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、可能潛在的機制等方面進(jìn)行回顧及綜述，總結(jié)近年來的研究進(jìn)展，希望對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，在一些國家和地區(qū)這一數(shù)值超過20%［2］。據(jù)調(diào)查顯示我國妊娠糖尿病的發(fā)病率約為11.91%［3］，隨人民生活水平提高及三胎政策的開放，這一數(shù)值可能呈進(jìn)一步增勢。GDM的主要發(fā)病機制是胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能相對不全，不僅對孕婦造成極大危害，包括孕婦妊娠期高血壓病、胎盤早剝、胎膜早破、流產(chǎn)等，還可對胎兒、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發(fā)生2型糖尿病及心血管疾病的風(fēng)險也會增高［5］。

腸道菌群是人體內(nèi)最大的共生微生物群，對維持內(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，國內(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)胎盤和胎兒的生長發(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)報道了孕婦腸道菌群在妊娠期間的動態(tài)變化。他們隨訪了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，放線菌門和變形菌門相對豐度顯著增加，且β多樣性的增加與孕前BMI及是否患有GDM無關(guān)。其中，可產(chǎn)丁酸鹽的厚壁菌門下的糞桿菌屬和真桿菌屬的相對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的相對豐度更高。Ye等［10］則分析發(fā)現(xiàn)，孕中期時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］開展了110例GDM孕婦和220例正常血糖孕婦的病例對照研究，發(fā)現(xiàn)孕中期時，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。另一項研究則發(fā)現(xiàn)，在孕中期，變形菌門的脫硫弧菌屬（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有顯著的動態(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、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多樣性無顯著差異［10-11，25-27］。大部分研究采用16SrRNA測序方法，只有一項研究采用全基因組鳥槍法測序法（Whole-metagenome shot-gun sequencing）［17］。然而有研究報道16SrRNA與全基因組鳥槍測序法得出的一致性結(jié)果較差［28］。還有研究報道，與16SrRNA的V3-V5區(qū)測序相比，V1-V3區(qū)測序得出的結(jié)果往往會顯示多樣性更高［29］。目前對16SrRNA高變區(qū)的選擇并沒有達(dá)成共識。這些相互矛盾的結(jié)果可能由研究樣本量大小、人種差異、地域差異及具體測序方法的不同等多個因素所導(dǎo)致。目前尚未有研究針對GDM人群對比不同測序方法得出的多樣性結(jié)果。因此，還需要對GDM的腸道菌群進(jìn)行更多大樣本、測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］。但也有研究報道，對于孕晚期的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 門水平

在門水平上，GDM人群在在孕中期時的厚壁菌門豐度高于與非GDM人群，擬桿菌門豐度低于非GDM人群，厚壁菌門／擬桿菌門的比值（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)致一系列病理過程。有大量報道顯示，較高的F／B與肥胖［32-33］及低級別炎癥［34］有關(guān)。F／B比值失調(diào)與宿主代謝紊亂有關(guān)［35］。厚壁菌門和擬桿菌門可能通過調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽1（GLP-1）來介導(dǎo)胰島素抵抗和能量平衡［36-37］。然而我國的一項研究則報道，GDM組的擬桿菌門豐度增加，厚壁菌門減少，即F／B值減低［18］。

2.3.2 屬水平

一項研究發(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豐度更高［24］。多項研究均報道在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——放線菌門下的益生菌雙歧桿菌和厚壁菌門下的干酪乳桿菌［17，26］。雙歧桿菌和乳酸桿菌已被證明是益生菌之一，可通過減少全身炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫功能，增強腸道黏膜屏障，從而減輕胰島素抵抗［42］。Wu等人報道腐爛別樣桿菌（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］。故通過分析SIgA包裹致病菌的含量，可以相對評價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］前瞻性隨訪了314例孕期女性測定其孕早期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每升高一個單位，GDM風(fēng)險增加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41例GDM女性觀察隨訪發(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］。已有多項研究報道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女性的厚壁菌門豐度升高，而擬桿菌門豐度降低，產(chǎn)SCFA菌群增多［49］。同樣的，Zheng等人［26］通過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，過度升高的SCFA會使宿主發(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)會干擾胰島素的信號傳導(dǎo)，減少葡萄糖攝?。?0，62］?？傊琒CFA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在GDM的發(fā)病機制中起到了關(guān)鍵作用，可能是預(yù)測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)、對照組選擇、測序方法不一，導(dǎo)致部分研究的結(jié)果存在爭議。此外，人群的地域差異、飲食習(xí)慣、營養(yǎng)狀態(tài)、排便習(xí)慣也可能對腸道菌群的測定產(chǎn)生影響。隨著宏基因組學(xué)及高通量測序技術(shù)的進(jìn)步，未來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)。