腸道菌群與2型糖尿病的相關(guān)性研究

勞 一,李 萍,寧興旺,張 貞 綜述，謝小兵 審校

(湖南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學檢驗與病理中心,湖南長沙 410007)

2型糖尿病的主要特征是由于人體內(nèi)胰島素分泌缺陷或胰島素抵抗而引發(fā)血糖水平升高。隨著病情進展可引發(fā)眼、腎、心臟、血管及神經(jīng)組織慢性損害，給患者精神和身體造成雙重損害，降低其生活質(zhì)量。2017年，國際糖尿病聯(lián)盟頒布的《全球糖尿病概覽(第8版)》中顯示，全球20～79歲成年人中，約有4.25億人口罹患糖尿病，而其中2型糖尿病患者占比約90%[1-3]。中國的2型糖尿病患者在2017年達到1.14億，發(fā)病率居全球首位。預(yù)計全球范圍內(nèi)，至2045年時將有約6.29億人患此病。

近年來，針對腸道菌群對人類多種疾病相互作用的研究如火如荼，許多研究者通過實驗研究證明，2型糖尿病和腸道菌群之間可彼此影響。本文將針對2型糖尿病與腸道菌群間的相關(guān)性進行討論。

1 腸道菌群

在人類腸道中，有1 000余種細菌(包括需氧菌和厭氧菌)與人類共生，其中厭氧菌占總數(shù)的90%以上。需氧菌有腸桿菌、鏈球菌、葡萄球菌、腸球菌等,厭氧菌有雙歧桿菌、消化鏈球菌、梭菌屬、乳桿菌、韋榮球菌屬、真細菌屬、普雷沃菌屬、脆弱擬桿菌等。這些細菌在胃、空腸、回腸、結(jié)腸中的含量依次遞增[4]，總數(shù)約為3.8×1013～4×1013，其總數(shù)與人體內(nèi)細胞數(shù)量大致相同[5-6]，但其基因數(shù)與人體基因數(shù)相比，前者是后者的150倍[7]。

2 2型糖尿病患者腸道菌群的特點

2型糖尿病患者腸道內(nèi)細菌構(gòu)成與健康者相比有明顯變化[8-9]。國外多項研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者均存在明顯的腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)，腸內(nèi)梭菌/厚壁細菌比值明顯升高，大腸埃希菌等有害菌水平明顯上升，益生菌——雙歧桿菌數(shù)量則明顯減少。此現(xiàn)象在2型糖尿病大鼠模型中也得到了印證[10-11]。有研究者將健康大鼠與糖尿病大鼠糞便菌群16SrRNA的V1～V3區(qū)進行擴增，并測定二者基因序列，通過對比、分類發(fā)現(xiàn)，健康大鼠糞便菌群的多樣性低于糖尿病大鼠。糖尿病模型大鼠的糞便內(nèi)菌種結(jié)構(gòu)中，腸球菌、腸桿菌等條件致病菌數(shù)量增加；同時，克里斯滕森菌科、明串珠菌科、黃桿菌科、森氏梭狀芽孢桿菌、諾蘭克嗜氣桿菌、瘤胃球菌科等在糖尿病組的糞便中可見[12]。研究人員發(fā)現(xiàn)，在門水平下，健康人群與2型糖尿病患者相比，腸道內(nèi)相同優(yōu)勢菌門為擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門和變形菌門，兩者上述幾種菌門豐度比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；在屬水平下，健康人群與2型糖尿病患者比較，腸道內(nèi)共同的優(yōu)勢菌屬為毛螺桿菌屬與擬桿菌屬，但2型糖尿病患者羅斯菌屬豐度要低于健康人群，且男性2型糖尿病患者擬桿菌屬的豐度低于女性患者，而假單胞菌屬的豐度則高于女性患者；柔嫩梭菌屬的豐度隨餐后2 h血糖水平升高而升高[13]。

3 腸道菌群變化引起2型糖尿病的病理機制

3.1調(diào)節(jié)脂類物質(zhì) BCKHED等[14]通過熒光實時定量PCR發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變可以影響轉(zhuǎn)錄因子固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1和糖類應(yīng)答元件結(jié)合蛋白，進而作用于肝細胞，使肝細胞mRNAs編碼的兩種酶即乙酰輔酶A羧化酶及脂肪酸合成酶數(shù)量增加，最終促進脂肪酸的合成；其次他們還發(fā)現(xiàn)腸道菌群的變化能夠抑制禁食誘導(dǎo)脂肪細胞因子從而增加脂蛋白脂酶的活性來促使脂肪進入細胞沉積及降低消耗。禁食誘導(dǎo)脂肪細胞因子能夠減少過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α的表達，從而減少脂肪酸氧化酶的數(shù)量造成脂肪酸消耗下降。而AMP活化蛋白激酶活性的降低同樣可以減少脂肪的消耗[15]并促進肝臟產(chǎn)生的脂肪酸、膽固醇和三酰甘油的合成[16]。

3.2調(diào)節(jié)葡萄糖 研究表明雙歧桿菌極大程度上和葡萄糖耐受水平呈正相關(guān)[17]，這也提示腸雙歧桿菌增多使腸道吸收單糖的含量增加，進而提升機體對胰島素的敏感度[18]。腸道菌群還可以使AMP活化蛋白激酶的活性下降[15]，抑制周邊組織的葡萄糖攝取。

3.3調(diào)節(jié)膽汁酸 膽汁酸受體中的法尼酯衍生物X受體在膽固醇代謝和膽汁酸代謝中起到非常重要的作用，它通過FX-SHP-LRHI/HNF4α-CYP7A1和FXR-FGF15/19-FGFR4-JNK-CYP7A1兩條途徑抑制膽汁酸合成的關(guān)鍵酶CYP7A1，參與膽固醇代謝調(diào)節(jié)。該受體同時還可以促進血漿內(nèi)三酰甘油的清除，抑制極低密度脂蛋白的形成，下調(diào)糖代謝過程中的酶如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、葡萄糖-6-磷酸酶等來抑制葡萄糖合成[19]。有研究表明，由飲食引起糖尿病的小鼠模型與非飲食引起糖尿病的小鼠模型中相比，前者法尼酯衍生物X受體的表達有所提高[20]，但不同研究又顯示該受體的激活可以降低血中膽固醇及三酰甘油的水平，使機體對胰島素敏感度提高[21]，而將實驗小鼠的該受體基因進行敲除后，則表現(xiàn)為血漿和肝臟中的三酰甘油與膽固醇水平升高[19]。因此若法尼酯衍生物X受體的調(diào)節(jié)功能發(fā)生紊亂，比如過度激活或過度拮抗都會造成體內(nèi)膽固醇、三酰甘油、葡萄糖的代謝紊亂引起2型糖尿病的發(fā)生。

3.4炎性反應(yīng) 腸道菌群的紊亂會導(dǎo)致機體產(chǎn)生內(nèi)毒素血癥及產(chǎn)生炎癥導(dǎo)致機體功能紊亂[22]。作為革蘭陰性細菌外膜的重要成分，內(nèi)毒素可促使機體產(chǎn)生大量細胞因子，導(dǎo)致全身炎性反應(yīng)的發(fā)生，進而使機體產(chǎn)生胰島素抵抗[23]。其機制為內(nèi)毒素激活了CD14/TLR4受體復(fù)合物[24]。在腸道內(nèi)，Toll樣受體在宿主防御細菌感染以及免疫方面起到重要作用，TLR4負責識別內(nèi)毒素，隨后該受體激活，使核轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，從而使促炎癥因子如腫瘤壞死因子以及前列腺素環(huán)加氧酶活化，由TLR4介導(dǎo)產(chǎn)生的炎性反應(yīng)因腸道內(nèi)存在的大量內(nèi)毒素而加重，最后引起胰島素抵抗的發(fā)生[18]。CIPOLLETTA等[25]認為內(nèi)臟脂肪組織中存在一種特殊的調(diào)節(jié)性T細胞——Foxp3+CD4+調(diào)節(jié)性T細胞，它參與控制脂肪組織的炎癥狀態(tài)，而過氧化物酶體增生物激活受體γ正是由該細胞所表達，它是調(diào)節(jié)脂肪細胞分化的主要因子之一，它可以協(xié)調(diào)內(nèi)臟中的脂肪組織的調(diào)節(jié)性T細胞的積累、表型和功效從而減輕機體的炎性反應(yīng)程度并使機體對胰島素敏感度升高。因此，腸道菌群結(jié)構(gòu)的平衡在某種程度上能夠控制血糖水平，提升組織的葡萄糖利用率，使炎性反應(yīng)程度降低，促進脂肪代謝，提升胰島素敏感度，進而使2型糖尿病發(fā)病率下降。

4 調(diào)節(jié)腸道菌群治療2型糖尿病的治療方法

4.1糞菌移植 糞菌移植是將健康人群的糞便進行特殊處理制成某種劑型(通常是糞菌液或膠囊)，其中含有功能性菌群，通過給患者進行鼻飼或口服的方法，使糞菌制劑進入患者腸道中并定植，以期患者的腸道菌群恢復(fù)正常。一些研究人員對合并胰島素抵抗的代謝綜合征患者進行了經(jīng)鼻和腸道的糞便細菌移植。菌群捐獻者都是瘦弱健康的人。經(jīng)過歷時6周的治療，患者胰島素敏感度與治療前相比有明顯提升，腸道菌群的豐度也有所增長。雖然患者經(jīng)過該類治療后小腸菌群種類變化不明顯，但能夠制造丁酸的細菌數(shù)量明顯增多，而丁酸能改善胰島素響應(yīng)，并調(diào)整能量代謝，故說明糞菌移植對于治療糖尿病確實存在一定效果[26]。

4.2減肥手術(shù) 減肥手術(shù)已被證明能夠使胰島細胞功能和胰島素敏感度復(fù)原，使血糖水平保持穩(wěn)定，改善血脂異常，降低2型糖尿病并發(fā)癥病死率等。這是醫(yī)治2型糖尿病合并肥胖的有效措施[27]。減肥手術(shù)的常用術(shù)式有袖狀胃切除術(shù)、Roux-en-Y胃旁路術(shù)等。傳統(tǒng)的減肥手術(shù)通過胃腸道旁路限制食物的攝入和吸收來改善代謝癥狀。但試驗表明，體質(zhì)量的減輕遲于代謝癥狀的改善。而腸道菌群結(jié)構(gòu)的改善對術(shù)后代謝狀況的好轉(zhuǎn)起關(guān)鍵作用[28]。肥胖患者的腸道菌群中擬桿菌門/厚壁菌門比值下降，在行胃旁路手術(shù)后該比值升高，同時變形菌門數(shù)量增加，此改變與術(shù)后代謝狀況的改善關(guān)系明顯[29]。同時膽汁酸代謝功能的改善也可經(jīng)由減肥手術(shù)實現(xiàn)[30]。

4.3抗菌藥物 有研究者在使用氨芐西林和新霉素飼喂高脂飲食模型肥胖鼠時發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用抗菌藥物明顯改變了腸道菌群的結(jié)構(gòu)組成，進而降低了動物模型中內(nèi)毒素、血糖以及糖耐量的水平[31]。另有研究人員用諾氟沙星和氨芐西林治療肥胖小鼠，發(fā)現(xiàn)藥物幾乎消除了小鼠腸道內(nèi)所有的菌群。2周實驗結(jié)束后，盡管這些動物依然肥胖，但實驗組動物的血糖降至正常水平，空腸內(nèi)TNF-α的水平降低，這也說明，使用抗菌藥物調(diào)節(jié)腸道內(nèi)細菌結(jié)構(gòu)，確實可以使體內(nèi)炎癥程度下降，提高糖耐受能力。其作用機制為諾氟沙星等抗菌藥物可以調(diào)節(jié)胰島A細胞膜上的一氨基丁酸A型受體(GABAA)的活性來抑制胰高血糖素的分泌[18]。盡管上述實驗中短期使用抗菌藥物的飼喂可以改善小鼠的血糖，說明抗菌藥物確有調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)的作用，但長期使用抗菌藥物反而導(dǎo)致菌群失調(diào)的不良反應(yīng)也是顯而易見的。曹思明等[32]通過針對臨床患者的試驗研究發(fā)現(xiàn)，單純使用抗菌藥物無法完全改善2型糖尿病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂的問題，但將抗菌藥物與活菌制劑聯(lián)用可改善腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂的問題。

4.4益生元 益生元是指各種功能性低聚糖，也是膳食補充劑的一種。益生元通過有選擇地刺激人體腸道中某一種或某幾種有益菌的增殖與活性，進而改善人體健康。益生元在被服用后，基本不會被消化，它們會被腸道菌群發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，從而促進乳酸菌與雙歧桿菌等益生菌的增殖，而有害的梭狀芽孢桿菌水平則明顯下降[33]。有研究者給予試驗組臨床患者服用短鏈低聚果糖，試驗歷時12周，12周后研究人員發(fā)現(xiàn)試驗組患者各項血糖指標與血脂指標含量明顯低于治療前；試驗組治療后血糖與血脂指標均低于對照組[34]。

4.5益生菌 目前認為益生菌作用于2型糖尿病的機制有以下幾點：調(diào)整能量代謝；調(diào)節(jié)腸道屏障與免疫炎性反應(yīng)；抑制有害菌定植[35]。研究表明，針對2型糖尿病患者使用益生菌治療可起到改善癥狀的作用[36]。MOROTI等[37]對20例年齡在50～60歲的志愿者進行了一項隨機雙盲、安慰劑對照研究。試驗持續(xù)30 d，期間試驗組每天飲用混合了雙歧乳桿菌、嗜酸乳桿菌與低聚果糖的飲料，而安慰劑組每日飲用相同量的不含任何共生細菌的飲料。結(jié)果顯示，試驗組血液中高密度脂蛋白水平顯著提升，而空腹血糖水平明顯下降，安慰劑組無顯著改變，證明益生菌對2型糖尿病有一定緩解作用。同樣，益生菌通過刺激胰高血糖素樣肽-1與胰高血糖素樣肽-2的釋放來預(yù)防2型糖尿病[38]。通過使用雙歧桿菌四聯(lián)活菌制劑能使得患者腸道乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量增加，大腸埃希菌數(shù)量減少，從而調(diào)整改善紊亂的腸道菌群，并修復(fù)胰島β細胞的功能，改善糖代謝功能，有利于管控人體各項血糖指標[39]。

5 小 結(jié)

經(jīng)過大量研究已證實，2型糖尿病能夠影響到人體中作為“特殊器官”存在的腸道菌群的結(jié)構(gòu)組成，同時腸道菌群也已被證明能反作用于2型糖尿病，且現(xiàn)代醫(yī)學能夠通過自身各種手段影響腸道菌群的變化進而干預(yù)2型糖尿病的預(yù)防與治療效果。筆者預(yù)計，將調(diào)整腸道菌群與現(xiàn)有成熟的通過化學性降糖藥物治療2型糖尿病的方法相結(jié)合，至少可以通過減少化學性藥物的使用而降低其對人體的不良反應(yīng)，而治療效果可通過后續(xù)臨床試驗加以證實。因此筆者認為，通過腸道菌群結(jié)構(gòu)來治療2型糖尿病將成為新型的、更加“綠色”的治療方法。