认识，也能为药物研发提供理论基础。典型范例是源自AT9的合成寡肽D3，该短肽已被证明具有缓解肥胖的药用潜力。尽管HD5活性片段是肠道菌群的内源性调节因子，它们对肠道辐射敏感性的影响尚不清晰。此外，这些短肽是否具备作为IRIII治疗先导化合物的潜力也值得进一步探究。 肠道菌群失调加剧IRIII的病理进程与包括凋亡、焦亡和铁死亡等在内的细胞程序性死亡（PCD）信号通路过度活化相关。铁死亡作为一种被广泛研究的PCD形式，由磷脂（PL）过氧化所驱动，可将辐射能量转化为细胞损伤。在肠上皮细胞中，IR诱导的细胞铁死亡与铁转运、氧化还原稳态以及脂质代谢等多条代谢通路失调相关。脂质代谢通过调控单不饱和脂肪酸磷脂（MUFA-PLs）与多不饱和脂肪酸磷脂（PUFA-PLs）之间的平衡，显著影响细胞铁死亡敏感性。由于MUFAs可竞争性取代PUFAs掺入PLs并赋予细胞铁死亡抗性，靶向将饱和脂肪酸（SFAs）转化为MUFAs的关键酶硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1），已被证明可缓解IR诱导的皮肤损伤。值得注意的是，SCD1表达受肠道菌群代谢产物调控，尤其是次级胆汁酸。肠道次级胆汁酸的生物合成需要不同细菌酶的级联反应：首先由产胆汁盐水解酶（BSH）的细菌（如乳杆菌和双歧杆菌）对初级胆汁酸进行解偶联，随后由表达7α-脱羟酶的细菌（如艰难梭菌）对产物进行7α-脱羟。因此，通过调控肠道菌群、利用“胆汁酸-SCD1”轴拮抗细胞铁死亡，是实现肠道辐射防护的可行策略。 本研究旨在明确HD5活性片段对肠道辐射敏感性的影响，并基于先导化合物开发具有辐射防护作用的多肽药物。利用小鼠全腹辐照（TAI）模型，我们鉴定出一种具有辐射防护功效的寡肽AT9(C/G)。采用多组学方法并整合“多肽-肠道菌群-宿主代谢”相互作用网络，解析AT9(C/G)改善IRIII的作用机制。研究发现，AT9(C/G)能够重塑肠道菌群并提高石胆酸（LCA）的水平。LCA作为菌群代谢产生的次级胆汁酸，因其在代谢调控中的活性备受关注。其中，通过激活G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5），调控固醇调节元件结合蛋白（SREBPs）表达，进而实现细胞脂质代谢重编程是LCA发挥活性的核心机制之一。本研究证实，AT9(C/G)通过LCA激活TGR5-SREBP1-SCD1信号通路，抑制IR诱导的细胞铁死亡，从而减轻IRIII。此外，临床研究发现，接受放疗的直肠癌患者体内LCA水平降低与IRIII严重程度相关。这些发现不仅提示LCA可作为IRIII早期诊断的潜在生物标志物，也为该疾病的防治提供了新策略。 结  果 HD5衍生寡肽AT9(C/G)有效缓解IRIII 为评估HD5活性片段对肠道辐射敏感性的影响，我们通过固相化学合成法制备了四种线性多肽片段：AT28、TG26、CA23和AT9（图1A），并以天然HD5作为对照。考虑到性别对辐射敏感性的影响，我们首先使用雄性小鼠进行初步筛选。在受单次12 Gy ⁶⁰Co γ射线全腹照射前，小鼠连续7天灌胃给予多肽溶液（35 µM，200 µL/天）。多肽剂量与TAI方案参照既往研究设定。辐照后持续监测小鼠30天生存率及肠道相关症状。如图1B所示，补充天然HD5将小鼠存活率从10%提升至30%（p = 0.265，HR = 0.527，95%CI：0.171-1.63），但AT28、TG26和CA23均未显现保护作用。值得注意的是，寡肽AT9使小鼠存活率提高至40%（p = 0.0893，HR = 0.371，95%CI：0.118-1.16）。尽管与辐照组相比差异未达统计学显著性，HD5与AT9在TAI后第4天可缓解辐照引起的小鼠腹泻、便血及体重减轻等症状，致使疾病活动指数（DAI）评分均值下降（图1C）。小肠长度测量结果表明，AT9在改善IR所致小肠萎缩方面与HD5效果相当（图1D）。回肠组织病理学检查证实了这一结果：AT9可减少肠绒毛脱落（图1E）、维持隐窝数量并缓解肠绒毛缩短（图1F）。 AT9具有辐射防护活性且结构简单，成为研制IRIII防治药物的理想先导多肽。然而，该分子含有两个易被氧化的半胱氨酸（Cys3与Cys5），可形成分子内二硫键，而二硫键的形成完全消除该寡肽改善TAI小鼠存活率的能力（图1B）。为提升AT9的稳定性，我们采用具有稳定蛋白质结构作用的甘氨酸（G）替代半胱氨酸（C），获得衍生物AT9(C/G)。在致死剂量IR暴露后，AT9(C/G)可将小鼠存活率提升至60%（图1B；p = 0.00430，HR = 0.160，95%CI：0.0456-0.562）。与此同时，用容易被肠道胰蛋白酶降解的精氨酸（R）替换半胱氨酸所设计的衍生物AT9(C/R)，仅使小鼠存活率小幅提高至20%。进一步研究表明，口服AT9(C/G)能显著降低TAI小鼠的DAI评分（p < 0.001；图1C）。与AT9相比，AT9(C/G)在减轻小肠组织萎缩（图1D）以及维持肠黏膜屏障完整性方面表现出更佳的性能（图1E、F）。此外，在减少肠源性内毒素（LPS）易位（图1G）及降低血清中促炎细胞因子（IL-6与IL-1β）水平方面，AT9(C/G)的改善效果均优于AT9和HD5（图1H）。 在雌性小鼠TAI模型中，AT9(C/G)在改善IRIII方面同样优于AT9和HD5（图S1），提示该寡肽的辐射防护作用不具性别依赖性。在确认AT9(C/G)的防护功效后，我们进一步评估了它的生物相容性。为期一个月的AT9(C/G)干预对小鼠体重、血细胞计数、血清丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、肌酐及尿素等指标水平均未产生异常影响（图S2A-F）。此外，主要器官（包括肠道、心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏）的组织病理学分析均未发现异常（图S2G）。上述结果表明HD5的活性片段AT9具有辐射防护活性，可作为药物开发的理想先导分子。基于AT9研制的寡肽AT9(C/G)具有良好的生物相容性，可有效缓解IRIII。 图1. 人防御素5（HD5）活性片段AT9及其衍生寡肽AT9(C/G)可缓解放射性肠道损伤（IRIII） (A) 合成多肽的氨基酸序列。天然HD5（PDB: 1ZMP）与AT9(C/G)以带状结构展示，其中AT9(C/G)结构通过PEPFOLD3生成，半胱氨酸残基以黄色标示。(B) 全腹照射（TAI）小鼠生存率。左图：比较补充HD5及其不同长度片段（AT28、TG26、CA23、AT9）对TAI小鼠生存率的影响；右图：比较补充AT9及其衍生物（AT9(C/G)、AT9(C/R)和AT9OX）改善TAI小鼠生存率的效果。生存监测持续至TAI后30天，每组10只小鼠。(C) TAI后第4天小鼠疾病活动指数（DAI）评分，结果以箱线图展示（n = 6）。***, p < 0.001。(D) 小鼠小肠相对长度测量结果以箱线图展示（n = 6）。***, p < 0.001。(E) 苏木精-伊红（H&E）染色显示AT9与AT9(C/G)对小鼠IRIII的缓解作用，标尺为200 μm。(F) 小鼠回肠绒毛长度及隐窝数量计数结果以箱线图展示（n = 6）。***, p < 0.001。(G) TAI后第3天小鼠外周血（PB）中内毒素（LPS）水平以箱线图展示（n = 6）。**, p < 0.01；***, p < 0.001。(H) TAI后第3天小鼠PB中白细胞介素（IL）-6和IL-1β含量以箱线图展示（n = 6）。*, p < 0.05；**, p < 0.01；***, p < 0.001。 AT9(C/G)通过重塑肠道菌群缓解IRIII 为阐明AT9(C/G)的辐射防护机理，我们开展粪便微生物移植（FMT）实验。与既往研究结果一致，移植野生型小鼠的粪便微生物可提高受照小鼠的存活率至30%（图2A、B；与IR组相比p = 0.220，HR = 0.482，95%CI:0.150-1.55）。值得注意的是，移植经AT9(C/G)干预小鼠的粪便微生物显现出更强的保护作用，存活率达50%（与IR组相比p = 0.0663，HR = 0.323，95%CI:0.0964-1.08）。在通过口服广谱抗生素混合物（ABX）构建的伪无菌小鼠模型中，AT9(C/G)则失去辐射防护作用（图2C）。这些结果提示，肠道微生物重塑介导AT9(C/G)的辐射防护功效。 为探究AT9(C/G)对肠道菌群的调节作用，我们收集寡肽干预7天后的小鼠粪便样本并进行宏基因组测序分析。与对照组相比，AT9(C/G)干预显著提高了微生物α多样性指标ACE指数和Shannon指数的水平（图2D）。相似性非参数检验（ANOSIM）进一步揭示了组间菌群结构的显著差异（R = 0.265，p = 0.015）。在此基础上，线性判别分析效应量（LEfSe）分析鉴定出17个在AT9(C/G)干预后显著富集的细菌类群（LDA评分> 3，p < 0.05；图2E）。其中，假长双歧杆菌（B. pseudolongum）作为一种常见于哺乳动物肠道中的能够缓解炎性肠病及年龄相关认知衰退的益生菌，呈现出最显著的富集特征（表S1）。这种富集效应在TAI后第3天仍持续存在（图2F）。体外实验显示，AT9(C/G)对本实验室保藏的6种菌株具有差异调控作用：寡肽可呈不同程度地促进5种厌氧菌（B. pseudolongum、共生梭菌、丁酸梭菌、普雷沃氏菌和灰色拟普雷沃菌）生长（图2G），同时抑制条件致病菌大肠杆菌增殖。值得注意的是，AT9(C/G)寡肽对B. pseudolongum的促生长作用尤为显著。生物膜干涉实验（BLI）证实，AT9(C/G)能以浓度依赖的方式与固定在传感器末端的B. pseudolongum结合（图2H）。激光共聚焦显微镜进一步观察到该益生菌可直接摄取异硫氰酸荧光素（FITC）标记的AT9(C/G)（图S3）。上述结果共同表明，AT9(C/G)是一种能促进假B. pseudolongum生长的合成寡肽益生元。 图2. AT9(C/G)富集假长双歧杆菌（Bifidobacterium pseudolongum）并提高小鼠肠道石胆酸（LCA）水平 (A) 广谱抗生素混合物（ABX）与粪便微生物移植（FMT）实验流程示意图。小鼠在第1-7天接受ABX处理，随后在第8-17天分别移植野生型供体（FMTWT）或AT9(C/G)干预供体（FMTAT9(C/G)）的粪便微生物，并在TAI后持续观察30天生存率。(B) TAI后接受不同FMT受体小鼠的生存率。如(A)所示，小鼠分别移植野生型供体或AT9(C/G)供体的菌群，每组10只。(C) ABX干预小鼠在TAI后的生存率。ABX干预组连续7天给予15 mg/kg LCA，以评估代谢产物不依赖于肠道微生物的IRIII改善作用，每组10只，观察期为30天。(D) 对照组与AT9(C/G)干预组肠道菌群的α多样性指数（ACE和Shannon）。结果以箱线图展示（n = 6），*, p < 0.05，**, p < 0.01。(E) LEfSe分析显示AT9(C/G)干预组与对照组差异菌种，红色标注为AT9(C/G)干预组富集菌种，蓝色标注为对照组富集菌种。(F) 对照组、IR组及AT9(C/G) + IR组肠道菌群中B. pseudolongum的相对丰度以箱线图展示（n = 6），**, p < 0.01。(G) 细菌在600 nm波长下的吸光度值。6株细菌在有/无35 μM AT9(C/G)条件下培养16 h，呈现数据为三次独立实验均值。(H) 生物膜干涉实验（BLI）实时检测不同浓度AT9(C/G)（25、50、100、200 μM）结合固定在链霉亲和素生物传感器末端的B. pseudolongum实时信号。(I) 热图展示AT9(C/G)干预组中LCA浓度与富集菌种丰度的相关性（Spearman分析，*, p < 0.05，相关系数阈值0.3）。(J) 有/无经GR-7干预的B. pseudolongum移植小鼠粪便中LCA水平。结果以箱线图展示（n = 6），*, p < 0.05，**, p < 0.01。 AT9(C/G)提高肠道内具有辐射保护作用的LCA水平 肠道菌群产生种类繁多的生物活性代谢产物，对宿主生理功能具有重要调节作用。为探究AT9(C/G)对肠道菌群代谢产物的影响，我们采用Metabo-Profile Q300方案进行靶向代谢组学分析。如图3A所示，与对照组相比，AT9(C/G)干预组小鼠体内存在13种差异代谢产物（FC > 2或< 0.5；VIP > 1；p < 0.05；表S2），其中3种代谢产物上调、10种下调（图3A）。鉴于既往研究报道的功能性代谢产物水平升高对IRIII具有缓解作用，我们重点关注丰度增加的三种产物： LCA、β-脱氧胆酸（bDCA）及戊酰肉碱。采用γ射线（8 Gy）辐照大鼠肠上皮IEC-6细胞模型进行体外筛选，发现LCA是唯一具有辐射防护作用的代谢产物（图3B、S4）。此外，在人肠上皮HIEC-6细胞（图3B）和人小肠类器官（HSIOs；图3C、S5）模型中，LCA均展现出辐射防护效果。LCA能维持辐照后类器官的正常形态特征并降低其死亡率。值得注意的是，在相同药物浓度下，LCA对人结直肠癌细胞HCT116未显现辐射防护作用（图S6），提示该代谢产物可能是一种选择性辐射防护剂。 为评估LCA在体内缓解IRIII的效果，我们通过小鼠TAI模型进一步开展研究。如图3D所示，口服LCA表现出剂量依赖的辐射防护作用，其中15 mg/kg剂量组使小鼠达到最佳存活率（50%；p = 0.0132，HR = 0.199，95%CI：0.0553-0.714）。组织病理学分析证实LCA能减轻回肠绒毛脱落、维持隐窝数量并缓解绒毛缩短（图S7）。此外，补充LCA可提高ABX处理小鼠TAI后存活率至60%（图2C；p = 0.0133，HR = 0.196，95%CI：0.0540-0.713），表明LCA缓解IRIII的作用不依赖于肠道微生物。LCA具有辐射防护功效，那么它的丰度是否与IRIII严重程度相关呢？我们收集小鼠粪便进行LCA含量检测，发现TAI后AT9(C/G)干预组小鼠的LCA浓度显著高于辐照组（p < 0.001；图3E）。在小鼠血清中检测LCA水平获得一致的结果（图S8）。值得注意的是，关联分析显示，粪便LCA丰度与回肠绒毛长度（p = 0.00720）和隐窝数量（p = 0.00830）均呈正相关（图3F）。 由于LCA是一种由肠道菌群代谢初级胆汁酸生成的次级胆汁酸，我们采用宏基因组与代谢组关联分析，明确AT9(C/G)干预小鼠体内LCA的生物来源，发现B. pseudolongum、Clostridium CAG_571、uncultured Schaedlerella_sp以及Mycoplasma CAG_877四种细菌与LCA含量升高呈显著正相关（p < 0.05；图2I）。鉴于B. pseudolongum在AT9(C/G)干预组中富集最为显著，我们对该菌株进行体外培养并通过灌胃递送到小鼠肠腔。连续7天益生菌干预后，小鼠粪便LCA水平显著上升（p = 0.0148；图2J）。然而，当联用BSH抑制剂GR-7时，LCA的含量显著下降。上述结果证实，AT9(C/G)所富集的肠道菌群源LCA，在体外和体内模型中均能有效缓解IR诱导的肠上皮损伤。 为评估肠道LCA水平在IRIII患者中的临床相关性，我们在大坪医院（2024年12月至2025年6月；图3G）开展了一项配对样本研究，纳入20例接受新辅助短程放疗（SCRT；25 Gy/5次分割治疗）的直肠癌患者。通过检测粪便样本中LCA含量，我们发现尽管存在个体差异，但患者在接受SCRT后LCA水平整体呈下降趋势（p = 0.0237；图3H）。与之对应，患者在接受SCRT后肠道B. pseudolongum丰度也出现下降的趋势（p = 0.0358）。关联分析显示，SCRT后粪便LCA水平与血清IL-6水平呈负相关（p = 0.0195；图3I）。这些临床发现提示LCA可作为IRIII的早期诊断生物标志物，并佐证AT9(C/G)的辐射防护效应与LCA丰度增加相关。 图3. LCA在体外和体内实验中均能减轻电离辐射（IR）诱导的肠道损伤 (A) 火山图展示对照组与AT9(C/G)干预组间差异代谢产物，红色与蓝色分别代表上调与下调代谢产物。所有差异代谢产物在正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型中的变量重要性投影(VIP)值均大于1。该模型展现出强解释力与预测力，交叉验证结果(R²Y=0.936，Q²Y=0.549)及置换检验的稳健验证均证实这一点。(B) 接受IR的IEC-6与HIEC-6细胞在LCA干预前、后存活率变化。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(C) 辐射暴露72 h后的人小肠类器官(HSIOs)代表性图像，比例尺为200 μm。死亡HSIOs以结构崩解和深色碎片为特征，红色与蓝色箭头分别标示代表性死亡与存活HSIOs。存活率以箱线图展示。***, p < 0.001。(D) TAI后小鼠经LCA干预与否的生存曲线，监测持续30天，每组10只小鼠。(E) 辐照小鼠经AT9(C/G)干预前、后的粪便LCA含量。结果以箱线图显示。*, p < 0.05；***, p < 0.001。(F) TAI后AT9(C/G)干预组小鼠粪便LCA含量与回肠绒毛长度以及隐窝数量计数的相关性。(G) 临床研究设计示意图。20例直肠癌患者接受短程放疗(SCRT；5天25 Gy分次照射)后行化疗和免疫治疗(CAPOX联合ivonescimab)，分别于SCRT前(BR，第0天)和SCRT后第7天(AR)采集粪便样本进行LCA与B. pseudolongum含量分析，同期采集血液样本测定IL-6水平。(H) SCRT前、后患者粪便LCA水平与B. pseudolongum丰度变化。*, p < 0.05。(I) SCRT后患者粪便LCA含量与血清IL-6水平的相关性。 LCA通过上调SCD1表达来拮抗铁死亡，从而抑制辐射诱导的细胞死亡 为阐明LCA辐射防护作用的分子机制，我们开展了蛋白质组学研究。与单纯接受IR处理相比，经10 μM LCA干预24 h的辐照IEC-6细胞中，有364个差异表达蛋白（FC > 1.5或FC < 0.67，p < 0.05），其中220个上调、144个下调。利用差异蛋白进行京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析，发现铁死亡信号通路被显著富集（图4A；p = 0.00252）。铁死亡是一种由铁蓄积和脂质过氧化驱动的细胞程序性死亡。为验证铁死亡特征，我们首先通过透射电子显微镜（TEM）观察细胞形态改变，发现IR诱发典型的铁死亡线粒体形态学变化，包括线粒体嵴减少、线粒体皱缩及膜密度增加，而LCA干预可改善上述形态异常（图4B）。C11-BODIPY581/591染色实验证实，LCA致使辐射细胞中的脂质过氧化水平降低（图4C、S9）。检测可促进铁死亡的脂质过氧化副产物水平发现，LCA显著降低4-羟基壬烯醛（4-HNE）和丙二醛（MDA）含量（图4D）。 作为细胞脂质与铁代谢的核心枢纽，溶酶体在铁死亡中发挥关键作用，其膜脂质过氧化可导致通透性增加和铁离子泄漏。我们的研究结果显示，IR可引发溶酶体膜脂质过氧化（图4E）以及细胞内不稳定亚铁离子（Fe²⁺）蓄积（p < 0.001；图4F）。值得注意的是，LCA可有效缓解这些异常改变。在HSIOs模型中，LCA干预同样减轻IR诱导的Fe²⁺和脂质过氧化物蓄积（图4G、H）。与之对应，在铁死亡诱导剂erastin存在条件下，LCA可提高IEC-6细胞和HSIOs的存活率（图4I、S10）。以上结果表明LCA能够抑制IR诱导的细胞铁死亡。 图4. LCA通过上调硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）表达抑制IR诱发的细胞铁死亡 (A) 富集圈图显示LCA在辐照IEC-6细胞中调控的前10条差异通路。上调蛋白与下调蛋白分别以红色和绿色标示。内圈由蓝至粉红色渐变，代表z-score值。(B) 经IR或LCA处理的IEC-6细胞透射电镜(TEM)图像。比例尺为4 µm。右侧面板为兴趣区域放大图(比例尺1 µm)，白色箭头指示典型线粒体改变。(C) C11-BODIPY581/591染色显示IEC-6细胞脂质过氧化情况。细胞核着蓝色。氧化脂质与非氧化脂质分别呈现绿色与红色荧光，共定位区域显示为黄色。比例尺为50 µm。 (D) 细胞中4-羟基壬烯醛(4-HNE)和丙二醛(MDA)水平。结果以箱线图呈现。***, p < 0.001。(E) IEC-6细胞溶酶体内脂质过氧化检测。细胞核着蓝色。溶酶体经LysoTracker标记(红色)，脂质过氧化通过Liperfluo(绿色)检测。比例尺为50 µm。(F) IEC-6细胞内Fe²⁺水平的流式细胞术分析。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。 (G) 激光共聚焦显微镜图像显示HSIOs中Fe²⁺积聚(橙色)。细胞核经Hoechst 33342染色(蓝色)。比例尺为100 µm。(H) SCD1抑制剂MF-438处理的HSIOs中4-HNE与MDA水平定量。结果以箱线图呈现。***, p < 0.001。(I) Scd1敲除条件下，经5 μM Erastin和/或10 μM LCA干预的IEC-6细胞存活率。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。 铁死亡的发生依赖于膜磷脂（PLs）过氧化，而含有多不饱和脂肪酸（PUFAs）、单不饱和脂肪酸（MUFAs）或饱和脂肪酸（SFAs）的PLs水平决定铁死亡敏感性。鉴于KEGG分析还提示不饱和脂肪酸（UFA）生物合成信号通路的显著富集（图4A），我们对IEC-6细胞进行靶向脂质组学分析，以探究UFA生成的改变是否参与LCA介导的铁死亡抑制效应。我们首先分析了17种游离脂肪酸的水平（图5A），发现IR显著提高细胞内两种关键促铁死亡PUFAs花生四烯酸（AA，20:4；p < 0.001）和肾上腺酸（AdA，22:4；p < 0.001）的水平（图5B）。在此基础上，10 µM LCA干预24 h后可抑制IR诱导的AA和AdA上调，同时增加两种已知具有抗铁死亡作用的MUFAs棕榈油酸（POA，16:1；p < 0.001）和油酸（OA，18:1；p < 0.001）的含量。与之对应，辐照细胞与对照组细胞相比在sn-2位点含有AA或AdA的磷脂酰乙醇胺（PEs）（如PE 16:0_20:4和PE 18:0_22:4）水平更高（图5C）。LCA可改善这些脂质的异常变化，显著提高包括PE 16:1_16:1（p = 0.0138）和PE 18:1_18:1（p < 0.001）在内的PE-MUFA水平。在磷脂酰肌醇（PIs）、磷脂酰甘油（PGs）、磷脂酰胆碱（PCs）、磷脂酰丝氨酸（PSs）、磷脂酸（PAs）以及双（单酰基甘油）磷酸酯（BMPs）等其他六种膜磷脂中，我们也观察到类似趋势（图S11）。 值得注意的是，IR提高了这些PLs中PUFA与MUFA的比值，而LCA可恢复脂质平衡（图5D）。上述结果表明，LCA能够重塑受照细胞脂质代谢，使其从易于发生铁死亡的PUFA富集状态，转为富含抗铁死亡MUFA的磷脂组成。 在被LCA重塑的脂质中，BMPs发生尤为显著的改变。作为晚期内体和溶酶体内腔膜的主要磷脂组分，BMP对于维持溶酶体膜完整性及其功能具有重要意义。鉴于LCA干预降低BMPs中多不饱和脂肪酸（PUFA）与单不饱和脂肪酸（MUFA）的比值，而该趋势与其缓解IR诱导的溶酶体脂质过氧化作用相吻合，我们推测BMP-MUFA（如BMP 18:1_18:1，图5E、F）水平增加可能与LCA的辐射防护效应相关。为验证该假设，我们向细胞中补充了50 µM BMP 18:1_18:1，发现该磷脂不仅能减轻溶酶体脂质过氧化（图5G），还可显著抑制IR诱导的Fe²⁺蓄积（p < 0.001；图5H）。因此，BMP-MUFA很可能作为LCA的下游效应分子，通过减少溶酶体铁泄漏来抑制IR诱导的铁死亡。 与LCA导致细胞内不饱和脂肪酸（UFAs）合成改变一致，InterPro富集分析提示脂肪酸去饱和酶在此过程中发挥作用（图S12）。具体而言，LCA上调辐照细胞中SCD1、脂肪酸去饱和酶1（FADS1）以及脂肪酸去饱和酶2（FADS2）等三种脂肪酸去饱和酶的表达（图5I）。通过逆转录定量PCR（RT-qPCR），我们验证了这一测序结果（图S13）。同时，我们还检测了铁死亡相关基因谷胱甘肽过氧化物酶4（Gpx4）、核因子E2相关因子2（Nfe2l2）以及酰基辅酶A（CoA）合成酶长链家族成员4（Acsl4）的转录水平。LCA干预对受照细胞中Gpx4和Nfe2l2的转录没有明显影响，但能改变Acsl4的表达。尽管如此，LCA干预后 Acsl4表达变化幅度远低于三种脂肪酸去饱和酶（图S13）。为探究SCD1、FADS1和FADS2在LCA辐射防护中的作用，我们利用小干扰RNA在IEC-6细胞中分别敲低这些基因的表达（图S14）。如图5J所示，三种效应蛋白的上调均有助于LCA降低IR诱导的细胞死亡，其中SCD1的效果最显著。与之相符，敲低Scd1可增强IEC-6细胞的辐射敏感性。由于SCD1负责催化饱和脂肪酸（SFAs）转化为单不饱和脂肪酸（MUFAs），我们推测LCA诱导SCD1上调可能引发MUFA-PLs水平增加。脂质组学研究证实，Scd1基因沉默减弱LCA提高MUFA和MUFA-PL水平的能力，恢复辐照细胞中PUFA与MUFA间高比值（图5A-F，S11）。因此，敲低Scd1可消除LCA对辐照细胞中脂质过氧化和Fe2+蓄积的改善作用（图4C-F）。在HSIOs中使用SCD1抑制剂MF-438也获得相同结论（图4G，H）。此外，当Scd1基因被敲低后，LCA不再保护细胞免受erastin诱导的损伤（图4I）。值得注意的是，外源性补充油酸（OA）可减轻Scd1基因沉默对LCA铁死亡抗性和细胞保护活性的不利影响（图S15）。综上，SCD1上调是LCA抑制IR诱导的铁死亡及其保护细胞免受放射损伤的关键机制。 图5. LCA通过上调SCD1表达重塑辐照细胞的脂质代谢 (A) 热图展示电离辐射(IR)和石胆酸(LCA)干预对IEC-6细胞中游离脂肪酸(FA)水平的影响。花生四烯酸(AA)、肾上腺酸(AdA)、棕榈油酸(POA)和油酸(OA)标注下划线。(B) IEC-6细胞中AA、AdA、POA以及OA的相对丰度。结果以箱线图呈现。***, p < 0.001。(C) IEC-6细胞中磷脂酰乙醇胺(PE)36:4、PE40:4、PE32:2以及PE36:2的相对丰度。结果以箱线图呈现。*, p < 0.05；**, p < 0.01；***, p < 0.001。(D) 雷达图展示PE、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酸(PA)、磷脂酰丝氨酸(PS)及双(单酰基甘油)磷酸酯(BMP)中多不饱和脂肪酸(PUFA)与单不饱和脂肪酸(MUFA)的比值。数据为五个样本的平均值。(E) 热图展示IR和LCA干预对IEC-6细胞中含FA的BMP磷脂(PLs)水平的影响。BMP18:1_18:1标注下划线。(F) IEC-6细胞中BMP18:1_18:1的相对丰度。结果以箱线图呈现。***, p < 0.001。(G) BMP18:1_18:1干预对IEC-6细胞溶酶体脂质过氧化的影响。细胞核着蓝色，溶酶体用Lyso-Tracker标记(红色)，脂质过氧化采用Liperfluo检测(绿色)，共定位呈现为黄色荧光。比例尺为50 μm。(H) 细胞内Fe²⁺水平的流式细胞术分析。结果以箱线图呈现。***, p < 0.001。(I) 经LCA干预的辐照IEC-6细胞中脂肪酸去饱和酶1(FADS1)、脂肪酸去饱和酶2(FADS2)以及SCD1的丰度。结果以箱线图呈现。*, p < 0.05。(J) 沉默Scd1、Fads1或Fads2基因条件下，IR和/或LCA干预对IEC-6细胞活力的影响。结果以箱线图呈现。**, p < 0.01；***, p < 0.001。 石胆酸通过TGR5-SREBP1信号通路上调SCD1表达 LCA作为内源性配体可激活细胞膜G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5）以及包括法尼醇X受体（FXR）、维生素D受体（VDR）和组成型雄烷受体（CAR）等在内的多种核受体。为探究这些受体在LCA辐射防护中的作用，我们采用小干扰RNA在IEC-6细胞中进行受体基因沉默（图S14）。干扰核受体亚家族1组H成员4（Nr1h4，编码FXR）、Vdr或核受体亚家族1组I成员3（Nr1i3，编码CAR）的基因表达对LCA的辐射防护效应无明显影响，但敲低G蛋白偶联胆汁酸受体1（Gpbar1，编码TGR5）基因削弱LCA减轻IR诱导细胞死亡的作用（图6A）。采用拮抗剂SBI-115对TGR5进行药理学抑制也阻断了LCA的辐射防护作用（图6B）。最重要的是，RT-qPCR和免疫荧光实验（图S16）均证实，Gpbar1基因敲低显著抑制LCA诱导的SCD1表达上调，表明LCA调控SCD1表达依赖于TGR5受体（p < 0.001；图6C）。 为阐明TGR5介导LCA调控SCD1表达的机理，我们首先进行链霉亲和素磁珠下拉实验和免疫印迹分析。如图6D所示， LCA可在IEC-6和HIEC-6细胞中结合TGR5受体蛋白，为其激活下游信号通路提供先决条件。由于TGR5受体激活可通过蛋白激酶B（AKT）信号通路调节SREBPs水平，而SCD1的表达受SREBP1调控，我们推测：LCA激活TGR5后，SREBP1可能介导SCD1表达上调。在辐照IEC-6细胞中，LCA在转录水平（图6E）和蛋白水平（图S16）均促进SREBP1表达。反之，敲低固醇调节元件结合转录因子1基因（Srebf1，编码SREBP1）削弱LCA上调Scd1表达的作用（图6C）。与之对应，无论是敲低Srebf1还是使用10 μM的SREBP抑制剂fatostatin，都会减弱LCA的辐射防护作用（图6A、B）。此外，与敲低TGR5导致SCD1表达下降结果一致，沉默Gpbar1基因可削弱LCA在辐照细胞中诱导Srebf1表达上调（图6E）。 考虑到人类基因组注释完整的优势，我们进一步在HIEC-6细胞中采用荧光素酶报告基因与染色质免疫共沉淀（ChIP）实验，验证SREBP1能否直接结合靶基因启动子区来促进SCD1表达。我们构建了五个截短SCD1报告基因质粒和SREBP1过表达质粒（图S17），并将其转染至HIEC-6细胞中。如图6F所示，SREBP1过表达显著增强报告质粒pGL3-SCD1-P1（-2000至+200）和pGL3-SCD1-P2（-1800至+200）的荧光素酶活性，但对pGL3-SCD1-P3（-1500至+200）、pGL3-SCD1-P4（-1000至+200）及pGL3-SCD1-P5（-500至+200）无激活效应，提示SREBP1应答元件定位于转录起始位点上游-2000至-1500核苷酸区间。通过突变JASPAR数据库预测的该区域内核心结合位点（-1737至-1728；表S3），SREBP1促进SCD1表达的作用随之消失（图6G）。此外，ChIP实验证实SREBP1可直接结合于SCD1启动子区（-1805至-1708；图6H），而在近端区域（-359至-190）未检测到信号。上述结果表明，SREBP1可结合SCD1启动子区促进该基因转录表达。 为明确LCA能否在体内诱导SREBP1与SCD1表达以及该效应是否依赖于TGR5受体，我们进一步利用Gpbar1基因敲除（Gpbar1-/-）小鼠进行TAI实验。免疫印迹实验揭示，口服LCA（15 mg/kg）可显著提升小鼠回肠组织中SCD1及其上游调控因子SREBP1与磷酸化AKT（p-AKT）的表达水平，且该效应在TAI暴露小鼠中尤为明显（图6I，S18A）。而在Gpbar1-/-小鼠中，LCA未能促进p-AKT、SREBP1以及SCD1表达。与免疫印迹实验检测结果一致，Gpbar1敲除可在转录水平抑制LCA对Scd1和Srebf1的上调作用（图6J）。以上结果共同证实，LCA通过激活TGR5–SREBP1信号通路上调SCD1表达。 图6. LCA通过G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5）5-甾醇调节原件结合蛋白1（SREBP1） 信号通路上调SCD1表达 (A) 沉默核受体亚家族1 H组成员4（Nr1h4）、维生素D受体（Vdr）、核受体亚家族1 I组成员3（Nr1i3）、G蛋白偶联胆汁酸受体1（Gpbar1）或固醇调节元件结合转录因子1（Srebf1）等基因条件下，IEC-6细胞经IR和/或LCA干预后的存活率。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(B) SBI-115或Fatostatin共孵育条件下，IR和/或LCA干预的IEC-6细胞存活率。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(C) Gpbar1或Srebf1基因沉默条件下，IEC-6细胞经IR和/或LCA干预后Scd1 mRNA的表达水平。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(D)链霉亲和素磁珠下拉实验检测LCA与TGR5的相互作用结果。生物素化LCA或生物素化IgG处理的细胞裂解物与链霉亲和素磁珠孵育以富集靶蛋白，沉淀物后以抗TGR5抗体进行免疫印迹分析。(E) Gpbar1基因沉默条件下，IEC-6细胞经IR和/或LCA干预后Srebf1 mRNA的表达水平。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(F) 双荧光素酶报告基因实验结果。将五个截短的SCD1报告基因质粒（P1-P5）转染至HIEC-6细胞，在对照或SREBP1过表达处理24 h后评估其活性。ns，无显著性；*, p < 0.05；***, p < 0.001。(G) 转染pGL3-SCD1-P2或pGL3-SCD1-MUT的HIEC-6细胞相对荧光素酶活性。ns，无显著性；**, p < 0.01。(H) 染色质免疫沉淀（ChIP）实验分析SREBP1与Scd1启动子的结合。使用假定SREBP1结合位点（−1805至−1708）和阴性对照区域（−359至−190）的引物对沉淀DNA进行PCR扩增。1% Input DNA作为阳性对照，代表性琼脂糖凝胶图像如图中所示。(I) LCA干预后小鼠回肠组织中TGR5、磷酸化蛋白激酶B（p-AKT）、AKT、SREBP1以及SCD1的蛋白水平。以β-Actin为内参，基于光密度分析的SCD1和SREBP1相对表达量以箱线图展示。*, p < 0.05；**, p < 0.01；***, p < 0.001。(J) IR和/或LCA干预后野生型与Gpbar1敲除小鼠回肠组织中Scd1和Srebf1 mRNA的表达水平。结果以箱线图展示。*, p < 0.05；**, p < 0.01；***, p < 0.001。 抑制SCD1活性及TGR5基因敲除削弱AT9(C/G)体内辐射防护效应 鉴于LCA含量在AT9(C/G)干预小鼠肠道中显著增加，我们推测LCA通过TGR5介导的SCD1上调及其对脂质代谢和铁死亡的调控作用，可能与AT9(C/G)的辐射防护效应相关。为证实猜想，我们首先通过转录组测序分析AT9(C/G)干预对辐照小鼠回肠组织生物学过程的影响。对差异表达基因（FC > 1.5 或 FC < 0.67，p < 0.05；其中上调基因2278个，下调基因2831个）进行的基因本体-生物过程注释分析显示，脂质代谢过程被显著富集（图7A），其中Scd1是上调最显著的基因之一（图7B）。RT-qPCR（图7C）和免疫印迹实验（图7D、E）进一步证实，AT9(C/G)干预可提高回肠组织中SCD1表达水平，且该效应在TAI暴露小鼠中更为明显。与细胞实验发现的SCD1上调促使脂质代谢向单不饱和脂肪酸（MUFAs）转变、并减少多不饱和脂肪酸（PUFAs）生成的结论一致，AT9(C/G)干预显著降低辐照小鼠体内促铁死亡AA（20:4；p = 0.00140）含量，同时提高OA（18:1；p < 0.001）水平（图7F），进而有效减轻脂质过氧化副产物4-HNE（p < 0.001；图7G）和MDA（p < 0.001；图7H），以及组织总铁蓄积（p < 0.001；图7I）。值得注意的是，口服MF-438可消除AT9(C/G)对上述指标的改善作用（图7F-I）。与之对应，抑制SCD1活性削弱了AT9(C/G)缓解IR引发肠黏膜屏障损伤的作用（图7J、S19）。 为明确TGR5是否在体内介导AT9(C/G)对SCD1蛋白的上调作用，我们随后利用Gpbar1基因敲除小鼠进行TAI实验。与辐照细胞中沉默Gpbar1基因的影响一致，该基因敲除显著抑制AT9(C/G)在TAI小鼠中上调SCD1及其上游效应因子SREBP1和p-AKT表达的能力（图7D、E、S18B）。RT-qPCR进一步证实Gpbar1敲除对Scd1和Srebf1表达的抑制作用（图7C）。与之对应，该寡肽在Gpbar1-/-小鼠中未能拮抗IR诱导AA生成，也无法减轻组织中4-HNE、MDA以及总铁蓄积（图7F-I），致使其对IRIII的缓解作用下降（图7J、S19）。以上结果表明，TGR5-SREBP1-SCD1信号通路活化在AT9(C/G)介导的肠道辐射防护中发挥关键作用。 图7. TGR5–SREBP1–SCD1信号通路活化介导AT9(C/G)在肠道中的辐射防护作用 (A) 回肠组织中显著富集的前六种基因本体-生物过程(GO-BP)注释，其中脂质代谢过程用红色箭头标注。(B) AT9(C/G)干预辐照小鼠与单纯辐照小鼠相比回肠组织中脂质代谢相关差异表达基因的火山图。(C) TAI和/或AT9(C/G)干预对回肠组织中Scd1和Srebf1基因表达的影响。结果以箱线图展示。**, p < 0.01；***, p < 0.001。(D) AT9(C/G)干预后小鼠回肠组织中TGR5、p-AKT、AKT、SREBP1和SCD1的蛋白条带，β-Actin作为内参。(E) AT9(C/G)干预后小鼠回肠组织中SCD1和SREBP1蛋白水平的定量分析。结果以箱线图展示。***, p < 0.001。(F) 小鼠回肠组织中花生四烯酸(AA)和油酸(OA)水平。结果以箱线图呈现。*, p < 0.05；**, p < 0.01；***, p < 0.001。(G-I) 小鼠回肠组织中4-HNE(G)、MDA(H)及总铁(I)水平。结果以箱线图显示。***, p < 0.001。(J) H&E染色显示SCD1抑制或Gpbar1基因敲除减弱AT9(C/G)对小鼠IRIII的改善作用。比例尺为200 μm。 讨  论 IRIII的发病机制与肠道菌群失调和肠上皮细胞铁死亡密切相关。本研究开发的寡肽AT9(C/G)能够通过调节肠道菌群抑制铁死亡，有效缓解IRIII。我们的研究结果显示，经肠道菌群代谢产生的次级胆汁酸LCA，是连接菌群改善与铁死亡抗性的关键效应分子。临床研究数据表明，IRIII的严重程度与患者粪便LCA含量呈负相关。这一发现在AT9(C/G)干预的小鼠中得到验证：经全腹辐照处理后，小鼠肠道LCA水平与肠绒毛长度以及回肠隐窝数量呈正相关。TGR5作为重要的G蛋白偶联受体，介导胆汁酸调节糖脂代谢的功能。我们通过体内外实验证实，LCA通过激活TGR5-SREBP1-SCD1信号通路降低肠上皮细胞对IR诱导的脂质过氧化易感性，从而抑制铁死亡并实现肠道辐射防护。 在肠道中，初级胆汁酸经携带胆汁盐水解酶（BSH）的菌种转化生成次级胆汁酸。本研究发现，AT9(C/G)干预可显著提高小鼠体内石胆酸与B. pseudolongum水平。多组学联合分析结果显示，肠道LCA含量与B. pseudolongum丰度呈正相关。补充B. pseudolongum可提高肠道LCA水平证实了这一关联线索。药物抑制BSH可消除B. pseudolongum引发的LCA含量增加，表明该益生菌表达功能性BSH。关于AT9(C/G)促进B. pseudolongum生长的潜在机制，我们推测可能涉及以下途径：一是该菌可将寡肽AT9(C/G)用作氮源以供生长；二是AT9(C/G)可能通过上调细菌的多肽转运系统，进而增强其增殖能力。 与既往研究报道的LCA可通过诱导细胞铁死亡发挥抗肿瘤效应的结论不同，本研究揭示LCA能够抑制IR诱导的肠上皮细胞铁死亡。这种功能差异可能与肿瘤特异的代谢重编程和差异微环境相关。LCA的抗铁死亡效应与新近报道的另一种次级胆汁酸牛磺石胆酸（TLCA）能够抑制铁死亡并缓解病毒性出血热结论一致。值得注意的是，LCA与TLCA均通过激活TGR5受体发挥铁死亡抗性。然而，TGR5信号通路的组织特异性效应需重点关注。尽管在肝脏中激活TGR5会加剧脂毒性诱导的细胞死亡和炎症反应，但其在肠道中的激活却能促进上皮再生。这种效应差异可能与TGR5表达水平以及组织代谢需求差异相关。作为膳食脂肪吸收的主要场所，肠道维持着缜密调控的脂质稳态并呈现高表达TGR5的特征。已知TGR5激活可减轻脂质蓄积，但其在肠道铁死亡调控中的作用尚不清晰。本研究建立TGR5信号通路与铁死亡调控网络间的明确关联，该发现对肠道病理生理学具有广泛的启示意义。鉴于铁死亡在肠道缺血再灌注损伤中发挥关键作用，而激活TGR5受体可缓解此类病症，我们推测TGR5介导的铁死亡抗性可能是其发挥缓解作用的潜在机理。 脂肪酸去饱和酶负责在饱和脂肪酸的酰基链中引入碳碳双键。其中，SCD1催化初始去饱和步骤，生成单不饱和脂肪酸（MUFAs）。我们发现SCD1是TGR5介导LCA铁死亡抗性的关键下游效应因子。在机制层面，LCA激活TGR5可促进SREBP1的表达，后者通过靶向SCD1启动子区上调其转录水平。SCD1上调提高辐照细胞中单不饱和脂肪酸磷脂（MUFA-PL）的水平，通过降低多不饱和脂肪酸磷脂（PUFA-PL）的比例来减轻脂质过氧化，并降低细胞内Fe²⁺水平，从而抑制细胞铁死亡。值得注意的是，BMP 18:1_18:1作为一种在溶酶体中富含的MUFA-PL，被发现可缓解IR诱导的Fe²⁺积累。该效应源于其对溶酶体膜脂质过氧化的减轻作用，从而阻止储存Fe²⁺外泄。以上发现不仅证实SCD1-MUFA轴在调控铁死亡信号通路中发挥关键作用，也佐证抑制SCD1在利用抗铁死亡进行肿瘤治疗中的潜力。除上调SCD1外，我们还发现LCA可降低促铁死亡PUFA-PL合成的关键驱动因子ACSL4表达水平。这种调控效应可能是由LCA启动的TGR5信号通路下游效应分子AKT活化所致，从而与SCD1协同抑制IR诱导的细胞铁死亡。 由于LCA经TGR5信号通路上调SCD1表达，其水平降低可能会导致肠组织中SCD1表达下降。然而，受限于临床样本数量，我们未能如评估LCA一样系统分析患者直肠组织中SCD1变化的诊断价值。这一科学问题仍需后续研究进一步探讨。此外，本研究还存在另一局限。考虑到在辐射防护、成本效益以及药物储存稳定性方面的优势，我们探究了AT9(C/G)的作用机理，但未深入分析其相较于HD5及其他多肽片段活性更佳的具体原因。后续研究以微生物组成和肠道菌群代谢产物差异为切入点，或能揭示AT9(C/G)展现出更出色辐射防护效应的具体机制。 结  论 本研究中，我们发现源自人肠道防御素HD5的寡肽AT9(C/G)可通过富集肠道B. pseudolongum增加LCA水平，从而有效减轻IRIII。IR可诱导多不饱和脂肪酸磷脂（PUFA-PL）蓄积并触发肠上皮细胞铁死亡。LCA通过激活TGR5受体信号通路促进SREBP1表达，后者转录上调SCD1，进而催化单不饱和脂肪酸（MUFA）产生并重塑脂质代谢。由于MUFA对PUFA-PL形成的拮抗作用，LCA可抑制IR诱导的细胞铁死亡并缓解IRIII。鉴于目前缺乏有效的IRIII治疗方案，AT9(C/G)是一种极具前景的肠道辐射防护候选药物。此外，由于LCA缺乏与炎性肠病、血栓性疾病等多种疾病的发病机制相关，且补充B. pseudolongum已被发现能够缓解阿尔茨海默病，AT9(C/G)作为一种寡肽益生元，除具有缓解IRIII的功效外，可能还存在更广泛的健康益处。 方  法 多肽制备 HD5购自MCE公司。HD5活性片段及FITC-AT9(C/G)多肽由安徽国平药业有限公司通过固相合成法制备。采用高效液相色谱系统（LC-10AT）和Inertsil ODS-SP色谱柱（5 μm，4.6×250 mm）分析产物纯度，用缓冲液A（0.1%三氟乙酸水溶液）和缓冲液B（0.1%三氟乙酸-乙腈溶液）进行15-55%线性梯度洗脱。多肽分子量通过LCMS-2020质谱仪测定，合成多肽的HPLC图谱及质谱数据见图S20。各肽段实测分子量与理论值高度吻合。 小鼠全腹辐照（TAI）实验 6-8周龄的C57BL/6J雄性小鼠（体重18-20克）购自北京维通利华实验动物技术有限公司。所有小鼠均饲养于陆军军医大学复合伤研究所SPF级动物房，环境条件恒定为温度22 ± 2℃、相对湿度为40-70%，采用12 h光照/黑暗循环。雄性小鼠随机分为八组：对照组（Sham）、辐照组（IR）、HD5 + IR组、AT9 + IR组、AT9(C/G) + IR组、AT28 + IR组、TG26 + IR组及CA23 + IR组；50只雌鼠随机分配至五组：Sham组、IR组、HD5 + IR组、AT9 + IR组和AT9(C/G) + IR组。所有小鼠每日经口灌胃35 μM多肽溶液（200 μL，PBS溶解），连续给药7天（每日一次）。实施全腹辐照（TAI）时，小鼠经腹腔注射1.25%三溴乙醇（400 μL）麻醉后，在授时因子时间点1（zeitgeber time 1）接受60Co源12 Gy γ射线照射（剂量率0.4 Gy/min）。TAI后继续给予多肽治疗3天。 为探究肠道菌群在AT9(C/G)介导辐射防护中的作用，将小鼠随机分配至六个实验组： Sham组、IR组、抗生素 + IR组（ABX + IR）、AT9(C/G) + IR组、AT9(C/G) + IR+ ABX组以及LCA + IR + ABX组。在AT9(C/G)处理前一周，于饮用水中添加氨苄青霉素（1 mg/mL）、甲硝唑（1 mg/mL）、新霉素（0.5 mg/mL）和万古霉素（0.5 mg/mL）。在LCA补充实验中，60只小鼠分为六组：Sham组、IR组及四个LCA干预辐照组（5、10、15和20 mg/kg）。LCA通过口服灌胃连续给药7天（每日一次），并于LCA给药开始后第4天实施TAI。随后监测小鼠30天存活率，并依据既定标准（表S4）在TAI后第4天进行疾病活动指数（DAI）评分。所有动物实验均经陆军军医大学（AMU）伦理审查委员会批准（审批号：AMUWEC20230292）。 组织病理学分析 将小鼠分为16组（Sham组、IR组、HD5 + IR组、AT9 +IR组、AT9(C/G) + IR组；Sham组、IR组、AT9(C/G)组、AT9(C/G) + IR组、AT9(C/G)B+ IR+ MF-438组、AT9(C/G) + IR+ Gpbar1-/- 组；Sham组、IR组、LCA组、LCA + IR组、LCA +IR+ Gpbar1-/- 组）进行TAI实验。在TAI前，小鼠分别接受为期7天的多肽口服干预或为期4天的LCA（15 mg/kg）干预（每日一次），并在辐照后继续治疗3天。MF-438以30 mg/kg/天的剂量通过灌胃给药。Gpbar1-/-小鼠（品系编号T012754）购自江苏集萃药康生物科技股份有限公司，其基因型鉴定结果见图S21。TAI后第3天，采用过量麻醉法处死小鼠并采集小肠组织。回肠样本于4°C条件下用卡诺固定液固定48 h，经乙醇梯度脱水后石蜡包埋。制备3 µm厚切片并进行苏木精-伊红（H&E）染色，随后测定回肠绒毛高度和隐窝数量。形态计量学分析由两名研究者采用双盲法进行。每个标本选取10根直立且分布良好的绒毛（轴线垂直于粘膜肌层），使用ImageJ软件（v1.53版）沿中央轴线测量从顶端至隐窝-绒毛连接处的高度。计量隐窝数量时，在三个随机选取的非重叠视野中用标定线勾勒粘膜肌层轮廓，以隐窝总数除以标定线总长度计算各标本的隐窝密度。 血清内毒素、IL-6及IL-1β检测 取辐照后小鼠新鲜血液样本，经离心处理（3000 rpm，15 min）分离血清。取100 µL血清等体积混合鲎试剂，37℃孵育10 min。加入100 µL显色底物继续孵育6 min后，以盐酸终止反应。添加偶氮试剂后，使用MD M2e型酶标仪测定545 nm处吸光度。采用酶联免疫吸附法（ELISA）定量检测血清中IL-6及IL-1β水平，所用试剂盒为武汉伊莱瑞特生物科技有限公司产品。 生物相容性评估 将6-8周龄、体重18-20克的C57BL/6J小鼠随机分为两组（每组n = 10）。实验组每日经口灌胃给予35 µM浓度的AT9(C/G)溶液200 µL，持续干预一个月；对照组则给予无菌PBS。采用全自动生化分析仪（DS161）检测AT9(C/G)干预第30天采集的小鼠血液中丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、肌酐及尿素氮水平。经尾静脉采血收集的样本使用XT-2000i全自动血液分析仪进行检测。实验结束后处死小鼠，取肠道、心脏、肝脏、脾脏、肺脏及肾脏组织进行H&E染色，并采用DX51光学显微镜观察组织病理学改变。 粪菌微生物移植（FMT） AT9(C/G)连续干预七天后，收集小鼠粪便样本，于无菌PBS中匀浆（1g/10 mL），离心（3000 rpm/min，30 s）。取上清液进一步离心（12，000 rpm/min，4°C，5 min）以沉淀微生物，随后重悬于2.5 mL PBS中用于每日灌胃。受体小鼠在粪菌移植前接受7天抗生素预处理以清除肠道细菌。连续7天粪菌移植后，小鼠进行TAI处理，随后继续接受3天粪菌移植。作为对照，健康野生型小鼠的粪便微生物采用相同方法收集。小鼠存活率记录方法同前述TAI模型。 宏基因组分析 自经PBS或AT9(C/G)干预七天后的小鼠中收集新鲜粪便样本，保存于-80℃至后续处理。另从以下两组实验对象中采集样本：TAI后三天接受对照处理或AT9(C/G)干预的小鼠；以及SCRT治疗前和治疗后七天的患者。使用磁珠法DNA提取试剂盒提取粪便中DNA并片段化处理为短序列。在进行片段筛选前，对DNA进行末端修复、加poly(A)尾并与Illumina测序接头连接。采用Agilent 2100生物分析仪评估文库质量，并通过qPCR进行文库定量（有效浓度>3 nM）。混合文库在Illumina PE150平台（北京诺禾致源）进行测序。 原始测序数据通过fastp（v0.23.1版本）进行质控处理获得高质量清洁读段，随后与小鼠参考基因组（GRCm38）比对以剔除宿主来源序列。采用MEGAHIT（参数：--presets meta-large、--end-to-end、--sensitive、-I 200、-X 400）对清洁数据进行从头组装。利用MetaGeneMark从长度≥500 bp的scaftigs中预测开放阅读框，并通过CD-HIT构建非冗余基因集。基因丰度分析中，使用Bowtie2将清洁读段与基因集比对，剔除每个样本中≤2条读段的基因以生成最终基因目录。 采用DIAMOND将单基因簇与Micro_NR数据库比对进行物种注释，并通过LCA算法确定物种分类。微生物α多样性通过NovoMagic分析平台计算七个指标：观测物种数、ACE指数、Shannon指数、Simpson指数、Chao1指数及Good's覆盖率。β多样性评估则基于Bray-Curtis距离进行ANOSIM分析以检验组间差异显著性。通过LEfSe分析（线性判别分析LDA得分阈值设为3）鉴定组间分类学差异。 细菌培养与鉴定 大肠杆菌（菌株编号25922）、B. pseudolongum（菌株编号25526）和丁酸梭菌（菌株编号19398）分别购自美国模式培养物集存库（ATCC），并分别于Mueller-Hinton肉汤、改良MRS肉汤及强化梭菌培养基中进行培养。共生梭菌（菌株编号364164）、普雷沃氏菌（菌株编号337399）和灰色拟普雷沃菌（菌株编号358370）购自BeNa菌种库（BNCC）。普雷沃氏菌与灰色拟普雷沃菌使用改良PYG肉汤培养。所有细菌均在含80%氮气、10%二氧化碳和10%氢气的厌氧工作站中培养。将菌悬液稀释至8×10⁸ CFU/mL后，与35 μM AT9(C/G)在48孔板中共培养16 h。大肠杆菌初始浓度调整为1×10⁸ CFU/mL。采用M2e酶标仪测定菌悬液在600 nm波长下的光密度值（OD600）。本实验设置三个生物学重复。 生物膜干涉实验（BLI） 将B. pseudolongum（1×10⁸ CFU/mL，500 µL）与100 µM生物素在避光条件下孵育30 min。孵育后，通过离心（10000 rpm，4°C，5 min）收集细菌，并用无菌PBS洗涤两次以去除未结合的生物素。随后，将生物素化细菌固定于链霉亲和素生物传感器上。采用生物膜干涉仪（Octet Red 96）在PBS中监测不同浓度（25、50、100和200 µM）AT9(C/G)的结合过程，持续180 s，振荡速度恒定为1000 rpm。所有数据均通过ForteBio Data Analysis 7.0软件扣除0 µM肽对照组的背景信号进行校正。 靶向代谢组学分析 取各组小鼠（PBS组和AT9(C/G)干预组，每组n = 6）粪便样本（各5 mg），加入氧化锆珠均质处理3 min。随后加入含内标的120 μL甲醇（CH3OH）进行代谢物提取，再次均质3 min后离心（18,000 g，20 min）。取上清液20 μL转移至96孔板，于epMotion工作站进行衍生化处理。样本用330 μL预冷的50% CH3OH稀释后，-20°C孵育20 min，离心（4,000 g，4°C，30 min）。最终取135 μL上清液与10 μL内标混合于新板中，供液相色谱-质谱联用（LC‒MS）分析。 采用超高效液相色谱-串联质谱系统于麦特绘谱生物技术（上海）有限公司进行靶向代谢组学分析。色谱分离采用BEH C18色谱柱（1.7 μm，2.1 × 100 mm），以0.4 mL/min流速进行18 min线性梯度洗脱。流动相组成为0.1%甲酸水溶液（洗脱液A）和乙腈/异丙醇（7:3，洗脱液B）。质谱检测采用正负极性切换模式，参数设置如下：毛细管电压1.5 kV（电喷雾正离子模式）或2.0 kV（电喷雾负离子模式），离子源温度150℃，脱溶剂气温度550℃，脱溶剂气流速1000 L/h。采用测试混合物、内标和混合样本作为质控标准。原始数据通过MassLynx软件（v4.1）进行峰积分、校准和定量分析。统计学分析在iMAP平台（v1.0，MetaboProfile）完成，筛选标准为p值<0.05、变量重要性投影（VIP）>1且倍数变化（FC）>2或<0.5的代谢物视为显著差异代谢物。采用R语言中的Spearman方法分析代谢组学与微生物组数据的相关性。 粪便与血清中的LCA测定 TAI后自经AT9(C/G)干预或未处理的小鼠中，收集粪便样本。样本称重后，加入1 mL PBS并使用磁珠匀浆3 min。将匀浆液在4°C条件下以3000 rpm离心15 min获取上清液。为评估B. pseudolongum定植后的粪便LCA水平，将ATCC 25526菌株于37°C厌氧条件下在MRS肉汤中培养。用无菌PBS制备细菌悬液，通过口服灌胃给予小鼠2×10⁸ CFU B. pseudolongum（200 μL）。GR-7（10 mg/kg）干预方案参照先前文献。干预七天后收集并处理粪便样本。小鼠血清中LCA的测定方法如下：取20 μL样本置于96孔板中，加入含内标的120 μL冰甲醇，涡旋振荡5 min。经4°C离心（4000 g，30 min）及衍生化处理后，密封板片并于30°C孵育60 min。加入330 μL冰50%甲醇终止反应，相同条件下再次离心后，转移135 μL上清至新96孔板，每孔补加10 μL内标。最终采用超高效液相色谱-串联质谱联用系统（ACQUITY UPLC‒Xevo TQ‒S，Waters）定量LCA水平。 细胞系鉴定与培养 HIEC-6、IEC-6及HCT116细胞系分别于2024年9月、2023年8月和2023年7月购自美国典型培养物保藏中心（ATCC）。这些细胞系此前未被报道存在错误鉴定或污染情况。采用GTB支原体检测试剂盒检测显示细胞无支原体污染。通过短串联重复序列（STR）分型对HIEC-6和HCT116细胞系进行鉴定，结果显示其与参考谱系匹配度均为100%。鉴于大鼠来源细胞缺乏标准化STR分型方案及公共数据库，我们采用靶向线粒体细胞色素c氧化酶亚基1的物种特异性PCR法确认IEC-6细胞系的种属来源。所有细胞均培养于含10%胎牛血清的DMEM培养基，置于37℃、5% CO₂条件下培养，且使用代次控制在8代以内。 细胞实验 将HIEC-6和IEC-6细胞以每孔5000个细胞的密度接种于无菌96孔板中，静置过夜使其贴壁。使用60Co放射源（剂量率：0.4 Gy/min）对细胞进行8 Gy γ射线照射。在辐照前6 h，分别加入终浓度为5、10、20 μM的LCA、bDCA及戊酰肉碱。Erastin（5 μM）在LCA处理前4 h加入。为探究SCD1、FADS1和FADS2在LCA介导的辐射防护中的作用，我们通过HiPerFect转染试剂将特异性siRNA（表S5）转染至IEC-6细胞进行基因沉默。为深入解析脂质作用机制，在辐照前用50 μM BMP 18:1_18:1或12.5 μM油酸预处理IEC-6细胞6 h，评估其对IR诱导细胞铁死亡特征标志物的影响。同时，HCT116细胞在辐照前接受10和20 μM LCA处理6 h，以评估LCA对辐照后肿瘤细胞存活的影响。IR后24 h采用CCK-8试剂盒检测细胞活力。使用JEM-1400 FLASH透射电子显微镜观察细胞线粒体形态变化。采用荧光探针C11-BODIPY581/591评估脂质过氧化水平。细胞内Fe²⁺浓度使用10 μM FerroOrange检测，荧光强度通过FACSVerse™流式细胞仪定量。总铁含量通过比色法测定。4-HNE和MDA含量分别采用ELISA及TBA法检测。溶酶体采用LysoTracker Red染色，脂质过氧化使用Liperfluo测定。 人类肠道类器官实验 正常回肠末端组织通过结肠镜检查从患者体内获取，操作过程严格遵循陆军特色医学中心伦理委员会指南（审批号：2022-223-01）。隐窝分离时，将回肠组织置于MasterAim®类器官团簇解离液中室温消化20 min，全程密切观察直至隐窝软化但保持结构完整。随后加入预冷的含1%青霉素-链霉素的Dulbecco's PBS（DPBS-PS）终止消化，200 g离心3 min。沉淀重悬于DPBS-PS后经70 μm细胞筛过滤，获得富含隐窝的滤液。将肠隐窝与Matrigel®按3-4个隐窝/μL的密度轻柔混匀，取40个隐窝接种于48孔板中央形成穹隆状胶滴，37℃固化15 min。最终加入预温的人小肠类器官完全培养基，置于37℃、5% CO₂条件下培养。对收集的类器官进行免疫荧光检测，测定人溶菌酶、黏蛋白2及Ki-67的表达以验证其人类来源（图S5）。类器官建立稳定生长状态后，接受8 Gy γ射线照射。照射前6 h分别给予终浓度为5、10和20 μM的LCA处理。照射后72 h通过明场成像评估类器官活性，使用ImageJ（v1.53）软件计数完整存活的人小肠类器官（HSIOs）。对于经10 μM LCA干预或未干预的照射组HSIOs，培养48 h后进行Fe²⁺、MDA及4-HNE水平测定。 患者样本采集 本研究采集了20例在陆军特色医学中心（2024年12月至2025年6月期间）接受新辅助短程放疗（SCRT）联合化免治疗的直肠癌患者的人体粪便与血清样本。研究严格遵循中国人民解放军陆军特色医学中心伦理委员会指导原则（批件号：2024285-01）开展，所有参与者均签署书面知情同意书并保留随时退出权利。患者详细特征见表S6，未收集社会经济地位、民族、种族或血统相关数据。所有受试者在治疗初期均接受相同SCRT方案（总剂量25 Gy，分5次照射，每次5 Gy，连续5天完成）。SCRT结束后经1周间歇期，患者接受2个周期CAPOX化疗联合ivonescimab治疗（间隔3周）。分别于基线期（SCRT前）和SCRT后第7天采集粪便与外周血样本，用于LCA检测和IL-6定量分析。粪便样本采集后立即置于无菌容器中并在-80°C冷冻保存。血清IL-6水平采用Elecsys IL-6检测试剂盒在罗氏Cobas e601全自动电化学发光免疫分析仪上进行测定。 蛋白质组学分析 采用含8 M尿素和100 mM三乙基碳酸氢铵的裂解液，自经10 µM LCA干预24 h或未处理的IEC-6细胞中提取蛋白质。12000 g离心后收集上清液，加入1 M二硫苏糖醇于56℃还原1 h，随后冰浴2 min。在室温避光条件下使用无水碘乙酰胺进行烷基化反应1 h。蛋白质定量后进行胰酶消化，并用甲酸（FA）调节pH值至<3.0。多肽经脱盐处理后，以0.1% FA/3%乙腈（ACN）洗涤三次，最后用0.1% FA/70% ACN洗脱。样品通过Vanquish Neo超高效液相色谱系统进行分析，该系统配备C18预柱（5 mm × 300 µm，5 µm）和分析柱（150 µm × 15 cm，2 µm）。质谱检测在北京诺禾致源科技股份有限公司完成，采用Thermo Orbitrap Astral质谱仪搭配easy spray离子源（喷雾电压1.9 kV）。数据采集采用数据依赖性模式，参数如下：一级质谱扫描范围380–980（m/z），分辨率240,000（200 m/z）；二级质谱扫描范围150–2000（m/z）。原始数据经DIA-NN软件处理后，剔除错误发现率（FDR）>1%的多肽和蛋白质。差异表达蛋白质的筛选标准为p值<0.05且倍数变化（FC）>1.5或<0.67。功能富集分析基于KEGG和InterPro数据库完成。 脂质组学分析 采用改良的Bligh-Dyer法从2×10⁶个IEC-6细胞（Con、IR组、LCA + IR组及LCA + IR + Si-scd1组）中提取脂质。具体步骤为：将细胞置于750 μL氯仿(CHCl₃):甲醇(CH₃OH):水(3:6:1, v/v/v)混合液中匀浆，4℃孵育1 h；随后加入350 μL去离子水与250 μL CHCl₃诱导相分离，离心收集下层有机相；以450 μL CHCl₃重复萃取，合并脂质提取物后采用SpeedVac真空离心浓缩仪干燥，-80℃保存。剩余水相及细胞沉淀经SpeedVac（H₂O模式）分别干燥处理。 采用Pierce BCA蛋白定量试剂盒测定干燥沉淀中的总蛋白含量。脂质组学分析由常州中科脂典生物技术有限公司完成，使用Nexera 20AD高效液相色谱系统串联Sciex QTRAP 6500 PLUS质谱仪。极性脂质在TUP-HB硅胶柱（150 mm × 2.1 mm，3 µm）上进行正相色谱分离，流动相组成：A相为CHCl₃:CH₃OH:NH₄OH（89.5:10:0.5）；B相为CHCl₃:CH₃OH:NH₄OH:水（55:39:0.5:5.5）。脂质定量采用多反应监测模式，内标物质包括：磷脂类（d9-PC32:0、d9-PC36:1p、d7-PE33:1、d9-PE36:1p、d31-PS、d7-PA33:1、d7-PG33:1及d7-PI33:1）；游离脂肪酸类（d31-16:0，Sigma-Aldrich；d8-20:4）。 共聚焦显微镜 B. pseudolongum（1×10⁸ CFU/mL）依次使用FM4-64（5 µg/mL，Invitrogen, Thermo Fisher Scientific）和Hoechst 33342（2 µM，Thermo Fisher Scientific）进行染色。染色后通过4℃离心收集菌体，重悬于100 µL无菌PBS中，与100 µg/mL FITC-AT9(C/G)在37℃共孵育30 min。取10 µL混合液涂布于载玻片，4%多聚甲醛固定。石蜡切片经二甲苯和乙醇脱蜡后，在95−100℃柠檬酸盐缓冲液（10 mM，pH 6.0）中抗原修复15 min。为观察IEC-6细胞中SCD1和SREBP1的表达水平，将细胞接种于12孔板无菌载玻片上（2×10⁵细胞/孔），经IR或LCA干预后用4%多聚甲醛固定10 min。样本随后与SCD1及SREBP1检测抗体孵育，所用抗体详细信息见表S7。图像采集使用蔡司LSM 780 NLO共聚焦显微镜，荧光强度定量分析通过ZEN 2011软件完成。 RT‒qPCR 采用RNAiso Plus试剂从小鼠回肠组织及IEC-6细胞中提取总RNA。使用ABscript Neo RT Master Mix for qPCR联合gDNA去除试剂盒进行反转录。采用2×Universal SYBR Green Fast qPCR Mix与CFX96 Touch™实时荧光定量PCR检测系统进行mRNA表达分析，以Actb或Gapdh作为内参基因。所用引物序列详见表S8。实验数据通过Bio-Rad iQ5标准版光学系统（v2.1版）进行分析。 转录组测序技术（RNA-seq） TAI后第三天收集经AT9(C/G)干预与未干预辐照小鼠的回肠组织（每组n = 3只小鼠），采用TaKaRa RNAiso Plus试剂进行总RNA提取。后续RNA测序及文库构建由诺禾致源公司完成。简要流程如下：首先通过poly-T寡核苷酸偶联磁珠分离mRNA，随后利用随机六聚体引物和M-MuLV逆转录酶合成第一链cDNA；继而采用DNA聚合酶I和dNTPs合成第二链cDNA，并使用AMPure XP系统纯化文库片段。测序在Illumina NovaSeq 6000平台上完成。 差异表达基因通过DESeq2软件（v1.4.5版）进行鉴定，显著性阈值设定为p < 0.05且FC > 1.5或FC < 0.67。基于GO数据库开展功能富集分析。 免疫印迹实验 收集IEC-6细胞和小鼠回肠组织并裂解提取蛋白质。每个样品取25 μg，通过10%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离。用于检测TGR5、SCD1、SREBP1、p-AKT及AKT抗体的详细信息见表S9。采用BeyoECL Plus化学发光试剂盒（P0018S，碧云天）和Bio-Rad ChemiDocTM MP成像系统对蛋白条带进行显影。以β-Actin作为内参。 链霉亲和素磁珠下拉实验 细胞在5% CO₂条件下，于37°C分别用10 µg/mL生物素化LCA或生物素化IgG处理1 h。经预冷的Tris缓冲盐水洗涤三次后，使用500 µL含蛋白酶抑制剂的RIPA裂解液裂解细胞。裂解产物随后与BeyoMag链霉亲和素磁珠在4°C孵育过夜以捕获磁珠-抗原复合物。经NETN缓冲液（20 mM Tris-HCl、100 mM NaCl、1 mM EDTA、0.5% Nonidet P-40）洗涤三次后，复合物通过15 μL 2×上样缓冲液煮沸5 min进行洗脱，随后进行免疫印迹分析。 双荧光素酶报告基因检测 对SCD1启动子区域进行一系列5'端截短片段（覆盖位置-2000至+200、-1800至+200、-1500至+200、-1000至+200及-500至+200）扩增，并将各片段分别克隆至pGL3basic载体的HindIII位点。所得重组质粒依次命名为pGL3-SCD1-P1至-P5。此外，通过定点突变试剂盒（TaKaRa MutanBEST）将pGL3-SCD1-P2中的SREBP1结合位点（ATCACACCAC）替换为单个腺嘌呤碱基，构建了突变型报告质粒（pGL3-SCD1-MUT）。在荧光素酶报告基因检测中，各重组报告质粒与内参载体pRL-TK（Promega）通过Lipofectamine 2000转染试剂共转染至HIEC-6细胞，转染培养基采用OptiMEM。转染24 h后，细胞分别接受对照处理或SREBP1过表达干预24 h。采用双荧光素酶报告基因检测系统测定荧光素酶活性，萤火虫荧光素酶信号均用对应的海肾荧光素酶活性进行归一化处理，以校正转染效率的差异。 染色质免疫沉淀实验（ChIP assay） 对HIEC-6细胞采用1%甲醛固定10 min。随后使用SDS裂解缓冲液裂解细胞，并通过超声破碎将染色质DNA剪切为200-1000 bp的片段。免疫沉淀采用2 μg抗SREBP1抗体进行，以正常IgG作为阴性对照。通过PCR对免疫沉淀DNA进行分析，所用引物覆盖-1805至-1708区域（该区域包含推定的SREBP1结合位点-1737至-1728）。另选用靶向无SREBP1结合位点的远端区域引物（-359至-190）作为基因组阴性对照，同时将总input DNA作为阳性对照。所有ChIP实验引物序列详见表S10。 小鼠回肠中花生四烯酸与油酸的测定 取小鼠回肠组织样本称重后，加入200 μL 0.9% NaCl溶液进行匀浆处理。采用1 mL氯仿:甲醇(2:1, v/v)混合液对匀浆液进行两次萃取，合并有机相后以温和氮气流吹干。随后加入1 mL含2.5%硫酸的甲醇溶液，80℃水浴水解1 h。待样品冷却至室温后，加入1 mL正己烷充分涡旋混合，小心转移上层正己烷相至1.5 mL微量离心管中，氮气浓缩后定容至100 μL。使用配备WM-CN100毛细管色谱柱(60 m × 0.25 mm × 0.2 μm)的Agilent 6890N气相色谱仪进行分析。 统计分析 使用GraphPad Prism软件（版本10.1.2）进行单因素方差分析（ANOVA），并进一步采用Tukey多重比较检验来确定统计学显著性。短程放疗（SCRT）前后患者粪便LCA水平变化通过双尾配对t检验分析，肠道微生物多样性（ACE指数与Shannon指数）的差异通过双尾非配对t检验评估。生存分析采用Mantel-Cox log–rank检验。疾病活动指数（DAI）评分以及B. pseudolongum补充后的粪便LCA水平通过Kruskal-Wallis检验进行分析。AT9(C/G)干预的TAI小鼠粪便中LCA含量与回肠绒毛长度/隐窝数量的相关性，以及SCRT后患者粪便LCA含量与血清IL-6水平的相关性，使用Spearman相关分析确定。基于蛋白质组学数据，通过非参数Mann-Whitney U检验，对对照组与LCA处理组辐照细胞中三种脂肪酸去饱和酶的表达水平进行统计学比较。统计参数均标注于图注中，p<0.05视为具有统计学意义。 代码和数据可用性： 本研究产生或分析的所有数据均包含于文中及其补充信息文件中。其他数据可根据合理要求从通讯作者处获取。由于伦理和法律限制，接受短程放疗的局部晚期直肠癌患者个体层面数据无法公开。相关数据需向数据管理员王成（wangcheng@tmmu.edu.cn）申请获取，并受当地政策法规约束。申请流程包括向研究管理团队提交研究方案以供审批，获批后需在符合《通用数据保护条例》（GDPR）等数据保护法规的前提下，通过受控访问的安全本地服务器进行数据分析。原始测序数据已存储于国家基因组科学数据中心（NGDC），登录号如下：PRJCA044489（全腹辐照前小鼠粪便样本宏基因组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa/browse/CRA029225）、PRJCA044490（全腹辐照后小鼠粪便样本宏基因组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa/browse/CRA029218）、PRJCA053109（患者粪便样本宏基因组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa-human/browse/HRA015356）、PRJCA044492（转录组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa/browse/CRA029221）、PRJCA044493（蛋白质组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/omix/release/OMIX011398）及PRJCA044494（脂质组数据；https://ngdc.cncb.ac.cn/omix/release/OMIX011401）。组学数据通过公共平台https://www.bioinformatics.com.cn/可视化，相关数据与可视化脚本存储于GitHub（https://github.com/Ouyang2026/iMeta）。补充材料（图表、图文摘要、幻灯片、视频、中文翻译版本及更新材料）可通过在线DOI或iMeta Science（http://www.imeta.science/）获取。 引文格式： Xue Ouyang, Yingjuan He, Zihao Jin, Shaobo Wang, Gaomei Zhao, Xiaona Su, Jia Du, et.al. 2026. “Inhibition of ferroptosis by microbiota-derived lithocholic acid underlies the intestinal radioprotection of a host defensin-derived oligopeptide.” iMeta 5: e70113. https://doi.org/10.1002/imt2.70113. https://doi.org/10.1002/imt2.70113. 作者简介 欧阳雪（第一作者） ● 陆军军医大学在读博士研究生。 ● 研究方向为放射性肠道损伤发生机制与防治，以第一作者（含共同）在iMeta、Gut microbes等期刊发表SCI论文3篇。 贺莹娟（第一作者） ● 陆军军医大学特种医学专业博士。 ● 研究方向为肠道菌群在放射性肠道损伤中的作用与机制研究，以第一作者（含共同）在iMeta、Gut microbes、ACS Applied Materials &Interfaces、Journal of Radiation Research等期刊上发表SCI论文7篇，以第一发明人授权国家发明专利2项。 靳子豪（第一作者） ● 陆军军医大学在读博士研究生。 ● 研究方向为放射性肠道损伤发生机制与防治，在iMeta、《陆军军医大学学报》等期刊发表论文6篇。 王少博（第一作者） ● 陆军军医大学第二附属医院肾内科实验师。 ● 研究方向为基于肠-肾轴的急/慢性肾病发病机制与防治研究，以第一作者（含共同第一）在iMeta、Gastroenterology、Theranostics、ACS Nano等期刊发表SCI论文9篇 ，授权国家发明专利2项。 王军平（通讯作者） ● 陆军军医大学教授，博士生导师。 ● 研究方向为核辐射及放射复合伤发生机制及防治技术。主持承担国家“863”计划、国家杰青、国自然重点项目等课题。以通讯作者在iMeta、Gastroenterology、Cell Stem Cell、Blood等国际著名期刊发表SCI论文80余篇。 王成（通讯作者） ● 陆军军医大学副教授，博士生导师。 ● 研究方向为放射性肠道损伤发生机制与防治技术。重庆英才计划青年拔尖人才。主持国家自然科学基金面上项目、全国重点实验室优秀青年基金等课题。以第一/通讯作者在iMeta、Gastroenterology、Gut Microbes等期刊发表SCI论文20余篇。 陈川（通讯作者） ● 陆军特色医学中心副教授，硕士研究生导师。 ● 研究方向为肿瘤个体化免疫治疗、精准靶向治疗以及高精度放射治疗技术，主持国家自然科学基金、重庆市重点项目等课题10项，以第一/通讯作者在iMeta、Signal Transduction and Targeted Therapy、ACS Applied Materials &Interfaces等期刊发表SCI论文20余篇。 更多推荐 （▼ 点击跳转） 高引文章 ▸▸▸▸ iMeta | 引用20000+，海普洛斯陈实富发布新版fastp，更快更好地处理FASTQ数据 高引文章 ▸▸▸▸ iMeta | 兰大张东组：使用PhyloSuite进行分子系统发育及系统发育树的统计分析 高引文章▸▸▸▸ iMeta | 唐海宝/张兴坦-用于比较基因组学分析的多功能分析套件JCVI iMeta封面 1卷1期 1卷2期 1卷3期 1卷4期 2卷1期 2卷2期 2卷3期 2卷4期 3卷1期 3卷2期 3卷3期 3卷4期 3卷5期 3卷6期 4卷1期 4卷2期 4卷3期 4卷4期 4卷5期 4卷6期 iMetaOmics封面 1卷1期 1卷2期 2卷1期 2卷2期 2卷3期 2卷4期 iMetaMed封面 1卷1期 1卷2期 期刊简介 “iMeta” 是由威立、宏科学和本领域数千名华人科学家合作出版的开放获取期刊，主编由中科院微生物所刘双江研究员和荷兰格罗宁根大学傅静远教授担任。目的是发表所有领域高影响力的研究、方法和综述，重点关注微生物组、生物信息、大数据和多组学等前沿交叉学科。目标是发表前10%(IF > 20)的高影响力论文。期刊特色包括中英双语图文、双语视频、可重复分析、图片打磨、60万用户的社交媒体宣传等。2022年2月正式创刊！相继被Google Scholar、PubMed、SCIE、ESI、DOAJ、Scopus等数据库收录！2025年6月影响因子33.2，中科院分区生物学1区Top，位列全球SCI期刊前千分之三(65/22249)，微生物学科2/163，仅低于Nature Reviews，学科研究类期刊全球第一，中国大陆5/585！ “iMetaOmics” 是“iMeta” 子刊，主编由中国科学院北京生命科学研究院赵方庆研究员和香港中文大学于君教授担任，目标是成为影响因子大于10的高水平综合期刊，欢迎投稿！ "iMetaMed"  是“iMeta” 子刊，专注于医学、健康和生物技术领域，目标是成为影响因子大于15的医学综合类期刊，欢迎投稿！ iMeta主页： http://www.imeta.science 姊妹刊iMetaOmics主页： http://www.imeta.science/imetaomics/ 出版社iMeta主页： https://onlinelibrary.wiley.com/journal/2770596x 出版社iMetaOmics主页： https://onlinelibrary.wiley.com/journal/29969514 出版社iMetaMed主页： https://onlinelibrary.wiley.com/journal/3066988x iMeta投稿： https://wiley.atyponrex.com/journal/IMT2 iMetaOmics投稿： https://wiley.atyponrex.com/journal/IMO2 iMetaMed投稿： https://wiley.atyponrex.com/submission/dashboard?siteName=IMM3 邮箱： office@imeta.science

单细胞组学 1. Self-reinforcing IL-1b signaling accelerates the development and recurrence of TCF3::HLF-positive B-ALL. IL-1β信号通路驱动TCF3::HLF阳性B细胞急性淋巴细胞白血病进展。TCF3::HLF融合蛋白定义的白血病亚型极具侵袭性且难以治愈。研究利用新型小鼠模型和单细胞测序发现，IL-1β自强化信号网络是驱动疾病进展和骨破坏的核心因素。该研究揭示了白血病传播的关键机制，并提出阻断IL-1β为该难治性白血病的潜在治疗策略。 B细胞急性淋巴细胞白血病 | IL-1β信号通路, TCF3::HLF | 单细胞RNA测序 Suzuki Aisa · … · Ikawa Tomokatsu · · 2026/03/03 该研究由东京理科大学Ikawa Tomokatsu团队完成 Blood 原文链接：https://doi.org/10.1182/blood.2025031521 2. Effect of platelet-rich plasma in refractory vitiligo by promoting the differentiation of dermal melanocyte progenitors via IGFBP-2/RhoA/YAP pathway. 富血小板血浆促进难治性白癜风黑色素再生。肢端白癜风因缺乏毛囊而治疗困难，亟需探索非毛囊依赖的黑色素细胞再生策略。研究通过临床试验和单细胞测序发现，PRP通过IGFBP-2/RhoA/YAP通路诱导真皮黑色素祖细胞分化，显著改善复色效果。该研究确立了真皮黑色素祖细胞的新来源，为难治性白癜风提供了有效的治疗方案。 白癜风 | 黑色素细胞分化, IGFBP-2/RhoA/YAP通路 | 单细胞RNA测序, 富血小板血浆治疗 Zhu Yijian · … · Jiang Min · · 2026/03/01 该研究由复旦大学附属华山医院姜民团队完成 Journal of advanced research 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.02.057 3. GITR activation potentiates anti-tumor immunity of tumor-infiltrating lymphocytes expanded from glioblastoma by rescuing exhaustion. GITR激活增强胶质瘤TIL疗效。TIL疗法在胶质母细胞瘤中受限于T细胞耗竭和免疫抑制。研究通过单细胞测序发现GITR在耗竭性CD8+ TIL中高表达，激活GITR可直接增强其活性并逆转Treg介导的抑制。这种双重作用机制与PD-1阻断协同，显著增强了小鼠体内的肿瘤控制。该发现确立了GITR作为抗肿瘤免疫的关键调节因子，为改进胶质瘤TIL疗法提供了新策略。 胶质母细胞瘤, T细胞耗竭 | GITR, NF-κB/KALRN轴, 免疫突触 | 单细胞RNA测序, TIL疗法 Zhou Jiayi · … · Wu Dinglan · · 2026/03/04 该研究由香港中文大学吴丁兰团队完成 Oncogene 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41388-026-03705-z 4. L1TD1 promotes colorectal mucinous adenocarcinoma progression by enhancing ABCC3 mRNA stability. L1TD1促进结直肠粘液腺癌进展。结直肠粘液腺癌（MAC）以大量粘液产生为特征，其调控机制尚不明确。单细胞分析发现L1TD1在MAC中高表达，并能通过增强ABCC3 mRNA的稳定性来促进粘液产生和肿瘤转移。机制上，L1TD1结合ABCC3的3'-UTR并激活MAPK信号通路。该研究揭示了L1TD1-ABCC3轴在MAC进展中的核心作用，为该亚型癌症提供了新的治疗靶点。 结直肠粘液腺癌 (MAC) | L1TD1, ABCC3, mRNA稳定性 | 单细胞RNA测序, RNA结合蛋白分析 He Haoqing · … · Yang Hui · · 2026/03/03 该研究由山东第一医科大学杨慧团队完成 Oncogene 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41388-026-03716-w 5. ACSL4-mediated astrocyte ferroptosis augments neuroinflammation and exacerbates NMOSD pathology. ACSL4介导星形胶质细胞铁死亡加重NMOSD。视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）是一种星形胶质细胞病，但其功能障碍机制尚不明确。研究通过单核RNA测序发现ACSL4介导的星形胶质细胞铁死亡加剧了神经炎症和脱髓鞘病变。在小鼠模型中，抑制ACSL4可减轻病理损伤并改善预后。这一发现证明了铁死亡在NMOSD进展中的作用，为该病提供了针对星形胶质细胞的新治疗策略。 视神经脊髓炎谱系疾病 (NMOSD) | ACSL4, 铁死亡, 星形胶质细胞 | 单核RNA测序, siRNA干扰 Wen Haixia · … · Wang Honghao · · 2026/03/03 该研究由广州市第一人民医院王洪华团队完成 Cell death and differentiation 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41418-026-01692-y 6. HIV-seq reveals gene expression differences between HIV-transcribing cells from viremic and suppressed people with HIV. HIV-seq揭示病毒转录细胞的基因表达差异。HIV转录细胞在抗病毒治疗期间持续存在，但因频率极低而难以通过常规单细胞测序研究。研究开发了“HIV-seq”技术，发现治疗抑制者的HIV转录细胞具有独特的抗炎特征，涉及TGF-β升高和IFN信号减弱。该技术为理解HIV在治疗期间的持久性机制提供了有力工具。 HIV持久性 | 抗炎特征, TGF-β信号, IFN信号 | HIV-seq, 单细胞RNA测序 Frouard Julie · … · Yukl Steven A · · 2026/03/03 该研究由加州大学旧金山分校Steven A. Yukl团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68797-3 7. Pharmacological stabilization of hypoxia-inducible factor 1-α dampens the interferon response and promotes glycolysis in Aicardi-Goutières syndrome. 稳定HIF-1α可抑制AGS综合征的干扰素反应。AGS是一种遗传性干扰素介导的疾病，其代谢特征尚不明确。研究通过单细胞转录组学发现AGS患者单核细胞中HIF-1α活性缺失，导致代谢模式转向氧化磷酸化。通过药物稳定HIF-1α可逆转代谢切换并显著降低炎症反应。该研究为AGS提供了新的代谢干预治疗思路。 Aicardi-Goutières综合征 (AGS) | HIF-1α, 干扰素反应, 代谢切换 | 单细胞转录组学, 靶向代谢组学 Batignes Maxime · … · Ménager Mickaël M · · 2026/03/03 该研究由巴黎大学Mickael M. Ménager团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69979-9 空间组学 1. A data-driven framework linking the connectome to spatial gene expression gradients inspired by chemoaffinity theory. 数据驱动框架揭示空间基因表达梯度与脑网络连接的关联。理解神经环路如何通过遗传编码构建是神经科学的核心问题。研究开发了SPERRFY框架，将全脑连接组数据与空间转录组图谱整合，推导出潜在的轴突布线位置梯度。该研究扩展了经典的化学亲和学说，为理解大脑连接的遗传逻辑提供了统一框架。 脑连接组构建 | 化学亲和学说, 基因梯度 | 空间转录组学, SPERRFY框架 Koike Jigen · … · Naoki Honda · · 2026/03/03 该研究由广岛大学Naoki Honda团队完成 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2516572123 2. Early-activated extracellular matrix proteins shape the metabolic and spatial dynamics of the kidney fibrotic microenvironment. 早期基质蛋白重塑肾纤维化微环境。肾纤维化受细胞串扰和代谢重编程影响，但早期激活的基质蛋白作用不明。研究发现ECM1通过调节整合素α2β1-RhoC-YAP轴抑制线粒体氧化磷酸化，敲除ECM1可减轻肾纤维化。该研究揭示了力学-代谢信号通路在纤维化中的作用，为肾病治疗提供了新靶点。 肾纤维化 | ECM1, YAP信号通路, 线粒体氧化磷酸化 | 空间转录组学, 蛋白质组学, AAV介导的基因敲低 Gui Yuan · … · Zhou Dong · Nature metabolism · 2026/03/03 ⭐ 该研究由康涅狄格大学医学院周东团队完成 原文链接：https://doi.org/10.1038/s42255-026-01458-3 基因组或者转录组学 1. Genomic evolution and re-emergence of a multidrug-resistant Clostridioides difficile RT027 clone with reduced vancomycin susceptibility driving a prolonged hospital outbreak. 多重耐药艰难梭菌RT027克隆的基因组进化驱动医院感染爆发。高风险RT027菌株在葡萄牙再次出现并引起长期爆发，其耐药性演变值得关注。研究通过全基因组测序发现该菌株携带罕见的万古霉素敏感性降低突变，并具有广泛的耐药表型。该研究强调了加强基因组监测和感染控制对遏制超毒力耐药菌株传播的必要性。 艰难梭菌感染 (CDI) | 万古霉素耐药性, 基因组进化 | 全基因组测序 (WGS) Isidro Joana · … · Oleastro Mónica · · 2026/03/03 该研究由葡萄牙国家卫生研究所Mónica Oleastro团队完成 Emerging microbes & infections 原文链接：https://doi.org/10.1080/22221751.2026.2640707 2. METTL3-mediated N6-methyladenosine modification of Dnajb1 modulates cardiomyocyte ferroptosis during myocardial infarction. METTL3调控心肌梗死中心肌细胞铁死亡。心肌梗死中铁死亡是关键死亡途径，但m6A修饰在其中的调控作用尚不明确。研究发现METTL3通过m6A修饰降低Dnajb1 mRNA的稳定性，进而削弱GPX4介导的抗氧化防御并促进铁死亡。过表达DNAJB1可显著改善心梗小鼠的心脏功能并减少梗死面积。该研究揭示了心肌损伤的表观转录组机制，为心梗治疗提供了新靶点。 心肌梗死, 铁死亡 | METTL3, Dnajb1, m6A修饰 | MeRIP-seq, RNA-seq Zhang Shuchen · … · Zhou Xiang · · 2026/03/03 该研究由南京医科大学Xiang Zhou团队完成 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2529187123 3. Feline Cancers: Cat-aloging the Mutational Landscape. 家猫癌症：编目突变图谱。通过对近500份家猫肿瘤及其配对正常组织的样本进行全基因组测序，研究揭示了猫与人类肿瘤基因组的高度相似性。研究发现TP53等基因是多种猫肿瘤类型的共同驱动因子，这是首次全面表征家猫的肿瘤基因组。这些发现支持将猫作为比较肿瘤学的重要模型，以促进跨物种的癌症研究。该研究为利用自然发生的动物模型开发人类癌症疗法提供了依据。 比较肿瘤学 | TP53, 驱动突变 | 全基因组测序 Cancer discovery · 2026/03/03 原文链接：https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-NW2026-0022 4. Shenkangling alleviates renal fibrosis induced by renal ischemia-reperfusion injury by mitigating mitochondrial damage through modulation of the STING signaling pathway. 肾康灵通过调节STING通路减轻肾缺血再灌注诱导的肾纤维化。肾缺血再灌注损伤（RIRI）易进展为慢性肾病，中药肾康灵（SKL）虽有疗效但机制不明。研究发现SKL能显著改善小鼠肾纤维化，其主要活性成分梓醇和罗通苷能抑制STING表达并修复线粒体功能。实验证实抑制STING可减轻线粒体损伤，从而缓解纤维化进程。该研究为SKL治疗慢性肾病提供了科学依据，并确定了STING作为潜在治疗靶点。 肾纤维化, 肾缺血再灌注损伤 | STING通路, 线粒体功能 | 转录组测序, 分子对接 Mao Yinhui · … · Zhou Hao · · 2026/02/26 该研究由浙江大学Hao Zhou团队完成 Phytomedicine : international journal of phytotherapy and phytopharmacology 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.phymed.2026.158020 5. A lineage-based model of scalable positional information in vertebrate brain development. 脊椎动物大脑发育中可扩展位置信息的谱系模型。大脑发育需要细胞在长距离内组织成精确模式，传统的扩散分子信号难以满足大规模扩展需求。研究通过分析小鼠和斑马鱼的发育表达数据，提出位置信息是通过细胞谱系继承而非仅靠胞外信号传递。研究发现主特征基因跨越多个空间尺度且在物种间保守，可由少量基因解码。该发现为理解组织模式形成提供了一个补充扩散机制的新框架。 大脑发育模式 | 细胞谱系, 位置信息 | 基因共表达分析, 计算建模 Kerstjens Stan · … · Zador Anthony M · · 2026/03/02 该研究由冷泉港实验室Anthony M Zador团队完成 Neuron 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.12.043 6. The modifiers that cause changes in gene essentiality. 导致基因必需性变化的修饰因子研究。突变表型在不同遗传背景下常有差异，理解其原因对解析基因型-表型关系至关重要。研究在18种天然酵母菌株中鉴定了39个必需性发生变化的基因，并定位了负责这些差异的遗传变异。发现这些变异通常发生在修饰基因中，通过间接补偿功能缺失来改变基因的必需性。该研究揭示了自然群体中基因必需性的普遍演化轨迹，对理解人类疾病的遗传背景效应具有重要意义。 遗传背景效应 | 基因必需性, 遗传修饰因子 | 遗传图谱绘制, 酵母自然菌株分析 Batté Amandine · … · van Leeuwen Jolanda · · 2026/03/02 该研究由马萨诸塞大学Jolanda van Leeuwen团队完成 Cell systems 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cels.2025.101515 7. Competition and compromise between exogenous probiotics and native microbiota. 益生菌与肠道原位菌群的竞争策略。益生菌干预能调节肠道微生物群，但其与原位菌群的竞争机制尚不明确。研究通过宏基因组和全基因组测序发现，高纤维饮食促进动物双歧杆菌V9定植，并揭示其与帕拉拟杆菌在菊粉利用上的竞争与妥协。该研究填补了生态位竞争理解的空白，为精准益生菌干预提供了理论依据。 肠道微生物群 | 生态位竞争, 营养代谢 | 宏基因组测序, 全基因组测序 Han Zhe · … · Zhang Jiachao · · 2026/03/02 该研究由海南大学张家超团队完成 Cell systems 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cels.2025.101516 8. TCR sequencing in cancer immunology and immunotherapy: what, when, where, why, and how. TCR测序在癌症免疫学中的应用综述。T细胞受体（TCR）的多样性对免疫监视至关重要，TCR测序已成为表征适应性免疫库的强大工具。本综述探讨了不同TCR测序平台的优劣，以及其在追踪克隆动态、预测抗原特异性和分析组织微环境中的应用。随着计算方法的进步，TCR测序将进一步推动癌症免疫治疗的精准化发展。 免疫库多样性 | T细胞克隆动态 | TCR测序, 生物信息学分析 Nose Yohei · … · Gnjatic Sacha · · 2026/03/03 该研究由西奈山伊坎医学院Sacha Gnjatic团队完成 Journal for immunotherapy of cancer 原文链接：https://doi.org/10.1136/jitc-2025-013499 9. Integrative epigenomic landscape of Alzheimer's Disease brains reveals oligodendrocyte molecular perturbations associated with tau. 阿尔茨海默病脑整合表观基因组图谱揭示少突胶质细胞异常。捕捉与阿尔茨海默病（AD）病理变异相关的表观遗传因素有助于揭示其发病机制。研究通过对472个AD大脑进行全表观基因组关联分析，发现Tau蛋白水平与少突胶质细胞基因（如BIN1、MBP）的甲基化异常密切相关。该研究揭示了Tau相关的少突胶质细胞损伤是多种Tau蛋白病的共同致病机制。 阿尔茨海默病 | DNA甲基化, 少突胶质细胞 | 全表观基因组关联分析 Oatman Stephanie R · … · Ertekin-Taner Nilüfer · · 2026/03/03 该研究由梅奥医学中心Nilüfer Ertekin-Taner团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68864-9 10. Clonal evolutionary analysis reveals patterns of malignant transformation of Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms of the pancreas. 克隆进化分析揭示胰腺IPMN的恶性转化模式。胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤（IPMN）是胰腺癌的关键前体，其演化过程对早期检测至关重要。研究通过多区域全基因组和转录组测序，识别出单祖先和多祖先克隆两种不同的演化轨迹，并描绘了免疫景观的变化。这些发现揭示了IPMN异质性及进展的复杂分子动力学，有助于完善早期诊断策略。 胰腺癌前病变 | 克隆进化, 恶性转化 | 全基因组测序, 转录组测序 Pea Antonio · … · Chang David K · · 2026/03/04 该研究由格拉斯哥大学David K. Chang团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69762-w 11. Mitotic microhomology-mediated break-induced replication promotes chromoanasynthesis. 有丝分裂MM-BIR促进染色体碎裂。染色体碎裂是癌症中常见的复杂染色体重排，但其生成机制尚不明确。研究开发了单分子长读段测序方法，发现在有丝分裂中发生的微同源介导断裂诱导复制（MM-BIR）是关键驱动力。该通路涉及MMEJ蛋白启动的Polδ依赖性复制，极易发生模板切换。这一发现解释了染色体碎裂的极端致突变性，对理解癌症起源具有重要意义。 染色体碎裂, 基因组不稳定性 | MM-BIR, MMEJ, Polδ | 单分子长读段DNA测序 Ngo Greg H P · … · Baird Duncan M · · 2026/03/03 该研究由卡迪夫大学Baird Duncan M团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70086-y 蛋白质组学 1. Pathogenic Role of SERPINB3-positive Neutrophils in Reinforcing Thrombus Stiffening during Ischemic Stroke. SERPINB3阳性中性粒细胞促进缺血性卒中血栓硬化。免疫细胞对卒中血栓机械性能的影响尚不清楚。研究通过蛋白质组学发现血栓中富集的SERPINB3中性粒细胞与预后不良相关，并证实其通过TGFβ1通路增强血栓硬度。该研究确定了SERPINB3作为卒中预后标志物及改善溶栓效率的潜在治疗靶点。 缺血性卒中 | SERPINB3, 中性粒细胞 | 激光捕获蛋白质组学 Zang Jiankun · … · Lu Dan · · 2026/03/03 该研究由暨南大学附属第一医院陆丹团队完成 Blood 原文链接：https://doi.org/10.1182/blood.2025029516 2. Low-input deep learning platform for citrullinated peptide identification, autoantigen discovery and rheumatoid arthritis treatment stratification. 深度学习平台助力类风湿关节炎诊疗。瓜氨酸化蛋白是类风湿关节炎（RA）的关键自身抗原，但其检测手段受限。研究开发了Iseq-Cit平台，实现了低样本量下的全球瓜氨酸化谱分析，发现其与RA严重程度密切相关。此外，研究构建了预测治疗反应的模型，并筛选出19个具有诊断潜力的候选肽段。该工作为RA的自身抗原发现和分层治疗提供了新策略。 类风湿关节炎 (RA) | 瓜氨酸化蛋白, 自身抗原 | Iseq-Cit平台, 深度学习, 蛋白质组学 Hu Meng · … · Dai Lunzhi · Nature biomedical engineering · 2026/03/03 ⭐ 该研究由四川大学华西医院代伦志团队完成 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41551-026-01628-4 3. Proteomics-based machine learning model for predicting secondary infection in HBV-related liver failure. 蛋白质组学模型预测HBV相关肝衰竭继发感染。乙肝相关肝衰竭患者极易继发感染，但早期预测工具匮乏。研究通过血浆蛋白质组学识别出LYZ、CALM1等关键蛋白，构建了具有高区分度的感染风险评估模型。该模型在预测28天死亡率方面表现优异，为肝衰竭患者的早期临床干预提供了可靠支持。 HBV相关肝衰竭, 继发感染 | 炎症与凝血通路, LYZ, CALM1 | 血浆蛋白质组学, 机器学习建模 Xiong Feixiang · … · Hou Yixin · · 2026/03/03 该研究由首都医科大学附属北京地坛医院侯艺馨团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69075-y 4. Subcellular proteomics reveals a blueprint for endosymbiont integration in trypanosomatid Angomonas deanei. 亚细胞蛋白质组学揭示内共生体整合蓝图。内共生体的获取是真核生物进化的关键，但其整合机制仍需深入研究。研究对含有内共生菌的德氏昂单胞菌进行了深度亚细胞蛋白质组分析，解析了数千个宿主和共生体蛋白的定位。该数据集为研究细菌整合过程及宿主与共生体间的代谢相互作用提供了重要基础。 内共生整合, 进化生物学 | 代谢相互作用, 蛋白亚细胞定位 | 亚细胞蛋白质组学, 遗传操纵 Hammond Michael · … · Yurchenko Vyacheslav · · 2026/03/03 该研究由俄斯特拉发大学Vyacheslav Yurchenko团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70084-0 代谢组学 1. Single-cell thiol profiling enabled by live-cell labeling reveals metabolic heterogeneity in ferroptosis. 单细胞硫醇谱分析揭示铁死亡中的代谢异质性。硫醇在氧化还原稳态中至关重要，但由于其含量低且易氧化，在单细胞水平进行多组分分析极具挑战。研究结合活细胞标记与有机质谱流式技术，实现了单细胞内27种硫醇及数百种代谢物的同步定量，揭示了铁死亡中谷胱甘肽代谢的异质性。该整合方法为监测代谢网络动态和研究细胞异质性提供了强有力的工具。 铁死亡 | 硫醇代谢, 谷胱甘肽 | 单细胞代谢组学, 质谱流式 Miao Daiyu · … · Bai Yu · · 2026/03/03 该研究由北京大学白玉团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70336-z 2. Downfield magnetic resonance signals serve as endogenous imaging biomarkers of nucleotide metabolism in glioma. 磁共振低场信号可作为胶质瘤核苷酸代谢的内源性生物标志物。胶质瘤具有显著的代谢改变，但传统磁共振波谱中低场信号的代谢来源及临床意义尚不明确。研究通过整合MRS与非靶向代谢组学，发现多个低场峰值与ATP相关的核苷酸代谢密切相关并能预测肿瘤生长。该框架为无创监测胶质瘤代谢重编程及预测疾病进展提供了新手段。 胶质瘤 | 核苷酸代谢, ATP | 磁共振波谱(MRS), 代谢组学 Zhu Xinyi · … · Wang Min · · 2026/03/03 该研究由浙江大学Wang Min团队完成 Communications biology 原文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-026-09780-y 多组学 1. Lacticaseibacillus paracasei 36 attenuates D-GalN/LPS-induced acute liver injury in mice via suppressing the TLR4/NF-κB/MAPK pathway and NLRP3 inflammasome activation through modulating the intestinal microbiota. 副干酪乳酪杆菌36缓解小鼠急性肝损伤。急性肝损伤死亡率高，益生菌通过肠肝轴调节炎症和氧化应激被视为潜在疗法。研究发现该菌株通过抑制TLR4/NF-κB通路和NLRP3炎性体，并调节肠道菌群及代谢物，显著减轻肝脏病理损伤。该研究为急性肝损伤的预防和治疗提供了新的益生菌策略。 急性肝损伤 | TLR4/NF-κB通路, 肠道微生物群 | 转录组学, 代谢组学 Wang Fei · … · Li Weifen · · 2026/03/01 该研究由浙江大学李卫芬团队完成 Journal of advanced research 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.02.052 2. Matrix stiffness-induced YEATS2 drives HCC progression via epigenetic activation of the TGFBR2-TAZ-AKT pathway. 基质硬度诱导的YEATS2驱动肝癌进展。YEATS2在多种癌症中高表达，但其在肝癌中的作用尚不明确。研究发现增加的基质硬度通过HIF-1α诱导YEATS2表达，进而通过表观遗传激活TGFBR2-TAZ-AKT通路。YEATS2与KAT2A相互作用，增加TGFBR2启动子区的组蛋白乙酰化，促进有氧糖酵解和肿瘤转移。该研究揭示了连接物理微环境与代谢重编程的新信号轴，提示YEATS2是潜在治疗靶点。 肝细胞癌 (HCC) | YEATS2, 基质硬度, 组蛋白乙酰化 | 染色质免疫共沉淀 (ChIP), 质谱分析 Zhang Yueqin · … · Dou Changwei · · 2026/03/03 该研究由浙江省人民医院窦昌伟团队完成 Cell death and differentiation 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41418-026-01697-7 生物信息软件 1. Disentangled Multi-modal Learning of Histology and Transcriptomics for Cancer Characterization. 解耦多模态学习框架提升癌症组织学与转录组学整合分析。整合病理图像与转录组数据面临模态异质性和对配对数据依赖的挑战。研究提出一种解耦多模态框架，通过子空间优化和知识蒸馏实现高效的癌症诊断与预后预测。该方法在多种癌症任务中表现优异，为多模态生物医学数据融合提供了先进的计算工具。 癌症诊断与预后 | 多模态异质性 | 深度学习, 多模态融合 Zhang Yupei · … · Li Chao · · 2026/03/03 该研究由Li Chao团队完成 IEEE transactions on medical imaging 原文链接：https://doi.org/10.1109/TMI.2026.3669968 2. Deep learning in biology faces a transferability crisis. 生物学深度学习模型面临严重的迁移性危机。构建通用模型是深度学习的目标，但误导性的迁移性声明威胁着性能评估的可靠性。文章指出生物科学领域中这一问题的严重性，并探讨了潜在的解决方案。该评论呼吁研究人员在评估生物学AI模型时应采取更严格和透明的标准。 模型可靠性 | 迁移学习 | 深度学习评估 O'Shea-Wheller Thomas A · Murray Katie I · · 2026/03/03 该研究由埃克塞特大学Katie I. Murray团队完成 PLoS biology 原文链接：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003656 3. Unified protein-small molecule graph neural networks for binding site prediction. 统一的蛋白质-小分子图神经网络提升结合位点预测准确性。准确识别配体结合口袋是结构药物发现的关键挑战。研究开发了YuelPocket模型，通过残基级和坐标级预测实现对结合位点的高精度定位，且在AlphaFold预测结构上表现稳健。该工具为功能注释和结构导向的药物研发提供了可靠的计算框架。 药物结合位点预测 | 蛋白质-配体相互作用 | 图神经网络 (GNN) Wang Jian · Dokholyan Nikolay V · · 2026/03/03 该研究由弗吉尼亚大学医学院Nikolay V. Dokholyan团队完成 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2524913123 4. PH2ST: Prompt-guided hypergraph learning for spatial transcriptomics prediction in whole slide images. PH2ST：用于病理图像空间转录组预测的提示引导超图学习。空间转录组（ST）技术成本高且覆盖有限，限制了其临床应用。研究提出了PH2ST框架，利用有限的ST信号引导多尺度组织学表征学习，从H&E染色图像中准确预测基因表达。该方法在多个数据集上表现优异，并能实现缺失位点填补和超分辨率预测。PH2ST为大规模、低成本的空间基因表达图谱绘制提供了强有力的工具。 空间基因表达预测 | 组织形态与基因关联 | 超图学习, 深度学习 Niu Yi · … · Gao Zeyu · · 2026/02/26 该研究由剑桥大学Zeyu Gao团队完成 Medical image analysis 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.media.2026.104008 5. Cross-species gene redesign leveraging ortholog information and generative modeling. 基于生成模型的跨物种基因重新设计。传统的密码子优化仅限于同义替换，难以捕捉自然进化中非同义突变带来的功能适应性。研究开发了OrthologTransformer模型，通过学习大规模同源基因数据，实现了保留蛋白质功能的跨物种基因优化设计。该AI引导的基因设计方法显著提升了异源基因的表达产量和酶性能。 异源基因表达 | 基因序列优化 | Transformer模型, 深度学习 Akiyama Manato · … · Sakakibara Yasubumi · · 2026/03/03 该研究由庆应义塾大学/北里大学Yasubumi Sakakibara团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69966-0 6. Integrated computational and experimental immunoengineering of adeno-associated virus capsid T cell epitopes in mice. 计算与实验整合优化AAV衣壳表位。AAV载体的免疫原性限制了基因治疗的长期疗效和重复给药。研究开发了EMMP管线，通过计算预测和实验验证系统性地修改AAV9衣壳中的T细胞表位。筛选出的R312Q突变体在保持转导效率的同时，显著降低了T细胞激活和抗体产生。该理性设计方法为提高基因治疗的安全性和有效性提供了新途径。 基因治疗免疫原性 | T细胞表位, MHC呈递 | EMMP管线, AAV衣壳工程 Bing Sojin · … · Mazor Ronit · · 2026/03/03 该研究由美国食品药品监督管理局（FDA）Ronit Mazor团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69917-9 7. iAODE for benchmarking and continuum modeling of single-cell chromatin accessibility. iAODE用于单细胞染色质可及性建模。单细胞染色质数据极其稀疏，反映了连续的发育轨迹。研究引入了iAODE，一种结合了神经ODE和变分自编码器的模型，旨在学习生成性的、时间连续的潜在空间。通过对数百个数据集的基准测试，iAODE在轨迹结构和鲁棒性方面优于现有方法。该工具为单细胞组学数据的连续发育建模提供了标准化基准和评估体系。 细胞发育轨迹 | 染色质可及性 | 神经ODE, 变分自编码器, scATAC-seq Fu Zeyu · … · Chen Shilei · · 2026/03/03 该研究由陆军军医大学陈士磊团队完成 Communications biology 原文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-026-09768-8 8. Uncovering evolutionarily remote and highly potent antimicrobial peptides with protein language models. 蛋白质语言模型挖掘高效抗菌肽。发现进化上遥远的抗菌肽（AMPs）对于应对抗生素耐药性至关重要。研究引入了HMD-AMP模型，从数千万个预测序列中实验验证了具有强抗菌活性的肽段，其中许多与已知AMPs同源性极低。最有效的肽段在小鼠大肠杆菌感染模型中显示出治疗功效且毒性较低。该研究为从宏基因组数据中挖掘新型临床候选药物提供了高效策略。 抗生素耐药性, 细菌感染 | 抗菌肽 (AMPs) | 蛋白质语言模型, HMD-AMP, 宏基因组挖掘 Yu Qinze · … · Li Yu · Nature biomedical engineering · 2026/03/03 ⭐ 该研究由香港中文大学李玉团队完成 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41551-026-01630-w 9. An ophthalmic video foundation model for surgical recognition and navigation with wet-lab porcine eye validation. 眼科视频基础模型助力手术导航。人工智能基础模型在术中应用受限于数据稀缺和实时性挑战。研究开发了OVFM模型，通过110万个手术视频剪辑训练，学习眼科手术的时空特征。该模型在手术识别和导航等任务中表现优异，并通过知识蒸馏实现了在显微镜单元上的实时部署。在猪眼模拟手术中，OVFM显著提升了医生的操作表现，展示了其在术中应用的巨大潜力。 白内障手术, 手术导航 | 时空特征学习 | 视频基础模型 (OVFM), 知识蒸馏, 自监督学习 Tu Puxun · … · Chen Xiaojun · Nature biomedical engineering · 2026/03/03 ⭐ 该研究由上海交通大学陈晓军团队完成 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41551-026-01622-w 10. LLM-assisted systematic review of large language models in clinical medicine. 大语言模型在临床医学中的系统评价。自2022年起，LLM在医学领域的评估迅速增加，但证据基础仍不透明。研究利用LLM辅助分析了4609项研究，发现仅极少数为前瞻性随机试验，多数集中在模拟场景。ChatGPT占据了主导地位，且LLM在约三分之一的比较中优于人类。该评价强调了目前高质量、以患者为中心的证据依然匮乏，临床采用前需更多大规模临床试验。 临床决策支持 | 模型性能评估 | 大语言模型 (LLM), 系统评价 Chen Sully F · … · Oermann Eric K · Nature medicine · 2026/03/03 ⭐ 该研究由纽约大学朗格尼医学中心Eric K. Oermann团队完成 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41591-026-04229-5 11. Bayesian machine learning enables discovery of risk factors for hepatosplenic multimorbidity related to schistosomiasis. 贝叶斯机器学习助力发现血吸虫病肝脾共病风险因素。肝脾多病共存的风险因素尚不明确，尤其是在慢性感染背景下。研究利用贝叶斯多任务学习框架分析了乌干达队列数据，识别出年龄、血红蛋白水平及门静脉纤维化是食管静脉曲张的关键风险因素。该模型提升了对肝脾共病的预测能力，为传染病监测和分诊提供了科学依据。 曼氏血吸虫病, 肝脾共病 | 风险因素识别, 门静脉纤维化 | 贝叶斯多任务学习, 超声检查 Zhi Yin-Cong · … · Chami Goylette F · · 2026/03/03 该研究由牛津大学Goylette F. Chami团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69528-4 12. Contrast-free identification of glioma blood-brain barrier status via generative diffusion AI and non-contrast MRI. 生成式扩散AI实现无造影剂评估胶质瘤血脑屏障。非增强MRI在评估血脑屏障（BBB）状态方面潜力巨大，可避免造影剂带来的不良反应。研究开发了基于扩散AI的CBSI模型，利用非增强图像高精度识别BBB状态，表现优于传统模型。该技术简化了临床工作流程，为胶质瘤的精准诊断和分级提供了安全高效的方案。 胶质瘤, 血脑屏障 (BBB) 状态 | 图像合成, 肿瘤异质性 | 生成式扩散AI, 非增强MRI Zheng Kaiyi · … · Zhong Liming · · 2026/03/03 该研究由南方医科大学钟黎明团队完成 Nature communications 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69578-8 声明：本文使用了AI进行翻译和总结

在生物医药研究的赛道上，“试错” 曾是长期以来的行业痛点：从靶点发现到药物筛选，从疾病机制探索到临床转化验证，每一步都依赖海量体外实验、动物模型支撑，不仅耗时数年、成本动辄上亿，更因细胞体外培养与人体生理环境的天然差异，导致大量实验成果在临床阶段折戟，基础研究与临床应用之间的 “转化鸿沟” 难以跨越。 中南大学湘雅医院团队在国际顶刊《npj Digital Medicine》发表的名为“AI-driven virtual cell models in preclinical research: technical pathways, validation mechanisms, and clinical translation potential.”重磅综述系统梳理了AI驱动虚拟细胞的技术路线、验证机制、应用场景及未来挑战，清晰勾勒出这一前沿技术从实验室创新到产业落地的全链路逻辑。今天，我们就结合综述核心内容，拆解 AI 虚拟细胞的核心奥秘。 AI 虚拟细胞全链路发展全景图 什么是AI虚拟细胞？不止是数字复制品！ 很多人误以为虚拟细胞只是电脑上模拟的细胞形态，实则它是集多模态数据、AI算法、生物机制于一体的“活的”数字系统。简单来说，虚拟细胞通过AI技术，将细胞的基因表达、蛋白质互作、代谢过程、信号通路等复杂信息，转化为可模拟、可预测、可调控的数字模型，既能精准还原细胞的真实生理状态，也能模拟药物干预、基因编辑等各类扰动下的细胞反应。 而一个可靠的AI虚拟细胞模型，离不开三大核心基础的支撑，三者缺一不可 多模态数据输入 单细胞测序、蛋白质组学、空间转录组学等前沿技术产出的生物数据，为模型搭建提供最真实的 “原始素材”；AI 技术支撑 深度学习算法深度挖掘数据背后的潜在关联，构建细胞状态的精准预测空间；生物机制约束 严格遵循已知的生物物理定律与分子机制，让模型预测摆脱 “空中楼阁”，兼具科学性与可靠性。 相较于传统细胞实验，AI 虚拟细胞的核心优势直击行业痛点 ——高效、精准、可重复，无需繁琐的实验操作，即可实现对细胞行为的快速模拟与预测，大幅缩短研究周期、降低研发成本，更能有效规避体外实验的局限性，让研究结果更贴近人体真实生理状态。 三大核心 AI 技术路线，撑起虚拟细胞的技术骨架 构建一个可靠、精准的 AI 虚拟细胞模型，并非单一技术能实现，而是需要多种 AI 技术协同发力、各司其职。综述中重点阐述的三大核心技术路线，是当前 AI 虚拟细胞领域的研究热点，更是支撑其功能实现的 “技术骨架”。 AI 虚拟细胞三大核心技术路线架构图 深度生成模型 这类模型（如VAE-GAN、扩散模型）不仅能精准拟合细胞的高维数据分布，还能生成虚拟的细胞表达谱，模拟药物扰动、基因敲除等场景下的细胞状态变化。比如UNAGI模型成功模拟特发性肺纤维化的细胞动态，预测出硝苯地平的抗纤维化潜力，后续得到临床样本验证；scDiffusion模型能生成高保真、高多样性的单细胞转录组数据，为罕见细胞类型的研究提供了珍贵的“虚拟样本”。 图神经网络（GNN） 细胞并非孤立存在，它们通过信号通路、空间邻近关系相互作用，GNN擅长处理这类“关系型数据”，将每个细胞视为节点，通过聚合周围细胞信息，还原组织微环境的复杂结构。scGNN模型在细胞类型识别、轨迹推断等任务上优于传统方法；SpaGCN模型结合空间邻接信息与基因表达矩阵，可精准解析肿瘤微环境异质性。 物理信息神经网络（PINNs） 它将生物物理定律（如代谢通量平衡方程）融入模型训练，解决了传统AI模型的“黑箱”问题，实现“可预测+可解释”。比如VCBA平台能精准模拟药物暴露下肝细胞、心肌细胞的动态反应，预测药物毒性的结果与体外实验、临床报告高度一致，有效规避了伪阳性风险。 三大技术路线并非独立存在，而是相互补充、协同发力，才能构建出更全面、更精准、更贴合人体真实状态的 AI 虚拟细胞模型，为后续的落地应用奠定坚实的技术基础。 从验证到落地：双重验证筑牢可靠性，两大领域开启规模化应用 综述中提出“计算 + 实验” 双重验证机制，为虚拟细胞的可靠性保驾护航；而经过验证的虚拟细胞，已在生物医药领域展现出巨大的应用潜力，核心聚焦药物研发与个性化医疗两大核心赛道。 AI 虚拟细胞双重验证机制流程图 双重验证机制，为虚拟细胞落地筑牢 “可靠性防线” 第一步：计算评估，验证模型的精准度与泛化能力 主要检测模型对现有生物数据的拟合度，以及对未知场景的预测能力，通过重建误差、分布一致性等量化指标进行评估；同时借助蒙特卡洛 dropout 等方法量化预测的不确定性，重点关注细胞群体分布的一致性，而非单一细胞的单点预测，确保模型具备良好的泛化能力。 第二步：实验验证，虚拟细胞落地的关键环节 这是连接虚拟模型与真实生物实验的核心步骤，主要通过三种方式实现： 基因编辑验证 利用 CRISPR/Cas9 技术，对模型预测的关键靶点进行敲除 / 过表达，验证靶点的真实功能；体外模型验证 通过类器官、器官芯片等前沿技术模拟人体微环境，验证模型预测结果的体外适用性；体内实验验证 结合动物模型与临床样本数据，确认模型在体内环境中的预测准确性与临床适用性。 两大核心应用场景，解锁生物医药研发新可能 经过双重验证的 AI 虚拟细胞，已成为生物医药研发的 “新利器”，在药物研发与个性化医疗领域的应用正逐步规模化，持续释放技术价值。 AI 虚拟细胞核心应用场景分布图 药物研发：全流程提速，破解研发效率低、成本高难题 在药物研发的全生命周期中，AI 虚拟细胞均可发挥重要作用： 靶点发现阶段：精准预测潜在疾病靶点及作用机制，减少靶点筛选的盲目性； 候选药物阶段：实现高通量 “虚拟筛选”，快速从海量化合物库中筛选出具有潜在活性的候选药物； 临床前研究阶段：模拟药物的体内代谢、毒性反应，有效规避伪阳性，大幅提升临床申报成功率；同时还能快速验证科研假设，减少无效实验，让药物研发从 “试错式” 走向 “预测式”。 个性化医疗：从概念到现实，实现精准化、个性化干预 将 AI 虚拟细胞与 “数字孪生” 技术结合，可实现从分子、细胞到组织、器官、个体的多尺度模拟，为个性化医疗提供核心支撑。针对癌症、罕见病等疑难疾病，可基于患者的个性化生物数据构建专属虚拟细胞模型，精准预测患者对不同治疗方案的反应，定制个性化干预方案；同时还能实现肿瘤耐药性的早期预警，及时调整治疗策略，让精准医疗真正从概念走向临床现实。 机遇与挑战并存：AI 虚拟细胞的未来发展之路 尽管 AI 虚拟细胞已在生物医药领域取得显著进展，展现出巨大的应用潜力，但要真正从实验室走向临床应用、实现产业化落地，仍需跨越诸多技术、监管与伦理的障碍。 三大核心挑战技术瓶颈 跨尺度耦合是当前最大难题，现有虚拟细胞多聚焦分子、细胞层面，需与组织、器官、个体模型深度融合，才能真正还原人体的复杂生理环境；同时模型的可解释性、生物数据的标准化、研究结果的可复现性等问题，也亟待进一步解决。监管空白 目前全球尚未建立针对 AI 生物模型的明确审查指南与监管体系，虚拟细胞的预测结果仍主要作为临床研究的辅助证据，难以成为临床决策的核心依据。伦理与合规 患者生物数据的隐私保护、模型的知识产权归属、预测结果的责任界定等问题，尚未形成统一的行业规则，成为虚拟细胞规模化应用的重要制约因素。 AI 虚拟细胞临床转化核心挑战图 三大发展方向 挑战背后，蕴藏着巨大的发展机遇。结合当前技术发展趋势与行业需求，AI 虚拟细胞的未来发展将聚焦三大核心方向：多技术深度融合： 推动深度生成模型、图神经网络、物理信息神经网络的协同应用，同时融合空间转录组学、活细胞成像等前沿生物技术，进一步提升模型的精准度、可解释性与模拟能力；跨尺度全链条整合： 突破分子、细胞层面的局限，实现从分子→细胞→组织→器官→个体的多尺度、全链条模拟，让模型更贴近人体真实生理状态；标准化与产业化： 推动生物数据的标准化、模型评估体系的统一，同时加快监管体系的完善与数据共享机制的建立，让 AI 虚拟细胞逐步走向产业化，成为生物医药研发的核心工具。 AI 虚拟细胞未来发展方向与趋势图 值得一提的是，AI 虚拟细胞并非要替代传统生物实验，而是与传统研究方法形成互补与闭环：通过虚拟模拟指导实验设计，减少无效试错；再通过真实实验结果优化虚拟模型，提升模型的精准度，形成 “虚拟→现实→虚拟” 的正向循环，推动生物医药研究向更高效、更精准的方向发展。 集思慧远深耕AI辅助药物开发领域，能够为您提供从靶点分析、虚拟筛选、SRP等分子实验验证、机制解析以及方案设计的全链条专业服务与协作支持。选择我们，让AI赋能您的靶点研究，在生物医药创新赛道上抢占先机、脱颖而出！ 往期推荐 · AI 赋能不可成药靶点！从 IDP 构象预测到变构位点挖掘，AI计算策略助您突破药物设计 "不可能" 边界，抢占科研先机！ AI药物重定位！中国药科大学王广基院士使用PROTAC化学蛋白质组学与多组学揭示抗失眠药物褪黑素通过靶向p300延缓衰老和AD 国自然+专利背书！陆军军医大学AI筛选抗焦亡抑制剂：多肽SK56精准靶向GSDMD孔道，脓毒症等炎症疾病显著缓解 用AI进行药物筛选与设计，简直降维打击！前沿算法和海量数据双加持，靶点定位又快又准，药物筛选优化效率飞起，科研成果转化快到超乎想象 关于集思慧远 集思慧远（GENEPIONEER）致力于将生命科学和化学相结合，助力客户达成科研创新的目标。更多信息请浏览：genepioneer.cn 南京集思慧远生物科技有限公司于2015年4月成立，是一家专业从事科研实验服务的公司。公司总部坐落在具有丰厚历史底蕴的南京，坐标在南京大学旁的江苏生命科技创新园，办公面积2000m²，员工人数100+。集思医学主营业务有： 1.基因/转录/蛋白/代谢/微生物等常规高通量组学及单细胞和空间转录组等时空组学； 2.表观组学：WGBS/Ribo-seq/CUT&Tag/ATAC-seq/Hi-c/m6A/m5C/ac4C等各类修饰）的表观遗传研究，助力新靶点发现、药物作用机制研究及疾病表观调控机制探索； 3.蛋白修饰：磷酸化、乙酰化、泛素化、乳酸化、组蛋白甲基化等修饰 4.专业的医学方案整体设计，利用生物信息学对公共数据进行深入挖掘分析，并提供干湿结合实验； 5.新靶点发现及验证服务，通过ABPP/TPP/DARTS等技术加速小分子药物靶点发现； 6.难成药靶点降解剂开发技术PROTAC； 7.基于AI的药物筛选/设计/优化/抑制剂开发等； 8.无需抗体的临近标记（PLA）技术提供蛋白互作研究。 9.纳米材料递送药物系统开发，定制化纳米载体设计与制备，解决药物靶向递送至病灶组织/细胞等药物递送难题。 集思的荣誉及成果：2017获国家高新技术企业，2020众创板挂牌，2021获江苏省民营科技企业称号。2024荣膺江苏省“专精特新”中小企业、栖霞高新区TOP20明星企业称号。创始人先后获“创业南京”人才计划二等奖，“中国江苏创新创业大赛”优胜奖，“南京市创新型企业家”称号等。集思的愿景：打造生命科学行业的航空母舰，为人类生命健康保驾护航，为人类生产生活谋福祉。