腸道菌群移植治療糖尿病的研究進展

楊燕 韓瑞敏 劉夢茹 顏晶晶 孫力 王德峰

1河北工程大學臨床醫(yī)學院，2河北工程大學附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科（河北邯鄲 056000）

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）的患病率在世界范圍內(nèi)急劇增加。最新數(shù)據(jù)顯示［1］截至2021 年，全球糖尿病患病數(shù)估計為5.4 億人，預估到2045 年將上升至7.8 億人。通過對收集到的人類糞便樣本進行宏基因測序分析［2］，目前已經(jīng)鑒定出幾十個門，包括：擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門、放線菌門、疣微球菌門、梭桿菌門、藍藻菌門、螺旋體門等［3］；其中擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門和放線菌門占據(jù)人類腸道細菌數(shù)量的99%。值得關注的是在糖尿病人群和動物模型中，腸道菌群已被證明發(fā)生了改變，這意味著它可能是DM 發(fā)病的重要參與者。糞便菌群移植（FMT）是一種將健康供體的糞便處理后通過膠囊或十二指腸管輸送到患者小腸，或者通過灌腸或結(jié)腸鏡送入患者大腸，該過程可以調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)［4］。近年來，F(xiàn)MT 已經(jīng)成為治療復發(fā)艱難梭菌感染的關鍵手段，同時FMT 在治療潰瘍性結(jié)腸炎和代謝性疾病中也嶄露頭角［5］。本篇綜述旨在評估FMT 靶向治療糖尿病的有效性及安全性，將FMT 視為DM 的潛在治療方法。

1 腸道菌群與糖尿病

1.1 腸道菌群與T1DM研究發(fā)現(xiàn)1 型糖尿?。╰ype 1 diabetes mellitus，T1DM）發(fā)病與腸道菌群組成改變有關，因此腸道菌群失調(diào)導致腸道黏膜屏障受損，促進抗原的轉(zhuǎn)運，誘導異常免疫反應［6］。T1DM 患者腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂，多樣性較低，表現(xiàn)為擬桿菌門數(shù)量增加，雙歧桿菌、乳酸和丁酸鹽產(chǎn)生菌豐度減少［7］。其次也有研究［8］發(fā)現(xiàn)與非糖尿病組相比，T1DM 組厚壁菌門、黏液性阿克曼氏菌和普拉梭菌的比例以及厚壁菌門/擬桿菌門的比值均降低。

1.2 腸道菌群與2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）T2DM 患者腸道菌群同樣發(fā)生變化，菌群失調(diào)導致慢性炎癥，影響宿主的腸道通透性、糖脂代謝、胰島素敏感性和整體能量穩(wěn)態(tài)［9］。大量研究［10］表明雙歧桿菌屬、擬桿菌屬、糞桿菌屬、阿克曼菌屬和玫瑰桿菌屬與T2D 呈負相關，瘤胃球菌屬、梭桿菌屬和藍桿菌屬與T2D 呈正相關。研究［8］發(fā)現(xiàn)T2DM 患者與正常糖耐量患者之間腸道微生物組的組成和比例存在顯著差異，總的來說患有T2DM 的參與者中厚壁菌門的數(shù)量減少。

2 FMT 治療糖尿病研究進展

2.1 FMT 治療T1DM

2.1.1 動物實驗腸道菌群失調(diào)和T1DM 之間的關系已在動物模型中得到證實，因此研究者對非肥胖糖尿病小鼠（NOD-T1DM 動物模型）行FMT（正常小鼠糞便）［11］，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FMT 組小鼠T1DM發(fā)病率為40.9% ，對照組為72.7%。并且FMT 促進乳酸菌、梭菌及腸球菌科等有益菌的定殖。因此FMT 可以重塑腸道菌群，改善腸道屏障功能，影響腸-胰腺免疫軸的免疫應答，糾正氨基酸代謝紊亂，減少NOD 小鼠支鏈氨基酸的蓄積。

2.1.2 人群實驗對T1DM 患者進行自體或同種異體菌群移植發(fā)現(xiàn)［12］，普雷沃菌相對豐度在自體糞便移植后均呈下降趨勢，而同種異體糞便移植后呈上升趨勢，并且普雷沃菌和有益代謝物MA-GPC（甘油磷脂）呈負相關；自體FMT 組胰島殘留β 細胞功能較好。因此FMT 可以保留新發(fā)病T1D 受試者的剩余β 細胞功能。對患T1DM 的青少年［13］行FMT治療（為期1 年）。治療后患者的空腹血糖（fasting blood glucose，F(xiàn)BG）和餐后2 h 血糖在第一次FMT后和每次FMT 后均有較大幅度的下降，血糖波動趨勢逐漸趨于平穩(wěn)，且在停用降糖藥物的基礎上，患者血糖整體呈現(xiàn)先下降后平穩(wěn)變化的趨勢，未出現(xiàn)不良反應。對1 例行胰島素治療后血糖控制不佳并伴有胃腸道癥狀及嚴重營養(yǎng)不良的年輕T1DM 患者行FMT［14］。FMT 治療后患者臨床反應良好，胃腸道癥狀緩解。FBG、HbA1c 均下降；患者與健康供者的腸道菌群組成有一定的相似性，治療前則完全不同。營養(yǎng)狀態(tài)改善（BMI、總蛋白、白蛋白和血紅蛋白增加）。FMT 后厚壁菌顯著增加。厚壁菌是一種與體重呈正相關的腸道菌群。FMT 后患者的消化道癥狀明顯改善，血糖控制較好，腸道菌群中有益菌增加。因此對T1DM 患者行FMT 是可行的治療方案。

2.2 FMT 治療T2DM

2.2.1 動物實驗腸道菌群和T2DM 之間的關系也已在動物模型中得到證實，因此通過采集正常小鼠糞便處理后移植到T2DM 小鼠模型中［15］，監(jiān)測小鼠空腹血糖、HbA1c、測試胰島素水平（HOMAIR，HOMA-IS 和HOMA-β）及胰腺炎癥指標。結(jié)果顯示FMT 治療后T2DM 小鼠血糖及糖化血紅蛋白下降、胰島素抵抗改善及胰島素分泌增加；FMT抑制胰腺組織慢性炎癥，TNF-α 和IL-6 分泌減少，IL-10 分泌增多。結(jié)果表明FMT 可能通過減少促炎細胞因子的分泌和增加抗炎細胞因子的分泌來改善受損的胰島，因此胰島素抵抗及胰島β 細胞功能得到緩解、炎癥反應減弱。另一項研究［16］將T2DM 小鼠分為FMT 組、乳酸桿菌組（LAB）和雙歧桿菌組（BIO）和對照組灌胃6 周。發(fā)現(xiàn)FMT、LAB、BIO 組降糖效果相似，內(nèi)毒素血癥略有減輕，結(jié)腸黏液層和肝小葉向正常組織發(fā)展。結(jié)果證實FMT組在胰島細胞再生、功能性β 細胞增加和胰島素敏感性方面具有獨特的作用。糖尿病腎?。―KD）是DM 的主要并發(fā)癥之一，藥物干預可以抑制糖尿病腎病的進展，尋找非藥物策略可以確定針對代謝性疾病的藥物開發(fā)的新靶點，其中一種策略就是FMT。對BTBRob/ob（T2DM 肥胖糖尿病腎病模型）小鼠行FMT［17］，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FMT 是一種安全的治療方式，可以抑制BTBRob/ob 小鼠的體重增長，減少白蛋白尿，減少回腸和升結(jié)腸中TNF-α 的局部表達，并改善胰島素抵抗。

2.2.2 人群實驗一份案例報告［18］關于對2 型糖尿病周圍神經(jīng)病患者行FMT，患者合并高血壓，血糖控制差，長期疼痛導致患者焦慮，行第一次FMT后患者疼痛減輕，血糖下降明顯、血壓和血脂明顯下降，體重減輕。目前營養(yǎng)神經(jīng)及止痛藥是糖尿病神經(jīng)病變治療的主要治療手段?；颊咝蠪MT 后未服用任何鎮(zhèn)痛藥來減輕糖尿病神經(jīng)病變的疼痛。對T2DM［22］患者進行FMT，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者HbA1c、血糖和尿酸顯著下降，餐后C 肽顯著升高。FMT應答者在預處理糞便中具有明顯更高的理研菌科和厭氧菌屬的水平?；颊呒S便中預處理后的理研菌科和厭氧菌豐度可能作為選擇T2DM 患者接受FMT 的潛在生物標志物。因此移植健康供體的糞便菌群足以改善T2DM 的糖代謝，并且FMT 改善了胰島素抵抗，減輕了胰島β 細胞的破壞。

二甲雙胍（metformin，MET）是治療T2DM 的基礎藥物，對T2DM 患者進行MET、FMT 單治療及FMT 聯(lián)合MET，評估治療效果［20］，發(fā)現(xiàn)FMT 組和FMT + MET 組患者空腹血糖、餐后血糖、糖化血紅蛋，胰島素抵抗和BMI 較二甲雙胍組明顯降低，但空腹血糖及糖化血紅蛋白在FMT + MET 組下降更明顯。FMT + MET 組尿酸、甘油三酯顯著降低。FMT 后菌群的定植率高于FMT +二甲雙胍組（普雷沃氏菌屬和雙歧桿菌屬增加）；因此FMT 組及FMT+二甲雙胍組通過定殖供體來源的微生物群，顯著改善了T2DM 患者的胰島素抵抗和體質(zhì)指數(shù)以及菌群紊亂。

肥胖是T2DM 的一個重要危險因素，使肥胖患者（未診斷糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎或代謝綜合征）服用FMT 膠囊（健康瘦型志愿者糞便提?。˙MI 17.5 kg/m2））［19］。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接受FMT 的肥胖患者腸道菌群慢慢接近于供體組，糞便中?；悄懰岬乃匠掷m(xù)下降，膽汁酸譜開始更接近于捐獻者。患者未出現(xiàn)明顯不良反應。另一項研究［21］對體質(zhì)量指數(shù)≥35 kg/m2且存在胰島素抵抗的患者行同種異體（來自健康的瘦供者）或自體FMT，在同種異體移植組和自體移植組，HOMA-IR 和臨床變量無明顯變化。對于菌群糞球菌、雙歧桿菌、擬桿菌和羅斯氏菌增加，鏈球菌減少；3 個月時擬桿菌屬和布勞特氏菌屬增加。對于代謝物，血清犬尿氨酸降低，糞便吲哚乙酸和丁烯基肉堿升高，血清異亮氨酸、亮氨酸、癸烯基肉堿和糞便苯乙酸降低。因此通過結(jié)腸鏡異體或者同體FMT 使肥胖患者腸道菌群、代謝物發(fā)生了有益變化。NG 等將肥胖T2DM［4］患者隨機分配到FMT + 生活方式干預組、FMT 單獨組及對照組。FMT 溶液由體健瘦型志愿者提供。結(jié)果顯示FMT + 生活方式、FMT 組和對照組受試者在第24 周獲得≥20%的瘦體相關菌群的比例分別為100%、88.2%和22%。與單獨FMT 相比，F(xiàn)MT+生活方式組雙歧桿菌和乳酸桿菌增加，總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和肝臟硬度降低。因此將生活方式干預與FMT 相結(jié)合，可使受者的腸道菌群發(fā)生更有利的變化，并改善血脂和肝臟硬度。

飲食結(jié)構(gòu)在T2DM 患者血糖控制中也扮演重要角色，SU 等［23］對T2DM 患者行FMT 治療，比較FMT+飲食組、FMT 組及飲食對照組中的血糖控制情況。發(fā)現(xiàn)有益菌雙歧桿菌隨著研究的進行而增加，與血糖、血壓、血脂、BMI 呈負相關。硫酸鹽還原菌嗜膽菌屬和脫硫弧菌屬在治療后明顯下降，與血糖指標呈正相關。FMT 更快的改變腸道菌群，F(xiàn)MT+飲食治療在控制血糖顯示出比單獨FMT更大潛力。

2.3 特殊人群的FMT 研究進展中國維吾爾族和哈薩克族主要生活在山區(qū)和沙漠中，其飲食是其種族群體獨有［24］；對兩族人群腸道菌群進行分析得出：疣微菌科、毛螺菌科和腸桿菌科是哈薩克族和維吾爾族健康人和T2DM 患者相比的3 個優(yōu)勢細菌家族。瘤胃菌外和毛螺菌科普遍存在于腸道菌群中，其比例可被高熱量飲食改變，是T2DM的可能病因。哈薩克族T2DM 患者脫硫弧菌科和氣單胞菌科水平較高。維吾爾族T2DM 患者表現(xiàn)出更高水平的丹毒絲菌科。

菌群測序發(fā)現(xiàn)中國哈薩克族糖耐量正常人群與T2DM 人群腸道菌群存在顯著差異。ZHANG等［25］為確定哈薩克族人的糞便是否可以通過菌群移植治療糖尿病，將哈薩克族正常糖耐量（KNGT）糞菌移植到db/db 小鼠，研究發(fā)現(xiàn)KNGT 糞便細菌成功定植于db/db 小鼠腸道，并且小鼠空腹血糖、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)。腸道脫硫弧菌屬和梭菌水平顯著降低，糞便中黏液性阿克曼氏菌水平增加。為探討其機制，HAN 等［26］也對2 型糖尿病小鼠模型行FMT 干預，發(fā)現(xiàn)擬桿菌、梭狀芽胞桿菌豐度升高，螺旋菌豐度下降，糞便中的醋酸鹽和丁酸鹽水平顯著升高，GPR43mRNA 表達和GLP-1 蛋白在結(jié)腸組織中表達增加。因此考慮FMT-KNGT 通過改變負責產(chǎn)生SCFAs 的細菌組成和激活GPR43/GLP-1 通路改善糖脂紊亂。考慮KNGT 的糞便細菌有可能用于治療糖尿病患者。

維吾爾族T2DM 患者腸道菌群與正常耐糖人群也存在差異。因此WANG 等［27］將維吾爾族T2DM糞菌移植到C57BL/6 小鼠，重現(xiàn)糖代謝紊亂。研究表明菌群移植后損害了正常胰島功能。FMT 提高了腸道菌群產(chǎn)生脫氧膽酸的能力。此外，肝臟和回腸中的維生素D 受體和回腸中的GLP-1 顯著降低。維吾爾族T2DM 糞菌移植通過改變腸道菌群代謝BAs 的能力和BAs/GLP-1 通路來破壞糖代謝。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，大量的證據(jù)揭示了糖尿病與腸道菌群及其代謝物的組成、多樣性和功能失衡有關。因此可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝物輔助治療糖尿病。FMT 是一項新興的、有前景的技術，可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物來改善糖尿病臨床預后。

動物實驗及臨床實驗表明，腸道菌群變化與DM 有關，腸道菌群移植可以治療DM。雖然不能完全肯定腸道菌群移植對除艱難梭菌感染以外的疾病有效，但是人類研究的結(jié)果顯示腸道菌群移植使糖尿病患者腸道菌群恢復并對臨床預后產(chǎn)生積極影響。FMT 重建腸道菌群可能是治療T1DM營養(yǎng)不良患者的新選擇，并且T2DM 及有并發(fā)癥患者也可以從FMT 中獲得潛在的益處，甚至已經(jīng)有研究延伸到特殊人群糞便對DM 的治療效果。目前對FMT 治療糖尿病的機制也在不斷的深入，因此對FMT 的積極研究可為治療糖尿病提供更多的依據(jù)。