腸道菌群與妊娠期糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展

廖慧敏，胡渺渺，黃曉珊，毛楚茵，周琳

【提要】 妊娠期糖尿病發(fā)病率逐年上升，導(dǎo)致不良的母嬰結(jié)局，且發(fā)病機(jī)制目前暫不明確。近期研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)某些特殊菌群的異常變化及腸道菌群失調(diào)，使宿主體內(nèi)代謝發(fā)生紊亂可能促使疾病的發(fā)生。本文從妊娠期糖尿病的腸道菌群改變、可能潛在的機(jī)制等方面進(jìn)行回顧及綜述，總結(jié)近年來(lái)的研究進(jìn)展，希望對(duì)妊娠期糖尿病與腸道菌群的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GDM）是指婦女在妊娠期間首次發(fā)生或確診的不同程度的糖耐量異常狀態(tài)，是妊娠中晚期最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，發(fā)病率逐年升高［1］。流行病學(xué)調(diào)查顯示，全球高達(dá)8.8%的孕婦患有GDM，在一些國(guó)家和地區(qū)這一數(shù)值超過(guò)20%［2］。據(jù)調(diào)查顯示我國(guó)妊娠糖尿病的發(fā)病率約為11.91%［3］，隨人民生活水平提高及三胎政策的開(kāi)放，這一數(shù)值可能呈進(jìn)一步增勢(shì)。GDM的主要發(fā)病機(jī)制是胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能相對(duì)不全，不僅對(duì)孕婦造成極大危害，包括孕婦妊娠期高血壓病、胎盤(pán)早剝、胎膜早破、流產(chǎn)等，還可對(duì)胎兒、新生兒甚至發(fā)育期兒童產(chǎn)生不良影響，如胎兒畸形、新生兒窒息、兒童認(rèn)知功能障礙等［4］。此外，GDM孕婦及其子代的將來(lái)發(fā)生2型糖尿病及心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增高［5］。

腸道菌群是人體內(nèi)最大的共生微生物群，對(duì)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、免疫調(diào)節(jié)起到重要作用［6-7］。腸道內(nèi)菌群多樣性變化和菌群構(gòu)成比例的失調(diào)破壞腸道環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，可導(dǎo)致包括GDM 在內(nèi)的多種代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展［8］。自2012年Koren等人［9］首次報(bào)道了腸道菌群與妊娠晚期的代謝紊亂、炎癥狀態(tài)及胰島素抵抗的關(guān)聯(lián)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有不少GDM與腸道菌群的相關(guān)研究［10-11］。最新研究表明，腸道菌群失調(diào)可能通過(guò)影響宿主代謝的途徑參與包括GDM在內(nèi)的多種代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。本文綜述腸道菌群與GDM的相關(guān)研究及最新進(jìn)展，為未來(lái)腸道菌群作為GDM的防治措施之一奠定基礎(chǔ)。

1 正常血糖孕婦的腸道菌群

妊娠是特殊的生理過(guò)程，在此期間母體出現(xiàn)一系列生理變化如體重增加、血壓升高、血脂異常、空腹血糖水平升高、胰島素抵抗和激素水平變化等，以促進(jìn)胎盤(pán)和胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育［12-13］。研究證明孕期的生理改變與腸道菌群的變化有關(guān)［9，14］。2012年，Koren等［9］詳細(xì)報(bào)道了孕婦腸道菌群在妊娠期間的動(dòng)態(tài)變化。他們隨訪(fǎng)了91名芬蘭孕婦，其中有15名孕婦隨后被診斷為GDM，發(fā)現(xiàn)孕早期的腸道菌群分布情況與孕前沒(méi)有明顯差異，但和孕早期相比，孕晚期腸道菌群的α多樣性明顯降低，β多樣性增加，放線(xiàn)菌門(mén)和變形菌門(mén)相對(duì)豐度顯著增加，且β多樣性的增加與孕前BMI及是否患有GDM無(wú)關(guān)。其中，可產(chǎn)丁酸鹽的厚壁菌門(mén)下的糞桿菌屬和真桿菌屬的相對(duì)豐度在孕晚期明顯增加。此外，Koren等［9］進(jìn)一步將孕早期和孕晚期孕婦的糞便樣本分別移植到無(wú)菌小鼠內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植了孕晚期糞便組的小鼠促炎因子水平更高，更容易出現(xiàn)肥胖及胰島素抵抗表型。

妊娠期間腸道菌群還與體重有關(guān)，在孕期，擬桿菌、大腸桿菌、腸桿菌的相對(duì)豐度增加與孕期體重增加相關(guān)［15］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在正常血糖孕婦中腸道菌群的構(gòu)成與一系列代謝激素水平有關(guān)［16］。例如，胰島素水平與柯林斯氏菌屬（Collinsella）呈正相關(guān)，腸促胰素與糞球菌屬呈正相關(guān)而與瘤胃球菌科（family Ruminococcaceae）呈負(fù)相關(guān)。

而在孕中期，Kuang等［17］比較了81例正常血糖孕婦和43例GDM女性發(fā)現(xiàn)前者腸道菌群中雙歧桿菌屬和真桿菌屬、Alistipes spp的相對(duì)豐度更高。Ye等［10］則分析發(fā)現(xiàn)，孕中期時(shí)正常血糖孕婦中布勞特氏菌屬、霍氏真桿菌的豐度降低，而糞桿菌屬豐度增高。此外，Chen等［18］開(kāi)展了110例GDM孕婦和220例正常血糖孕婦的病例對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)孕中期時(shí)，血糖正常孕婦的α多樣性更高，且芽殖菌屬（Gemmiger）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）、梭菌目（Clostridiales）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）是血糖正常孕婦的生物標(biāo)志物。另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)，在孕中期，變形菌門(mén)的脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）和低嗜鹽細(xì)菌屬（Dehalobacterium）是血糖正常孕婦的標(biāo)志物［19］。然而，Daniel［19］和Jordan［21］等的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群在妊娠期間沒(méi)有顯著的動(dòng)態(tài)變化。

2 GDM 孕婦的腸道菌群變化

與健康孕婦相比，GDM孕婦的腸道菌群多樣性有明顯差異，此外在菌群構(gòu)成上也有明顯差異，主要表現(xiàn)在門(mén)、屬、種的水平。

2.1 GDM孕婦腸道菌群的α多樣性

Liu［22］，Yang［23］、Kuang［17］等分析GDM組與健康組的糞便微生物，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)GDM人群腸道菌群α多樣性明顯減低，且α多樣性的減少與血糖升高有關(guān)。但Cortez等［24］的結(jié)果相反，他們發(fā)現(xiàn)GDM孕晚期的α多樣性較血糖正常組增高。還有部分研究的結(jié)果則發(fā)現(xiàn)孕晚期的GDM組和正常血糖孕婦組的腸道菌群α多樣性無(wú)顯著差異［10-11，25-27］。大部分研究采用16SrRNA測(cè)序方法，只有一項(xiàng)研究采用全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序法（Whole-metagenome shot-gun sequencing）［17］。然而有研究報(bào)道16SrRNA與全基因組鳥(niǎo)槍測(cè)序法得出的一致性結(jié)果較差［28］。還有研究報(bào)道，與16SrRNA的V3-V5區(qū)測(cè)序相比，V1-V3區(qū)測(cè)序得出的結(jié)果往往會(huì)顯示多樣性更高［29］。目前對(duì)16SrRNA高變區(qū)的選擇并沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。這些相互矛盾的結(jié)果可能由研究樣本量大小、人種差異、地域差異及具體測(cè)序方法的不同等多個(gè)因素所導(dǎo)致。目前尚未有研究針對(duì)GDM人群對(duì)比不同測(cè)序方法得出的多樣性結(jié)果。因此，還需要對(duì)GDM的腸道菌群進(jìn)行更多大樣本、測(cè)序方法更多樣化的高質(zhì)量研究。

2.2 GDM腸道菌群的β多樣性

至于β多樣性，也是多個(gè)研究的結(jié)果不一。多數(shù)研究收集孕中期或孕晚期的糞便分析，發(fā)現(xiàn)GDM和血糖正常孕婦兩組間的β多樣性存在顯著差異［10，17，22-23，25-26］。但也有研究報(bào)道，對(duì)于孕晚期的GDM，其腸道菌群的β多樣性和正常血糖孕婦相比沒(méi)有差異［11，24，27］。如上面提到的一樣，這些不一致的結(jié)果可能與納排標(biāo)準(zhǔn)、樣本量、和計(jì)算方法的選用有關(guān)。關(guān)于GDM人群的孕中期、孕晚期腸道菌群的β多樣性改變，仍需進(jìn)一步研究。

2.3 GDM腸道菌群物種組成

2.3.1 門(mén)水平

在門(mén)水平上，GDM人群在在孕中期時(shí)的厚壁菌門(mén)豐度高于與非GDM人群，擬桿菌門(mén)豐度低于非GDM人群，厚壁菌門(mén)／擬桿菌門(mén)的比值（F／B）增加［24］，且F／B值與血糖、胰島素抵抗呈正相關(guān)［30］。GDM孕婦即使在產(chǎn)后，其F／B值也高于血糖正常組［31］。F／B是反映腸道菌群紊亂的重要指標(biāo)，其異常變化往往意味著宿主體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的失衡并導(dǎo)致一系列病理過(guò)程。有大量報(bào)道顯示，較高的F／B與肥胖［32-33］及低級(jí)別炎癥［34］有關(guān)。F／B比值失調(diào)與宿主代謝紊亂有關(guān)［35］。厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)可能通過(guò)調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽1（GLP-1）來(lái)介導(dǎo)胰島素抵抗和能量平衡［36-37］。然而我國(guó)的一項(xiàng)研究則報(bào)道，GDM組的擬桿菌門(mén)豐度增加，厚壁菌門(mén)減少，即F／B值減低［18］。

2.3.2 屬水平

一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在孕中期的GDM女性中，其副桿菌屬、巨單胞菌屬（Megamonas）、考拉桿菌屬（Phascolarctobacterium）的豐度高于非GDM女性［17］。通過(guò)功能代謝分析，還發(fā)現(xiàn)脂多糖合成及轉(zhuǎn)出途徑與血糖水平呈正相關(guān)［38-39］。在屬水平上，與血糖正常的孕婦相比，GDM孕婦的普氏菌、嗜血桿菌和脫硫弧菌的相對(duì)豐度更高［24］。多項(xiàng)研究均報(bào)道在GDM人群中，可產(chǎn)短鏈脂肪酸的棲糞桿菌屬（Faecalibacterium）［10-11，22，40］、瘤胃球菌屬［11］、糞球菌屬（Coprococcus）［27，41］豐度減少，且糞球菌屬（Coprococcus）與血糖水平升高有關(guān)［41］。但也有研究報(bào)告GDM人群中棲糞桿菌屬豐度［41］、瘤胃球菌屬豐度［24］增高。

2.3.3 種水平

在種水平上，與血糖正常孕期女性相比，GDM女性中益生菌豐度減少——放線(xiàn)菌門(mén)下的益生菌雙歧桿菌和厚壁菌門(mén)下的干酪乳桿菌［17，26］。雙歧桿菌和乳酸桿菌已被證明是益生菌之一，可通過(guò)減少全身炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫功能，增強(qiáng)腸道黏膜屏障，從而減輕胰島素抵抗［42］。Wu等人報(bào)道腐爛別樣桿菌（Alistipes putredinis）和干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）在GDM人群中豐度減低，而多氏擬桿菌（Bacteroides dorei）豐度增高，且腐爛別樣桿菌（Alistipes putredinis）與OGTT的1 h和2 h血糖呈負(fù)相關(guān)［26］。

3 GDM 與腸道菌群改變的可能相關(guān)機(jī)制

腸道屏障可被分為由杯狀細(xì)胞分泌的黏液構(gòu)成的黏液層和上皮細(xì)胞間緊密連接，在抵御腸道病原體入侵方面起到重要作用［43］。Liu等人［22］發(fā)現(xiàn)可降解黏液蛋白的普雷沃菌（Prevotella）在GDM女性中明顯升高。分泌型免疫球蛋白（SIgA）由腸道黏膜上皮分泌至黏膜層的抗體，富集于腸黏膜層外層，包裹了特定的腸道共生菌或致病菌，有助于保障腸道屏障的完整性［44］。故通過(guò)分析SIgA包裹致病菌的含量，可以相對(duì)評(píng)價(jià)腸道黏膜上皮的炎癥程度。Cui等［45］的研究發(fā)現(xiàn)SIgA包裹的志賀菌在GDM人群中與胰島素水平和糖化血紅蛋白呈正相關(guān)。Zhang等［39］報(bào)道SIgA包裹的鏈球菌和大腸桿菌在GDM人群中升高。

Zonulin能夠破壞上皮緊密連接，是增加腸道通透性的生理調(diào)節(jié)因子，被認(rèn)為是腸道屏障損傷的標(biāo)志。已有多個(gè)研究均發(fā)現(xiàn)，在孕早期的GDM女性中，外周血Zonulin明顯升高，反應(yīng)GDM患者腸道屏障受損［39，46-48］。此外，Bawah等［48］前瞻性隨訪(fǎng)了314例孕期女性測(cè)定其孕早期Zonulin水平，其中有21名隨后診斷為GDM，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GDM組的Zonulin水平在孕早期明顯升高，Zounulin每升高一個(gè)單位，GDM風(fēng)險(xiǎn)增加1.42倍。Zonulin的升高意味著腸道屏障受損，病原微生物和食物中的抗原更易進(jìn)入體循環(huán)誘發(fā)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)胰島素抵抗［47］。

Ferrocino［47］對(duì)41例GDM女性觀(guān)察隨訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，高脂飲食與革蘭陰性菌另枝菌（Alistipes）有關(guān)。并且一系列研究表明，GDM女性中副擬桿菌屬（Parabacteroides）［17］，普雷沃菌（Prevotella）［22，40］、脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）［26］等革蘭陰性菌均明顯升高。功能代謝分析還發(fā)現(xiàn)，GDM女性中腸道菌群內(nèi)毒素（LPS）合成及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑豐富［17，50］。LPS是革蘭氏陰性菌細(xì)菌壁的一種成分。腸道菌群中革蘭陽(yáng)性菌與陰性菌的失調(diào)可能使腸道屏障通透性增高，使具有極強(qiáng)免疫原性的LPS進(jìn)入體循環(huán)，刺激B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體，誘發(fā)炎癥反應(yīng)和胰島素抵抗［51-53］。已有多項(xiàng)研究報(bào)道GDM人群中LPS水平高升高［39，45］。先前的研究表明，較高的循環(huán)LPS水平與肥胖、全身炎癥狀態(tài)、代謝綜合征等有關(guān)［38］。炎癥反應(yīng)和一些促炎因子的釋放干擾了GDM 女性的胰島素下游信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致胰島素抵抗及一系列代謝功能障礙，從而使血糖升高［54］。

短鏈脂肪酸（SCFA）是腸道菌群分解發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，主要包括丁酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽、甲酸鹽等［55］。Ferrocino等人的研究證明，高脂飲食或低纖維飲食的GDM女性的厚壁菌門(mén)豐度升高，而擬桿菌門(mén)豐度降低，產(chǎn)SCFA菌群增多［49］。同樣的，Zheng等人［26］通過(guò)宏基因組功能通路差異分析發(fā)現(xiàn)，與血糖正常的女性相比，GDM女性的丁酸和丙酸等生成減少，表明SCFA通路存在異常。過(guò)量升高的SCFA可能使CD8+T細(xì)胞升高，誘導(dǎo)脂肪組織的炎癥［56］。另一方面，過(guò)度升高的SCFA會(huì)使宿主發(fā)生能量正平衡，促進(jìn)脂肪合成，抑制脂肪分解，導(dǎo)致肥胖［57-59］。肥胖本身也與腸道菌群失調(diào)密切相關(guān)，是公認(rèn)的GDM危險(xiǎn)因素之一，GDM女性的孕前BMI往往高于孕期血糖正常女性［60］。此外，SCFA通過(guò)促進(jìn)肝臟和骨骼肌中的糖原合成和抑制糖酵解，從而調(diào)節(jié)葡萄糖代謝［61］。而肥胖及炎癥狀態(tài)會(huì)干擾胰島素的信號(hào)傳導(dǎo)，減少葡萄糖攝?。?0，62］?？傊?，SCFA的升高可導(dǎo)致炎癥狀態(tài)、胰島素抵抗、肥胖狀態(tài)，可能導(dǎo)致GDM的發(fā)生。

綜上，目前的證據(jù)表明，腸道菌群組成和代謝功能的改變?cè)贕DM的發(fā)病機(jī)制中起到了關(guān)鍵作用，可能是預(yù)測(cè)GDM發(fā)生的潛在生物標(biāo)志物，為GDM的早期防治及改善GDM的母嬰結(jié)局提供了新的研究方向。GDM女性的腸道菌群特征主要包括α多樣性和β多樣性的改變、門(mén)和屬水平上菌群豐度的變化，例如F／B比值的增高，革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌比例的失衡，產(chǎn)SCFA細(xì)菌的減少等，并與腸道屏障受損、LPS入血、炎癥反應(yīng)、SCFA代謝有關(guān)。但由于研究條件所限，各研究的診斷標(biāo)準(zhǔn)、納入標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)照組選擇、測(cè)序方法不一，導(dǎo)致部分研究的結(jié)果存在爭(zhēng)議。此外，人群的地域差異、飲食習(xí)慣、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、排便習(xí)慣也可能對(duì)腸道菌群的測(cè)定產(chǎn)生影響。隨著宏基因組學(xué)及高通量測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)的研究還需要涵蓋以上因素，進(jìn)一步在菌株水平上確定GDM發(fā)生發(fā)展中的特定腸道菌群，為GDM的防治提供潛在的治療靶標(biāo)并提供理論基礎(chǔ)。