肠道菌群：未来2型糖尿病治疗的新靶点

梁磊 念馨

昆明医科大学第一附属医院内分泌一科（昆明650032）

肠道菌群目前被认为是人体新的复杂“器官”，是由500 ～1 000 个物种组成的，数量大约是人体细胞总数的十几倍，其基因组数是人类核基因组数的100 倍以上［1］。肠道菌群能促进肠道黏膜的完整性，提供必需的营养物质如维生素和酶，保护机体免受病原体侵害，并在先天和适应性免疫系统中发挥积极作用［2］。当肠道菌群数量和功能发生显著改变时为肠道菌群失调，被认为与一些慢性非传染性疾病的病因息息相关，包括心血管、神经、消化、血液、呼吸和代谢性疾病以及癌症等［2］。肠道菌群影响着人体各个系统的功能，与机体很多疾病都有着密切关系，因此被誉为是机体的“第二套基因组”，在当前临床具有极大的研究价值。

1 肠道菌群与T2DM 的关系

2007年CANI 等［3］首次提到了肠道菌群与2 型糖尿病（T2DM）的关系，证明了肠道菌群有利于内分泌贫血病理生理调节，并认为与糖尿病及肥胖的发生有着至关重要的作用。ZHAO 等［4］通过研究发现，与健康组相比，T2DM 组的厚壁菌门∕拟杆菌门的比例较高，肠道菌群明显发生改变。一般认为由机体营养过剩引发的肠道微生物群紊乱是T2DM 的主要诱因，对微生物群的多样性和稳定性具有破坏性影响，其特征是有益菌群减少或条件性致病菌群的增多，从而引起肠道慢性低度炎症，导致胰岛素抵抗和T2DM 的发生［5］。T2DM 的发生发展与肠道菌群的组成结构有着密不可分的关系，而肠道菌群在T2DM 上的治疗作用也逐渐引起关注。

2 传统T2DM 治疗方式中肠道菌群机制的新发现

2.1 药物治疗 作为一线降糖药，二甲双胍过去普遍认为主要抑制肝脏糖异生从而改善胰岛素抵抗［6］。DUCA 等［7］通过抑制大鼠十二指肠AMPK，发现二甲双胍降糖作用明显下降，并推测二甲双胍的主要作用靶点在肠道。BRYRUP 等［8］招募了27 例健康丹麦青年男性进行了为期18 周的单臂交叉试验，期间口服二甲双胍并定时收集志愿者粪便，发现在二甲双胍干预期间，肠杆菌、梭状芽孢杆菌和双螺旋杆菌等5 个细菌属显著降低，而双歧杆菌、大肠杆菌等6 个细菌属的丰度显著增加，停止治疗后，所有患者均恢复到基线水平，这为肠道微生物群介导二甲双胍的抗糖尿病作用的观点提供了有力支持。

2.2 手术治疗 PORIES 等［9］证实接受减肥手术治疗的T2DM 肥胖者血糖可以恢复正常，且10年后90%的患者T2DM 仍没有复发，这为之后的减肥手术开展提供了理论基础。随后研究发现减重手术主要机制是通过手术人为控制机体新陈代谢的限制性和吸收不良，所谓限制性是指通过手术减小胃肠容量，从而导致食物摄入量的限制，而吸收不良是指通过手术减少肠道的营养吸收表面积，进而导致营养吸收不良［10］。但近年来研究发现减肥手术会改变宿主体肠道菌群的组成，明显降低肠道厚壁菌门的数量，术后杆菌和乳酸菌数量会明显增加［11］。一项荟萃分析［12］纳入了2008-2016年共22 篇文献，发现减肥手术后大多数患者术后厚壁菌丰度较低，拟杆菌含量明显增加，从而验证了之前的发现，也为肠道菌群的变化与术后减肥疗效和T2DM 治疗效果的关联性提供了依据。

2.3 饮食治疗和运动治疗 健康教育贯穿每个T2DM 患者病程的始终，其中着重强调了饮食控制和运动管理。饮食控制主要是减少热量的摄入，运动管理则是增加机体能量的消耗。研究［13］证实饮食调整可以通过影响包括双歧杆菌等有益菌，从而有利于调节葡萄糖稳定。可以说饮食控制就是选择性食用对肠道有益菌有利的食物，通过肠道菌群，起到控制血糖的目的。此外运动也能改变肠道菌群的结构，RESENDE 等［14］招募了24 例健康男性，随机分成运动组和对照组，在同等条件下进行为期10 周的试验，发现虽然两组在菌群属水平上的多样性无明显差异，但是运动组受试者链球菌的平均相对丰度增加，同时梭状芽孢杆菌目属的平均相对丰度减少。随后MOTIANI 等［15］通过研究运动对T2DM 患者肠道菌群的影响，发现运动干预后拟杆菌门的相对丰度明显增加，通过改善肠道微生物谱，减少内毒素血症，从而改善T2DM的胰岛素抵抗。

3 肠道菌群治疗T2DM 的主要机制

虽然肠道菌群失调诱发T2DM 的具体机制尚未完全明确，但是目前公认的发生机制包括短链脂肪酸理论、胆汁酸理论、内毒素理论等［5］。

3.1 影响产SCFAs 菌群 SCFAs 是肠道菌群通过发酵膳食纤维产生的，主要的组分包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。其中乙酸盐是胆固醇和脂肪酸的前体，丙酸盐是糖异生的底物，丁酸盐是结肠上皮细胞的主要能量来源，同时丁酸盐能激活肠道糖异生，导致能量稳态的代谢改善，减少肝脏葡萄糖产生［16］。FORSLUND 等［17］分析了784 例样本的肠道元基因组，证实了肠道菌群通过介导肠道细菌产物SCFAs 来支持二甲双胍的治疗作用。随后CUESTA-ZULUAGA 等［18］通过对比使用二甲双胍和未使用二甲双胍的T2DM患者肠道菌群的组成结构，发现使用二甲双胍后肠道中嗜粘杆菌、双歧杆菌、普氏杆菌等细菌丰度显著增加，而这些微生物都与SCFAs 的产生有关，从而验证了之前的发现。

SCFAs 作为信号分子，可以与肠上皮细胞上G蛋白偶联受体中GPR 41 和GPR 43 结合，诱导回肠和结肠释放蛋白YY（PYY）和L 细胞释放胰高血糖素样肽1（GLP-1）增加机体饱腹感［19］。其中GPR 41 广泛存在于胰岛α 和β 细胞以及肠道内分泌细胞，可明显刺激胰岛素分泌并减少细胞凋亡；而GPR 43 在脂肪组织中居多，通过抑制脂肪细胞中的胰岛素信号，在肌肉组织中优先使用未结合的脂质和葡萄糖来抑制脂肪组织中的脂肪积累，减少肠道免疫和炎症紊乱，从而提高胰岛素敏感，改善胰岛素抵抗［20］。有趣的是，SANCHEZ 等［21］通过研究发现，SCFAs 还可以通过抑制体内某些miRNA 基因的组蛋白去乙酰化来上调靶向miRNA，改变在染色体结构修饰和基因表达调控中起重要作用的组蛋白去乙酰化酶，影响β 细胞的表观遗传学，从而直接影响β 细胞固有功能。但是目前对SCFA 如何抑制去乙酰化酶的理解仍处于初步阶段，需要继续研究和解释这个问题。

3.2 胆汁酸（BA）-微生物轴 胆汁酸作为信号分子在调节能量代谢维持肠道屏障功能、抑制肠道细菌过度增殖、改善肠道低度炎症状态［5］、调节机体GLP-1 和PYY 等肠激素、影响食欲和能量摄入等方面起关键作用［22］。LIU 等［23］详细阐述了胆汁酸-微生物轴的基本原理，在胆汁酸代谢过程中，原级胆汁酸转化为次级胆汁酸的解偶联过程中水解所需的胆盐水解酶就是从肠道菌群中纯化得来的，其中包括脆弱芽孢杆菌、拟杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、乳杆菌和双歧杆菌等。

胆汁酸可以通过激活肠道法尼醇X受体（FXR）和G 蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5）来调节脂质和葡萄糖代谢［24］，SUN 等［25］证实二甲双胍可以通过脆弱芽孢杆菌-胆汁酸甘草酸去氧胆酸-FXR 轴改善代谢功能障碍。FXR 是一种配体激活的核受体，在肝脏和肠道中高表达，调节肝脏胆汁酸的生物合成、转运和分泌，并参与多发性代谢性疾病［24］。TRAUSSNIGG 等［26］通过非甾体FXR 激动剂PX-104 对12 例非糖尿病NAFLD 患者为期4 周的试验发现，OGTT 测量的C 肽曲线下面积AUC 显著降低（P= 0.024），92%的患者胰岛素敏感性改善（P=0.02），从而证实FXR 对糖代谢有重要的作用。

TGR5 位于机体细胞膜上，可以调节葡萄糖、脂质和能量代谢，同时也被认为参与胆汁酸的代谢调节［24，27］。CHAUDHARI 等［28］观察到袖状胃切除术后小鼠和人类胃肠道内菌群变化会导致内源性胆汁酸胆酸-7-硫酸盐（CA7S）明显增加，而CA7S 是TGR5 受体激动剂，可增加TGR5 表达，以TGR5 依赖的方式增加胰岛素抵抗小鼠的糖耐量。随后GINOS 等［29］通过研究发现与富含精制谷物和添加糖的饮食相比，以全谷物、豆类、水果和蔬菜为特征的饮食会增加胆汁酸水平，导致FXR 和TGR5 受体的浓度适度增加，与HOMA-IR 呈显著正相关。

3.3 内毒素-肠道屏障 内毒素是构成革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的脂多糖（LPS）的一种成分。当体内肠道菌群发生紊乱，双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌比例下降，革兰氏阴性菌比例上升，产生和吸收更多的LPS，从而引起炎症反应，抑制肠屏障功能，使肠壁通透性增高或肠道菌群移位［5］。ZHANG 等［30］通过给db∕db 小鼠服用小檗碱或二甲双胍证实两种治疗均能改变db∕db 小鼠的肠道微生物群，除了能增加了产SCFA 菌外，血清LPS 水平也明显降低，从而减轻肠道炎症，修复肠道屏障结构。与正常对照组相比，db∕db 组中NF-κB 信号的典型炎症因子表达更高，并推测双歧杆菌等有益菌可能是通过TLR∕NF-κB 信号通路的表达，从而降低炎症反应，维持肠上皮的正常通透性，对T2DM 的胰岛素抵抗有明显改善。

4 基于肠道菌群治疗机制认知下的新型治疗方式

4.1 益生菌 益生菌是定殖在肠道、对宿主产生积极作用影响的活性微生物，包括双歧杆菌属、乳杆菌属和阿克曼氏菌属等［31］。RAZMPOOSH 等［32］证实使用益生菌6 周后，相比安慰组，实验组的甘油三酯、总胆固醇、胰岛素抵抗和体质量、腰围和体质量指数均有显著降低。最近的荟萃分析［33］也证实了益生菌治疗可降低T2DM 患者的糖化血红蛋白（HbA1c）、空腹血糖（FBG）和胰岛素抵抗。在治疗T2DM 方面，益生菌目前已经得到研究领域的认可。

4.2 益生元 益生元是人体无法消化的，通过益生菌作用的食物基质，可以刺激双歧杆菌等有益菌的生长［34］。HO 等［35］证实益生元可以通过促进益生菌生长来改变肠道菌群、肠道通透性和炎症来改善血糖控制。从本质来说，益生元也是饮食治疗里的一种，通过服用有利于肠道菌群的特殊食物，调节肠道益生菌达到治疗目的。虽然益生元对人体糖代谢没明显作用，但能促进产SCFAs等有益菌生长［36］，对改善T2DM 的生活质量具有潜在的辅助作用。

4.3 粪菌移植 粪菌移植（FMT）是一种将健康供体的粪便微生物群移植到受体，通过调节受体肠道菌群组成和功能从而恢复其正常代谢的一种治疗手段［37］。目前FMT 是治疗复发性腹泻和逆转微生物失调的高效疗法，特别是复发性和难治性艰难梭菌感染（CDI），已经成为治疗的标准实践［38］。ZHANG 等［39］研究了移植的哈萨克族正常糖耐量（KNGT）的粪便细菌对db∕db 小鼠的影响，发现在FMT 治疗的db∕db 小鼠中，FBG、餐后血糖、总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平显著下调，而高密度脂蛋白胆固醇水平上调，证明来自KNGT 的粪便细菌可以作为FMT 治疗T2DM 患者的潜在来源。

5 目前新型治疗方式的临床应用

随着肠道菌群研究的进展，不管是传统治疗意义上的药物、手术和饮食运动，还是益生菌、粪菌移植等新型治疗方法，其作用的机制都是通过增加肠道有益菌如产SCFAs 菌，促进胆汁酸代谢，维持肠道屏障功能，减轻机体低度炎症反应，刺激肠道激素分泌，从而改善胰岛素抵抗，肠道菌群也成为未来T2DM 治疗的新靶点。但是目前肠道菌群应用于临床有一定的局限性。PALACIOS 等［40］发现，外服的益生菌不会重新定植于肠道，而是短暂地调节肠道微生物区系，大约4 ～6 周就会被清除，这极大限制了益生菌在临床的应用。而FMT虽然在CDI 的治疗上提供了创新、安全、成功率高的方法，但是在T2DM 的治疗上并没有大的循证医学支持，在临床上也没有标准化的系统治疗体系［41］，这给FMT 在临床的应用产生巨大的阻碍。

肠道菌群治疗目前应用于临床的困难性，一方面是由于肠道菌群易受外界因素的影响，治疗相对不稳定，目前暂时无法成为治疗T2DM 的主流方法；另一方面是肠道菌群种类数量繁多，目前并没有完全研究透彻，人为去调控难度较大，且安全性和患者的可接受性也面临挑战；最后就是因为肠道菌群治疗机制在于调节肠道微生物区系间接改善T2DM，但对血糖没有直接的调控作用，在快速调控血糖以预防并发症方面相比传统降糖药并没有优势，未来即使应用于临床也可能仅适用于辅助用药，无法成为首选方法或者单独应用。 这也导致了目前肠道菌群治疗的研究更多偏向于机制的研究，从而缺乏临床数据和循证医学的支持，未来相当一段时间难以在临床开展。

6 总结与展望

虽然肠道菌群治疗目前在临床难以应用，但是它的治疗优势很明显，通过调节机体自身肠道微生物区系改善肠道免疫和肠道屏障，减轻全身炎症反应，从而调节糖脂代谢，基本对患者无不良反应。关键是可以人为调控机体潜在的“基因组”，对身体各个系统都有广泛的获益，在未来T2DM 的临床治疗有着重要意义。然而肠道菌群想要进一步应用于临床，还需要更多大规模的前瞻性实验。第一，是进一步探索肠道菌群在T2DM的作用机制，深入了解肠道微生物区系的组成及各菌群对机体的影响；第二，目前的临床研究都是益生菌、益生元与安慰剂的对比，缺乏与传统降糖药的对比研究，需加大这方面研究，从而探索最佳的益生菌配方；第三，FMT 在T2DM 治疗上的研究目前还只涉及动物试验，需要后期临床的循证医学数据支持；最后，肠道菌群的研究是近几年才兴起的，人们普遍认知度不够，益生菌和益生元还停留在保健品的观点，FMT 的治疗方式也难以被患者接受。而作为未来T2DM 治疗的新靶点，肠道菌群的治疗理论有待向社会广泛普及。