摘要：炎症性肠病（IBD）包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC） ，是一类以肠道慢性复发性炎症为特征的免疫相关疾病。其发病机制虽未完全明确，但肠道菌群失衡、屏障功能障碍被认为是关键因素。肠道通透性升高是IBD的早期标志，常伴随细菌易位和免疫激活。研究表明，NAD

研究背景

炎症性肠病（IBD）包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC） ，是一类以肠道慢性复发性炎症为特征的免疫相关疾病。其发病机制虽未完全明确，但肠道菌群失衡、屏障功能障碍被认为是关键因素。肠道通透性升高是IBD的早期标志，常伴随细菌易位和免疫激活。研究表明，NADPH氧化酶家族成员DUOX2在IBD患者中持续高表达，可能通过TLR4通路参与抗菌免疫与氧化应激的调控。然而，DUOX2能否直接诱导肠道屏障通透性改变、菌群失调及亚临床炎症的发生，仍有待进一步明确。本研究基于动物模型，结合体外实验和临床样本，系统评估DUOX2在IBD发生中的作用及其作为潜在干预靶点的可行性。

研究方法

研究团队构建了肠上皮特异性DUOX2活化小鼠模型（vTLR4）及其DUOX2敲除模型（vTLR4 DUOXA IEC-KO），用于评估DUOX2活化对肠道通透性、细菌易位及亚临床炎症的影响。通过肠道菌群移植实验，进一步考察IBD相关菌群是否可诱导DUOX2表达，并影响肠道屏障功能的稳态。研究还整合RNA测序与粪便代谢组学，系统解析宿主与菌群之间的分子互作机制。此外，利用患者活检组织和血清样本，验证DUOX2在IBD发病过程中的致病潜能，并评估丁酸盐及组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂在抑制DUOX2活性、恢复上皮屏障功能和缓解炎症中的效果。

研究结果

DUOX2活化诱导屏障破坏与细菌易位

本研究发现，在vTLR4小鼠中，DUOX2的持续活化显著破坏了肠道屏障功能，具体表现为血浆中荧光示踪分子FD4的含量升高，同时肝组织中细菌定植水平上升。而在DUOX2失活的小鼠中，上述现象均得到明显缓解。转录组分析进一步显示，vTLR4小鼠结肠黏膜中与紧密连接相关的基因（如Jama和ZO-1）表达下调，血浆中zonulin水平显著升高，提示DUOX2活化可破坏上皮屏障的结构完整性，从而促进细菌易位的发生。

图1 DUOX2的活化改变了肠道通透性。A. 动物模型示意图；B. 实验设计流程图；C. 血浆中FD4水平的定量分析；D. 左图：肝组织中细菌定植的CFU计数；右图：肝匀浆培养所得细菌的代表性图像；E. 结肠组织中Jama和Zo-1的基因表达水平；F. 血浆中Zonulin浓度的定量分析。

DUOX2诱导亚临床炎症依赖菌群参与

为探讨DUOX2持续激活在炎症发生中的作用机制，本研究对vWT、vTLR4及vTLR4 DUOXA IEC-KO小鼠的结肠黏膜组织进行了RNA测序分析。结果显示，相较于vWT小鼠，vTLR4小鼠结肠黏膜中多种与氧化应激及炎症相关的基因（如Tnfα、Il1β、Cxcl1和Cxcl2）显著上调，提示局部炎症信号被激活。尽管组织学评估未发现明显的炎症细胞浸润，vTLR4小鼠外周血中SAA1、CXCL1和CXCL2水平显著升高，呈现出典型的亚临床炎症特征，可能使宿主对后续炎症刺激更加敏感。在DUOXA基因失活小鼠中，上述促炎因子的表达明显下调，系统性炎症标志物亦恢复至接近正常水平，进一步支持DUOX2持续激活在诱导亚临床炎症中发挥关键作用。

图2 DUOX2激活促发炎症和促肿瘤相关通路。A. vTLR4小鼠与vWT小鼠结肠组织的差异表达基因热图；B. vTLR4与vTLR4 DUOXA IEC-KO小鼠的差异表达基因热图；C. vTLR4小鼠的通路富集分析；D. vTLR4 DUOXA IEC-KO小鼠的通路富集分析；E. 小鼠结肠上皮细胞中Tnf、Il1β、Cxcl1和Cxcl2的表达水平；F. 血浆中SAA、CXCL1和CXCL2浓度。

进一步研究发现，即使在无菌条件下，活化的DUOX2仍可导致肠道通透性升高，表现为血浆中FD4和zonulin水平的增加。然而，在这一状态下，Tnfα、Il1β等炎症因子的表达并未明显上调，提示DUOX2介导的炎症反应依赖于肠道菌群的存在。类似地，在经抗生素处理清除菌群的小鼠中，虽然肠屏障功能仍受损，但并未观察到显著的炎症反应。上述结果表明，DUOX2活化可直接破坏上皮屏障结构，而炎症信号的放大则需肠道菌群的协同参与。

图3. 无菌vTLR4小鼠表现出肠上皮通透性增加但未伴随低度炎症反应。A. 结肠上皮细胞中H2O2产生速率；B. 血浆中FD4水平；C. 血浆中Zonulin浓度；D. 结肠上皮细胞中 Tnf、Il1β、Cxcl1和Cxcl2的表达水平；E. 血浆中CXCL1和CXCL2浓度。

DUOX2在UC患者中表达升高并与肠道屏障功能障碍密切相关

本研究通过比较不同炎症活动状态下UC患者的样本，发现活动期患者结肠黏膜中DUOX2及其辅助因子DUOXA2的表达水平显著高于缓解期患者和健康对照组，紧密连接蛋白ZO-1的表达明显下降，血浆中zonulin及粪便钙卫蛋白的水平显著升高。进一步的相关性分析显示，DUOX2的表达水平与zonulin（r=0.8468，p=0.002）以及粪便钙卫蛋白（r=0.8322，p=0.005）之间存在显著正相关，提示DUOX2活性的增强与肠道屏障功能受损之间具有明确的临床关联性。

图4. DUOX2表达与IBD患者肠上皮屏障功能受损相关。A. 实验测量示意图；B. 健康人和不同活动状态UC患者粪便中钙卫蛋白水平；C. UC患者肠黏膜组织中DUOX2、DUOXA2和ZO-1的表达水平；D. 血浆中Zonulin水平；E. DUOX2表达与粪便钙卫蛋白水平的相关性分析；F. DUOX2表达与血浆Zonulin水平的相关性分析。

图源：参考文献 [1]

IBD相关菌群可诱导上皮DUOX2表达并驱动屏障功能障碍与亚临床炎症

为了进一步验证肠道微生物对DUOX2表达及肠道屏障功能的影响，本研究将健康对照、缓解期及活动期UC患者的粪便分别移植至无菌小鼠体内。结果发现，活动期UC供体小鼠的结肠上皮中Duox2与Duoxa2的表达显著升高，并且这一变化与供体的炎症水平呈正相关，表明DUOX2的表达具有菌群依赖性且能通过菌群传递。此外，受体小鼠血浆中FD4与zonulin水平均显著升高，提示上皮通透性增强；肝脏中细菌定植水平的增加也进一步证实了DUOX2激活与肠道屏障功能障碍及菌群易位之间的紧密关联。尽管组织学未发现明显的炎症细胞浸润，活动期UC菌群移植组小鼠的血浆CXCL1与CXCL2水平显著升高，表明该菌群在无外源刺激条件下能够诱导低度的炎症反应。这些结果表明，IBD相关菌群可通过激活DUOX2引发上皮损伤并促进亚临床炎症，为菌群与宿主之间的互作机制提供了关键的实验依据。

图5. IBD患者粪便移植至无菌小鼠后诱导DUOX2活性增强、细菌易位及亚临床炎症状态。A. 实验设计示意图；B. 结肠上皮细胞中H2O2产生速率；C. Duox2和Duoxa2的基因表达；D. 血浆中FD4水平；E. 血浆中Zonulin浓度；F. 肝组织中CFU数；G. DUOX2活性与血浆FD4水平的相关性分析；H. DUOX2活性与血浆Zonulin水平的相关性分析；I. 结肠组织中髓过氧化物酶 (MPO) 活性；J. 血浆中SAA1浓度；K. 血浆中CXCL1浓度；L. 血浆中CXCL2浓度。

DUOX2活化驱动肠道菌群功能重塑与促病代谢通路富集

在探讨了DUOX2对肠道屏障和菌群的影响后，研究者进一步考察了其在肠道菌群功能重塑和代谢途径中的作用。结果表明，持续性DUOX2活化通过上皮细胞生成H2O2，显著改变了黏膜相关菌群 (MAM) 的功能状态。vTLR4小鼠MAM中，与鞭毛蛋白合成和过氧化氢应激反应相关的多种基因（如过氧化氢酶、精氨酸脱羧酶等）显著上调。粪便非靶向代谢组分析进一步揭示，vTLR4小鼠中胆酸与牛磺胆酸等胆汁酸类代谢物水平升高，而肌苷和丁酸等具有免疫调节作用的代谢物则显著减少。通路富集分析显示，精氨酸代谢、脂肪酸降解以及与Warburg效应相关的促炎促肿瘤通路富集，提示DUOX2激活不仅扰乱菌群稳态，还可能重塑肠道代谢环境，进而促进癌症微环境的形成。相比之下，DUOX2失活显著逆转了上述变化，使微生态和代谢特征更接近野生型水平。这些结果表明，DUOX2在IBD相关菌群与宿主代谢的互作中发挥核心调控作用，可能成为调节肠道微环境的新靶点。

图6. DUOX2活性增强导致肠道微生物组与代谢组的功能改变。A. vTLR4小鼠与野生型小鼠MAM差异表达基因产物热图；B. vTLR4 DUOXA IEC-KO小鼠与vTLR4小鼠MAM中差异表达产物热图；C. vWT与vTLR4小鼠差异代谢物分析；D. vTLR4 DUOXA IEC-KO与vTLR4小鼠差异代谢物分析；E. vTLR4与vWT小鼠粪便代谢通路分析；F. vTLR4 DUOXA IEC-KO与vTLR4小鼠粪便代谢通路分析。

丁酸盐及HDAC抑制剂可逆转DUOX2活化所致的屏障损伤与炎症反应

非靶向代谢组学显示，IBD相关菌群失调导致短链脂肪酸尤其是丁酸盐合成通路受损，vTLR4小鼠粪便中丁酸含量显著下降。为验证丁酸盐与DUOX2通路之间的关系，本研究首先通过体外实验发现，丁酸盐能够显著抑制DUOX2的活性和表达。体外类器官实验进一步证实，丁酸盐可有效抑制热杀菌微生物或IFN-γ刺激诱导的DUOX2表达及H2O2释放。在体内实验中，给vTLR4小鼠口服150 mM丁酸盐，显著降低了肠上皮中DUOX2的表达与活性，恢复了ZO-1的表达，降低了血浆FD4与zonulin水平，并抑制了CXCL1、CXCL2等炎症因子的表达。此外，HDAC抑制剂UF010与TMP269在类器官模型中同样能够模拟丁酸盐的作用，提示丁酸盐可能通过HDAC抑制机制实现对DUOX2的负向调控。

图7. 丁酸盐抑制DUOX2介导的H2O2反应并恢复肠道屏障功能。 A. 类器官实验流程示意图；B. 丁酸盐处理下H2O2生成速率；C. Duox2与Duoxa2的mRNA表达；D. 体内实验设计示意图；E. vWT与vTLR4小鼠口服丁酸后结肠上皮中H2O2生成速率；F. Duox2的mRNA表达；G. Duoxa2的mRNA表达；H. 血浆中FD4浓度；I. 血浆中Zonulin浓度；J. 肝组织中CFU数；K. CECs中Tnf、Cxcl1和Cxcl2的表达水平；L. HDAC抑制剂 (UF010或TMP269) 处理类器官后H2O2生成水平；M. 同类器官中Duox2与Duoxa2的基因表达。

研究结论

本研究揭示DUOX2在IBD早期通过破坏肠上皮屏障、诱导菌群功能紊乱和亚临床炎症发挥关键致病作用。丁酸盐通过抑制HDAC活性下调DUOX2表达，改善屏障功能并抑制炎症，展现出潜在的治疗价值。上述发现为DUOX2通路的早期干预提供了理论基础和新的靶点思路。

致谢

中南大学湘雅三医院 项鑫

浙江大学医学院附属第二医院 孙誉郝

中南大学湘雅三医院 陈杰

中南大学湘雅三医院 王晓艳

对本篇文章解读做出的贡献

参考文献

1. Hazime H, Ducasa GM, Santander AM, et al. DUOX2 activation drives bacterial translocation and subclinical inflammation in IBD-associated dysbiosis. Gut. Published online April 29, 2025. doi:10.1136/gutjnl-2024-334346

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来源：医脉通消化科一点号