腸道菌群糖尿病及肥胖防治新靶點(diǎn)

1、腸道菌群,糖尿病及肥胖防治新靶點(diǎn),目 錄,腸道菌群知之甚少的“新器官”,人類腸道中寄居著約1014左右微生物，種類1000種，人體中微生物總重量達(dá)2Kg 人體中微生物有1/3具有普遍性，而2/3具有特異性。 基因數(shù)量為人類自身100-150倍，是控糖人體健康的第二基因組,Ley RE et al. Cell,2006.124:837-848,技術(shù)讓我們更全面準(zhǔn)確的了解腸道菌群,Karlsson F, et al.Diabetes.2013Oct;62(10):3341-9,傳統(tǒng)方法采用特定的培養(yǎng)皿來(lái)培養(yǎng)微生物群落，但只限于少部分可培養(yǎng)的菌種（20-50%）且分辨率較差 基于16S rRNA表征

2、的非培養(yǎng)技術(shù)，可幫助我們獲得微生物的信息，包括不可培養(yǎng)的菌種 全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序技術(shù)，可為我們提供微生物群落功能及代謝的信息,腸道菌群的組成,Eckburg PB, et al.Science.2005Jun 10;308(5728):1635-8.,腸道菌群的組成,厚壁菌門（Firmicutes） 低G+C含量的革蘭氏陽(yáng)性厭氧菌 腸道菌群中占比最高，超過(guò)60% 多數(shù)產(chǎn)丁酸鹽（多糖代謝終產(chǎn)物） 其中乳桿菌屬可維持腸道酸性內(nèi)環(huán)境，為典型益生菌,擬桿菌門（Bacteroidetes） 革蘭氏陰性嚴(yán)格厭氧菌 腸道菌群中占比約10%-48% 參與多糖代謝、膽汁酸和類固醇代謝 其中多形擬桿菌、卵形擬桿菌

3、可降解人體不能降解的多糖，向宿主提供其中10-15%的能量,放線菌門（Actinobacteria） 高G+C含量的革蘭氏陽(yáng)性嚴(yán)格厭氧菌 腸道菌群中占比約10% 其中雙歧桿菌屬能夠酸化腸道內(nèi)環(huán)境，保護(hù)腸屏障，為典型益生菌,變形菌門（Proteobacteria） 兼性厭氧菌 生理情況下腸道菌群中占比1% 多數(shù)變形菌均屬于致病菌，如常見(jiàn)的大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂弧菌、幽門螺桿菌等,腸道菌群對(duì)人體的作用,Burcelin R, et al.Acta Diabetol.Dec 2011; 48(4): 257273.,消化，代謝，提取營(yíng)養(yǎng) 預(yù)防病原體定植 免疫調(diào)節(jié) 合成有益物質(zhì)、維生素 調(diào)節(jié)生物活性

4、脂肪酸組織合成，調(diào)節(jié)腸源性肽分泌,腸道菌群組成的地理差異,上海,Suzuki TA, et al. Biol Lett.2014 Feb 12;10(2):20131037.,研究者分析了世界范圍內(nèi)1000余位受試者的腸道菌群，結(jié)果顯示，北部高緯度地區(qū)居民腸道中與肥胖相關(guān)的菌群比例更高 厚壁菌門比例與緯度正相關(guān) 擬桿菌門比例與緯度負(fù)相關(guān),腸道菌群的影響因素,Ley RE, et al.Proc Natl Acad Sci U S A.2005 Aug 2;102(31):11070-5.,小鼠和人類腸道菌群差異很大，但最主要的兩種菌群是： 硬壁菌門Firmicutes：胖菌 擬桿菌門Bacte

5、roidetes：瘦菌,影響腸道菌群數(shù)量與種類的因素？,腸道菌群主要被飲食結(jié)構(gòu)所改變,Zhang C, et al. ISME J.2010 Feb;4(2):232-41.,研究為探討宿主基因和飲食對(duì)腸道菌群的影響，對(duì)野生型和Apoa-I敲除小鼠均分別進(jìn)行高脂飲食飼養(yǎng)或正常飲食飼養(yǎng)25周 主成分分析結(jié)果表明，飲食結(jié)構(gòu)的改變可以解釋腸道菌群的結(jié)構(gòu)總變異的57，而遺傳學(xué)變異占不超過(guò)12,西方飲食致小鼠腸道厚壁菌增加擬桿菌減少,Turnbaugh PJ,et al.Sci Transl Med. 2009 Nov 11; 1(6):6ra14.,本研究中，為無(wú)菌C57BL/6J小鼠進(jìn)行新鮮或冷凍成

6、人糞便微生物群落移植，并分別給予低脂高植物多糖飲食或高脂高糖的西方飲食，人化小鼠的體重增加且腸道菌群發(fā)生改變,基因突變肥胖小鼠的腸道菌群與野生型不同,此研究中，給予瘦素基因突變肥胖ob/ob小鼠及瘦的ob/+小鼠和+/+小鼠相同的正常飲食 該研究首次發(fā)現(xiàn)，瘦素基因突變的肥胖ob/ob小鼠腸道菌群中厚壁菌門比例上升而擬桿菌門比例下降,Ley RE, et al.Proc Natl Acad Sci U S A.2005 Aug 2;102(31):11070-5.,* P0.05,基因突變可使小鼠腸道菌群發(fā)生改變,L. Geurts, et al.Frontiers in Microbiolog

7、y.2011 Jul 13;2:149.,此研究中，給予瘦素受體基因突變肥胖db/db小鼠及瘦鼠相同的正常飲食 該研究結(jié)果示，與瘦鼠相比，db/db小鼠腸道菌群中擬桿菌門比例下降，而厚壁菌門、變形菌門及纖維桿菌門比例上升,目 錄,腸道菌群與糖尿病,前瞻性病例對(duì)照研究 3280名正常體重及糖耐量受試者，平均隨訪9年 評(píng)估16S rDNA（特異性細(xì)菌標(biāo)志物）濃度作為肥胖及糖尿病發(fā)病的預(yù)測(cè)因子,Amar J, et al. Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.,糖尿病患者表現(xiàn)出更高菌群濃度,罹患T2DM患者在基線時(shí)16S- rDNA水平顯著高于正常組 腹型肥胖患者

8、16SrDNA更高 16SrDNA水平升高者發(fā)生T2DM 及腹型肥胖的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分別為正常人群的1.35倍及1.18倍,隨訪結(jié)束后發(fā)現(xiàn),Amar J, et al. Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.,糖尿病患者腸道菌群與健康人不同,X. Wu, et al.Current Microbiology.2010 Jul;61(1):69-78.,該研究對(duì)16位2型糖尿病患者及12位健康受試者的糞便樣本進(jìn)行檢測(cè) 研究結(jié)果示，DM患者腸道中普通擬桿菌和雙歧桿菌含量下降,糖尿病患者腸道菌群與健康人不同,普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzi

9、i）在肥胖和DM患者中含量下降，在RYGB手術(shù)后數(shù)月上升,OB/nD：肥胖的非糖尿病 OB/D：肥胖的糖尿病,Furet JP, et al.Diabetes 2010;59:304957,T2DM患者腸道G-菌比例更高,糖尿病患者腸道微生物組成,該研究發(fā)現(xiàn) ，2 型糖尿病患者特征為：中度腸道微生物菌群失調(diào)，產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌豐度下降，而各種條件致病菌增加，并且細(xì)菌還原硫酸鹽和抗氧化應(yīng)激能力增強(qiáng),Qin J, et al. Nature.2012 Oct 4;490(7418):55-60.,圓形面積大小表示宏基因組連鎖群中基因數(shù)量；圓形顏色表示其所屬分類,腸道菌群與肥胖/糖尿?。?腸道菌群,肥胖/

10、糖尿病,Who Comes first?,科赫法則,Who comes first ? 科赫法則,科赫法則是證明一種病菌與一種疾病之間因果關(guān)系最強(qiáng)的“邏輯法則” “科赫法則” 在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)某種細(xì)菌與疾病相關(guān)，把這種細(xì)菌分離出來(lái) 在動(dòng)物模型里把疾病復(fù)制出來(lái) 從而證明這種細(xì)菌是該病人發(fā)病的原因而不是結(jié)果,Koch，1876,無(wú)菌小鼠接受腸菌移植，成功復(fù)制肥胖,法國(guó)、美國(guó)、羅馬尼亞科學(xué)家將肥胖大鼠腸道的高比值硬壁菌與擬桿菌移植給無(wú)菌小鼠，成功地復(fù)制出肥胖表型，且鑒定出3種肥菌顫桿菌和梭菌屬14a簇及4簇,Duca, et al.Diabetes.2014May;63(5):1624-36.,OP 易

11、肥胖小鼠 F/B高比值 OR 不易肥胖小鼠 F/B低比值,CVOP OP腸菌移植小 CVOR OR腸菌移植小,無(wú)菌小鼠接受腸菌移植，成功復(fù)制肥胖,正常小鼠和無(wú)菌小鼠同時(shí)給予高脂飲食(1) 正常小鼠體重變化明顯，且出現(xiàn)高脂飲食相關(guān)代謝改變 無(wú)菌小鼠體重?zé)o明顯變化，且無(wú)代謝改變 將肥胖小鼠的糞菌移植給無(wú)菌小鼠，可導(dǎo)致移植后無(wú)菌小鼠體重增加，代謝改變(2) 糞菌移植后對(duì)代謝的影響與飲食相關(guān),Aron-Wisnewsky J, et al.Nat Rev Nephrol.2015Nov,30.,腸道菌群對(duì)肥胖的影響機(jī)制,Harris K, et al.J Obes.2012:879151.,菌群失調(diào)增

12、強(qiáng)宿主從食物中獲能的能力,a：胖鼠短鏈脂肪酸增加 b：胖鼠糞便中的卡路里的含量較低 c：將胖鼠的腸道菌群移植給無(wú)菌小鼠后，小鼠體脂明顯增加,Peter J,et al.Nature.2006 Dec 21;444(7122)_1027-31.,腸道菌群對(duì)糖尿病的影響機(jī)制,Harris K, et al.J Obes.2012:879151.,腸道菌群影響代謝疾病主要通過(guò)兩種路徑： 細(xì)菌的代謝產(chǎn)物（SCFAs等）具有生物活性，可影響宿主生理功能 人體對(duì)細(xì)菌結(jié)構(gòu)組分（LPS等）產(chǎn)生先天性免疫應(yīng)答，導(dǎo)致慢性炎癥,SCFAs對(duì)糖尿病的影響機(jī)制,短鏈脂肪酸（乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽）SCFA激活 (Gpr

13、41) 導(dǎo)致腸道PYY增加，抑制腸蠕動(dòng) 激活Gpr43，GLP-1分泌增加 激活Gpr43，抑制脂肪細(xì)胞胰島素信號(hào)，減少脂肪積聚 促進(jìn)小腸糖異生(IGN) 抑制禁食誘導(dǎo)的脂肪因子(Fiaf), 增加LPL活性,Herbert Tilg, et al .Gut.2014Sep;63(9):1513-21.,腸道菌群失調(diào)引起胰島素敏感性改變,Vrieze A,et al.Diabetologia.2010 Apr;53(4):606-13.,腸道菌群通過(guò)其結(jié)構(gòu)組分或代謝產(chǎn)物，引發(fā)慢性炎癥，影響脂肪代謝和激素分泌等，引起胰島素敏感性改變,目 錄,腸道菌群：從發(fā)病機(jī)制到治療前景,Burcelin R,

14、 et al.Acta Diabetol.Dec 2011; 48(4): 257273.,飲食與腸道菌群,飲食（Diet）：影響腸道菌群結(jié)構(gòu)以及相關(guān)代謝綜合征表型的主要因素 回復(fù)力（Resilience）：高脂飲食造成的小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)改變可以通過(guò)改為普通膳食得到恢復(fù),改變飲食對(duì)高脂飲食大鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)以及代謝表型具有改善作用,Zhang C, et al. ISME J.2010 Feb;4(2):232-41.,苦瓜和山藥促進(jìn)腸道有益菌生長(zhǎng),黃連有助于減少有害菌 有研究顯示，葛根芩連湯作用于腸道菌群治療糖尿病,Xu J, et al.ISME J.2015 Mar;9(3):552-6

15、2.,“Let foods be the medicine and medicine be the foods.”,益生元(prebiotics) 改善腸菌群，控制機(jī)體能量平衡,益生元（Prebiotics）：一種膳食補(bǔ)充劑， 通過(guò)選擇性的刺激一種或少數(shù)種菌落中的細(xì)菌的生長(zhǎng)與活性而對(duì)寄主產(chǎn)生有益的影響從而改善寄主健康 最重要的是它只刺激有益菌群的生長(zhǎng),Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86,Ob-CT：對(duì)照組 Ob-Pre：益生元喂食組 *P 0.05 #P 0.1,益生元可改善肥胖小鼠糖脂代謝,Ob-CT：對(duì)照組 Ob-Pre：益

16、生元喂食組 *P 0.05,Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86,該研究中，遺傳（ob/ob）或飲食導(dǎo)致肥胖的小鼠及糖尿病小鼠長(zhǎng)期喂食益生元或?qū)φ帐澄?研究結(jié)果示，益生元喂食組小鼠糖脂代謝顯著改善,益生元可改善小鼠腸道內(nèi)分泌激素分泌,Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86,Ob-CT：對(duì)照組 Ob-Pre：益生元喂食組 *P 0.05,與對(duì)照組相比，長(zhǎng)期喂食益生元后，小鼠分泌GLP-1增加，腸道胰高血糖素mRNA表達(dá)增加,益生元組患者能量攝入下降,Parnell JA,

17、 et al. Am J Clin Nutr 2009;89:17519.,一項(xiàng)隨機(jī)雙盲，安慰劑對(duì)照研究，48名BMI 25kg/m2的健康成年人隨機(jī)分配至益生元組（低聚果糖，21g/d）或?qū)φ战M（麥芽糊精），研究時(shí)間12周 研究結(jié)果示，益生元組受試者能量攝入顯著下降,* 益生元治療前后差異顯著，P 0.05 益生元組與對(duì)照組差異顯著，P 0.05,益生元治療組患者糖代謝改善,Parnell JA, et al. Am J Clin Nutr 2009;89:17519.,研究結(jié)果示，益生元組受試者胰島素水平及血糖水平均低于對(duì)照組,運(yùn)動(dòng)與腸道菌群,運(yùn)動(dòng)員腸道菌群多樣性更明顯 運(yùn)動(dòng)員：22門 L

18、ow-BMI對(duì)照：11門 High-BMI對(duì)照：9門,Nature Reviews Gastroenterology 98(1):16-24.,RYGB術(shù)后， 腸道菌群的豐度有所上升 有益菌的數(shù)量顯著增加,小檗堿（Berberine）與腸道菌群,小檗堿是中藥黃連的主要藥理成分 研究發(fā)現(xiàn)其能顯著改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，使有害菌數(shù)量下降,Zhang X, et al. PLoS One.2012;7(8):e42529.,小檗堿可能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)防治糖尿病,Zhang X, et al. PLoS One.2012;7(8):e42529.,本研究以大鼠作模型，在飼喂高脂飼料的同時(shí)，灌服一定劑量的

19、小檗堿 結(jié)果表明，小檗堿治療 后有268種細(xì)菌發(fā)生改變，其中174種的數(shù)量下降或消失，93種的數(shù)量上升 小檗堿可有效防止高脂飼料引起的肥胖和胰島素抵抗,分析結(jié)果示，小檗堿治療可以解釋腸道菌群變異的20.1%；小檗堿治療組大鼠的HOMA-IR指數(shù)及肥胖指數(shù)均顯著下降,* P0.05 * P0.01 NS 無(wú)顯著差異,小檗堿與糖尿病,一項(xiàng)meta分析，納入27項(xiàng)RCT研究，納入2569例患者 旨在評(píng)價(jià)黃連素治療T2DM患者的有效性 研究結(jié)果示，黃連素可改善T2DM患者的血糖,Lan J, et al.J Ethnopharmacol. 2015 Feb 23;161:69-81.,小檗堿顯著改善T2DM患者的血糖控制,Lan J, et al.J Ethnopharmacol. 2015 Feb 23;161:69-81.,新型治療：腸道菌群移植,“Let feces be the medicine and medicine be