孕早期腸道菌群檢測對妊娠期糖尿病的預測及評估價值

李嵐 劉彩麗 杜杰

妊娠期糖尿病（Gestational diabetes mellitus，GDM）是常見的妊娠期并發癥之一，ADA 將其定義為孕期無糖尿病、在孕中晚期確診糖尿病的患者。隨著近些年我國居民飲食結構的改變，GDM 的發病率也呈逐年升高趨勢［1?2］，目前國內診斷GDM 主要依靠孕中期的口服葡萄糖耐量試驗（OGTT），缺乏孕早期預測GDM 的手段。腸道菌群被視作人體第十大系統、即微生態系統，腸道菌群多樣性的改變與2 型糖尿病、肥胖等代謝性疾病的發病有關，調節腸道菌群能夠改善糖脂代謝紊亂及胰島素抵抗［3?4］。國內一項GDM 相關的橫斷面研究證實孕中期腸道菌群的變化與GDM 的發病相關［5］。本文設計了隊列研究，在孕早期進行腸道菌群檢測、在孕早期進行GDM 評估，具體分析了孕早期腸道菌群檢測對GDM 的預測及評估價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2018年3月至2021年8月期間在河南省安陽市婦幼保健院建卡并規律產檢的342 例孕婦作為研究對象，納入標準：①初產婦，單胎妊娠；②孕早期在本院建卡并進行腸道菌群檢測；③規律產檢，并在孕中期行OGTT；④臨床資料完整。排除標準：①孕前有糖尿病、高血壓、血脂異常等疾病；②合并甲狀腺疾病、自身免疫性疾病；③合并或既往有惡性腫瘤。根據孕中期OGTT 結果將入組的342 例孕婦分為GDM 組（n=32）和對照組（n=310）。GDM 組年齡平均（29.12±7.51）歲，孕前體質量指數（Body mass in?dex，BMI）（21.09±5.23）kg/m2，孕早期BMI（21.85±7.41）kg/m2；對照組年齡平均（28.51±4.48）歲，孕前BMI（20.88±4.58）kg/m2，孕早期BMI（21.44±4.85）kg/m2。兩組孕婦年齡、孕前及孕早期BMI 的比較差異無統計學意義（P>0.05）。所有入試者及家屬均簽署知情同意書。本實驗經醫院倫理委員會批準。

1.2 孕早期腸道菌群的檢測

孕早期建卡時，采用糞便核酸保存管（上海伯豪生物技術有限公司）采集新鮮糞便，放置在-80℃保存。檢測時，采用糞便DNA 提取試劑盒（上海翌圣生物科技有限公司）提取糞便中的基因組DNA，采用PCR 試劑盒（上海翌圣生物科技有限公司）對DNA 進行擴增，所用引物為針對16SrRNA V3?V4 可變區的特異性引物，上游引物為5′ ?ACTCCTACGGGAGGCAGCAG?3′，下游引物為5′?GGACTACHVGGGTWTCTAAT?3′。得到PCR 產物后，在Illumina Hiseq2500 平臺進行測序分析，所得序列在Trimmomatic 軟件中根據RDP classifer 貝葉斯算法［5］Ace 指數、OTUs、Chao 1 指數、Shannon 指數、Simpson 指數及厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門、瘤胃菌門的豐富度。

1.3 孕中期GDM 的診斷和評估

孕中期進行OGTT，參照《妊娠合并糖尿病診治指南（2014）》［6］，達到以下任意一條即診斷為GDM：空腹血糖≥5.1 mmol/L、服糖后1 h 血糖≥10.0 mmol/L、服糖后2 h 血糖≥8.5 mmol/L。根據空腹血糖和空腹血胰島素檢測結果，評估胰島素抵抗程度及胰島β 細胞功能，胰島素抵抗指數（HOMA?IR）=空腹血糖×空腹血胰島素/22.5，胰島β 細胞功能指數（HOMA?β）= 20×空腹胰島素/（空腹血糖-3.5）。

1.4 統計學方法

采用SPSS 21.0 軟件進行統計學分析，計數資料以n（%）表示，行χ2表示。計量資料以（）表示，兩組間采用獨立樣本t檢驗，GDM 的預測采用ROC 曲線分析，兩計量資料間的相關性采用Pear?son 檢驗分析。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 GDM 組與對照組孕早期糞便中腸道菌群多樣性的比較

與對照組比較，GDM 組孕早期糞便中腸道菌群的Ace 指數、OTUs、Chao 1 指數均明顯增加，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

表1 GDM 組與對照組孕早期糞便中腸道菌群多樣性的比較（±s）Table 1 Comparison of intestinal flora diversity in feces of GDM group and control group in the first trimester of pregnancy（±s）

表1 GDM 組與對照組孕早期糞便中腸道菌群多樣性的比較（±s）Table 1 Comparison of intestinal flora diversity in feces of GDM group and control group in the first trimester of pregnancy（±s）

組別GDM 組對照組t 值P 值n 32 310 Ace 指數1280.22±308.73 924.69±278.31 6.805 0.000 OTUs 865.82±226.39 552.85±159.84 8.182 0.000 Chao 1 指數1465.41±383.12 1158.28±353.64 8.855 0.000 Shannon 指數4.41±0.98 4.18±0.77 1.565 0.118 Simpson 指數0.039±0.011 0.043±0.012 1.808 0.071

2.2 GDM 組與對照組孕早期糞便中主要腸道菌群豐富度的比較

與對照組比較，GDM 組孕早期糞便中擬桿菌門、變形菌門的豐富度增加，差異有統計學意義（P<0.05），厚壁菌門、放線菌門的豐富度降低，差異有統計學意義（P<0.05）。見表2。

表2 GDM 組與對照組孕早期糞便中主要腸道菌群豐富度的比較（±s）Table 2 Comparison of abundance of main intestinal flora in feces of GDM group and control group in the first trimester of pregnancy（±s）

表2 GDM 組與對照組孕早期糞便中主要腸道菌群豐富度的比較（±s）Table 2 Comparison of abundance of main intestinal flora in feces of GDM group and control group in the first trimester of pregnancy（±s）

組別GDM 組對照組t 值P 值n 32 310厚壁菌門0.33±0.09 0.52±0.19 12.182 0.000擬桿菌門0.51±0.12 0.35±0.14 10.983 0.000變形菌門0.086±0.014 0.052±0.019 13.822 0.000放線菌門0.012±0.003 0.029±0.012 18.484 0.000瘤胃菌門0.007±0.002 0.009±0.003 1.175 0.185

2.3 孕早期糞便中腸道菌群多樣性對GDM 的預測價值

孕早期糞便中腸道菌群多樣性指標Ace 指數、OTUs、Chao 1 指數預測GDM 的ROC 曲線見圖1，三項指標均能預測GDM 的ROC 曲線分析見表3。

圖1 ROC 曲線Figure 1 ROC curve

表3 孕早期糞便中腸道菌群多樣性預測GDM 的ROC曲線分析Table 3 ROC curve analysis of intestinal flora diversity in feces in early pregnancy in predicting GDM

2.4 孕早期糞便中主要腸道菌群豐富度對GDM的預測價值

孕早期糞便中腸道菌群擬桿菌門、變形菌門、厚壁菌門、放線菌門豐富度預測GDM 的ROC 曲線見圖2，四項指標預測GDM 的ROC 曲線分析見表4。

表4 孕早期糞便中腸道菌群多樣性預測GDM 的ROC曲線分析Table 4 ROC curve analysis of intestinal flora diversity in feces in early pregnancy in predicting GDM

圖2 ROC 曲線Figure 2 ROC curve

2.5 GDM 組孕早期糞便中腸道菌群多樣性與HOMA?IR、HOMA?β 的相關性

GDM 組孕早期糞便中腸道菌群多樣性指標Ace 指數、OTUs、Chao 1 指數與HOMA?IR 呈正相關（r=0.412、0.341、0.324，P<0.05），與HOMA?β 呈負相關（r=-0.367、-0.409、-0.308，P<0.05）。

2.6 GDM 組孕早期糞便中主要腸道菌群豐富度與HOMA?IR、HOMA?β 的相關性

GDM 組孕早期糞便中擬桿菌門、變形菌門豐富度與HOMA?IR 呈正相關（r=0.294、0.311，P<0.05），與HOMA?β 呈負相關（r=-0.426、-0.451，P<0.05）；厚壁菌門、放線菌門豐富度與HOMA?IR 呈負相關（r=-0.326、-0.388，P<0.05），與HOMA?β 呈正相關（r=0.285、0.341，P<0.05）。

3 討論

近些年越來越多的研究開始關注腸道菌群與代謝性疾病間的關系，2 型糖尿病及肥胖等代謝性疾病患者的腸道菌群發生改變，表現為腸道菌群多樣性的增加以及部分菌群豐富度增加、部分菌群豐富度降低［3?4，7?8］。

GDM 患者的胰島素抵抗隨著妊娠的進展不斷加重，在孕期與胰島素敏感性相關的因素包括胎盤來源的多種激素、細胞因子等［9?11］，本研究以孕早期腸道菌群的變化為切入點，對GDM 的早期預測進行了探索，旨在發現腸道菌群用于GDM 早期預測及評估中的價值，進而為發現GDM 的預測手段、認識GDM 的發病機制提供依據。

厚壁菌門與擬桿菌門是腸道內的優勢菌群，兩者在能量代謝的調控中展現出不同功能，前者具有增加胰島素敏感性、改善糖脂代謝的作用，后者則誘發胰島素抵抗、導致糖脂代謝紊亂及肥胖［12?14］。既往多項學者在2 型糖尿病和肥胖患者中觀察了腸道菌群的變化，本研究在GDM 患者中觀察了孕早期腸道菌群的變化，所得到的結果較為一致。既往2 型糖尿病及肥胖中腸道菌群的研究主要為橫斷面研究，本文GDM 患者腸道菌群的研究為隊列研究，隊列形式為孕早期檢測腸道菌群、在孕中期評估GDM，通過ROC 曲線分析該隊列中GDM 的預測情況可知：孕早期腸道菌群多樣性指標及豐富度指標均對孕中期發生GDM 具有預測價值。

本研究已經證實GDM 患者孕早期擬桿菌門及變形菌門的豐富度增加、厚壁菌門及放線菌門的豐富度降低，結合腸道菌群在胰島素敏感中的調控作用進行推測，孕早期腸道菌群的變化可能在孕期影響胰島素敏感性、造成胰島素抵抗。為了初步驗證這一推測，本研究進行了孕早期腸道菌群檢測結果與孕中期OGTT 結果的相關性分析，孕中期HOMA?IR 的增加和HOMA?β 的降低反映了胰島素抵抗程度的加重，相關性分析的結果顯示：腸道菌群多樣性指標Ace 指數、OTUs、Chao 1 指數及擬桿菌門、變形菌門豐富度與胰島素抵抗程度呈正相關，厚壁菌門、放線菌門豐富度與胰島素抵抗程度呈負相關。

綜上所述，孕早期腸道菌群多樣性及豐富度的變化與GDM 的發病有關，GDM 患者孕早期腸道菌群的特征為多樣性及擬桿菌門豐富度的增加、厚壁菌門豐富度的降低；孕早期檢測腸道菌群不僅能夠預測GDM，還能評估GDM 的胰島素抵抗程度。