腸道菌群與2型糖尿病關系的研究進展

薛靜靜，梁瑜禎

(廣西醫科大學,南寧530021)

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腸道菌群與2型糖尿病關系的研究進展

薛靜靜，梁瑜禎

(廣西醫科大學,南寧530021)

摘要：腸道菌群與2型糖尿病關系密切，2型糖尿病患者可發生腸道菌群失調，影響宿主的能量代謝、炎癥反應等。腸道細菌可以影響機體糖類及能量的吸收；腸道屏障功能障礙為細菌內毒素的入侵提供了“通道”,誘發低度炎癥及胰島素抵抗；而內源性大麻素系統能夠調節腸道滲透性和血漿脂多糖的水平；腸道菌群失調還可誘發胰島素抵抗及影響膽汁酸的代謝。

關鍵詞：2型糖尿病；腸道菌群；肥胖

2型糖尿病是一組慢性血漿葡萄糖水平升高為特征的代謝性疾病，研究表明其發病主要與胰島素抵抗和胰島Β細胞功能缺陷、肥胖、高熱量飲食及生活方式有關。而近年來的研究[1]發現，腸道菌群與2型糖尿病關系密切，2型糖尿病患者可發生腸道菌群失調，影響宿主的能量代謝、炎癥反應等；同時調節腸道菌群可以影響糖代謝，改善胰島素抵抗，提高胰島素的敏感性。本文就腸道菌群與糖尿病關系的研究進展作一綜述，旨在為糖尿病的臨床治療提供新的思路。

1腸道菌群失調與2型糖尿病的相關性

近年來研究表明，糖尿病患者伴有腸道菌群失調。研究發現，糖尿病患者腸道內厚壁菌門和梭狀芽孢桿菌類的比例顯著下降，擬桿菌和β-變形菌的比例增加，擬桿菌/厚壁菌門、擬桿菌/普雷沃菌的比例與血糖水平相關，糖尿病患者變形桿菌比例顯著增加并且與血糖水平相關[2,3]。當血糖升高時，腸道有益菌(雙歧桿菌、乳酸桿菌)、梭菌的比例下降，反之則上升。Qin[4]等從腸道基因組中發現了47組與2型糖尿病相關的腸宏基因組，并發現糖尿病患者存在中等強度的腸道菌群失調，產生丁酸的腸道菌群減少而各種致病菌卻增加。可見，糖尿病患者確實存在腸道菌群失調，同時調節腸道菌群可影響糖代謝、改善胰島素抵抗、提高胰島素敏感性。利用干酪乳桿菌干預四氧嘧啶糖尿病模型小鼠15 d后發現，血糖水平顯著下降，NO水平與糖尿病病程密切相關[5]。推測干酪乳桿菌可能通過恢復NO的動態平衡,明顯減弱四氧嘧啶所致的胰島損傷，保護和修復胰島細胞功能,進而影響血糖代謝。

2腸道菌群在2型糖尿病發生發展中的作用機制

2.1調節炎癥反應2型糖尿病是一種伴有細胞因子增高的慢性炎癥疾病，這些炎癥因子可上調胰島素靶器官肝臟、脂肪組織、肌肉的敏感性，從而產生胰島素抵抗，導致2型糖尿病的發生。細胞因子網絡失衡[5]和炎癥活化信號增強是低度炎癥的特征，腸道微生物分子如脂多糖(LPS)是炎癥網絡反應的啟動因子，并在其以后的炎癥反應中發揮作用[6~8]。腸道菌群失調使得腸道上皮細胞緊密連接發生破壞，腸道滲透性增加使LPS經由變弱的腸道屏障進入組織，通過免疫細胞表面的LPS/CD14/TLP4激活炎癥的級聯反應，從而誘發慢性炎癥[6]。短鏈氨基酸(SCFAs)是指碳鏈中碳原子小于6個的有機脂肪酸，其不僅是腸上皮細胞重要的能量來源，還可影響腸黏膜屏障和腸上皮細胞的通透性、氧化應激反應等。SCFAs通過平衡炎癥介質的表達來發揮抗炎作用，主要與其調節白細胞和脂肪細胞的功能、降低細胞因子、趨化因子的表達和產生有關，并減少由LPS介導的中性粒細胞TNF-α的釋放。此外SCFAs能夠通過組織內皮細胞黏附分子的下調，阻止白細胞的趨化性，減少脂肪組織的炎癥浸潤。

2.2維持腸道黏膜通透性正常居住在腸道中的細菌在一定條件下可以穿過相對完整的黏膜上皮進入組織，腸內細菌向腸外組織遷移的這一現象成為細菌移位。腸道黏膜在營養素的吸收和屏障功能調節中發揮重要作用，可以防止腸道細菌發生移位。腸黏膜的完整性通過細胞間緊密連接、黏液分泌、抗原肽、免疫蛋白分泌物來實現。Zonulin蛋白是腸道緊密連接的調節器。Zonulin蛋白濃度的變化與腸道緊密連接的能力和胃腸滲透壓有關[10~15]。腸道黏膜通透性的增加可以使內毒素增加[16]。有研究對23位男性補充6個益生菌菌株，結果顯示益生菌有增強腸道黏膜完整性的作用[8]。對志愿者補充益生元，結果顯示其腸道微生物發生了變化且腸道通透性下降[17]。經益生元處理的老鼠，LPS、細胞因子水平降低，肝臟炎癥和氧化應激指標表達下降。胰高血糖素樣肽-2(GLP-2)在調節腸黏膜完整性、腸道上皮細胞增殖和預防細胞凋亡中發揮重要作用。益生元增強GLP-2的表達，而益生元的拮抗劑消除GLP-2的效應。GLP-2能促進胃腸道黏膜表面面積的擴張，刺激碳水化合物和氨基酸營養物質的吸收，提高黏膜己糖的運輸，加強編碼營養轉運蛋白基因的表達及與消化道有關多種酶的表達。總之通過改變腸道菌群的組成能夠引起GLP-2表達增加，有利于維持腸道黏膜的穩定性，從而改善糖尿病患者的腸道屏障功能。可見，腸道菌群在腸道黏膜通透性的維持和代謝性內毒素血癥的過程中發揮重要作用。

2.3調節能量代謝肥胖與2型糖尿病關系密切，肥胖者的外周組織胰島素受體數目減少、葡萄糖氧化利用和非氧化利用障礙、胰島素對肝糖輸出的移植作用降低和游離脂肪酸代謝增高均可影響葡萄糖的利用，需分泌更多的胰島素代償缺陷。腸道菌群具有調節宿主體質量和能量代謝的作用。B?ckhed等[14]發現，傳統飼養的小鼠身體總脂肪量高于無菌飼養小鼠總脂肪量，給無菌小鼠移植傳統飼養小鼠的腸道菌群，14 d后無菌小鼠的身體總脂肪比增加了57%，腸道菌群能通過增加腸道上皮的毛細血管密度來促進腸道的吸收。有研究發現,無菌小鼠的小腸絨毛上皮細胞的毛細血管濃度增加了2倍[13]。另外，腸道菌群通過將膳食多糖發酵為丁酸鹽等產物，在調節脂肪和葡萄糖代謝方面發揮重要作用。

2.4調節內源性大麻素系統(ECB)研究[18]表明LPS、代謝內毒素和神經系統之間存在緊密關系。ECB通過激活兩G蛋白偶聯受體，即大麻素 1(CB1)受體和2(CB2)發揮大部分功能。腸道菌群調節ECB的表達，CB2受體水平與腸道乳酸菌數量呈正相關，與梭狀芽孢桿菌的數量呈負相關。ECB通過CB1受體可以控制腸道滲透性和血漿LPS的水平[19]。ECB調節腸道滲透性與腸道黏膜上皮的緊密連接蛋白的定植與分配，CB1受體表達受阻能夠提高腸道黏膜緊密連接蛋白的數量,從而改善其屏障功能。因此，腸道菌群通過ECB系統和LPS在調節腸道通透性方面發揮重要作用。ECB系統對血糖調節也有影響，CB2受體激活能夠改善小鼠的糖耐量，而CB1受體阻滯劑和CB2受體激動劑作用相似，提示ECB通過CB1和CB2受體的相互作用調節血糖的平衡[15]。

2.5調節胰島素抵抗LPS受體能夠調節胰島素抵抗的關鍵過程，LPS等促炎刺激物激活細胞內c-Jun氨基末端激酶(JNK)和IκB激酶β(IKKβ)通路，IKKβ激活NF-κB和刺激炎癥的發生從而引起胰島素抵抗，JNK活化促進磷酸化胰島素受體底物抑制胰島素正常信號的傳導導致胰島素抵抗，從而使胰島細胞的功能受損影響胰島素的釋放，減少胰島素誘導的葡萄糖分泌。LPS可影響其他器官的功能，進而導致胰島素抵抗。因此內毒素血癥、炎癥及胰島素抵抗引發的糖尿病與腸道菌群失調有關。

2.6調節膽汁酸代謝腸道菌群還可影響膽汁酸的代謝，膽酸和鵝脫氧膽酸是膽固醇合成的主要膽汁酸，一旦最初的膽汁酸如膽酸和鵝脫氧膽酸到達腸道，可通過腸道細菌轉化為次級膽汁酸。腸道微生物在膽汁酸代謝中起重要作用。脫氧膽酸是主要的次級膽汁酸，其生成需要通過大腸梭狀芽孢桿菌經7α-脫羥基反應的參與。與無菌小鼠相比，規范化培養的小鼠膽囊和小腸的膽汁酸水平明顯降低，但盲腸、結腸和糞便中的膽汁酸明顯增高。腸道菌群可以激活膽汁酸受體從而減少膽汁酸合成酶的表達，反過來膽汁酸的抗菌活性有助于抑制腸道細菌定殖和生長。膽汁酸的抗菌活性主要與膜損傷有關[20]。只有能夠適應生理濃度的膽汁酸才能夠在腸道中生存。給大鼠喂養膽汁酸增加厚壁菌門/擬桿菌門的比例，這種變化與高脂喂養的小鼠變化相似[21]。膽汁酸作為信號傳導分子和細胞受體配體在葡萄糖的代謝中發揮重要作用。膽汁酸能激活法呢醇X受體(FXR)和G蛋白偶聯受體(GPCR1)，同時通過FXR抑制糖異生基因的表達。敲除ob/ob小鼠FXR受體，能夠提高小鼠的血糖、糖耐量及脂肪組織對胰島素的敏感性[22]。垂直套筒胃切除(VSG)是治療糖尿病合并肥胖的有效手段，FXR通過增加循環膽汁酸和腸道菌群的轉換有助于VSG術后患者體質量的下降及糖耐量的改善[23]。激活腸內分泌L細胞的GPCR1導致胰高血糖素樣肽(GLP-1)釋放，能夠改善肝臟和胰腺的功能并增加肥胖小鼠的糖耐量[24]。腸道菌群富含膽汁鹽的水解酶，通過降低牛磺酸早期解離的速度可以使牛磺酸膽汁酸的水平升高。

綜上所述，腸道菌群與2型糖尿病關系密切，腸道菌群可能是導致2型糖尿病的又一病因。但目前仍有許多問題亟待解決，LPS能夠通過結合TLR4和激活NF-κB信號通路抑制離體大鼠胰腺胰島素的合成，然而并不清楚腸道菌群是否可以直接影響2型糖尿病患者胰島Β細胞質量及功能，目前也無法檢測與之有關的胰島和腸肝基因。未來的研究需要更深入地探索腸道菌群與2型糖尿病之間的關系，并尋找治療2型糖尿病的新路徑。

參考文獻：

[1] Cani PD, Delzenne NM. The role of the gut microbiota in energy metabolism and metabolic disease[J]. Curr Pharm Des, 2009,15(13):1546-1558.

[2] Larsen N, Vogensen FK, van den Berg FWJ, et al.Gut microbiota in human adults with type 2 diabetes differs from non-diabetic adults[J]. PLoS One, 2010,5(2):9085.

[3] Karlsson FH, Tremaroli V, Nookaew I, et al. Gut metagenome in European women with normal, impaired and diabetic glucose control[J]. Nature, 2013,498(7452):99-103.

[4] Qin J, Li Y, Cai Z, et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes[J]. Nature, 2012,490(7418): 55-60.

[5] Membrez M, Blancher F, Jaquet M, et al. Gut microbiot a modulation with norfloxacin and ampicillin enhances glucose tolerance in mice[J]. FASEB J, 2008，22(62):2416- 2426.

[6] Cani PD, Amar J, Iglesias MA, et al. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance[J]. Diabetes， 2014,56(12):1761-1772.

[7] Pickup JC, Crook MA. Is type Ⅱdiabetes mellitus a disease of the innate immunesystem[J]. Diabetologia, 1988,41(10):1241-1248.

[8] Lamprecht M, Bogner S, Schippinger G, et al. Probiotic supplementation affects markers of intestinal barrier, oxidation, and inflammation in trained men; a randomized, double-blinded, placebo-controlled trial[J]. J Int Soc Sports Nutr, 2012,9(1):45.

[9] Peng L, Li ZR, Green RS, et al. Butyrate enhances the intestinal barrier by facilitating tight junction assembly via activation of AMP-activated protein kinase in Caco-2 cell monolayers[J] .J Nutr, 2009,139(9):1619-1625.

[10] Fasano A. Zonulin and its regulation of intestinal barrier function: the biological door to inflammation,autoimmunity and cancer[J]. Physiol Rev, 2011,91(1):151-175.

[11] Hotamisligil GS. Inflammation and metabolic disorders[J]. Nature, 2006,444(712):860-867.

[12] Samuel BS, Shaito A, Motoike T, et al. Effects of the gut microbiota on host adiposity are modulated by the short-chain fatty-acid binding G protein-coupled receptor Gpr41[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008,105(43):16767-16772.

[13] Ding H, Wang T, Hooper LV, et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage[J]. Proc Natl Acad USA, 2004,101(44):15718-15712.

[14] B?ckhed F, Ding H, Wang T, Hooper LV,et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage[J]. Proc Natl U S A ,2004,101(44):15718-15723.

[15] Bermudez-Silva FJ, Sanchez-Vera I, Suárez J, et al. Role of cannabinoid CB2 receptors in glucose homeostasis in rats[J]. Eur J Pharmacol, 2007,565(1-3): 207-211.

[16] Xiao S, Fei N, Pang X, et al. A gut microbiota-targeted dietary intervention for amelioration of chronic inflammation underlying metabolic syndrome[J]. FEMS Microbiol Ecol, 2014,87(2):357-367.

[17] Cani PD, Bibiloni R, Knauf C, et al. Changes in gut microbiota control metabolic endotoxemia-induced inflammation in high-fat diet-induced obesity and diabetes in mice[J]. Diabetes, 2008,57(6): 1470-1481.

[18] Cani PD, Geurts L, Matamoros S, et al. Glucose metabolism: focus on gut microbiota, the endocannabinoid system and beyond[J]. Diabetes Metab, 2014,40(4): 246-257.

[19] Cani PD, Osto M, Geurts L, et al. Involvement of gut microbiota in the development of low-grade inflammation and type 2 diabetes associated with obesity[J]. Gut Microbes, 2012, 3(4):279-288.

[20] Kurdi P, Kawanishi K, Mizutani K. Mechanism of growth inhibition by free bile acids in lactobacilli and bifidobacteria[J]. J Bacteriol, 2006,188(5):1979-1986.

[21] Islam KB, Fukiya S, Hagio M, et al.Bile acid is a host factor thatregulates the composition of the cecal microbiota in rats[J]. Gastro enterology, 2011,141(5):1773-1781.

[22] Prawitt J, Abdelkarim M, Stroeve JH, et al. Farnesoid X receptor deficiency improves glucose homeostasis in mouse modelsof obesity[J]. Diabetes, 2011,60(7): 1861-1871.

[23] Ryan KK, Tremaroli V, Clemmensen C, et al. FXR is a molecular target forthe effects of vertical sleeve gastrectomy[J]. Nature, 2014, 509(7499):183-188.

[24] Thomas C, Gioiello A, Noriega L, et al. TGR5-mediated bile acidsensing controls glucose homeostasis[J]. Cell Metab, 2009, 10(3):167-177.

·經驗交流·

腓腸肌肌皮瓣結合自制負壓引流裝置治療

慢性脛骨感染合并骨外露臨床觀察

林松慶1，鄭明聲2，陳金水1，王本海1，張慧浩2，黃偉2，王映冰2(1南京軍區福州總醫院·福建醫科大學福總臨床醫學院，福州350025；2福建中醫藥大學)doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.09.042

小腿嚴重骨折術后或血源性脛骨慢性骨髓炎術后易合并骨外露,治療十分棘手，治療時間長、療效不佳，易復發，部分患者需要截肢。我們前期研究中采用自行設計的負壓引流裝置治療四肢骨折術后感染取得不錯的臨床療效[1]。本研究于2008年2月~2014年8月采用腓腸肌肌皮瓣結合自行設計的負壓引流裝置治療慢性脛骨感染合并骨外露患者25例，觀察其療效。

臨床資料：選擇南京軍區福州總醫院骨一科住院的慢性脛骨感染合并骨外露患者25例，男18例、女7例，年齡28~63歲(平均43歲)；致傷原因：車禍傷21例，重物壓傷4例；其中骨折內固定術后15例、骨折外固定術后4例、血源性感染6例；病史1~20年。患者均有脛骨前皮膚缺損或竇道，缺損皮膚面積2.0 cm×2.5 cm~5.0 cm×6.5 cm，術前X線檢查可見骨質破壞、增生、死骨、包殼、骨不連等。

治療方法：患者入院后常規進行傷口分泌物細菌培養及藥敏試驗，根據培養結果選用敏感抗生素控制感染。若傷口無分泌物或培養未出結果，先開始經驗性使用抗生素，待術中留取標本進行培養，再進一步調整抗生素。患者術前抗感染有效后行手術治療。患者均采用腰硬聯合麻醉，麻醉成功后，術野常規消毒鋪巾。依次切開皮膚、皮下組織，切除脛骨前緣瘢痕組織及竇道，顯露脛骨感染病灶，蝶形開窗、徹底清創，去除死骨及硬化骨，顯露有血運的新鮮骨質，電鉆打通髓腔，予生理鹽水、雙氧水、碘伏反復沖洗、浸泡傷口及病灶。髓腔內放置自制腸造口袋和皮膚黏膜封閉負壓引流裝置進出水管的遠端，近端從離創口約4 cm的周圍皮膚良好處，經皮下戳口引出皮膚備用[2]。根據擴創后的軟組織缺損面積設計同側腓腸肌肌皮瓣，肌皮瓣長寬均應≥受區2 cm，按其移位后所達受區最遠端設計皮瓣長度。找到腓腸肌內側頭，先切開腓腸肌前內側部及下部，然后切開后正中部，形成帶蒂肌皮瓣，轉移至受區，同時保證肌皮瓣能填滿空腔、無張力縫合固定于受區。供區面積較小者直接拉攏縫合，面積較大者拉攏縫合并取同側大腿游離皮片，植于受區缺損處，用尖刀在取下的皮片上作減張切口，油紗、棉球打包縫合。連接好負壓吸引裝置各進出水管道，無菌敷料包扎。術后以慶大霉素40萬U加入3 000 mL 0.9%的氯化鈉溶液中，通過自制腸造口袋和皮膚黏膜封閉負壓引流裝置沖洗引流4周，同時根據藥敏結果選用敏感抗生素繼續靜滴，術后密切觀察皮瓣顏色、溫度、張力，及時處理血管危象，常規運用改善循環藥物，若皮瓣張力大及時予以減張力。4周后炎癥指標恢復正常，引流液澄清、無絮狀物，隔日連續3 次引流液細菌培養均陰性時即可拔管。

結果：25例患者術后均隨訪1~2年。肌皮瓣均成活。22例1個月內創面完全消失；3例經換藥處理，2個月后創面消失，其中2例術后1年復發經再次清創后治愈，1例截肢。

討論：慢性脛骨感染病灶清除后必須進行長時間、徹底引流，以避免感染復發。傳統術后持續沖洗引流只能局部引流，引流面積有限，術后引流傷口未能形成負壓，難以實現徹底引流，膿液可能積聚。簡易的沖洗負壓引流有負壓吸引的效果，但引流管易堵管或折管[3~5]。有報道[6]應用創面封閉負壓引流(VSD)治療骨感染合并骨外露，取得良好的效果。VSD通過醫用海綿敷料覆蓋創面，有人工皮膚的作用，能覆蓋骨外露，并能徹底引流，刺激組織增生，但也吸附、積聚病菌及污染物。1周更換VSD敷料1次，并要二期關閉切口，慢性骨感染引流時間長，要多次更換敷料，費用較高，限制了其臨床應用。

我們自行設計的腸造口袋和皮膚貼膜封閉負壓引流裝置，已在四肢骨折術后感染中應用多年[1，2]。通過1根進水管接沖洗液，兩根至多根引流管置于切口周圍的皮膚處，進水管、引流管、腸造口袋內形成一個封閉的“二級腔”，再由1根較粗的引出管連接負壓源，把“二級腔”的引出液及時吸出，排出體外，并不引起污染物積聚，克服了VSD的缺點，并能達到引流徹底、刺激組織再生、改善血液循環等功效。腓腸肌肌皮瓣同時具備皮膚與肌肉，肌肉可填塞骨病灶清除后的空腔，皮膚可覆蓋創面。腓腸肌肌皮瓣血供豐富，抗感染能力強，組織較厚，負壓吸引對肌皮瓣的影響小。選擇腓腸肌肌皮瓣可鄰近切取、轉移，可修復小腿上、中、下各部位的軟組織缺損[7]。但如小腿后內側供區皮膚軟組織有較嚴重損傷的病例，應慎用。腓腸肌肌皮瓣結合負壓引流治療時應注意：徹底清創，去除死骨、硬化骨與無血供的瘢痕組織；脛骨骨折術后骨不連，改用外固定架固定;根據培養結果，選擇敏感、窄譜、廉價、安全的抗生素。如培養沒有結果先經驗用藥，觀察患者癥狀、體征和炎癥指標，判斷療效。同時重視營養支持和基礎疾病的治療。脛骨感染清創術后進行持續灌洗加負壓吸引，引流管近端應放置在骨髓腔內，管壁可直接與腓腸肌肌皮瓣接觸，治療過程中要保持有效的封閉、持續負壓源和負壓引流管的通暢。腓腸肌肌皮瓣切取后，松開止血帶，觀察肌皮瓣創面出血情況，徹底止血。

總之，選擇腓腸肌肌皮瓣結合負壓引流治療慢性脛骨骨感染合并骨外露，能較好地修復骨外露，減少骨感染的復發，改善局部血供，為骨愈合創造條件，取得良好的效果。

[1] 林松慶,蔡鎮德,王東升,等.持續沖洗負壓引流治療四肢骨折術后感染[J].中國骨與關節損傷雜志,2013,28(4):388-389.

[2] 林松慶,董輝,周國華,等.腸造口袋和皮膚貼膜封閉負壓引流裝置的制作及其應用[J].中國醫學工程,2011,19(7):132-134.

[3] 陳居文,李超英.大段同種異體骨移植體內血管化的研究進展[J].中國矯形外科雜志,2013,21(22):2271-2273.

[4] 劉華彬,高順紅.骨搬移技術在脛骨骨缺損的研究進展[J].實用手外科雜志,2013,27(1):64-67.

[5] 陳要林,張偉濱,沈宇輝.Masquelet技術治療骨缺損研究進展[J].國際骨科學雜志,2010,3l(5):270-272.

[6] 李紹光,劉智,孫天勝,等.負壓封閉引流聯合筋膜皮瓣轉移分期手術治療創傷后骨髓炎[J].中國骨傷,2012,25(6):516-519.

[7] 胥少汀,葛寶豐,徐印坎.實用骨科學[M].4版.北京:人民軍醫出版社,2012：2331-2404.

基金項目：軍區醫藥衛生科研基金資助項目(12MA103)；福建省自然科學基金資助項目(2013J01344)。

(收稿日期：2015-10-19) 2015-11-06)

中圖分類號：R587.1

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)09-0101-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.09.041

通信作者：梁瑜禎(E-mail:675065849@qq.com) 林松慶(E-mail：lsqin66@126.com)