肠道菌群与2型糖尿病

　　人体是最大的微生物系统，其中大量定植在人体消化道内的微生物成为肠道菌群。根据与宿主的关系，肠道菌群可分为３大类：①与宿主共生的生理性细菌，也称共生菌、有益菌，是肠道的优势菌群，占到菌群总数的99.0％～99.9％，如双歧杆菌、乳杆菌等；②与宿主共栖的条件致病菌，也称中间菌。该类细菌为肠道非优势菌群，如肠球菌、肠杆菌，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定的条件下具有侵袭性；③病原菌，也称有害菌[1-3]。

　　肠道菌群利用人体消化的食物残渣和胃肠道作为肠道菌群生存的条件和环境；另一方面肠道菌群可通过多种机制参与宿主的能量代谢，并为人体提供着各种维生素、必需氨基酸和一些抗菌素与多肽，分解体内一些有毒和有害物质(如亚硝胺、硫化氢和乳酸等)，参与人体肠上皮的生长、分化、炎症反应等[4-7]。饮食结构、运动、抗生素使用、压力、甚至分娩方式和进餐次数等各种引起人体所处的外环境或体内环境发生改变的因素均会导致肠道菌群谱发生相应变化，促使有害菌成为影响人体健康的致病菌[8,9]。肠道菌群失调不仅会产生多种胃肠道疾病如腹泻、便秘、肠炎等，还会诱发肥胖、心血管病、糖尿病和代谢综合征等慢性疾病。

　　肠道菌群失调与2型糖尿病

　　微生态学研究发现，肠道菌群数量与糖尿病的发生发展有一定的关系。当血糖值偏高时(>20mmol/L，小鼠)，肠道内的有益菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)数量减少；药物治疗后，血糖值降低(<14mmol/L，小鼠)，有益菌数量增加，从而表现出肠道菌群的数量变化与血糖值变化呈负相关。

　　2型糖尿病的一个重要发病机制即为胰岛素抵抗，而肥胖是产生胰岛素抵抗的重要因素。肠道菌群结构和功能变化可促进肥胖的发生[10,11]。常规培养的小鼠比无菌小鼠体脂含量高40%,性腺脂肪含量高47%。将常规小鼠的肠道菌群移居至无菌小鼠，2周内无菌小鼠的脂肪量上升约60%，并发生胰岛素抵抗[1]。肠道菌群改变导致体重明显增加可能的机制包括几个方面：首先，肠道细菌最重要的代谢功能是能够发酵食物中由宿主自身不能消化、分解的碳水化合物，包括大分子植物多糖(如抗性淀粉、纤维素、半纤维素、胶质)和部分寡糖(如寡果糖、菊粉等)、以及由上皮细胞产生的内生黏液，将其转化为代谢终产物短链脂肪酸(SCFA)。SCFAs除了为宿主提供能量及细菌生长和繁殖所需的营养物质，还可作为能量调节的信号分子[12]。缺乏SCFAsG蛋白耦联受体(G-protein-coupledreceptors，CPr)41、CPr43的小鼠较野生型小鼠体重更轻[13,14]。

　　其次，肠道菌群不仅能代谢宿主自身不能代谢的物质，更能参与宿主的物质代谢，与宿主发生共代谢关系。胆汁酸由食物中的胆固醇合成，其肝肠循环的代谢途径需要肠道菌群参与。然而，胆汁酸本身亦可维持肠道的屏障作用，防止肠道内细菌的过度生长和移位[15]。给小鼠高脂饮食的同时添加胆汁酸，发现大鼠的棕色脂肪能量消耗增加，能够抵抗肥胖和胰岛素抵抗的发生，并发现胆汁酸作为一种信号分子可激活细胞内甲状腺激素活性、调节能量平衡从而抵御肥胖和糖尿病的发生[16,17]。

　　此外，肥胖本身亦会导致肠道菌群失调，反过来加剧脂肪堆积，促进肥胖进一步发展，从而形成恶性循环。测序比较肥胖小鼠和正常小鼠的肠道基因组，发现两者肠道菌群基因构成存在差异，而且肥胖小鼠的肠道微生物富含更多参与能量代谢的基因，因此更容易从食物中获取能量而发生肥胖[18]。近期国外有学者对非肥胖者和肥胖者的肠道微生物基因组成进行了分析，发现两者在基因和种类丰富程度上存在显著差别，丰富程度较低人群的肥胖程度、胰岛素抵抗性、血脂异常和炎症程度都有所提高，而微生物丰富程度较低的肥胖者比微生物丰富程度较高者更容易增加体重。由此可见，肥胖不仅与肠道菌群的数量和种类有关，与其丰富程度亦存在一定的负相关[19]。一项新的研究通过将来自胖瘦不一的双胞胎的肠道微生物移植到无菌小鼠的肠道内，结果发现那些接受双胞胎中肥胖者的微生物群的小鼠(OB小鼠)会比那些接受双胞胎中消瘦者的微生物群的小鼠(LN小鼠)增加更多的脂肪。这提示肥胖等代谢特征可以通过肠道菌群进行传播[20]。在另一临床研究中，肥胖患者与非肥胖对照组相比，拟杆菌门的数量较低，而硬壁菌门较高，但经过52周限制脂肪摄入或限制碳水化合物摄入的饮食干预后，两种细菌比例逐渐恢复[21]，并伴随体重下降。这些结果提示，无论是啮齿类动物还是人类，肥胖都与肠道菌群成分改变有关。

　　2型糖尿病患者的胰岛也存在典型的炎症过程表现[22]。临床研究显示，使用IL-1受体拮抗剂后能改善2型糖尿病患者的胰岛素分泌功能[23]。提示胰岛慢性炎症可能是2型糖尿病的重要发病机制之一。而来自肠道吸收的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)可能是这种炎症反应的触发因素。LPS也被称为内毒素，占G－菌(革兰氏阴性菌)外膜成分的80%，由G－菌死亡裂解后所释放。LPS通过启动固有免疫系统激活低度炎症反应。循环中的LPS在CD14协助下转运至其识别受体—Toll样受体4(TLR4)/髓样分化蛋白-2(MD-2)复合物(TLR4/MD-2)，随即激活TLR4，并通过MyD88(髓样分化分子88)依赖/非依赖途径进而激活转录因子NF-κB、AP-1和IRF3，进入细胞核内与DNA结合，启动1型干扰素(IFN-α和IFN-β)、炎症因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等的表达，引起一系列非特异性炎症反应[24]。

　　正常成年人肠道中的G－菌共可产生超过1g的LPS，是非感染状态下血中LPS的主要来源。肠道菌群失调导致革兰氏阴性菌比例的增多，通过产生和吸收更多的LPS，激活低度慢性炎症，促进胰岛素抵抗、β细胞分泌功能受损，进而引起或促进2型糖尿病发生发展。喂养高脂饮食4周的小鼠结肠内产LPS的类杆菌(G－菌)下降，但直肠真杆菌/球型梭菌属、双歧杆菌等G＋菌下降更明显，G－/G＋比例升高，血LPS也明显升高[25]。临床研究也显示，血LPS水平与过去3天摄入的脂肪含量、总热量呈正相关，与蛋白质、碳水化合物含量无关[26]。而肥胖人群从高脂饮食转变成低脂、低碳水化合物饮食时，随着体重的下降，肠道菌群也发生变化，拟杆菌门细菌上升，厚壁菌门下降，两者比例逐渐接近健康人[27]。高脂饮食不仅会直接导致脂肪堆积引起肥胖，还可通过引起肠道菌群失调导致代谢性内毒素血症，刺激机体炎症介质释放、诱导胰岛素抵抗、促进脂肪沉积。

　　肠道菌群可能成为2型糖尿病新的治疗靶点

　　肠道细菌能发酵膳食纤维，促进近端结肠L细胞的分化，增加某些肠肽和胰岛素样生长因子(GLP-1及GLP-2)的分泌[28]。目前GLP-1类似物和受体激动剂已广泛应用于2型糖尿病的临床治疗中。近年来研究提示，GLP-2具有肠营养效应，肠道细菌可通过GLP-2调节肠道屏障功能。与单纯糖类饮食相比，益生元配合糖类饮食能增加乳酸杆菌和双歧杆菌的含量，保护肠道紧密连接的完整性及肠壁屏障功能，降低内毒素血症、细胞因子、氧化应激对肝脏和全身的影响。但给予GLP-2拮抗剂预处理后上述作用消失，给予GLP-2兴奋剂即可模仿上述作用，提示这些作用可能与GLP-2的分泌有关[29]。

　　改善肠道菌群比例有助于减少LPS吸收和减轻体重，并调节肠道激素的分泌。益生菌是指改善宿主微生态平衡而发挥有益作用，达到提高宿主健康水平和健康状态的活菌制剂及其代谢产物，如乳酸菌、双歧杆菌等。益生元是指能够选择性地刺激肠内一种或几种有益菌生长繁殖，而且不被宿主消化的物质，如双歧因子、一些寡聚糖等。在对ob/ob小鼠肠道菌群结构的研究显示，益生元治疗能增加循环中的GLP-1、GLP-2水平[30]。此外，益生菌、益生元还能通过调节肠道G－/G＋比例降低体内LPS水平，降低炎症水平及改善葡萄糖耐量。益生元治疗能有效降低ob/ob小鼠和高脂喂养小鼠血中的IL-18和IL-1β[29]，而这两种细胞因子是引起肥胖的相关免疫因素[31]。服用益生元、益生菌可降低炎症水平，不仅对减重有一定帮助，还能降低餐后血糖及调节某些肠肽以控制食欲[32-35]。随着肠道菌群与2型糖尿病之间的关系日益明朗，肠道菌群未来可能成为2型糖尿病新的治疗靶点。

　　小结

　　肠道菌群参与能量物质和非特异性免疫功能的调节，长期高脂饮食是改变肠道菌群的重要因素。肠道菌群失调可增加LPS吸收，参与肥胖和胰岛素抵抗的发生，进而引起2型糖尿病的发生发展。但由于大部分研究均来源于动物模型，而对人群的研究较少、样本量较小，且人体肠道菌群组成复杂，其结构和功能受遗传因素、饮食差异、健康状态、环境因素等多种因素共同影响。因此，肠道菌群的变化与肥胖和2型糖尿病的相互关系依然没有确定；干预肠道菌群能否预防或治疗肥胖、2型糖尿病缺乏证据。但随着对人体肠道菌群的深入了解，希望未来能以肠道菌群为靶点研究开发新的糖尿病防治方法。