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:
　　 隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們生活方式、飲食結構、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問題。2012年中國糖尿病協(xié)會最新調查發(fā)現(xiàn)，中國糖尿病發(fā)病率高達9.7％，全國糖尿病患者達到1個億，DM及其慢性并發(fā)癥對人類健康產(chǎn)生極大的危害，給社會和家庭帶來沉重的負擔。
　　 DM是以人體內胰島素分泌絕對或相對不足

2、以及靶細胞對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、水、電解質等全身代謝紊亂的一組綜合征。DM可導致失明、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(OGTT)2小時血漿至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的診斷標準為空腹血糖在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控制血糖，阻斷向DM的發(fā)展，對患者及家庭乃至整個社會意義重大。
　　 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)性低水平炎癥反應為特征，促炎因子和氧化應激在的IR的過

5、程中發(fā)揮重要作用。流行病學研究顯示，人群中約有2.5％個體患有IR，而T2DM患者中IR患病率超過80％。IR與胰島細胞、骨骼肌、脂肪組織、肝臟、腸道、下丘腦和免疫系統(tǒng)等多個組織器官相關，主要發(fā)生在外周組織（肌肉、脂肪）和肝臟，在前者可表現(xiàn)為胰島素促進骨骼肌、脂肪組織攝取葡萄糖并加以利用或儲存的功能減弱，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:脂肪細胞可產(chǎn)生腫瘤壞死因子a(TNF-a)

6、，導致IR;高脂飲食和肥胖可誘導脂肪組織炎癥發(fā)生，且伴有白細胞介素-6(IL-6)、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細胞核因子KB(NF-KB)、激動蛋白-1(AP1)和生長反應因子等炎癥調節(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，是進入人體的“環(huán)境”因素，其地位與作用相當于后天獲得的一個重要“器官”。近年來對腸道菌群的研究發(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，還能通過內毒素血癥、調節(jié)組織生物活性脂肪酸構成、調節(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是由代謝性內毒素血癥引起的一種低水平的炎癥反應狀態(tài)，而脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)作為內毒素的主要成分，是腸道菌群革蘭氏陰性細菌(G-)細胞壁的組成成分。LPS能夠通過與免疫細胞CD14表面的T樣受體4(TLR-4)結合形成復合物而激活免疫細胞，觸發(fā)肥胖和I

8、R的炎癥反應狀態(tài)。TLR-4代謝旁路在代謝性疾病中的作用在敲除TLR-4的告知飲食誘導的胰島素抵抗小鼠體內得到進一步證實。
　　 有關高脂飲食誘導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。腸道菌群構成改變引起的慢性代謝性內毒素血癥能夠引起肥胖、DM、IR的發(fā)生:1）高脂食物誘導肥胖的同時增加血液內毒素(LPS)的含量，能夠使小鼠血液里的LPS升高2-3倍，達到代謝性內毒素血癥的狀態(tài)，且一直保持在一個較

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

10、TLR-4或是敲除TLR-4受體基因阻止了高脂食物誘導的IR，進一步證實了腸道菌群通過TLR-4通路與肥胖和T2DM等代謝性疾病的關系。
　　 關于LPS能夠誘發(fā)系統(tǒng)性炎癥反應在人體中也得到證實。研究發(fā)現(xiàn)代謝性內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，同時伴隨著免疫細胞TLR-4、NF-KB的高表達，與IR相關的細胞因子通路SOCS-3表達抑制。但

11、是在采用美國心臟協(xié)會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，內毒素血癥伴在肥胖相關的炎癥反應中發(fā)揮重要作用。由于肥胖是T2DM發(fā)病的一個重要危險因素，人們推測T2DM與腸道菌群可能也存在一定的關系。隨著研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)T2DM患者或動物模型與正常對照者相比腸道菌群構成發(fā)生了改變，也有動物實驗發(fā)現(xiàn)，通過改變飲食因素如增加糖分、脂肪的攝入來調節(jié)腸道菌群結構能夠引起肥胖，進而增加DM的風險。腸道菌群

12、與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關，已成為國內外研究的新熱點。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為特征，而腸道菌群與宿主間在調節(jié)能量平衡、炎癥反應方面存在著密切聯(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。
　　 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、脂代謝之間的關系，探究

13、腸道細菌在T2DM的發(fā)生、發(fā)展中可能存在的作用。
　　 方法:
　　 根據(jù)1999年WHO的診斷標準納入55名T2DM患者、46名健康志愿者、10名Pre-DM患者，對其糞便提取基因組DNA，應用菌屬16srRNA v3序列特異性引物，進行實時熒光定量PCR分析，比較三組人群中各目標菌屬含量及比例的差異。
　　 結果:
　　 1、腸道菌群比較
　　 (1)三組人群細菌數(shù)量上的比較:
　　

14、三組腸道細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組顯著低于健康對照組(P=0.006)。
　　 (2)三組人群之間各目的菌屬占總細菌比例:
　　 健康對照組擬桿菌/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％均明顯高于對照組和Pre-DM組，差異具有統(tǒng)計學意義(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關系:
　　 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相關關系。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、正相關關系。而其他菌屬與空腹血糖相關關系不顯著。
　　 3、腸道菌群與脂代謝水平相關關系:
　　 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關系。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相關關系。腸道菌群與膽固醇、低密度脂蛋白水平相關關系不顯著。
　　 結論: