2型糖尿病及其前期狀態(tài)人群腸道菌群特征分析.pdf

1、研究背景和目的:
　　 隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們生活方式、飲食結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素等的改變，使得糖尿病(diabetes mellitus，DM)、肥胖等代謝性疾病迅速發(fā)展，已成為全球最突出的社會(huì)問題。2012年中國糖尿病協(xié)會(huì)最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國糖尿病發(fā)病率高達(dá)9.7％，全國糖尿病患者達(dá)到1個(gè)億，DM及其慢性并發(fā)癥對(duì)人類健康產(chǎn)生極大的危害，給社會(huì)和家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)。
　　 DM是以人體內(nèi)胰島素分泌絕對(duì)或相對(duì)不足

2、以及靶細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低為特征，以及由此繼發(fā)的以脂肪、蛋白質(zhì)、水、電解質(zhì)等全身代謝紊亂的一組綜合征。DM可導(dǎo)致失明、腎功能衰竭、神經(jīng)病變、心血管病變等多種并發(fā)癥，降低生活質(zhì)量、威脅健康和生命。DM分為1型糖尿病(Type1 diabetesmellitus，T1DM)和2型糖尿病(type2 diabetes mellitus，T2DM)，分別占所有病歷中的5-10％和90％。WHO對(duì)DM的診斷是:空腹血漿血糖7.0mmol/L或口

3、服葡萄糖耐量試驗(yàn)(OGTT)2小時(shí)血漿至11.1mmol/L。除了確診的DM外，還有兩種血糖異常的癥狀，即空腹血糖受損(Impaired Fasting Glucose，IFG)和糖耐量異常(Impaired Glucose Tolerance，IGT)。IFG的診斷標(biāo)準(zhǔn)為空腹血糖在6.1-6.9mmol/L之間，OGTT＜7.8mmol/L;IGT為空腹血糖＜7.0mmol/L.，OGTT＞7.8mmol/L且＜11.1 mmol/L

4、。這兩種情況也稱為糖尿病前期狀態(tài)(Pre-diabetes mellitus，Pre-DM)，是DM發(fā)生的前期癥狀，如若能在這一階段及時(shí)控制血糖，阻斷向DM的發(fā)展，對(duì)患者及家庭乃至整個(gè)社會(huì)意義重大。
　　 近年來研究發(fā)現(xiàn)T2DM的發(fā)生以胰島素抵抗為主伴胰島素相對(duì)不足或以胰島素分泌不足為主伴胰島素抵抗為基本特征。胰島素抵抗(insulin resistance，IR)以慢性系統(tǒng)性低水平炎癥反應(yīng)為特征，促炎因子和氧化應(yīng)激在的IR的過

5、程中發(fā)揮重要作用。流行病學(xué)研究顯示，人群中約有2.5％個(gè)體患有IR，而T2DM患者中IR患病率超過80％。IR與胰島細(xì)胞、骨骼肌、脂肪組織、肝臟、腸道、下丘腦和免疫系統(tǒng)等多個(gè)組織器官相關(guān)，主要發(fā)生在外周組織（肌肉、脂肪）和肝臟，在前者可表現(xiàn)為胰島素促進(jìn)骨骼肌、脂肪組織攝取葡萄糖并加以利用或儲(chǔ)存的功能減弱，在后者則表現(xiàn)為胰島素抑制肝糖原輸出能力減弱。研究表明，脂肪組織可能是系統(tǒng)炎癥激活的中心位點(diǎn):脂肪細(xì)胞可產(chǎn)生腫瘤壞死因子a(TNF-a)

6、，導(dǎo)致IR;高脂飲食和肥胖可誘導(dǎo)脂肪組織炎癥發(fā)生，且伴有白細(xì)胞介素-6(IL-6)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細(xì)胞核因子KB(NF-KB)、激動(dòng)蛋白-1(AP1)和生長反應(yīng)因子等炎癥調(diào)節(jié)因子生成增加。
　　 研究表明腸道菌群與宿主的消化、營養(yǎng)、代謝、免疫等方面密切相關(guān)，是進(jìn)入人體的“環(huán)境”因素，其地位與作用相當(dāng)于后天獲得的一個(gè)重要“器官”。近年來對(duì)腸道菌群的研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群不僅能夠通過從飲食中增加額外的能量獲取參與肥

7、胖的發(fā)病，還能通過內(nèi)毒素血癥、調(diào)節(jié)組織生物活性脂肪酸構(gòu)成、調(diào)節(jié)腸源性肽的分泌參與肥胖、DM等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。
　　 T2DM患者的慢性炎癥反應(yīng)是由代謝性內(nèi)毒素血癥引起的一種低水平的炎癥反應(yīng)狀態(tài)，而脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作為內(nèi)毒素的主要成分，是腸道菌群革蘭氏陰性細(xì)菌(G-)細(xì)胞壁的組成成分。LPS能夠通過與免疫細(xì)胞CD14表面的T樣受體4(TLR-4)結(jié)合形成復(fù)合物而激活免疫細(xì)胞，觸發(fā)肥胖和I

8、R的炎癥反應(yīng)狀態(tài)。TLR-4代謝旁路在代謝性疾病中的作用在敲除TLR-4的告知飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗小鼠體內(nèi)得到進(jìn)一步證實(shí)。
　　 有關(guān)高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠一系列研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食能夠引起小鼠雙歧桿菌、真桿菌數(shù)量減少。腸道菌群構(gòu)成改變引起的慢性代謝性內(nèi)毒素血癥能夠引起肥胖、DM、IR的發(fā)生:1）高脂食物誘導(dǎo)肥胖的同時(shí)增加血液內(nèi)毒素(LPS)的含量，能夠使小鼠血液里的LPS升高2-3倍，達(dá)到代謝性內(nèi)毒素血癥的狀態(tài)，且一直保持在一個(gè)較

9、高的濃度;2）連續(xù)皮下灌輸?shù)蛣┝康腖PS一個(gè)月后，小鼠的體重增加與高脂食物飼喂4周引起的肥胖相當(dāng);3）代謝性內(nèi)毒素血癥引起肝臟、內(nèi)臟脂肪組織、皮下脂肪組織、肌肉IL-1、IL6、IL-8、TNF-α促炎癥因子產(chǎn)生，類似高脂飲食誘導(dǎo)的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng);4）敲除CD14受體基因的小鼠在進(jìn)食高脂食物4周后，糖耐量、胰島素敏感性等指標(biāo)依然正常，而野生型對(duì)照卻出現(xiàn)了IR。表明LPS需要與CD14免疫細(xì)胞表面的TLR-4受體結(jié)合才能誘發(fā)炎癥反應(yīng)，耗盡

10、TLR-4或是敲除TLR-4受體基因阻止了高脂食物誘導(dǎo)的IR，進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群通過TLR-4通路與肥胖和T2DM等代謝性疾病的關(guān)系。
　　 關(guān)于LPS能夠誘發(fā)系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)在人體中也得到證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)代謝性內(nèi)毒素血癥能夠引起脂肪組織TNF-α和IL-6濃度升高、IR，而且高脂飲食、高碳水化合物隱私能夠顯著升高餐后血漿LPS含量，同時(shí)伴隨著免疫細(xì)胞TLR-4、NF-KB的高表達(dá)，與IR相關(guān)的細(xì)胞因子通路SOCS-3表達(dá)抑制。但

11、是在采用美國心臟協(xié)會(huì)富含纖維素和水果的飲食后，這些改變完全消失。
　　 這些研究均表明，內(nèi)毒素血癥伴在肥胖相關(guān)的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。由于肥胖是T2DM發(fā)病的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素，人們推測T2DM與腸道菌群可能也存在一定的關(guān)系。隨著研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)T2DM患者或動(dòng)物模型與正常對(duì)照者相比腸道菌群構(gòu)成發(fā)生了改變，也有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過改變飲食因素如增加糖分、脂肪的攝入來調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)能夠引起肥胖，進(jìn)而增加DM的風(fēng)險(xiǎn)。腸道菌群

12、與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，已成為國內(nèi)外研究的新熱點(diǎn)。隨著研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)T2DM和肥胖以胰島素抵抗和低水平炎癥反應(yīng)為特征，而腸道菌群與宿主間在調(diào)節(jié)能量平衡、炎癥反應(yīng)方面存在著密切聯(lián)系。因此人們推測腸道菌群和肥胖、T2DM等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。
　　 基于以上研究背景，本研究選取T2DM患者、Pre-DM狀態(tài)人群與健康志愿者作為研究對(duì)象，比較三組腸道菌群的差異，分析腸道菌群與空腹血糖、脂代謝之間的關(guān)系，探究

13、腸道細(xì)菌在T2DM的發(fā)生、發(fā)展中可能存在的作用。
　　 方法:
　　 根據(jù)1999年WHO的診斷標(biāo)準(zhǔn)納入55名T2DM患者、46名健康志愿者、10名Pre-DM患者，對(duì)其糞便提取基因組DNA，應(yīng)用菌屬16srRNA v3序列特異性引物，進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析，比較三組人群中各目標(biāo)菌屬含量及比例的差異。
　　 結(jié)果:
　　 1、腸道菌群比較
　　 (1)三組人群細(xì)菌數(shù)量上的比較:
　　

14、三組腸道細(xì)菌總量存在顯著差異，Pre-DM組顯著高于其他兩組(P=0.000);三組人群中Pre-DM患者球形梭菌類群、普氏菌屬、乳酸桿菌屬含量雖高于其他兩組，但是差異不顯著(P值分別為0.179、0.186和0.239)，而大腸桿菌屬在Pre-DM組中的含量則顯著高于其他兩組(P=0.002); T2DM組柔嫩梭菌類群、雙歧桿菌屬、腸球菌屬顯著高于Pre-DM組和健康對(duì)照組(P值分別為0.011、0.012、0.000)，擬桿菌屬DM

15、組和Pre-DM組顯著低于健康對(duì)照組(P=0.006)。
　　 (2)三組人群之間各目的菌屬占總細(xì)菌比例:
　　 健康對(duì)照組擬桿菌/球形梭菌顯著高于T2DM患者和Pre-DM患者(p=0.000)。T2DM患者柔嫩梭菌類群％、雙歧桿菌屬％、腸球菌屬％均明顯高于對(duì)照組和Pre-DM組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.000、0.001和0.015)。Pre-DM患者大腸桿菌屬％和普氏菌屬％高于健康對(duì)照組和T2DM組，其中

16、Pre-DM組大腸桿菌屬％顯著高于其他兩組(P=0.015)，而普氏菌屬％在三組中的差異不顯著。乳酸桿菌屬％在三者之間差異極小。
　　 2、腸道菌群與空腹血糖相關(guān)關(guān)系:
　　 擬桿菌屬(R=-0.251 P=0.008)、擬桿菌屬/球形梭菌類群(R=-0.206 P=0.030)與空腹血糖存在著顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。腸球菌屬(R=0.221 P=0.020)、腸球菌屬％(R=0.187 P=0.050)與空腹血糖之間存在著顯著

17、正相關(guān)關(guān)系。而其他菌屬與空腹血糖相關(guān)關(guān)系不顯著。
　　 3、腸道菌群與脂代謝水平相關(guān)關(guān)系:
　　 腸球菌屬(R=0.227 P=0.016)、腸球菌屬％(R=0.313 P=0.001)與甘油三酯水平存在顯著正相關(guān)關(guān)系。腸球菌屬％(R=-0.228 P=0.018)、柔嫩梭菌類群％(R=-0.248P=0.010)與高密度脂蛋水平存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。腸道菌群與膽固醇、低密度脂蛋白水平相關(guān)關(guān)系不顯著。
　　 結(jié)論: