腸道菌群：未來2型糖尿病治療的新靶點

梁磊 念馨

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌一科（昆明650032）

腸道菌群目前被認(rèn)為是人體新的復(fù)雜“器官”，是由500 ～1 000 個物種組成的，數(shù)量大約是人體細(xì)胞總數(shù)的十幾倍，其基因組數(shù)是人類核基因組數(shù)的100 倍以上［1］。腸道菌群能促進(jìn)腸道黏膜的完整性，提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)如維生素和酶，保護(hù)機(jī)體免受病原體侵害，并在先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中發(fā)揮積極作用［2］。當(dāng)腸道菌群數(shù)量和功能發(fā)生顯著改變時為腸道菌群失調(diào)，被認(rèn)為與一些慢性非傳染性疾病的病因息息相關(guān)，包括心血管、神經(jīng)、消化、血液、呼吸和代謝性疾病以及癌癥等［2］。腸道菌群影響著人體各個系統(tǒng)的功能，與機(jī)體很多疾病都有著密切關(guān)系，因此被譽(yù)為是機(jī)體的“第二套基因組”，在當(dāng)前臨床具有極大的研究價值。

1 腸道菌群與T2DM 的關(guān)系

2007年CANI 等［3］首次提到了腸道菌群與2 型糖尿?。═2DM）的關(guān)系，證明了腸道菌群有利于內(nèi)分泌貧血病理生理調(diào)節(jié)，并認(rèn)為與糖尿病及肥胖的發(fā)生有著至關(guān)重要的作用。ZHAO 等［4］通過研究發(fā)現(xiàn)，與健康組相比，T2DM 組的厚壁菌門∕擬桿菌門的比例較高，腸道菌群明顯發(fā)生改變。一般認(rèn)為由機(jī)體營養(yǎng)過剩引發(fā)的腸道微生物群紊亂是T2DM 的主要誘因，對微生物群的多樣性和穩(wěn)定性具有破壞性影響，其特征是有益菌群減少或條件性致病菌群的增多，從而引起腸道慢性低度炎癥，導(dǎo)致胰島素抵抗和T2DM 的發(fā)生［5］。T2DM 的發(fā)生發(fā)展與腸道菌群的組成結(jié)構(gòu)有著密不可分的關(guān)系，而腸道菌群在T2DM 上的治療作用也逐漸引起關(guān)注。

2 傳統(tǒng)T2DM 治療方式中腸道菌群機(jī)制的新發(fā)現(xiàn)

2.1 藥物治療 作為一線降糖藥，二甲雙胍過去普遍認(rèn)為主要抑制肝臟糖異生從而改善胰島素抵抗［6］。DUCA 等［7］通過抑制大鼠十二指腸AMPK，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍降糖作用明顯下降，并推測二甲雙胍的主要作用靶點在腸道。BRYRUP 等［8］招募了27 例健康丹麥青年男性進(jìn)行了為期18 周的單臂交叉試驗，期間口服二甲雙胍并定時收集志愿者糞便，發(fā)現(xiàn)在二甲雙胍干預(yù)期間，腸桿菌、梭狀芽孢桿菌和雙螺旋桿菌等5 個細(xì)菌屬顯著降低，而雙歧桿菌、大腸桿菌等6 個細(xì)菌屬的豐度顯著增加，停止治療后，所有患者均恢復(fù)到基線水平，這為腸道微生物群介導(dǎo)二甲雙胍的抗糖尿病作用的觀點提供了有力支持。

2.2 手術(shù)治療 PORIES 等［9］證實接受減肥手術(shù)治療的T2DM 肥胖者血糖可以恢復(fù)正常，且10年后90%的患者T2DM 仍沒有復(fù)發(fā)，這為之后的減肥手術(shù)開展提供了理論基礎(chǔ)。隨后研究發(fā)現(xiàn)減重手術(shù)主要機(jī)制是通過手術(shù)人為控制機(jī)體新陳代謝的限制性和吸收不良，所謂限制性是指通過手術(shù)減小胃腸容量，從而導(dǎo)致食物攝入量的限制，而吸收不良是指通過手術(shù)減少腸道的營養(yǎng)吸收表面積，進(jìn)而導(dǎo)致營養(yǎng)吸收不良［10］。但近年來研究發(fā)現(xiàn)減肥手術(shù)會改變宿主體腸道菌群的組成，明顯降低腸道厚壁菌門的數(shù)量，術(shù)后桿菌和乳酸菌數(shù)量會明顯增加［11］。一項薈萃分析［12］納入了2008-2016年共22 篇文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)減肥手術(shù)后大多數(shù)患者術(shù)后厚壁菌豐度較低，擬桿菌含量明顯增加，從而驗證了之前的發(fā)現(xiàn)，也為腸道菌群的變化與術(shù)后減肥療效和T2DM 治療效果的關(guān)聯(lián)性提供了依據(jù)。

2.3 飲食治療和運(yùn)動治療 健康教育貫穿每個T2DM 患者病程的始終，其中著重強(qiáng)調(diào)了飲食控制和運(yùn)動管理。飲食控制主要是減少熱量的攝入，運(yùn)動管理則是增加機(jī)體能量的消耗。研究［13］證實飲食調(diào)整可以通過影響包括雙歧桿菌等有益菌，從而有利于調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)定?？梢哉f飲食控制就是選擇性食用對腸道有益菌有利的食物，通過腸道菌群，起到控制血糖的目的。此外運(yùn)動也能改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)，RESENDE 等［14］招募了24 例健康男性，隨機(jī)分成運(yùn)動組和對照組，在同等條件下進(jìn)行為期10 周的試驗，發(fā)現(xiàn)雖然兩組在菌群屬水平上的多樣性無明顯差異，但是運(yùn)動組受試者鏈球菌的平均相對豐度增加，同時梭狀芽孢桿菌目屬的平均相對豐度減少。隨后MOTIANI 等［15］通過研究運(yùn)動對T2DM 患者腸道菌群的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動干預(yù)后擬桿菌門的相對豐度明顯增加，通過改善腸道微生物譜，減少內(nèi)毒素血癥，從而改善T2DM的胰島素抵抗。

3 腸道菌群治療T2DM 的主要機(jī)制

雖然腸道菌群失調(diào)誘發(fā)T2DM 的具體機(jī)制尚未完全明確，但是目前公認(rèn)的發(fā)生機(jī)制包括短鏈脂肪酸理論、膽汁酸理論、內(nèi)毒素理論等［5］。

3.1 影響產(chǎn)SCFAs 菌群 SCFAs 是腸道菌群通過發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的，主要的組分包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。其中乙酸鹽是膽固醇和脂肪酸的前體，丙酸鹽是糖異生的底物，丁酸鹽是結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，同時丁酸鹽能激活腸道糖異生，導(dǎo)致能量穩(wěn)態(tài)的代謝改善，減少肝臟葡萄糖產(chǎn)生［16］。FORSLUND 等［17］分析了784 例樣本的腸道元基因組，證實了腸道菌群通過介導(dǎo)腸道細(xì)菌產(chǎn)物SCFAs 來支持二甲雙胍的治療作用。隨后CUESTA-ZULUAGA 等［18］通過對比使用二甲雙胍和未使用二甲雙胍的T2DM患者腸道菌群的組成結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)使用二甲雙胍后腸道中嗜粘桿菌、雙歧桿菌、普氏桿菌等細(xì)菌豐度顯著增加，而這些微生物都與SCFAs 的產(chǎn)生有關(guān)，從而驗證了之前的發(fā)現(xiàn)。

SCFAs 作為信號分子，可以與腸上皮細(xì)胞上G蛋白偶聯(lián)受體中GPR 41 和GPR 43 結(jié)合，誘導(dǎo)回腸和結(jié)腸釋放蛋白YY（PYY）和L 細(xì)胞釋放胰高血糖素樣肽1（GLP-1）增加機(jī)體飽腹感［19］。其中GPR 41 廣泛存在于胰島α 和β 細(xì)胞以及腸道內(nèi)分泌細(xì)胞，可明顯刺激胰島素分泌并減少細(xì)胞凋亡；而GPR 43 在脂肪組織中居多，通過抑制脂肪細(xì)胞中的胰島素信號，在肌肉組織中優(yōu)先使用未結(jié)合的脂質(zhì)和葡萄糖來抑制脂肪組織中的脂肪積累，減少腸道免疫和炎癥紊亂，從而提高胰島素敏感，改善胰島素抵抗［20］。有趣的是，SANCHEZ 等［21］通過研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs 還可以通過抑制體內(nèi)某些miRNA 基因的組蛋白去乙?；瘉砩险{(diào)靶向miRNA，改變在染色體結(jié)構(gòu)修飾和基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用的組蛋白去乙酰化酶，影響β 細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)，從而直接影響β 細(xì)胞固有功能。但是目前對SCFA 如何抑制去乙?；傅睦斫馊蕴幱诔醪诫A段，需要繼續(xù)研究和解釋這個問題。

3.2 膽汁酸（BA）-微生物軸 膽汁酸作為信號分子在調(diào)節(jié)能量代謝維持腸道屏障功能、抑制腸道細(xì)菌過度增殖、改善腸道低度炎癥狀態(tài)［5］、調(diào)節(jié)機(jī)體GLP-1 和PYY 等腸激素、影響食欲和能量攝入等方面起關(guān)鍵作用［22］。LIU 等［23］詳細(xì)闡述了膽汁酸-微生物軸的基本原理，在膽汁酸代謝過程中，原級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸的解偶聯(lián)過程中水解所需的膽鹽水解酶就是從腸道菌群中純化得來的，其中包括脆弱芽孢桿菌、擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌、乳桿菌和雙歧桿菌等。

膽汁酸可以通過激活腸道法尼醇X受體（FXR）和G 蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1（TGR5）來調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖代謝［24］，SUN 等［25］證實二甲雙胍可以通過脆弱芽孢桿菌-膽汁酸甘草酸去氧膽酸-FXR 軸改善代謝功能障礙。FXR 是一種配體激活的核受體，在肝臟和腸道中高表達(dá)，調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸的生物合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌，并參與多發(fā)性代謝性疾?。?4］。TRAUSSNIGG 等［26］通過非甾體FXR 激動劑PX-104 對12 例非糖尿病NAFLD 患者為期4 周的試驗發(fā)現(xiàn)，OGTT 測量的C 肽曲線下面積AUC 顯著降低（P= 0.024），92%的患者胰島素敏感性改善（P=0.02），從而證實FXR 對糖代謝有重要的作用。

TGR5 位于機(jī)體細(xì)胞膜上，可以調(diào)節(jié)葡萄糖、脂質(zhì)和能量代謝，同時也被認(rèn)為參與膽汁酸的代謝調(diào)節(jié)［24，27］。CHAUDHARI 等［28］觀察到袖狀胃切除術(shù)后小鼠和人類胃腸道內(nèi)菌群變化會導(dǎo)致內(nèi)源性膽汁酸膽酸-7-硫酸鹽（CA7S）明顯增加，而CA7S 是TGR5 受體激動劑，可增加TGR5 表達(dá)，以TGR5 依賴的方式增加胰島素抵抗小鼠的糖耐量。隨后GINOS 等［29］通過研究發(fā)現(xiàn)與富含精制谷物和添加糖的飲食相比，以全谷物、豆類、水果和蔬菜為特征的飲食會增加膽汁酸水平，導(dǎo)致FXR 和TGR5 受體的濃度適度增加，與HOMA-IR 呈顯著正相關(guān)。

3.3 內(nèi)毒素-腸道屏障 內(nèi)毒素是構(gòu)成革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁最外層的脂多糖（LPS）的一種成分。當(dāng)體內(nèi)腸道菌群發(fā)生紊亂，雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌比例下降，革蘭氏陰性菌比例上升，產(chǎn)生和吸收更多的LPS，從而引起炎癥反應(yīng)，抑制腸屏障功能，使腸壁通透性增高或腸道菌群移位［5］。ZHANG 等［30］通過給db∕db 小鼠服用小檗堿或二甲雙胍證實兩種治療均能改變db∕db 小鼠的腸道微生物群，除了能增加了產(chǎn)SCFA 菌外，血清LPS 水平也明顯降低，從而減輕腸道炎癥，修復(fù)腸道屏障結(jié)構(gòu)。與正常對照組相比，db∕db 組中NF-κB 信號的典型炎癥因子表達(dá)更高，并推測雙歧桿菌等有益菌可能是通過TLR∕NF-κB 信號通路的表達(dá)，從而降低炎癥反應(yīng)，維持腸上皮的正常通透性，對T2DM 的胰島素抵抗有明顯改善。

4 基于腸道菌群治療機(jī)制認(rèn)知下的新型治療方式

4.1 益生菌 益生菌是定殖在腸道、對宿主產(chǎn)生積極作用影響的活性微生物，包括雙歧桿菌屬、乳桿菌屬和阿克曼氏菌屬等［31］。RAZMPOOSH 等［32］證實使用益生菌6 周后，相比安慰組，實驗組的甘油三酯、總膽固醇、胰島素抵抗和體質(zhì)量、腰圍和體質(zhì)量指數(shù)均有顯著降低。最近的薈萃分析［33］也證實了益生菌治療可降低T2DM 患者的糖化血紅蛋白（HbA1c）、空腹血糖（FBG）和胰島素抵抗。在治療T2DM 方面，益生菌目前已經(jīng)得到研究領(lǐng)域的認(rèn)可。

4.2 益生元 益生元是人體無法消化的，通過益生菌作用的食物基質(zhì)，可以刺激雙歧桿菌等有益菌的生長［34］。HO 等［35］證實益生元可以通過促進(jìn)益生菌生長來改變腸道菌群、腸道通透性和炎癥來改善血糖控制。從本質(zhì)來說，益生元也是飲食治療里的一種，通過服用有利于腸道菌群的特殊食物，調(diào)節(jié)腸道益生菌達(dá)到治療目的。雖然益生元對人體糖代謝沒明顯作用，但能促進(jìn)產(chǎn)SCFAs等有益菌生長［36］，對改善T2DM 的生活質(zhì)量具有潛在的輔助作用。

4.3 糞菌移植 糞菌移植（FMT）是一種將健康供體的糞便微生物群移植到受體，通過調(diào)節(jié)受體腸道菌群組成和功能從而恢復(fù)其正常代謝的一種治療手段［37］。目前FMT 是治療復(fù)發(fā)性腹瀉和逆轉(zhuǎn)微生物失調(diào)的高效療法，特別是復(fù)發(fā)性和難治性艱難梭菌感染（CDI），已經(jīng)成為治療的標(biāo)準(zhǔn)實踐［38］。ZHANG 等［39］研究了移植的哈薩克族正常糖耐量（KNGT）的糞便細(xì)菌對db∕db 小鼠的影響，發(fā)現(xiàn)在FMT 治療的db∕db 小鼠中，F(xiàn)BG、餐后血糖、總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇水平顯著下調(diào)，而高密度脂蛋白膽固醇水平上調(diào)，證明來自KNGT 的糞便細(xì)菌可以作為FMT 治療T2DM 患者的潛在來源。

5 目前新型治療方式的臨床應(yīng)用

隨著腸道菌群研究的進(jìn)展，不管是傳統(tǒng)治療意義上的藥物、手術(shù)和飲食運(yùn)動，還是益生菌、糞菌移植等新型治療方法，其作用的機(jī)制都是通過增加腸道有益菌如產(chǎn)SCFAs 菌，促進(jìn)膽汁酸代謝，維持腸道屏障功能，減輕機(jī)體低度炎癥反應(yīng)，刺激腸道激素分泌，從而改善胰島素抵抗，腸道菌群也成為未來T2DM 治療的新靶點。但是目前腸道菌群應(yīng)用于臨床有一定的局限性。PALACIOS 等［40］發(fā)現(xiàn)，外服的益生菌不會重新定植于腸道，而是短暫地調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系，大約4 ～6 周就會被清除，這極大限制了益生菌在臨床的應(yīng)用。而FMT雖然在CDI 的治療上提供了創(chuàng)新、安全、成功率高的方法，但是在T2DM 的治療上并沒有大的循證醫(yī)學(xué)支持，在臨床上也沒有標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)治療體系［41］，這給FMT 在臨床的應(yīng)用產(chǎn)生巨大的阻礙。

腸道菌群治療目前應(yīng)用于臨床的困難性，一方面是由于腸道菌群易受外界因素的影響，治療相對不穩(wěn)定，目前暫時無法成為治療T2DM 的主流方法；另一方面是腸道菌群種類數(shù)量繁多，目前并沒有完全研究透徹，人為去調(diào)控難度較大，且安全性和患者的可接受性也面臨挑戰(zhàn)；最后就是因為腸道菌群治療機(jī)制在于調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系間接改善T2DM，但對血糖沒有直接的調(diào)控作用，在快速調(diào)控血糖以預(yù)防并發(fā)癥方面相比傳統(tǒng)降糖藥并沒有優(yōu)勢，未來即使應(yīng)用于臨床也可能僅適用于輔助用藥，無法成為首選方法或者單獨應(yīng)用。 這也導(dǎo)致了目前腸道菌群治療的研究更多偏向于機(jī)制的研究，從而缺乏臨床數(shù)據(jù)和循證醫(yī)學(xué)的支持，未來相當(dāng)一段時間難以在臨床開展。

6 總結(jié)與展望

雖然腸道菌群治療目前在臨床難以應(yīng)用，但是它的治療優(yōu)勢很明顯，通過調(diào)節(jié)機(jī)體自身腸道微生物區(qū)系改善腸道免疫和腸道屏障，減輕全身炎癥反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)糖脂代謝，基本對患者無不良反應(yīng)。關(guān)鍵是可以人為調(diào)控機(jī)體潛在的“基因組”，對身體各個系統(tǒng)都有廣泛的獲益，在未來T2DM 的臨床治療有著重要意義。然而腸道菌群想要進(jìn)一步應(yīng)用于臨床，還需要更多大規(guī)模的前瞻性實驗。第一，是進(jìn)一步探索腸道菌群在T2DM的作用機(jī)制，深入了解腸道微生物區(qū)系的組成及各菌群對機(jī)體的影響；第二，目前的臨床研究都是益生菌、益生元與安慰劑的對比，缺乏與傳統(tǒng)降糖藥的對比研究，需加大這方面研究，從而探索最佳的益生菌配方；第三，F(xiàn)MT 在T2DM 治療上的研究目前還只涉及動物試驗，需要后期臨床的循證醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)支持；最后，腸道菌群的研究是近幾年才興起的，人們普遍認(rèn)知度不夠，益生菌和益生元還停留在保健品的觀點，F(xiàn)MT 的治療方式也難以被患者接受。而作為未來T2DM 治療的新靶點，腸道菌群的治療理論有待向社會廣泛普及。