基于腸道菌群治療2型糖尿病的研究進展

殷瑞霞 皇甫建 肖 瑞

1 內蒙古醫科大學，內蒙古呼和浩特市 010110； 2 內蒙古醫科大學附屬醫院內分泌科； 3 內蒙古醫科大學分子病理學重點實驗室

2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus，T2DM)是一組由遺傳因素及環境因素共同作用導致的以胰島素抵抗和胰島素分泌不足為主要特征的代謝性疾病。2017年全世界約有4.25億人患糖尿病，預計到2045年這一數字將超過6.29億，其中T2DM患者占所有糖尿病患者的90%～95%。越來越多的研究表明，腸道菌群失調通過復雜的機制誘發腸道局部和全身慢性低度炎癥反應，參與T2DM和肥胖等代謝性疾病的發生發展。因此，相關的機制研究和基于腸道菌群防治T2DM的研究成為近年來的研究熱點。

1 腸道菌群概述

人體內定植于胃腸道的微生物約占1kg，數量超過1014，是人體細胞數的10倍多，可大致可分為有益菌、條件致病菌、有害菌三類，有益菌主要包括乳酸桿菌、雙歧桿菌、類桿菌等, 約占99%，對維持人體正常生理功能具有重要的作用；條件致病菌如腸球菌、腸桿菌等，在腸道微生態處平衡狀態時無害, 在特定條件下具有侵襲性；病原菌也稱有害菌, 很少長期定植在腸道內。正常狀態下腸道菌群相對穩定，細菌的高代謝活性與宿主的免疫系統相互作用影響，在腸道內保持共生與拮抗的關系，參與人體各種生理和病理過程。

2 腸道菌群失調與T2DM

2.1 代謝性內毒素血癥與T2DM 脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)是革蘭氏陰性菌細胞壁的主要成分。T2DM患者腸道內有害菌群增多, 有益菌群減少，LPS大量入血。LPS與脂多糖結合蛋白(LBP)、CD14結合，構成LPS-LBP-CD14復合物，激活Toll樣受體4(Toll-like receptor-4,TLR-4)，通過TLR4/MyD88依賴性信號通路激活免疫細胞，致腸道局部炎癥持續惡化；還通過激活核因子κB (Nuclear factor κB, NF-κB)，增加腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1(Interleukin, IL-1)、IL-6等促炎細胞因子轉錄并大量釋放，產生炎性級聯反應；此外，LPS和炎癥因子能活化脂肪、肝臟和肌肉組織中的巨噬細胞和中性粒細胞，誘導組織慢性持續炎癥，加重胰島素抵抗[1]。

2.2 短鏈脂肪酸與T2DM 腸道厭氧菌發酵宿主結腸內不可消化的復雜碳水化合物，產生乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸(Short chain fatty acids, SCFAs)。SCFAs激活腸上皮的受體GPR41、GPR43，促進胃腸激肽YY(PYY)、胰高血糖素樣肽-1(Glucagon-like peptide-1,GLP-1)分泌，延長食物轉運時間，增加能量利用率。乙酸鹽是哺乳動物肝內糖異生和脂肪生成的主要底物。丙酸鹽與丁酸鹽通過互補機制調節糖異生基因表達。丁酸鹽通過調節人樹突狀細胞，抑制組蛋白去乙酰化酶活性，弱化了脂肪細胞與巨噬細胞間炎癥相互作用；同時可能與結腸上皮細胞增殖有密切關系，在改善內毒素血癥中發揮著關鍵作用。

2.3 膽汁酸信號通路與T2DM 膽汁酸(Bile acids, BAs)是膽固醇代謝的衍生產物，BAs參與血糖調節的主要受體是核受體法尼醇X受體(Farnesoid X receptor,FXR)。FXR在肝臟和腸道高表達，可刺激胰島β細胞分泌胰島素，增加脂肪細胞對胰島素的敏感性；同時促進L細胞分泌GLP-1，改善血糖控制。Parséus等人研究[2]表明，腸道菌群通過影響BAs譜和嚴格的FXR依賴方式促進飲食誘導的肥胖、脂肪炎癥和肝臟脂肪變性，參與胰島素抵抗及T2DM的發生。相反，Zheng等人研究[3]發現，Bas似乎也能通過FXR介導的通路對腸道菌群進行修飾。

3 基于腸道菌群治療T2DM的研究進展

3.1 飲食干預 膳食纖維能增加飽腹感、減少體重增加、降低血糖和膽固醇水平，同時能明顯增加腸道菌群多樣性。Meta分析[4]顯示，每日增加15～30g纖維攝入即可降低糖尿病成年人過早死亡風險。Weickert 等人研究[5]表明，高度不溶性谷類食物和全谷類食物的攝入量與該影響密切相關，它們發酵程度低，不易引起餐后血糖波動，還可能通過干擾膳食蛋白質的吸收，改善雷帕霉素/S6K1途徑介導的胰島素抵抗；此外，水果和蔬菜中多為可溶性膳食纖維，易于發酵形成短鏈脂肪酸和黏性凝膠從而延緩吸收，能增加能量利用率，降低腸道炎癥反應。支鏈氨基酸(Branched-chain amino acids，BCAA)占總蛋白攝入量的20%，被認為是增加T2DM發病風險的潛在因素。Karusheva等人[6]研究表明，短期減少膳食中BCAA攝入量可顯著降低膳食誘導的胰島素分泌，改善餐后胰島素敏感性，提高白色脂肪組織的線粒體效率；隨實驗實間延長，循環中成纖維細胞生長因子-21的濃度和腸道擬桿菌豐度增加，但全身胰島素敏感性不受影響。綜上，合理增加飲食中高不溶性膳食纖維并減少BCAA攝入，或可作為飲食干預T2DM的一種研究思路。

3.2 益生菌、益生元和合生元 益生菌產品是一種或多種微生物菌株的混合物，能抵抗高脂飲食誘導的小鼠胰島素抵抗和糖尿病的進展，并能降低內臟與皮下脂肪比率[7]。最新一項隨機雙盲臨床研究[8]，給志愿者口服Akkermansia菌補充劑3個月，肥胖患者空腹胰島素水平下降約30%，血LPS下降，胰島素敏感性相應提高，且受試者表現出良好的安全性和耐受性。Akkermansia菌定植于腸黏膜層并調節基礎代謝，有可能成為新一代的益生菌。益生元是指宿主微生物選擇性作用、對宿主健康有益的底物。Zhao等人[9]研究表明，海參多糖能改善Goto-Kakizaki大鼠糖耐量，增加腸道中產SCFAs菌并減少糞便中的機會性細菌病原體，且高劑量海參多糖可顯著上調過氧化物酶體增殖物激活受體α(Peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α)、PPAR-γ、磷酸肌酶-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶B(Protein kinase B，PKB/AKT)、葡萄糖轉運蛋白-4(Glucose transporter-4,GLUT4)和抗凋亡蛋白-2(anti-apoptotic,Bcl-2)的基因表達，并下調促凋亡蛋白(pro-apoptotic,Bax)和CD36的基因表達水平，具有改善T2DM的潛力。合生元是益生菌和益生元的組合，二者的健康益處協同增效。目前，益生元、益生菌和合生元已被證明在改善T2DM代謝紊亂中有積極作用，但劑量與療效的關系尚未量化，且臨床試驗的可重復性仍需研究驗證。

3.3 降糖藥物 二甲雙胍是T2DM治療的一線用藥，二甲雙胍治療個體的腸道菌群具有更高的產丁酸和丙酸潛力，較高水平的SCFAs可恢復鈉葡萄糖轉運體-1(Sodium-glucose transporter-1,SGLT1)的表達并增強腸道葡萄糖攝取；另外，二甲雙胍治療組腸桿菌豐度減少、大腸桿菌增加，大腸桿菌對氧化應激具有抗性，這可能是二甲雙胍參與抵抗腸道炎癥的間接證據，同時大腸桿菌的增加可能與二甲雙胍的胃腸道不良反應相關[10]。另有研究[11]，給予高淀粉飲食小鼠大劑量阿卡波糖治療，能產生與二甲雙胍類似的療效，但停藥后菌群組成迅速恢復。可見，腸道菌群或許是抗高血糖藥物發揮作用的潛在承擔者。

3.4 減肥手術 減肥手術是治療T2DM及干預病態肥胖相關高血糖的有效措施之一。Roux-en-Y胃旁路術及袖狀胃切除術是兩種常用術式，現有研究表明，單吻合胃旁路術較二者似乎能獲得更長效的減肥效果[12]。Dao等人研究[13]表明，減肥手術能實現T2DM的中長期緩解，腸道菌群對宿主葡萄糖代謝的影響可能是飲食依賴性的；此外，手術部位下段Akkermansia相對增加或可促進術后腸道菌群重組，但重度肥胖者術后Akkermansia 菌豐度的增加與代謝有利改善可能無關。減肥手術機制復雜，不能簡單以減少胃腸道吸收量來解釋，其之于改善術后血糖控制，除快速的減重外，似乎可解釋為早期肝臟胰島素敏感性增強和隨后的外周胰島素敏感性改善，以及與餐后GLP-1過度分泌相關的餐后胰島素分泌增加[14]。

3.5 中草藥和植物提取化合物 近年來，中草藥及植物提取化合物治療T2DM相關研究逐漸增加。He等人[15]發現，黃連素能降低全身LPS水平，通過Wnt/β-catenin信號通路拮抗LPS的信號介導作用，改善腸通透性，抑制脂肪細胞增生，減輕胰島素抵抗。Li等人研究[16]表明，氧化小檗堿通過下調TLR4和MyD88的蛋白表達，明顯抑制TLR4/MyD88/NF-κB信號通路。Xu等人[17]發現，來源于茯苓的16α-羥基-氫化松苓酸能改善TNF-α誘導的Caco-2單層腸上皮損傷，抑制LPS誘導的NO生成和下游炎癥因子的表達，通過糖皮質激素受體介導的PI3K/Akt/NF-κB途徑改善了腸屏障功能。可見，中草藥及植物提取化合物不但對下調腸道菌群失調相關炎癥反應有積極作用，且能促進腸屏障結構恢復，有較大研究潛力，或可作為治療性飲食成為靶向治療T2DM的一種新策略。

3.6 糞菌移植(Fecal microbiota transplantation,FMT) FMT在T2DM的治療當中有廣闊的應用前景，有研究[18]給肥胖受者在接受瘦供者糞菌移植后，腹部脂肪明顯減少。Kootte等人[19]發現，FMT發揮抗代謝紊亂的作用與FMT受者治療前腸道菌群基線組成相關。Wang等人研究[20]表明，FMT能通過上調T2DM小鼠胰島細胞抗凋亡蛋白Bcl-2表達，減少胰島β凋亡同時促再生；通過抑制胰腺組織中炎癥因子分泌、增加抗炎因子分泌，改善胰腺慢性炎癥反應，從而緩解高血糖癥。總之，FMT可能通過轉移供者代謝譜達到有益目的，但同時存在較大移植風險，因此供體的前期篩查方法、供受雙方腸道菌群結構與移植后受者代謝變化的相關性仍是研究的重點。

4 小結

腸道菌群失調與T2DM之間的相互作用機制復雜，基于腸道菌群治療T2DM的研究目前仍處于探索階段，尋求療效確切、作用持久的靶向治療方案成為新要求。目前，相較FMT的移植風險、減肥手術的嚴格指征、藥物干預的依從性差，精準飲食、益生菌、益生元和合生元體現出更為優勢的研究前景，但飲食研究干擾因素多，益生菌門類多、同一菌屬不同亞組間存在異質性，且近年來益生元內容顯著擴大，為達個性化精準治療，未來需結合多組學研究深入探討。