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肠道微生物作为II型糖尿病高血糖的防治靶点:从目前已有的证据到未来的可能性

2019-09-20

文献简介

肠道微生物作为II型糖尿病高血糖的防治靶点:从目前已有的证据到未来的可能性

The gut microbiome as a target for prevention andtreatment of hyperglycaemia in type 2 diabetes:from current human evidenceto future possibilities

期刊:《Diabetologia》    日期:2017年4月27日   IF:6.88

一、背景

       摘要肠道微生物基因组的总量是人类基因组的500多倍,肠道基因可以充分地补充人体的编码潜能。微生物基因对关键的新陈代谢过程是十分必要的比如分解难以消化的膳食纤维成短链脂肪酸,生物合成氨基酸和维他命,生产神经传导物质和荷尔蒙。过去十年,有许多累积的证据表明肠道菌群在血糖控制和2型糖尿病中起作用小鼠的研究结果表明肠道微生物在新陈代谢疾病中起到因果关系的作用。由于从大量的动物研究中筛选出人的数据是具有挑战性的,提供一份对于人的研究的综述是有必要的。因此,这篇综述的目的是揭示当下和未来肠道菌群的发展潜力和挑战,以及菌的修饰潜力,研发对人类的高血糖和2型糖尿病的预防和治疗方案。我们讨论已知的肠道微生物在2型糖尿病患者的构成和功能,总结当下治疗方案的结果,包括患者(节食、益生菌、二甲双胍、肥胖治疗手术)肠道微生物的变化。我们持续总结一些未来潜在的基于肠道微生物降低血糖的方法,包括个人营养和益生菌调节,益生菌治疗的有效成分鉴定,近端结肠丙酸盐的靶向传递,下部肠道的二甲双胍的靶向运输,菌群移植,将基因修饰菌合并到微生物群中。最后,我们会讨论理解未来人体营养、遗传学和微生物遗传学,以及人体多组学数据之间的关系的途径和挑战,这将会让个性化治疗得以实现。

       背景:研究表明,肠道微生物在多种复杂的疾病的发展中起着重要的作用,包括2型糖尿病。微生物和宿主的紧密关系建立了一个连贯的共生关系,指导和促进许多必要的生理功能,比如能量新陈代谢,新陈代谢信号,免疫系统形成,肠屏障完整性和活力的调节。和基于克隆、印迹、培养的分析相比较,测序技术促使许多细菌进行综合的比对,以及有利样本相应的丰度调查,这在人体肠道微生物研究专指粪便样品。因此,本文提到的肠道微生物专门代表粪菌微生物。目前微生物的下一代测序主要有两种:16S rRNA基因扩增子测序和鸟枪法宏基因组测序。它们分别有自己的优势和劣势:

       16S rRNA基因扩增子测序:扩增数据可以到细菌的科水平,一些细菌可以扩增到属的水平。

       鸟枪法宏基因组测序:扩增数据可以精确到细菌的种水平,更加特定的分类和功能注释,包括通路的预测,发现新基因。





二、研究结果

       肠道微生物的作用:

       II型糖尿病的影响因素主要是饮食和久坐习惯,肠道菌群的修饰对治疗和预防II型糖尿病有一定的潜力。目前很难从大量关于动物的研究中鉴定出对人的证据。本文集中在人的研究,从身高体重比(BMI)的方面来研究肠道微生物预防II型糖尿病的作用。

       II型糖尿病人目前的预防和治疗策略:肠道微生物修饰

       目前II型糖尿病患者通过肠道菌群的修饰进行预防和治疗策略


       II型糖尿病和胰岛素抵抗患者的肠道微生物:

       主要成分分析发现了II型糖尿病和对照组之间的肠道菌群的差异,其它研究报道II型糖尿病患者的身高体重指数比发生改变。研究发现,患者的产丁酸盐细菌出现下降。Forslund表明是否II型糖尿病肠道菌群的变化能够从那些被降血糖药诱导的肠道菌群变化中区分开。二甲双胍的治疗能够解释糖尿病肠道菌群的大部分差异。和对照组非糖尿病患者相比,没有接受二甲双胍的II型糖尿病患者有更少产丁酸属的细菌。II型糖尿病患者个体之间乳酸菌的增长由二甲双胍引起,二甲双胍引起的副作用会导致埃希氏杆菌属的增长。

       胰岛素抵抗的血清代谢组可以由支链氨基酸生物合成潜能的升高和支链氨基酸转移到细菌细胞的潜能的降低来进行鉴定。支链氨基酸和微生物源的空腹血清代谢物变化紧密相关,支链氨基酸的合成由一些特定的细菌属来驱动。肠道微生物是引发胰岛素抵抗患者支链氨基酸上升的一个重要因素。Akk菌已经成为II型糖尿病和一些肥胖患者的研究重点,新诊断的II型糖尿病患者和前期糖尿病人Akk菌含量开始降低。这个菌丰度的降低是葡萄糖不耐受的生物标记。Akk菌促进身体的健康新陈代谢。

       二甲双胍的使用影响肠道微生物的成分,二甲双胍处理后的肠道菌群更加倾向于产丁酸盐和丙酸盐,同样,有害菌埃希氏菌也会随着二甲双胍的使用而增加。


三、总结语

       WHO预计在2030年,II型糖尿病将会是排第7位的致死因素。胃肠道的新陈代谢潜力和菌群逐渐被认为是提升血糖控制和治疗II型糖尿病的潜在靶点。研究显示,二甲双胍的降血糖作用由肠道菌群成分和功能的变化进行介导。在这方面对人的研究数据十分缺乏,因此需要大量长期和干预的对人的研究来阐明肠道菌群的修饰能力和在预防和治疗II型糖尿病中的潜力。除了肠道菌群、药物使用、遗传因素和环境因素,未来的另一个机遇是通过个性化的营养搭配提供糖尿病患者的个性化饮食建议,来调节患者的健康。为了实现这个目标还需要开发出一套有效的方法来整合人类和微生物的多组学数据。

       DOI:10.1007/s00125-017-4278-3


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