摘要：败血症是导致发病率和死亡率的主要原因，但我们对其生存机制或易感性的理解仍然有限。在这里，由于病原体通常会抑制宿主的防御机制，我们假设这可能会影响败血症的结局。我们通过微生物群分析、粪菌移植、抗生素治疗和盲肠代谢物分析，发现肠道微生物群衍生的色氨酸代谢物（包括吲

研究论文

● 期刊：Nature Microbiology(IF:20.5)

● DOI：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01882-9

●原文链接: https://www.nature.com/articles/s41564-024-01882-9

● 第一作者：Robert C. Keskey

● 通讯作者：Robert C. Keskey （rkeskey@uchicagomedicine.org） &

John C. Alverdy（jalverdy@bsd.surgery.uchicago.edu）

● 发表日期：2025-1-8

● 主要单位：

美国芝加哥大学、荷兰拉德布德大学、俄罗斯联邦重症监护医学和康复研究与临床中心、蒙彼利埃大学

翻译整理：马闯，深圳基因组所客座硕士在读

摘要Abstract

败血症是导致发病率和死亡率的主要原因，但我们对其生存机制或易感性的理解仍然有限。在这里，由于病原体通常会抑制宿主的防御机制，我们假设这可能会影响败血症的结局。我们通过微生物群分析、粪菌移植、抗生素治疗和盲肠代谢物分析，发现肠道微生物群衍生的色氨酸代谢物（包括吲哚类物质）在塞拉菌（Serratia marcescens sepsis.）败血症小鼠模型中增加了宿主的生存率。对巨噬细胞特异性芳香烃受体（AhR）敲除小鼠的感染实验表明，AhR的激活诱导了巨噬细胞的转录重编程，并增加了细菌清除和宿主生存。然而，来自多种病原菌的培养上清液在体外抑制了AhR的激活。我们还发现，分泌的肠杆菌素（enterobactin）在体外抑制了AhR的激活，并增加了败血症的死亡率。相反，口服或系统性补充色氨酸则提高了生存率。这些发现表明，败血症的生存率依赖于病原体抑制和微生物群衍生代谢物激活AhR之间的相互作用。

结果Results

细菌性败血症的存活取决于肠道微生物群

我们开始使用一种单一病原体模型，通过腹腔注射（IP）致死性感染塞拉菌（S. marcescens）MVI菌株（小鼠致病性分离株），该菌株在多个动物模型中已被证明能引起死亡（图1a）。在我们的研究中，为了区分系统性疾病对死亡率和其他指标的影响，我们使用核心体温来捕捉一个时间点，在此时小鼠看起来临床上健康，但其生存率可以在变得系统性生病之前准确预测。在感染过程中，存活和未存活小鼠在8小时后开始出现明显不同的变化，并在15小时后进一步区分，这些差异通过败血症评分（图1b）和核心体温（图1c）得到体现。正如预期的那样，与未存活组相比，存活小鼠在腹腔注射后8小时和15小时显示出较好的塞拉菌清除（图1d）。为了确认肠道微生物群在S. marcescens腹膜炎模型中对存活的要求，我们通过使用全身性头孢西丁（cefoxitin）和口服克林霉素（clindamycin）治疗5天来破坏小鼠的微生物群，这一治疗在腹腔注射S. marcescens前24小时完成。接受抗生素治疗的小鼠显示出显著的死亡率增加（图1e）。进一步支持微生物群在我们模型中的重要性的是，在感染时，通过灌肠给予来自健康同窝对照小鼠的盲肠内容物（即粪菌移植，FMT），能够拯救小鼠（图1e）。总之，抗生素导致微生物群的消耗增强了死亡率，而通过FMT修饰微生物群则提高了存活率，支持了微生物群在败血症结局中的关键作用。

为了将微生物群的变化与免疫系统的反应进行关联，我们研究了巨噬细胞在存活中的作用，因为它们在清除腹膜感染中起着核心作用。当使用克洛德隆酸脂质体去除巨噬细胞时，死亡率显著增加，且粪菌移植（FMT）不再有效地提高存活率（图1f）。此外，塞拉菌（S. marcescens）的清除与腹膜巨噬细胞（pMACs）中经典的M1和M2基因表达的显著差异相关。与未存活小鼠的pMACs相比，存活小鼠的pMACs在Nos2（一种M1表型的标志物，图1g）的表达上较低，而Arg1（一种M2表型的标志物，图1h）的表达较高。综合来看，这些数据表明，巨噬细胞对于存活和FMT拯救是必需的，并且它们表达与存活相关的特定表型。

图 1 | 来自塞拉菌（S. marcescens）腹膜炎的生存依赖于肠道微生物群，并与腹膜巨噬细胞（pMAC）表型相关。

a, 小鼠模型的腹腔注射塞拉菌（S. marcescens）。

b–d, 存活小鼠的特征包括较低的败血症评分（P = 1.5 × 10⁻⁴，8小时）（b），较高的核心体温（ΔT，温度变化）（P = 8.18 × 10⁻⁵，8小时）（c）和较低的腹膜中塞拉菌密度（d）。每组n = 7只小鼠；*P = 0.046；Mann–Whitney无配对t检验。

e, Kaplan–Meier生存曲线显示，通过抗生素（ABx）治疗（克林霉素和头孢西丁）破坏肠道微生物群会增加感染小鼠的死亡率，而通过粪菌移植（FMT）补充肠道微生物群可以防止死亡。每组n = 10只小鼠；P

f, Kaplan–Meier生存曲线显示，通过克洛德隆酸脂质体去除巨噬细胞会增加小鼠在腹腔注射塞拉菌后的死亡率。每组n = 5只小鼠；P

g,h, 从存活小鼠中分离的腹膜巨噬细胞（pMACs）表现出较低的经典M1基因Nos2表达，*P = 0.0001，15小时（g），同时表现出较高的经典M2基因Arg1表达，*P = 0.031，8小时，P = 0.00229，15小时（h）。8小时每组n = 4只小鼠；15小时时每组n = 6只小鼠；Mann–Whitney无配对t检验。S，存活小鼠；NS，未存活小鼠；Sm，塞拉菌；Cldr，克洛德隆酸脂质体；Lpsm，脂质体（载体对照组）。对于温度跟踪实验，n = 52（S，n = 21，NS，n = 31，来自3个独立实验）。误差条表示标准差。所有统计检验为双侧，且对多重假设检验使用了Benjamini–Hochberg（BH）校正。图a由BioRender.com创建。

细菌性败血症的存活取决于肠道微生物群

为了表征与存活相关的肠道微生物群，我们比较了在塞拉菌（S. marcescens）腹膜炎感染后15小时存活小鼠与未存活小鼠的肠道微生物群。通过16S rRNA测序，分析了盲肠微生物群，结果显示存活小鼠和未存活小鼠之间在α多样性（即Shannon指数）（扩展数据图1a）和β多样性（扩展数据图2a）上没有显著变化。然而，盲肠代谢物在存活小鼠和未存活小鼠之间存在显著差异，经过未感染小鼠的标准化后发现这一点（图2b），包括色氨酸代谢产物——吲哚代谢物的增加（补充表2）。这一发现的一致性表明，在塞拉菌感染期间，存活和未存活小鼠的盲肠中色氨酸水平降低，表明色氨酸代谢的增加（图2c）。然而，比较发现，FMT治疗组中的色氨酸浓度较高（图2c和补充表2）。当计算总的吲哚代谢物量时，存活小鼠和经过FMT治疗的小鼠的吲哚代谢物显著增加，相比于未存活小鼠（图2d和补充表2）。值得注意的是，FMT治疗将盲肠中的色氨酸和吲哚浓度提高到超过未处理和未感染小鼠的水平（补充图1c,d）。此外，尽管微生物群组成没有变化，存活小鼠的色氨酸衍生代谢物显著增加，揭示了仅用16S rRNA分析微生物群的局限性。接下来，我们测试了色氨酸衍生的吲哚是否会在该模型中改变腹膜巨噬细胞（pMACs），正如其他研究所描述的那样。首先，我们检测了腹膜渗出液中的吲哚代谢物，结果发现存活小鼠相较于未存活小鼠，几种吲哚代谢物显著增加（图2e和补充表2）。类似地，血清中吲哚-3-丙酸的浓度也显著增加（图2f）。此外，与我们之前的研究结果一致，存活小鼠的盲肠丁酸盐水平显著增加（扩展数据图2a–c）；然而，在存活和未存活小鼠之间，系统性丁酸盐没有差异（扩展数据图2d–f）。鉴于肠道和腹膜吲哚代谢物与存活的关联，我们接下来尝试确定吲哚生产如何促进存活的机制。

从细菌败血症中存活需要 AhR

众所周知，吲哚能激活芳香烃受体（AhR）。 AhR是一种在免疫细胞内表达的细胞内受体，已被证明会影响基因表达和细胞表型。基因表达和细胞表型。 因此，我们假设吲哚代谢物激活AhR是肠道微生物群调节免疫反应的机制。肠道微生物群调节免疫反应和驱动存活的机制。

为了验证这一点，首先使用小分子抑制剂StemRegenin 1 (SR1)抑制AhR，结果导致死亡率增加。此外，在SR1存在的情况下给予粪菌移植（FMT），不再能够防止死亡（图2f）。此外，抑制AhR与腹膜中塞拉菌（S. marcescens）显著增加（扩展数据图3a）及其在血液中的扩散（扩展数据图3b）相关。鉴于在该模型中巨噬细胞对于存活的必要性，我们接下来确定是否需要巨噬细胞特异性的AhR来维持存活。使用巨噬细胞特异性AhR敲除构建体（LysM-Cre × AhR fl/fl），我们观察到死亡率显著增加（图2g），这与较低的体温和较高的败血症评分相关（扩展数据图3c,d）。

图 2 | 存活的小鼠体内肠道微生物群衍生的色氨酸代谢物增加，而在该模型中，AhR 是存活的必要条件。

a, 腹部微生物群在门类水平的相对丰度。

b, 感染小鼠的肠道代谢物丰度（相对值）。

c,d, 小鼠腹部的色氨酸（c）和总印象代谢物（d）在注射塞拉菌（S. marcescens） 8小时后的变化（S组：n = 6，NS组：n = 7，FMT组：n = 5）。c, P = 0.0049，单因素方差分析后进行成对比较，BH校正；***P = 0.0082，NS组与FMT组比较；*P = 0.0504，S组与FMT组比较；P = 0.2401，S组与NS组比较。d, *P = 0.0153，S组与NS组比较；**P = 5.5 × 10−5，NS组与FMT组比较；***P = 0.0055，S组与FMT组比较，成对比较后进行BH校正。

e, 在腹膜中，存活小鼠的色氨酸衍生微生物代谢物相对于非存活小鼠的变化。

f, Indole-3-丙酸（3-IPA）的血清水平（比较存活小鼠[n = 7]与非存活小鼠[n = 6]）。

g, 芳香烃受体（AhR）抑制时，FMT的救治效果消失的Kaplan-Meier生存曲线。每组n = 5；P

h, 巨噬细胞中特异性敲除AhR（LysM-Cre × AhR fl/fl）减弱小鼠的存活能力，如Kaplan-Meier生存曲线所示；P = 0.0211；每组n = 20只小鼠。误差条表示标准差。所有统计检验均为双侧，且进行了多重假设检验的BH校正。

巨噬细胞中的AhR信号传导导致M2转录谱

由于AhR信号通路和巨噬细胞对S. marcescens感染后的存活至关重要，我们通过RNA测序对8小时后来自存活小鼠、非存活小鼠、AhR抑制剂（AhRi）处理小鼠、FMT治疗小鼠和AhRi与FMT联合处理小鼠的腹膜巨噬细胞（pMACs）进行转录组分析。未感染小鼠的pMACs用于数据的标准化对照。火山图展示了存活小鼠与非存活小鼠pMACs（图3b）以及FMT治疗小鼠与非存活小鼠pMACs之间的差异表达基因（log（折叠变化（FC））>1.5，假发现率（FDR）

结果还表明，存活小鼠在该模型中有一个独特的pMAC基因表达模式。通过对不同组别之间DEGs的基因集富集分析（GSE）（图3c及扩展数据图4b），我们观察到存活小鼠和FMT治疗小鼠的巨噬细胞中，预测的转录因子（包括AhR）的表达存在显著差异。已知对巨噬细胞极化重要的转录因子，包括IRF6、IRF4、KLF家族转录因子、HIF-1a、c-Myc和CREB，在存活小鼠与非存活小鼠之间（图3c）以及FMT治疗小鼠与非存活小鼠之间（扩展数据图4b）均存在显著变化。此外，使用ImmuneSigDB进行GSE分析时，每个单独组别的基因集均发生了显著变化（图3d）。为了更好地理解AhR调节的巨噬细胞在存活小鼠中的特征，我们应用Ingenuity Pathway Analysis（IPA）对存活小鼠与AhRi治疗小鼠的pMACs转录谱进行分析（图3e），并对FMT治疗小鼠与FMT加AhRi治疗小鼠的pMACs进行分析（扩展数据图4c）。IPA分析显示，AhR对通过IL-10信号、Toll样受体信号、IL-6和IL-12产生、以及巨噬细胞内的凋亡等方面的替代性巨噬细胞激活有显著影响（图3e及扩展数据图4c）。值得注意的是，已有研究表明，AhR调节NF-κB信号和IL-10的产生。综合来看，这些数据表明，AhR在巨噬细胞介导的细菌清除中的作用对存活至关重要。

吲哚激活巨噬细胞 AhR 增加细菌杀伤力

为了确认吲哚配体在体内激活AhR的能力，我们使用AhR荧光素酶报告细胞系在体外测试了已鉴定的吲哚的活性。为了再现体内腹腔中观察到的吲哚组成，我们组装了一种多组分的“吲哚混合物”，该混合物由吲哚-3-羧醛、吲哚-3-乙酸、吲哚-3-乳酸和色氨酸醇按不同浓度组成。我们观察到在较低剂量（0.01 mM至0.1 mM之间）下，吲哚依赖性地增强了AhR信号传导（图3f）。出人意料的是，在高浓度下（从5 mM起），AhR信号的抑制被观察到（图3f）。这种激活和抑制的模式在单独测试各个代谢物时也得到了验证（扩展数据图6）。然而，与吲哚不同，丁酸被观察到作为一种非常弱的AhR激动剂（扩展数据图7）。

为阐明选定的吲哚代谢物和AhR信号传导对巨噬细胞应对S. marcescens的影响，骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）在吲哚混合物存在下暴露于S. marcescens。通过检测Cyp1b的表达（一种经典的AhR激活下游基因），确认了BMDMs在吲哚反应中激活了AhR（图3g）。随后，通过庆大霉素保护实验测量了细菌杀伤活性。暴露于吲哚混合物后，BMDMs对S. marcescens的胞内杀伤显著增加，然而这一效果在AhR抑制的情况下被消除（图3h）。接下来，BMDMs在有无吲哚混合物的情况下暴露于S. marcescens的裂解产物。与体内观察到的转录改变相似，吲哚代谢物显著增加了Arg1和Il10的表达（图3i,j），而不影响促炎基因的产生（扩展数据图8）。综合来看，这些结果表明，吲哚代谢物通过AhR信号传导可以增强细菌清除，同时可能限制任何相关的免疫病理学。已有研究表明，AhR可以增加IL-10的产生，这在体外实验中得到了证实，其中BMDMs与吲哚混合物和S. marcescens裂解产物共同培养，显示IL-10蛋白的产生增加（图3k）。这些数据表明，吲哚代谢物可以调节巨噬细胞对S. marcescens的反应。

图 3 | pMACs的转录分析表明，存活的pMACs 具有不同的特征。转录分析表明，存活小鼠和非存活小鼠在AhR依赖性方面存在差异。

对从幸存者和未幸存者中分离的pMACs进行RNA测序，每组n=5。

a, 维恩图比较幸存者、未幸存者和FMT处理小鼠的巨噬细胞中差异表达的基因。

b, 火山图（log(FC) > 1.5，FDR

c，使用g:Profiler的GSE分析，比较幸存者和未幸存者，显示显著的转录因子。

d，使用ImmuneSigDB的GSE分析，比较幸存者、未幸存者和FMT小鼠的pMACs。

e，使用IPA比较幸存者和AhRi。

f，使用小鼠AhR报告细胞系测试吲哚对AhR激活的浓度依赖效应。DMSO的生物重复为n=3，0.01 mM浓度的吲哚混合物为n=12，0.1、1.0和10 mM浓度的吲哚混合物为n=3。P

g，BMDMs中Cyp1b1的相对表达量。n=11，P = 0.0001，单因素方差分析；*P = 0.00046，吲哚对比吲哚加AhRi；***P = 0.00092，吲哚对比DMSO，成对比较使用BH校正。

h，使用庆大霉素保护实验测试BMDMs暴露于0.01 mM吲哚混合物和S. marcescens的情况。每组n=11，P

i，j，BMDMs暴露于S. marcescens后Arg1（i）和Il10（j）的相对表达量。i，P

k，通过ELISA检测IL-10蛋白。P = 0.014，单因素方差分析。*P = 2.0 × 10⁻⁷，DMSO对比吲哚混合物；P = 2.2 × 10⁻⁹，吲哚混合物对比吲哚混合物加AhRi，成对比较使用BH校正。DMSO，n=6；吲哚混合物，n=9；吲哚混合物加AhRi，n=6。误差线表示标准差。

病原体的分泌物抑制吲哚 AhR 的激活

越来越多的证据表明，病原体能否引起致死性疾病，取决于其是否能够颠覆免疫系统。因此，我们接下来探讨了致病菌S. marcescens是否能通过干扰吲哚类化合物对巨噬细胞功能的影响，从而抑制AhR的激活。我们进一步研究了S. marcescens的外源产物是否能抑制吲哚类化合物激活AhR。结果表明，当AhR报告细胞系首先暴露于S. marcescens的培养上清液时，吲哚类化合物激活AhR的能力显著受到抑制，这一抑制作用取决于S. marcescens的生长阶段，使用来自细菌晚期对数生长期的上清液时，AhR的抑制作用较来自早期对数生长期的上清液更为显著（图4a，b）。当对S. marcescens的上清液进行分子量分级时，3 kDa的分馏液则无法产生这种抑制作用（图4c）。这些结果表明，S. marcescens可以分泌一种低分子量的化合物，能够对抗AhR激活的吲哚代谢物。因此，可能是由致病菌产生的产物抑制AhR活性的程度，以及这种作用是否能被肠道微生物群的产物缓解，可能决定了生存与死亡的结果。然而，进一步阐明这种相互作用的分子机制是必要的，以便定义一个更具普遍性的原理，来解释标准化感染挑战中群体内的变异性。

我们还想确定，观察到的肠道微生物源吲哚类化合物对AhR抑制作用是否能推广到其他与人类败血症相关的病原体。我们使用了我们的AhR报告细胞系，并在确认培养上清液无细胞毒性后，将细胞暴露于吲哚类化合物和其他病原体的上清液中（图4d）。在测试的菌株中，耐多药的S. marcescens（先前命名为ICU1-2）和一种致病性强的S. marcescens MVI都抑制了吲哚激活AhR。克雷伯氏菌属的Klebsiella oxytoca（先前命名为ICU1-2）和肺炎克雷伯菌（先前标记为ICU3-1）也抑制了AhR的激活，方式与S. marcescens相似（图4e）。在革兰氏阳性病原体如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和肠球菌（Enterococcus faecalis）以及常见的真菌病原体白色念珠菌（Candida albicans）中也观察到了AhR的抑制作用（图4e）。与S. marcescens类似，克雷伯氏菌和肠球菌的AhR抑制作用也依赖于细菌的生长阶段（图4f）。此外，将部分病原体的上清液按分子量进行分级，结果显示，类似于S. marcescens的情况，AhR激活的抑制作用仅在

图4 | S. marcescens外产物抑制吲哚介导的 AhR 激活。

研究了S. marcescens对AhR信号通路的影响。收集了早期和晚期对数生长期的S. marcescens滤液。将AhR报告细胞系暴露于滤液中，分别在有和没有吲哚混合物的情况下，确定其对AhR信号通路的影响。

a. 发现晚期对数生长期的滤液在0.01 mM和0.1 mM浓度的吲哚混合物存在的情况下，显著抑制了AhR的激活。P

b. 晚期对数生长期的滤液在0.1 mM浓度下，显著抑制了单个吲哚分子对AhR的激活。P

c. 滤液中小于3 kDa的分馏物在0.01 mM吲哚混合物存在的情况下抑制了AhR的激活。P

d–g. 收集了不同临床相关病原体的滤液，确定其是否能够在体外抑制吲哚激活的AhR，n = 3生物学重复。

d. 由于绿脓假单胞菌的滤液对细胞系有毒，因此从AhR激活实验中移除了它们。

e. 接着，将AhR报告细胞系（H1L1.1c2）暴露于吲哚混合物中，并与那些对细胞无毒的病原体滤液一起使用，以确定它们抑制吲哚激活AhR的能力。

f. E. faecalis和K. pneumoniae显示出对AhR的抑制作用，这一作用强烈依赖于其生长阶段。

g. 随后，通过分子量分馏法将病原体滤液进行分离，以确定是否大小（即

IND，吲哚混合物。误差条表示标准差。所有统计测试均为双侧检验，并在多假设检验中使用了BH校正。ICA，吲哚-3-羧醛；IAA，吲哚-3-乙酸；ILA，吲哚-3-乳酸；RLU，相对发光单位。

肠杆菌素抑制 AhR 增加细菌败血症的死亡率

鉴于病原体分泌的可溶性因子能够抑制吲哚介导的AhR激活，研究者开展了实验以识别这种抑制性配体。通过分子对接的方式，使用计算模型研究了AhR与潜在微生物配体的相互作用。根据对接评分，我们识别出几种潜在的微生物候选分子，这些分子能够与AhR相互作用（扩展数据图9和补充表3），包括肠杆菌素（enterobactin）、红色素（prodigiosin）、tilimycin、tilivalline和黑色素（melanin），这些是所研究微生物常见的次级代谢产物。有趣的是，在这些候选化合物中，基因组测序显示，上述实验中使用的克雷伯氏菌和 Serratia属菌均包含编码肠杆菌素的基因。此外，在体外评估肠杆菌素与AhR的结合时，肠杆菌素与AhR的结合稳定性类似于AhR拮抗剂SR1，且比吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid）与AhR的结合更为稳定，进一步表明其能够强烈抑制AhR（扩展数据图9和图5a）。质谱分析确认，S. marcescens MVI和K. oxytoca均能产生肠杆菌素（图5b）。在体外实验中，肠杆菌素显著抑制了吲哚激活AhR（图5c），且没有表现出细胞毒性（图5d）。这些发现首次表明，致病因子肠杆菌素能够抑制宿主的AhR信号传导。肠杆菌素是一种铁螯合剂，已多次被证明在铁螯合和革兰氏阴性细菌的致病性中起重要作用。为了确定铁螯合是否在肠杆菌素抑制AhR中的作用，我们测试了肠杆菌素在有无铁的情况下对吲哚激活AhR的抑制作用（扩展数据图10a）。铁螯合并未影响肠杆菌素抑制AhR激活的能力。此外，二羟基苯甲酸（DHBA），一种肠杆菌素的中间产物，也能通过抑制宿主金属蛋白酶在细菌致病性中发挥作用。我们在体外实验中发现，DHBA的不同浓度也能抑制吲哚激活AhR（扩展数据图10b）。当肠杆菌素在S. marcescens感染时被施用时，死亡率显著增加（图5e）。在所测试的剂量下，单独使用肠杆菌素并未导致死亡。综上所述，这些结果表明，病原体分泌肠杆菌素通过抑制吲哚介导的AhR激活，能够颠覆宿主的免疫反应。

图 5 | 肠杆菌素可以破坏宿主的免疫反应，并在 IP 感染 S. marcescens 后的死亡率中发挥作用。

使用Autodock来确定可能与AhR相互作用的微生物代谢物。

a. 显示了Enterobactin与AhR以及吲哚-3-乙酸与AhR之间的3D结合模式（i）、表面表示（ii）、分子对接的2D图示（iii）以及AhR与各自配体结合的残基（iv）。

b. 质谱分析显示，K. oxytoca和S. marcescens都能产生Enterobactin，且在液体培养的

c, d. Enterobactin显著抑制了体外吲哚激活的AhR（c），且没有表现出细胞毒性（d）；n = 3生物学重复。

e. 当Enterobactin与S. marcescens一起腹腔注射时，体内小鼠的死亡率显著增加（P = 0.0156），与DMSO对照组相比；n = 15每组。

误差条表示标准差。所有统计测试均为双侧检验，并在多假设检验中使用了BH校正。

口服色氨酸和全身性吲哚可提高败血症患者的存活率

尽管进行了不同剂量和剂量方案的测试，口服吲哚给药在该模型中并未改善生存率。我们推测，这一结果可能是由于吲哚在从口腔到结肠的过程中被肠道微生物复杂地消耗和代谢所致。因此，我们假设，正如其他研究所表明的那样，口服色氨酸补充能够促进肠道微生物产生更多的吲哚，从而改善S. marcescens、K. oxytoca和多病原体社区（PC：S. marcescens、K. oxytoca、E. faecalis和C. albicans）所引起的细菌性腹膜炎的生存率。K. oxytoca作为一种产生肠杆菌素的单一病原体，与S. marcescens类似，具有类似的作用。K. oxytoca也是一种对人类健康构成新兴重大威胁的病原体，与败血症相关，病原体社区由从危重病败血症患者中分离的病原体组成。我们在小鼠的饮用水中补充了1 mM的口服色氨酸，持续14天，然后进行腹膜感染。口服色氨酸补充显著改善了注射S. marcescens（图6a）、K. oxytoca（图6b）和PC（图6c）的小鼠生存率。在未补充口服色氨酸的小鼠中，感染后盲肠中的色氨酸和吲哚显著减少（图6d，f）。而口服色氨酸补充则在感染后维持了肠道中的色氨酸和吲哚水平（图6e，g）。

接下来，我们研究了是否系统性给药吲哚代谢物足以在感染能够抑制AhR的病原体后防止小鼠死亡。为此，我们将含有吲哚代谢物的混合物与致死剂量的S. marcescens、K. oxytoca或PC同时腹腔注射。与使用二甲基亚砜（DMSO）溶剂的对照组小鼠相比，腹腔注射0.01 mM的吲哚混合物显著提高了小鼠的生存率（图6h，k）。如前所述，存活的小鼠具有较低的败血症评分和较高的体温（图6i，j）。使用人类多病原体社区的重复实验未显示出生存率的提高。吲哚混合物未能挽救LysM-Cre × AhR基因敲除小鼠，进一步证明AhR在其生存效应中是必需的（图6l）。

我们还研究了来自两组不同败血症患者的粪便和血清，看看是否能在人体中观察到类似的吲哚代谢物趋势。与健康对照组相比，来自败血症患者的血清中，吲哚-3-丙酸和吲哚-3-乙酸显著减少（图6n，o及补充表4）。类似地，来自另一家重症监护病房（ICU）败血症患者的粪便样本显示，在存活的败血症患者中，粪便中的吲哚水平显著高于未存活的患者（图6m及补充表5）。这些发现表明，肠道微生物产生的吲哚代谢物在败血症患者的生存中起着重要作用。

图 6：全身给药吲哚混合物或口服补充色氨酸可防止小鼠IP感染 S.marcescens、K.oxytoca和由 K.oxytoca、E.faecalis、S.marcescens和C. albicans组成的PC后死亡。

a–c. 在感染S. marcescens（a）、K. oxytoca（b）和多病原菌（PC）（c）之前，给予小鼠口服补充色氨酸（1 mM，饮水中）2周，显著提高了它们的存活率。

d–g. 粪便的代谢组分析显示，在腹腔注射S. marcescens（Sm）后，色氨酸水平下降（d）。e. 色氨酸补充未显著增加感染前的粪便色氨酸，但在感染后仍观察到肠道色氨酸的显著下降。f, g. 类似地，我们观察到在腹腔注射病原体后吲哚的显著下降（f），而在色氨酸补充组中未观察到这种现象（g）。n = 10每组，*P

h. 在Sm腹膜炎感染时，系统性递送0.01 mM吲哚混合物腹腔注射，显著提高了小鼠的存活率。Kaplan–Meier生存曲线，n = 10每组，P = 0.0291，log-rank（Mantel–Cox）检验。

i. 败血症评分。所有吲哚处理的小鼠败血症评分均低于阈值；败血症评分 = 8（n = 10每组）。

j. 体温。所有吲哚处理的小鼠体温均超过阈值（32°C）。

k. 在K. oxytoca感染时，给予0.01 mM吲哚混合物腹腔注射的小鼠得到了拯救。

l. 与AhR fl/fl小鼠相比，LysM-Cre × AhR fl/fl小鼠无法通过腹腔注射吲哚得到拯救（n = 9 AhR fl/fl；n = 11 LysM-Cre × AhR fl/fl），P = 0.051。

m. 将健康对照组、小鼠败血症存活者和非存活者的粪便吲哚水平进行比较；P = 0.1741，健康组与非存活者相比；*P = 0.0055，存活者与健康组相比；**P = 0.0030，存活者与非存活者相比（健康对照组，n = 21；存活者，n = 5；非存活者，n = 5）。

n. 将败血症患者（n = 11，26个样本）与健康对照组（n = 48）的血清中吲哚-3-乙酸（I3AA）水平进行比较，P = 0.0003。

o. 在相同患者的血清中比较3-IPA水平（n = 11，26个样本），P = 0.0005。

Ko，K. oxytoca。误差条表示标准差。所有统计测试均为双侧检验，并在多假设检验中使用了BH校正。T0，注射前时间。Trp，色氨酸。

作者简介

芝加哥大学医学中心Robert C. Keskey博士是本文的第一作者，John C. Alverdy 医学博士为本文的通讯作者。

Robert C. Keskey博士（第一作者）

Robert C. Keskey博士是伊利诺伊州芝加哥市的一名普通外科医生，隶属于芝加哥大学医学中心。他在路易斯维尔大学医学院获得医学学位，并已从业6至10年。发表论文56篇，h指数17。

John C. Alverdy（通讯作者）

John Alverdy运营着一个由美国国立卫生研究院 (NIH) 资助的实验室，该实验室持续资助，研究细菌和肠粘膜的分子相互作用，以了解创伤和重大手术后以及危重疾病期间如何出现危及生命的感染。John C. Alverdy在Nature、Science等期刊上发表论文，总引用超过2万次，h指数73。

来源：微生物组