标题：Ketogenic diet inhibits glioma progression by promoting gut microbiota-derived butyrate production DOI：10.1016/j.ccell.2025.09.002 日期：2025.9.25
这篇文章主要讲了生酮饮食（Ketogenic Diet, KD）通过调节肠道微生物群，促进肠道菌群产生丁酸盐（butyrate），从而抑制胶质瘤（glioma）进展的机制。 核心发现总结如下： 1. 胶质瘤患者肠道菌群失调 胶质瘤患者肠道中产生丁酸的细菌（尤其是 R. faecis）显著减少； 粪便和血清中的丁酸水平也明显降低； 这些变化与肿瘤等级和患者生存期密切相关。 2. 肠道菌群影响胶质瘤进展 用抗生素清除肠道菌群会加速小鼠胶质瘤生长； 补充健康的肠道菌群或 R. faecis 可抑制肿瘤发展； 丁酸是关键的功能性代谢物，能激活小胶质细胞中的 caspase-3，诱导其抗肿瘤表型。 3. 生酮饮食通过肠道菌群抑制胶质瘤 生酮饮食可重塑肠道菌群结构，增加 A. muciniphila 的丰度； A. muciniphila 通过降解黏液蛋白（Mucin-2）产生乙酸，支持 R. faecis 合成丁酸； 丁酸进一步激活小胶质细胞的 caspase-3，诱导其抗肿瘤活性，从而抑制肿瘤进展。 4. 机制验证 丁酸、A. muciniphila、R. faecis 或联合补充可恢复抗生素或无菌条件下小鼠的生酮饮食抗肿瘤效应； 小胶质细胞缺失或 caspase-3 基因敲除会完全阻断生酮饮食和丁酸的抗肿瘤作用。 研究意义： 首次系统揭示了“肠道菌群-丁酸-小胶质细胞-caspase-3”轴在胶质瘤中的作用； 提出生酮饮食不仅是能量代谢干预手段，更是一种通过调节肠道菌群发挥抗肿瘤作用的策略； 为胶质瘤的微生物组靶向治疗提供了理论依据和潜在干预手段（如丁酸补充、益生菌干预等）。 ?? 研究局限： 主要基于小鼠模型，人类是否同样有效尚需验证； 丁酸如何特异性激活小胶质细胞 caspase-3的机制尚未完全阐明； 是否还有其他免疫细胞参与尚不清楚。 研究结果 胶质瘤患者肠道菌群与代谢物特征分析 这一部分中，作者主要对胶质瘤患者与健康对照者的肠道菌群结构和代谢物进行了系统比较，核心发现如下： 肠道菌群结构差异： β多样性分析显示，胶质瘤患者与健康对照者的肠道菌群结构显著不同； 胶质瘤患者中Bacillota门（即Firmicutes）丰度下降，Bacillota/Bacteroidetes比值降低，提示存在菌群失调； 产丁酸菌显著减少，尤其是 Roseburia faecis（R. faecis） 丰度下降最为明显，且随肿瘤等级升高而进一步降低； R. faecis 被认为是区分胶质瘤患者与健康人群以及不同肿瘤等级的重要标志菌（AUC值高达0.8636）； 其他因素如性别、年龄、BMI对菌群结构影响较小。 粪便代谢物差异： 靶向代谢组学分析发现，胶质瘤患者粪便中丁酸（butyrate）含量显著下降，是区分患者与健康人群的关键代谢物； 丁酸水平与肿瘤等级呈负相关； 丁酸水平与 R. faecis 丰度呈正相关； 血清中丁酸水平也呈现与粪便一致的变化趋势； 高丁酸水平或高 R. faecis 丰度的患者生存期更长。 ? 总结： 这一部分通过临床样本分析，首次系统揭示了胶质瘤患者存在“产丁酸菌减少 → 丁酸水平下降”这一肠道微生态失衡特征，并提示这种变化可能与肿瘤进展和预后密切相关，为后续机制研究提供了关键线索。 肠道菌群影响胶质瘤的发展 这一部分中，作者通过小鼠模型实验系统验证了肠道菌群对胶质瘤发展的影响，主要发现如下： 实验设计： 使用多种小鼠模型（C57BL/6J、NOD-SCID、LVRshp53转基因模型）； 设置抗生素清除菌群（ABX）、无菌（GF）、粪菌移植（FMT）等实验组； 评估肿瘤大小、Ki67增殖指数、小鼠生存期等指标。 主要结果： 1. 肠道菌群缺失促进胶质瘤进展 抗生素处理（ABX）或无菌（GF）条件下，小鼠肿瘤明显增大，Ki67表达升高，生存期缩短； 说明肠道菌群在抑制胶质瘤发展中起重要作用。 2. 健康人粪菌移植抑制肿瘤，胶质瘤患者粪菌无此效果 将健康人（HC）或胶质瘤患者（GBM）粪便菌群移植给无菌小鼠； HC-FMT可显著减小肿瘤体积、延长生存期； GBM-FMT对肿瘤无明显影响； 进一步分析发现，HC-FMT小鼠中 R. faecis 丰度升高，GBM-FMT组无此变化。 3. R. faecis 单独补充即可抑制胶质瘤 单独灌胃 R. faecis 可显著抑制肿瘤生长、延长生存期； 其效果与HC-FMT相当； 抗生素清除菌群后，R. faecis 的保护作用消失，再次补充后可恢复。 ? 总结： 这一部分通过功能验证实验明确指出： 肠道菌群，尤其是产丁酸菌 R. faecis，在抑制胶质瘤发展中发挥关键作用。 丁酸是肠道菌群产生的功能性抑瘤代谢物 这一部分，作者通过粪菌移植小鼠模型和代谢组学分析，明确了丁酸（butyrate, BA）是肠道菌群发挥抑瘤作用的关键功能代谢物，主要结果如下： 1?? HC-FMT vs GBM-FMT 代谢谱差异 对接受健康人（HC-FMT）与胶质瘤患者（GBM-FMT）粪菌移植的无菌小鼠进行粪便、血清、肿瘤组织代谢组检测； 丁酸（BA） 被一致识别为区分两组的最关键代谢物； GBM-FMT小鼠中，BA含量在三种样本中均显著下降，并与 R. faecis 丰度呈正相关。 2?? BA 单独补充即可逆转抗生素促进的肿瘤生长 在抗生素清除菌群的条件下，口服BA或SCFA混合物（含BA）均可显著抑制肿瘤体积、延长生存期； BA单独即可达到与混合SCFAs相同的抑瘤效果，证明BA是功能性抑瘤代谢物； 在多种模型（C57BL/6J、NOD-SCID、LVRshp53）中结果一致。 3?? BA 补充可恢复抗生素清除后的抑瘤表型 抗生素处理后，R. faecis 抑瘤作用消失； 补充BA可完全恢复其抑瘤效果，说明BA是R. faecis 发挥作用的主要下游效应分子。 ? 总结 这一部分功能性地验证了BA是肠道菌群（特别是R. faecis）抑制胶质瘤的核心活性代谢物，为后续机制研究（BA如何作用于免疫细胞）奠定基础。 肠道菌群来源的丁酸诱导胶质瘤中小胶质细胞的抗肿瘤表型 这一部分，作者通过单核转录组测序（snRNA-seq） 和 流式细胞术 等功能实验，阐明了肠道菌群产生的丁酸（BA）如何通过重塑小胶质细胞（microglia）表型来抑制胶质瘤进展，主要结果如下： 1. 单核转录组揭示小胶质细胞表型改变 对 HC-FMT 与 GBM-FMT 小鼠的肿瘤组织进行 snRNA-seq； 发现 GBM-FMT 组中，促瘤基因（如 Spp1、Ccl12、Il6ra 等）表达升高，NOTCH、IL-6-JAK-STAT3 等促瘤通路富集； 小胶质细胞来源的肿瘤相关巨噬细胞（TAM-MG）中，促瘤亚群（MG2）比例增加，抑瘤亚群（MG1）比例减少； 表明肠道菌群缺失会诱导小胶质细胞向促瘤表型极化。 2. BA 可逆转小胶质细胞的促瘤表型 抗生素（ABX）或无菌（GF）条件下，TAM-MG 中 IL-6 升高、iNOS 降低（促瘤表型）； 补充 HC-FMT、R. faecis 或 BA 可恢复 iNOS 表达、抑制 IL-6 表达，诱导 抗肿瘤表型； 该作用仅在小胶质细胞（TAM-MG）中观察到，在单核细胞来源的巨噬细胞（TAM-MDM）中不显著； 体外实验也证实，BA 处理可逆转胶质瘤细胞条件培养基诱导的 BV2/HMC3 小胶质细胞 IL-6↑、iNOS↓ 的促瘤表型。 3. 小胶质细胞是 BA 抑瘤作用的必需靶细胞 使用 CX3CR1-CreERT2:R26-iDTR 系统特异性清除小胶质细胞； 清除后，BA 或 R. faecis 的抑瘤作用完全消失； 证明 BA 必须通过作用于小胶质细胞才能发挥抗肿瘤效应。 ? 总结： 这一部分功能性证实了： 肠道菌群产生的丁酸（BA）通过诱导小胶质细胞向抗肿瘤表型极化（IL-6↓、iNOS↑），从而抑制胶质瘤进展。 丁酸通过激活CASP3诱导胶质瘤中小胶质细胞的抗肿瘤表型 这一部分，作者通过体内外功能实验与遗传干预手段，明确了丁酸（BA）通过激活小胶质细胞中的caspase-3（CASP3）来诱导其抗肿瘤表型，从而抑制胶质瘤进展。核心发现如下： 1?? BA恢复小胶质细胞中cleaved-CASP3表达 在抗生素（ABX）或无菌（GF）条件下，TAM-MG中cleaved-CASP3（C-CASP3）水平显著下降； 补充HC-FMT、R. faecis或BA可恢复C-CASP3表达； 该作用仅见于小胶质细胞（TAM-MG），在单核细胞来源的巨噬细胞（TAM-MDM）中不显著； 体外实验也证实，BA可恢复胶质瘤细胞条件培养基诱导的BV2/HMC3小胶质细胞CASP3活性下降。 2?? CASP3是BA诱导抗肿瘤表型的必需分子 使用siRNA敲低CASP3后，BA无法逆转条件培养基诱导的： IL-6升高、iNOS下降； 小胶质细胞促进胶质瘤细胞侵袭、迁移和增殖的能力； 说明BA必须通过激活CASP3才能诱导小胶质细胞的抗肿瘤表型。 3?? 遗传敲除小胶质细胞CASP3阻断BA的抑瘤作用 使用AAV-Tmem119-shCasp3或CX3CR1-CreERT2:CASP3^flox/flox小鼠特异性敲除小胶质细胞CASP3； 敲除后，BA或R. faecis： 无法诱导TAM-MG的IL-6↓、iNOS↑； 失去抑制肿瘤生长和延长生存期的作用； 进一步证明CASP3是BA在小胶质细胞中发挥抑瘤作用的唯一必需下游分子。 ? 总结 这一部分功能性证实了： 丁酸（BA）通过激活小胶质细胞中的caspase-3，诱导其抗肿瘤表型（IL-6↓、iNOS↑），从而抑制胶质瘤进展。 CASP3是BA作用于小胶质细胞的核心分子开关，为后续干预策略提供了明确靶点。 生酮饮食通过重塑肠道菌群抑制胶质瘤进展 这一部分，作者通过多种小鼠模型和菌群干预实验，系统验证了生酮饮食（KD）通过重塑肠道菌群来抑制胶质瘤进展的核心机制，主要结果如下： 1?? KD显著抑制胶质瘤进展 在C57BL/6J和NOD-SCID小鼠中，KD明显减小肿瘤体积、延长生存期； 该抑瘤效应在多种胶质瘤模型（GL261、1016B、LVRshp53）中一致存在。 2?? KD重塑肠道菌群结构 KD降低菌群α多样性，显著改变β多样性； Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）丰度显著升高，成为KD干预后的核心功能菌； 该变化在不同品系小鼠中均可重复。 3?? KD的抑瘤作用依赖于肠道菌群 抗生素（ABX）清除菌群后，KD的抑瘤效应完全消失； 在无菌（GF）小鼠中，KD同样失去抑瘤作用； 说明KD必须通过肠道菌群才能发挥抗胶质瘤作用。 4?? A. muciniphila 和 R. faecis 联合恢复KD的抑瘤作用 在ABX或GF条件下，单独或联合补充A. muciniphila 和 R. faecis； 可恢复KD诱导的抑瘤效应，包括减小肿瘤体积、延长生存期； 提示这两种菌是KD发挥抗瘤作用的关键执行者。 ? 总结 这一部分功能性地证实了： 生酮饮食通过重塑肠道菌群（特别是富集A. muciniphila）来抑制胶质瘤进展，其抗瘤作用完全依赖于肠道菌群的存在。 为后续“菌群-代谢物-免疫”机制链提供了关键节点。 肠道菌群产生的丁酸介导了生酮饮食的抗胶质瘤作用 这一部分，作者通过代谢组学和功能补充实验，明确了生酮饮食（KD）通过促进肠道菌群产生丁酸（BA）来发挥抗胶质瘤作用，主要结果如下： 1?? KD显著提高体内丁酸水平 在粪便、血清和肿瘤组织中，KD均显著升高丁酸（BA）含量； 该效应与A. muciniphila丰度呈正相关； 抗生素（ABX）清除菌群后，KD诱导的BA升高被完全阻断。 2?? BA是KD抗胶质瘤作用的关键代谢介质 在ABX或无菌（GF）条件下，补充BA或SCFA混合物； 可完全恢复KD的抑瘤效应，包括减小肿瘤体积和延长生存期； 在多种模型（C57BL/6J、NOD-SCID、LVRshp53）中结果一致； 表明BA是KD抗瘤作用中唯一必需的菌群代谢产物。 3?? A. muciniphila 和 R. faecis 协同恢复KD-BA轴 A. muciniphila 提供乙酸，支持 R. faecis 合成丁酸； 联合补充两株菌可恢复KD诱导的BA升高和抑瘤作用； 进一步证明KD通过菌群-BA轴发挥抗瘤效应。 ? 总结 这一部分功能性地锁定了： 生酮饮食通过促进肠道菌群（尤其是A. muciniphila和R. faecis）产生丁酸（BA），从而介导其抗胶质瘤作用。 BA是KD抗瘤效应的核心代谢介质，为后续“BA-小胶质细胞-CASP3”机制链提供关键基础。 生酮饮食依赖Mucin-2提高丁酸含量 这一部分，作者通过基因敲除、菌群共培养与饮食干预等手段，阐明了生酮饮食（KD）依赖肠道黏液蛋白Mucin-2（Muc2）来提升丁酸（BA）含量的机制，主要结果如下： 1?? KD上调Muc2表达 KD显著增加小鼠结肠Muc2/MUC2的mRNA和蛋白水平； Muc2是肠道黏液层的主要成分，为A. muciniphila提供代谢底物。 2?? Muc2缺失抑制KD-BA轴 用AAV-shMuc2敲低Muc2后： A. muciniphila丰度下降； 乙酸和丁酸含量减少； KD的抑瘤效应减弱； 补充乙酸可恢复BA水平和抑瘤作用，说明Muc2通过提供乙酸前体间接促进BA合成。 3?? A. muciniphila + R. faecis共培养验证 在体外以黏液蛋白为唯一碳源共培养两株菌： A. muciniphila先降解黏液产生乙酸； R. faecis利用乙酸合成丁酸； 无黏液或缺少任一菌株时，丁酸产量显著下降； 直接补充乙酸可替代黏液，恢复丁酸合成。 4?? KD+菊粉增强Muc2-BA轴 在KD中添加可发酵纤维（菊粉）： 进一步提高Muc2表达； 协同增加A. muciniphila和R. faecis丰度； 丁酸水平显著升高，抑瘤效果优于经典KD。 ? 总结 这一部分机制性地阐明了： 生酮饮食通过上调Mucin-2表达，为A. muciniphila提供黏液底物，促进其产生乙酸，进而支持R. faecis合成丁酸，从而增强抗胶质瘤作用。 Muc2是KD-BA轴的关键肠道屏障节点，也为“改良KD配方（如添加菊粉）”提供了理论依据。 生酮饮食通过激活CASP3诱导小胶质细胞抗肿瘤表型，从而抑制胶质瘤进展 这一部分，作者整合前序结果，系统论证了生酮饮食（KD）通过激活小胶质细胞内的caspase-3（CASP3）将其极化为抗肿瘤表型，从而抑制胶质瘤进展的完整机制链。关键发现如下： 1?? KD→菌群→BA→小胶质细胞表型 KD显著提高肿瘤内丁酸（BA）水平（依赖菌群）； BA恢复并激活TAM-MG中的cleaved-CASP3； 伴随“IL-6↓、iNOS↑”的抗肿瘤表型； 抗生素或无菌条件阻断上述效应，补充A. muciniphila+R. faecis或BA可完全恢复。 2?? 小胶质细胞是KD-CASP3轴的唯一靶细胞 使用CX3CR1-CreERT2:R26-iDTR系统特异性清除小胶质细胞： KD的抑瘤作用完全消失； BA或联合菌株补充亦无效； 证明小胶质细胞是KD发挥抗瘤作用不可或缺的执行细胞。 3?? CASP3是KD-BA诱导抗肿瘤表型的必需下游分子 在小胶质细胞内基因敲除CASP3（AAV-shCasp3或CX3CR1-CreERT2:CASP3^flox/flox）： BA无法诱导IL-6↓、iNOS↑； KD、BA或联合菌株的抑瘤效应全部被废除； 说明CASP3激活是小胶质细胞获得抗肿瘤功能的必要且充分条件。 ? 总结 该部分“完整闭合了“KD→菌群→BA→小胶质细胞CASP3激活→抗肿瘤表型→胶质瘤抑制”这一机制链： 生酮饮食通过菌群产生的丁酸激活小胶质细胞CASP3，将其极化为抗肿瘤表型，从而抑制胶质瘤进展。 小胶质细胞与CASP3分别作为必需细胞靶点和核心分子开关，为临床联合干预提供精准靶标。 讨论 1?? 首次锁定“菌群-丁酸-小胶质细胞”轴为胶质瘤治疗新靶点 既往仅知胶质瘤患者菌群失调；本研究功能证实R. faecis及其代谢产物丁酸（BA）可直接抑制肿瘤，并揭示其通过激活小胶质细胞CASP3实现； 将“菌群-SCFAs-小胶质细胞”从神经退行性疾病扩展到脑肿瘤领域，为肠道-脑轴研究提供新范式。 2?? 生酮饮食的抗肿瘤效应由“菌群-BA”介导，而非酮体 证明KD的抑瘤作用完全依赖菌群及其产生的BA，而非传统认为的β-羟丁酸； 提出**“KD是可调控菌群的膳食干预手段”**的新概念，为个性化营养治疗奠定理论基础。 3?? Mucin-2是KD-BA轴的肠道关键节点 KD上调Muc2→A. muciniphila降解黏液产生乙酸→R. faecis合成BA； 证实可发酵纤维（菊粉）增强该环路，提示**改良KD（添加膳食纤维）**可提高临床疗效。 4?? 小胶质细胞CASP3是BA作用的唯一分子开关 既往报道胶质瘤细胞可抑制小胶质细胞CASP3以促瘤； 本研究反向证明BA恢复CASP3活性，将其极化为抗肿瘤表型，且敲除CASP3后BA完全失效，确立CASP3为必需且充分下游效应分子。 5?? 临床转化方向 R. faecis或BA可作为益生菌或代谢物补充剂，用于胶质瘤辅助疗法； 菌群+KD联合干预可实现“膳食-微生物组”个体化精准治疗。 6?? 研究局限 小鼠模型为主，人类是否同样有效需临床试验验证； 其他免疫细胞（如T细胞）是否参与BA抗瘤作用未探明； BA如何特异性激活小胶质细胞CASP3的分子细节仍需深入； 菌群中是否存在其他协同代谢物尚未排除。
