靶向代謝組學

產品介紹經典案例


靶向代謝組學

產品介紹經典案例


經典案例

膳食纖維選擇性促進腸道細菌減輕2型糖尿病

Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes

研究對象: 人和小鼠的糞便
發表單位: 上海交通大學
發表時間: 2018 年3月
發表期刊: Science
影響因子: 41.058

一、研究背景

腸道微生物群是一個復雜的微生物生態系統,與人類保持共生關系對人類健康至關重要。人體宿主為微生物提供不易消化的碳水化合物支持細菌生長,反過來,細菌產生短鏈脂肪酸(SCFA)為宿主細胞提供能量底物、減輕炎癥、調節飽腹感等。發現其中2型糖尿病(T2DM)的發生與短鏈脂肪酸缺乏相關,在臨床試驗中,增加攝入不易消化的碳水化合物(膳食纖維)可以改變 T2DM 的疾病表型,但數百種腸道微生物影響 SCFA 的產生,找到針對恢復 SCFA 產生的微生物,能夠找到一種治療 T2DM 的方法。

二、研究策略

三、研究結果

1. T2DM 患者高纖維飲食改變腸道微生物群和葡萄糖穩態

T2DM 指標血紅蛋白A1c(HbA1c)水平在兩組中均隨時間顯著下降;從第28天開始,W組減幅更大(圖1A),干預結束后W組血糖控制(HbA1c<7%)受試者數目顯著高于U組(圖 1B)。空腹、餐后血糖變化趨勢相同,W組血糖在第28天達到最低(圖1C-D)。臨床數據表明,增加可發酵的碳水化合物供應能夠改善 T2DM 患者的臨床代謝。 為進一步確定血糖與高纖維及腸道微生物之間的關系,將受試者干預前后的腸道微生物移植到無菌小鼠。W-Post 組血糖水平最低(圖1E),基因豐度高于U組(圖1F),證明腸道微生物群在膳食纖維調節對 T2DM 患者葡萄糖穩態有一定的改善作用。

圖1 T2DM患者高纖維飲食改變腸道微生物群和葡萄糖穩態

2. 高纖維飲食改變 T2DM 患者腸道細菌的碳水化合物發酵

腸道微生物宏基因組學,共鑒定到192,236個碳水化合物活性酶編碼基因,315個 CAZy家族。發現干預前后所有樣本顯著分離(圖2A),纖維飲食對碳水化合物代謝有一定的干預能力。W和U組中乙酸產生途徑明顯富集(圖2B),W組丁酸顯著富集(圖 2C),與糞便 SCFA 含量基本一致(圖2D、E),編碼其它 SCFAs 產生途徑的基因沒有改變或顯著減少。兩組在第28天糞便 pH 值均有顯著下降(圖2F)。pH 值的變化表明 SCFA 產生增加,酸化誘導胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和多肽 YY 激素(PYY)增加(圖2G),從而改善葡萄糖穩態。

圖2 高纖維飲食改變T2DM患者腸道細菌的碳水化合物發酵

3. 高纖維素膳食促進 SCFA 產生

為研究攜帶產生 SCFA 基因的細菌,收集154個細菌基因組,并對普雷維特腸道菌基因組進行注釋,注釋到141個基因組能夠產生 SCFA。其中在第28天15種陽性反應菌株達到高峰(圖3A),與圖1中血糖穩態模式相同。在W組中,15種陽性反應菌株均攜帶乙酸生成基因,其中5種同時具有丁酸生成能力(圖3B)。在U組中,只有3種乙酸生成菌增加(圖3C),基因數據與乙酸產生途徑富集及糞便中乙酸含量增加趨勢一致。

圖3 高膳食纖維促進SCFA產生

4. T2DM 患者中產生 SCFA 的活性菌與代謝結果相關

微生物與宿主疾病表型之間的關系: W組 Lachnospiraceae 細菌 CAG 0409 與13項臨床指標呈負相關,與U組無相關性(圖4A)。接種 B. pseudocatenulatum 菌株 C95 顯著降低高脂飲食所致肥胖小鼠的體重、脂肪、空腹血糖(圖4B)。W組ASP(SCFA生產者)指數較高,反映了較好的臨床結果,W組和U組為相似的時間軌跡(圖4C);也就是說,HbA1c 在干預過程中從基線上升到第28天穩定, 當基線數據點和干預結束時,ASP 指數與 HbA1c 呈負相關(圖4D)。這些發現證實了這組 ASP 在 T2DM 中重要的生理學作用,ASP 指數在第28天達到平臺期,早期時間點(第28天)可以為后期(第84天)的治療結果提供信息。

圖4 T2DM 患者中產生 SCFA 的活性菌與代謝結果相關

研究結論

在這項研究中,確定了一組產生乙酸和丁酸的細菌菌株,高纖維促進 SCFA 產生,部分通過增加胰高血糖素樣肽-1改善血紅蛋白 A1c 水平,減少有害代謝物(吲哚和硫化氫)產生。

參考文獻

Zhao L, Zhang F, Ding X, et al. Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes[J]. Science, 2018, 359(6380):1151-1156.

安卓手机捕鱼游戏 四川时时投注平台 江苏时时预测软件下载 重庆时时开彩结果360 极速三d人工计划 快速时时正规吗 时时彩全天计划 彩票合买哪个平台好 不用充值的小游戏捕鱼 腾讯分分彩后三组选包胆 微信大富贵赢钱软件挂