史堡蹩垦疸盘查!Q!兰生!旦箜!鲞箜!塑璺!鱼』旦!尘!!竺坠!!!地!:垒!罂坠!Q!堡!!!!:垒:塑!:!.综述.肠道菌群与2型糖尿病发病的研究进展刘红霞王琛随着社会经济的发展,生活方式的改变,2型糖尿病(T2DM)的患病率逐年上升,且趋于年轻化。其慢性并发症可导致患者失明、下肢坏疽和心肌梗死,甚至危及生命。T2DM的发生与遗传和环境因素有关,新近研究显示肠道菌群与T2DM的发生密切相关。肠道菌群可使宿主获取更多能量,还调节宿主的糖脂代谢;其数量和结构改变可致宿主肠壁通透性改变,循环内毒素增加,诱发慢性轻度炎症,促进肥胖、胰岛素抵抗的发生,最终导致糖尿病”I。本文就肠道菌群在T2DM发生发展过程中可能扮演的角色和作用机制及其在治疗方面的应用作一综述。一、人类肠道菌群一个健康成人肠道菌群总重量约为1—2kg,其细胞总量几乎是人体自身细胞的10倍,编码的基因数量是人体自身基因的100--400多倍【21。肠道菌群是一个复杂的微生态系统,据估计人肠道中存在约1000到1150种细菌,其中160种细菌构成了最核心的细菌种类,这是绝大部分个体所共有的,其中99%以上的细菌属于五个主要菌门:厚壁菌门(如梭菌属、乳酸菌属、丁酸弧菌属等革兰阳性菌属),放线菌门(如放线菌属、双歧杆菌属、分枝杆菌属等革兰阳性菌属),拟杆菌门(如拟杆菌属、普氏菌属、紫单胞菌属等革兰阴性菌属),变形菌门(沙门菌属、螺杆菌属、肠杆菌属等革兰阴性菌属)和疣微菌门[3】。如此数量庞大的微生物群体,通过长期与宿主的共同进化,为宿主提供自身不具备的酶和生化代谢通路。肠道菌群的基因组信息的总和被称为“肠道元基因组”,与人体的基因组一起,通过与环境条件的相互作用,影响着人体的生理代谢。二、肠道菌群与T2DM近年来,肠道菌群对人体健康的影响日益受到国内外学者的重视。越来越多的研究显示,正常肠DOI:10.3760/cma.j.issn.1674-5809.2014.08.013作者单位:200233上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科上海市糖尿病研究所上海市糖尿病重点实验室通信作者:王琛,Email:wangchen@sjtu.edu.cn万方数据本文要点・近年的研究发现环境因素中肠道菌群与2型糖尿病的发生有着密切的关系・肠道菌群数量和结构改变通过影响能量吸收和糖脂代谢、增加肠壁通透性、增加循环内毒素、诱发慢性轻度炎症等机制导致肥胖和胰岛素抵抗・抗生素、益生菌或益生元可通过调节肠道菌群、恢复肠道微生态平衡等作用有可能有助于防治2型糖尿病道菌群在消化、免疫等方面起着重要作用,而肠道菌群数量和结构的紊乱与多种慢性代谢性疾病的发生密切相关H。肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病啮齿类动物存在肠道菌群紊乱。与对照鼠相比,db/db糖尿病小鼠、ob/ob肥胖小鼠以及高脂饮食(HFD)诱导的肥胖胰岛素抵抗小/大鼠肠内容物中厚壁菌数量增多,拟杆菌数量降低”一1。ob/ob小鼠经广谱抗生素治疗,其肠内容物中厚壁菌数量和拟杆菌数量恢复正常,体重减轻,空腹血糖和血浆胰岛素水平明显降低,葡萄糖耐量受损明显改善,肝脏脂肪含量减少,肝糖原含量增加p罐1;同样,当HFD诱导的肥胖小鼠经广谱抗生素治疗或限饮食处理后,肠内容物中菌群和上述代谢参数也出现了类似的改变n。然而,在肥胖时何种菌群升高或降低有不同的报道。Serre等一,研究发现肥胖大鼠盲肠内容物中拟杆菌数量较对照组明显增多;而Cani等”州则发现HFD诱导的肥胖胰岛素抵抗小鼠肠道内容物中厚壁菌、拟杆菌和双歧杆菌数量均减少。T2DM患者存在肠道菌群紊乱,但研究结果不尽相同。法国肥胖T2DM的研究显示粪便菌群中厚壁菌/拟杆菌的比例及直肠真杆菌(属变形菌门)数量明显高于健康对照组,这些患者经胃旁路术治疗后上述细菌恢复正常且血糖、胰岛素水平、糖化血红蛋白(HbAlc)及胰岛素抵抗指标显著降低””,芬兰糖耐量异常患者粪便菌群也有类似的改变[121;而丹麦人研究则发现与非糖尿病对照者相比,T2DM患者粪便中p变形杆菌数量增多,而厚壁菌/主堡蔓垦瘟盘查!Q!兰至!旦箜鱼鲞箜!塑曼蔓也』旦i坐!堕丛!!!她!!垒坚鲤坠垫!堡:!!!:垒!坠:!拟杆菌的比例降低n31。我国研究人员对国人粪便菌群也进行了相应的分析”“5】:与非糖尿病者对照组相比,T2DM患者组粪便菌群中拟杆菌数量增多,而双歧杆菌、普氏梭菌(属厚壁菌门)和直肠真杆菌数量减少。有关T2DM机体肠道菌群的改变是其发病的原因还是结果,目前尚无定论。首先,如前所述抗生素处理ob/ob和饮食诱导肥胖小鼠改变肠道菌群组成的同时,也改善了胰岛素敏感性和糖耐量m。其次,给无菌小鼠以HFD,无论其体重还是空腹胰岛素水平和糖耐量受损程度均明显低于普通小鼠”q;而当无菌小鼠植人普通或ob/ob肥胖小鼠肠道菌群后,体重明显增加,空腹血糖和胰岛素水平升高;而且,与植人普通小鼠肠道菌群后的无菌小鼠相比,植入ob/ob小鼠肠道菌群后的无菌小鼠体重增加更显著【-7。181。最后,代谢综合征人群输注瘦型健康者的肠道菌群后,外周胰岛素敏感性明显改善,且肠道产丁酸细菌增加n91。以上结果提示肠道菌群对HFD诱导的肥胖胰岛素抵抗有调节作用,改变肠道菌群有可能改变机体胰岛素敏感性。然而,Hildebrandt等t20l贝U有不同的报道,其研究是通过抵抗素样分子13(RELM—B)剔除小鼠进行的。RELM.B是一种富含半胱氨酸的小肠杯状细胞特异性表达分泌蛋白;RELM—B剔除的小鼠即使HFD喂养也不会引起肥胖,并且与野生型小鼠有着相同肠道菌群结构改变,提示是高脂饮食,而并非肥胖,导致肠道菌群改变唧1。三、肠道菌群参与T2DM发病的可能机制1.肠道菌群与宿主炎症反应:炎症在T2DM发病的机制中具有一定的作用。炎症因子增加[如肿瘤坏死因子e£(TNF一0【)、白细胞介素6(IL一6)]引起组织胰岛素抵抗。脂多糖(LPS)是存在于革兰阴性细菌外膜的一种内毒素,细菌破解后释放促发炎症因子分泌。连续皮下注入LPS的小鼠表现出血清炎症因子TNF一仅和IL.6水平增加,体重增加和胰岛素抵抗。LPS受体基因敲除则能防止HFD诱导的小鼠胰岛素抵抗,且血TNF一仅和IL一6水平明显降低[4-5]。小鼠HFD喂养后,血浆LPS含量增加,炎症反应加重。抗生素治疗后,小鼠肠道菌群数量减少,炎症反应减轻,体重减轻,糖耐量改善口“。2.肠道菌群与肠道屏障功能:肠上皮细胞和相邻细胞间完整的紧密连接结构是肠道的保护屏障。肠壁通透性增加时,可导致肠道细菌的移位,引起全身炎性反应口21。研究发现糖尿病小鼠肠道通透性增加,双歧杆菌和乳酸菌数量减少,肠道黏膜紧密连接蛋白occludin和ZO一1表达水平下降,万方数据炎症因子TNF一仅、IL.6等水平增加。选择性增加小鼠双歧杆菌和乳酸菌的数量后,紧密连接蛋白水平恢复正常,炎症因子水平下降口31。以上结果表明肠道屏障参与肠道菌群紊乱介导的糖尿病发生风险。3.肠道菌群与宿主能量代谢:肠道菌群可能通过多种机制参与宿主的能量代谢:(1)正常人肠黏膜上皮可以产生禁食诱导脂肪细胞因子(fasting—inducedadipocytefactor,Fiaf),Fiaf是脂蛋白酯酶(LPL)的抑制因子,LPL能催化脂肪酸从脂蛋白上释放进人脂肪组织中进行甘油三酯(TG)的合成;肠道菌群抑制Fiaf生成,使LPL持续表达,增加了肝脏脂肪酸的摄入和TG的堆积。(2)肠道菌群抑制外周脂肪组织和肝脏细胞中磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)的活性,使AMPK对脂肪酸氧化的刺激作用减弱,增加了外周脂肪组织和肝脏细胞中脂肪酸的堆积[241。(3)肠道菌群通过上调肝脏碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)和固醇调节元件结合蛋白一1(SREBP.1)mRNA的表达,诱导脂肪合成的关键酶乙酰COA羧化(ACC)和脂肪酸合成酶(FAS),促进肝脏’rG的合成。f4)肠道菌群通过增强小肠细胞葡萄糖转运体1(Glut.1)的表达,并增加小肠绒毛上皮细胞毛细血管的密度,促进肠道对单糖的摄取,增加了转运进入肝静脉循环的单糖,结果增加了肝脏和脂肪组织中TG的堆积[25]o因此,肠道菌群作为重要的环境因素参与宿主能量代谢的,肠道菌群的失调可能是直接和/或间接促进胰岛素抵抗的一个重要因素。四、肠道细菌在治疗糖尿病方面的应用益生菌(probiotics)是指改善宿主微生态平衡的活菌制剂,如乳酸菌、双歧杆菌等。益生元是指能够选择性地刺激肠内有益菌生长繁殖的制剂,如双歧因子、一些寡聚糖等。益生菌、益生元能降低体内LPS水平、降低炎症水平、改善葡萄糖耐量。胰岛素抵抗小鼠经低聚果糖喂养4周后,双歧杆菌数量恢复正常,血糖改善口61。人服用益生元、益生菌可改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性脚,。此外,一些药物食物也可改变机体肠道菌群,从而改善代谢综合征口”。机体长期摄人富含膳食纤维(果胶、纤维素、抗性淀粉等)肠道中双歧杆菌、产丁酸菌等有益菌增多,短链脂肪酸的产生增多,肠道pH降低∞,。与非母乳喂养的婴儿相比,母乳喂养的婴儿1岁时粪便中双歧杆菌数量明显增多”伽;说明饮食对肠道菌群结构变化起作用。因此,有望通过重建合理的饮食结构来预防或治疗代谢性疾病。综上所述,肠道菌群与T2DM的发生有着密切的关系,但尚存问题:机体早期肠道菌群的改变是主堡蕉垦堑苤查!Q!兰生!旦箜鱼鲞笙!塑鱼!垫』里i尘!!!!丛!!!!!!!!垒!鲤!!!Q!兰!!!!:!!盟!:!・617・否与T2DM易感性的增加有关?T2DM机体肠道菌群的改变是其发病的原因还是结果呢?需更大样本量、更科学的实验方法来证实。肠道菌群可影响宿主能量代谢,其结构失调导致宿主肠壁通透陛增加,循环系统中内毒素增加,诱发慢性低水平炎症,导致肥胖和胰岛素抵抗,是膳食结构变化与宿主遗传体质相互作用下导致T2DM发生的一个重要环节。然而,由于肠道菌群自身的复杂性,其与饮食和机体相互作用机制及参与机体代谢的确切机制尚未充分阐明,有待更深人的研究。纠正异常的肠道菌群可能成为预防和治疗糖尿病的新方法。参考文献[1】TremaroliV,BackhedF.Functionalinteractionsbetweenthegutmicrobiotaandhostmetabolism[J].Nature,2012,489:242-249.【2]ArumugamM,RaesJ,PelletierE,eta1.Enterotypesofthehumangutmicrobiome[J].Nature,2011,473:174.180.【3]3QinJ,LiR,RaesJ,eta1.Ahumangutmicrobialgenecatalogueestablishedbymetagenomicsequencing[J】.Nature,2010,464:59.65.[4】TagliabueA,ElliM.Theroleofgutmicrobiotainhumanobesity:Recentfindingsandfutureperspectives[J].NutrMetabCardiovascDis。2013.23:160.168.[5】GeurtsL,LazarevicV,DerrienM,eta1.AlteredgutmicrobiotaandendocannabinoidsystemtoneinobeseanddiabeticIeDtin—resistantmice:impactonapelinregulationinadiposetissue[J].FrontMicrobi01.2011.2:149.[6]6SefcikovdZ,KmetV,BujnakovdD,eta1.Developmentofgutmicroflorainobeseandlcanrats[J].Foliamicrobiologica(Praha).2010。55:373—375.[7]MembrezM,BlancherF,JaquetM,eta1.Gutmicrobiotamodulationwithnor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作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
刘红霞, 王琛
200233,上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科 上海市糖尿病研究所 上海市糖尿病重点实验室中华糖尿病杂志
Chinese Journal of Diabetes Mellitus2014,6(8)
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