1、基于腸道菌群檢測的糖尿病及肥胖的益生菌治療目 錄腸道菌群認知概況及其個體差異性腸道菌群與糖尿病、肥胖的相關性及可能機制基于腸道菌群檢測為基礎的益生菌治療策略腸道菌群知之甚少的“新器官”人類腸道中寄居著約1014左右微生物，種類1000種，人體中微生物總重量達2Kg人體中微生物有1/3具有普遍性，而2/3具有特異性。基因數量為人類自身100-150倍，是控糖人體健康的第二基因組Ley RE et al. Cell,2006.124:837-848技術讓我們更全面準確的了解腸道菌群Karlsson F, et al.Diabetes.2013Oct;62(10):3341-9傳統方法采用特定的培養

2、皿來培養微生物群落，但只限于少部分可培養的菌種（20-50%）且分辨率較差基于16S rRNA表征的非培養技術，可幫助我們獲得微生物的信息，包括不可培養的菌種全基因組鳥槍法測序技術，可為我們提供微生物群落功能及代謝的信息腸道菌群的組成Eckburg PB, et al.Science.2005Jun 10;308(5728):1635-8.厚壁菌門(Firmicutes)擬桿菌門(Bacteroidetes)放線菌門(Actinobacteria)變形菌門(Proteobacteria)腸道菌群的組成厚壁菌門（Firmicutes）低G+C含量的革蘭氏陽性厭氧菌腸道菌群中占比最高，超過60%多

3、數產丁酸鹽（多糖代謝終產物）其中乳桿菌屬可維持腸道酸性內環境，為典型益生菌擬桿菌門（Bacteroidetes）革蘭氏陰性嚴格厭氧菌腸道菌群中占比約10%-48%參與多糖代謝、膽汁酸和類固醇代謝其中多形擬桿菌、卵形擬桿菌可降解人體不能降解的多糖，向宿主提供其中10-15%的能量放線菌門（Actinobacteria）高G+C含量的革蘭氏陽性嚴格厭氧菌腸道菌群中占比約10%其中雙歧桿菌屬能夠酸化腸道內環境，保護腸屏障，為典型益生菌變形菌門（Proteobacteria）兼性厭氧菌生理情況下腸道菌群中占比1%多數變形菌均屬于致病菌，如常見的大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂弧菌、幽門螺桿菌等腸道菌群對人體的

4、作用Burcelin R, et al.Acta Diabetol.Dec 2011; 48(4): 257273. 消化，代謝，提取營養預防病原體定植免疫調節合成有益物質、維生素調節生物活性脂肪酸組織合成，調節腸源性肽分泌腸道菌群主要被飲食結構所改變Zhang C, et al. ISME J.2010 Feb;4(2):232-41.研究為探討宿主基因和飲食對腸道菌群的影響，對野生型和Apoa-I敲除小鼠均分別進行高脂飲食飼養或正常飲食飼養25周主成分分析結果表明，飲食結構的改變可以解釋腸道菌群的結構總變異的57，而遺傳學變異占不超過12西方飲食致小鼠腸道厚壁菌增加擬桿菌減少Turnbau

5、gh PJ,et al.Sci Transl Med. 2009 Nov 11; 1(6):6ra14.本研究中，為無菌C57BL/6J小鼠進行新鮮或冷凍成人糞便微生物群落移植，并分別給予低脂高植物多糖飲食或高脂高糖的西方飲食，人化小鼠的體重增加且腸道菌群發生改變基因突變肥胖小鼠的腸道菌群與野生型不同此研究中，給予瘦素基因突變肥胖ob/ob小鼠及瘦的ob/+小鼠和+/+小鼠相同的正常飲食該研究首次發現，瘦素基因突變的肥胖ob/ob小鼠腸道菌群中厚壁菌門比例上升而擬桿菌門比例下降Ley RE, et al.Proc Natl Acad Sci U S A.2005 Aug 2;102(31):1

6、1070-5.* P0.05基因突變可使小鼠腸道菌群發生改變L. Geurts, et al.Frontiers in Microbiology.2011 Jul 13;2:149.此研究中，給予瘦素受體基因突變肥胖db/db小鼠及瘦鼠相同的正常飲食該研究結果示，與瘦鼠相比，db/db小鼠腸道菌群中擬桿菌門比例下降，而厚壁菌門、變形菌門及纖維桿菌門比例上升目 錄腸道菌群認知概況及其個體差異性腸道菌群與糖尿病、肥胖的相關性及可能機制基于腸道菌群檢測為基礎的益生菌治療策略腸道菌群與糖尿病前瞻性病例對照研究3280名正常體重及糖耐量受試者，平均隨訪9年評估16S rDNA（特異性細菌標志物）濃度作為

7、肥胖及糖尿病發病的預測因子Amar J, et al. Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.糖尿病患者表現出更高菌群濃度糖尿病組非糖尿病組罹患T2DM患者在基線時16S- rDNA水平顯著高于正常組腹型肥胖患者16SrDNA更高16SrDNA水平升高者發生T2DM 及腹型肥胖的相對風險分別為正常人群的1.35倍及1.18倍隨訪結束后發現Amar J, et al. Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.糖尿病患者腸道菌群與健康人不同X. Wu, et al.Current Microbiology.2010 Jul;61(1

8、):69-78.該研究對16位2型糖尿病患者及12位健康受試者的糞便樣本進行檢測研究結果示，DM患者腸道中普通擬桿菌和雙歧桿菌含量下降普通擬桿菌雙歧桿菌人腸道柔嫩梭菌糖尿病患者腸道菌群與健康人不同普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）在肥胖和DM患者中含量下降，在RYGB手術后數月上升OB/nD：肥胖的非糖尿病 OB/D：肥胖的糖尿病Furet JP, et al.Diabetes 2010;59:304957T2DM患者腸道G-菌比例更高Larsen N, et al. PLoS One. 2010Feb 5;5(2):e9085.othersG+ （ Firm

9、icutes, Acinobacteria ）G- （ Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Proteobacteria ）57.8%40.4%ND38.3%57.5% G+ （ Firmicutes, Acinobacteria ）othersG-（ Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Proteobacteria ）T2DM糖尿病與非糖尿病患者腸道菌群差異糖尿病患者腸道微生物組成該研究發現 ，2 型糖尿病患者特征為：中度腸道微生物菌群失調，產丁酸鹽細菌豐度下降，而各種條件致病菌增加，并且細菌還原硫酸鹽和抗氧化應激能力增強Qin J,

10、et al. Nature.2012 Oct 4;490(7418):55-60.圓形面積大小表示宏基因組連鎖群中基因數量；圓形顏色表示其所屬分類腸道菌群與肥胖/糖尿病？腸道菌群肥胖/糖尿病Who Comes first?科赫法則Who comes first ? 科赫法則科赫法則是證明一種病菌與一種疾病之間因果關系最強的“邏輯法則”“科赫法則”在人體內發現某種細菌與疾病相關，把這種細菌分離出來在動物模型里把疾病復制出來從而證明這種細菌是該病人發病的原因而不是結果Koch，1876無菌小鼠接受腸菌移植，成功復制肥胖法國、美國、羅馬尼亞科學家將肥胖大鼠腸道的高比值硬壁菌與擬桿菌移植給無菌小鼠，成

11、功地復制出肥胖表型，且鑒定出3種肥菌顫桿菌和梭菌屬14a簇及4簇Duca, et al.Diabetes.2014May;63(5):1624-36.OP 易肥胖小鼠 F/B高比值OR 不易肥胖小鼠 F/B低比值CVOP OP腸菌移植小CVOR OR腸菌移植小無菌小鼠接受腸菌移植，成功復制肥胖正常小鼠和無菌小鼠同時給予高脂飲食(1)正常小鼠體重變化明顯，且出現高脂飲食相關代謝改變無菌小鼠體重無明顯變化，且無代謝改變將肥胖小鼠的糞菌移植給無菌小鼠，可導致移植后無菌小鼠體重增加，代謝改變(2)糞菌移植后對代謝的影響與飲食相關Aron-Wisnewsky J, et al.Nat Rev Nephr

12、ol.2015Nov,30.腸道菌群對肥胖的影響機制腸道菌群受飲食脂肪調節脂多糖（LPS）增加抑制禁食誘導脂肪因子（Fiaf）增加脂蛋白脂肪酶（LPL）活性多糖分解作用影響食物攝取和能量消耗增加短鏈脂肪酸（SCFAs）吸收CD14依賴機制引發慢性代謝炎癥反應增加能量存儲體重增加Harris K, et al.J Obes.2012:879151.菌群失調增強宿主從食物中獲能的能力a：胖鼠短鏈脂肪酸增加b：胖鼠糞便中的卡路里的含量較低c：將胖鼠的腸道菌群移植給無菌小鼠后，小鼠體脂明顯增加Peter J,et al.Nature.2006 Dec 21;444(7122)_1027-31.腸道菌群

13、對糖尿病的影響機制Harris K, et al.J Obes.2012:879151.腸道菌群影響代謝疾病主要通過兩種路徑：細菌的代謝產物（SCFAs等）具有生物活性，可影響宿主生理功能人體對細菌結構組分（LPS等）產生先天性免疫應答，導致慢性炎癥SCFAs對糖尿病的影響機制短鏈脂肪酸（乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽）SCFA激活 (Gpr41) 導致腸道PYY增加，抑制腸蠕動激活Gpr43，GLP-1分泌增加激活Gpr43，抑制脂肪細胞胰島素信號，減少脂肪積聚促進小腸糖異生(IGN)抑制禁食誘導的脂肪因子(Fiaf), 增加LPL活性Herbert Tilg, et al .Gut.2014Sep

14、;63(9):1513-21.腸道菌群失調引起胰島素敏感性改變Vrieze A,et al.Diabetologia.2010 Apr;53(4):606-13.腸道菌群通過其結構組分或代謝產物，引發慢性炎癥，影響脂肪代謝和激素分泌等，引起胰島素敏感性改變目 錄腸道菌群認知概況及其個體差異性腸道菌群與糖尿病、肥胖的相關性及可能機制基于腸道菌群檢測為基礎的益生菌治療策略腸道菌群：從發病機制到治療前景藥物靶點 菌群移植 飲食運動代謝手術Burcelin R, et al.Acta Diabetol.Dec 2011; 48(4): 257273. 飲食與腸道菌群飲食（Diet）：影響腸道菌群結構以

15、及相關代謝綜合征表型的主要因素回復力（Resilience）：高脂飲食造成的小鼠腸道菌群結構改變可以通過改為普通膳食得到恢復改變飲食對高脂飲食大鼠的腸道菌群結構以及代謝表型具有改善作用飲食與運動代謝手術藥物靶點菌群移植Zhang C, et al. ISME J.2010 Feb;4(2):232-41.苦瓜和山藥促進腸道有益菌生長黃連有助于減少有害菌有研究顯示，葛根芩連湯作用于腸道菌群治療糖尿病Xu J, et al.ISME J.2015 Mar;9(3):552-62.“Let foods be the medicine and medicine be the foods.”益生元(pr

16、ebiotics) 改善腸菌群，控制機體能量平衡益生元（Prebiotics）：一種膳食補充劑， 通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響從而改善寄主健康最重要的是它只刺激有益菌群的生長Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86Ob-CT：對照組 Ob-Pre：益生元喂食組*P 0.05 #P 0.1益生元可改善肥胖小鼠糖脂代謝Ob-CT：對照組 Ob-Pre：益生元喂食組*P 0.05Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86該研究中，遺傳（o

17、b/ob）或飲食導致肥胖的小鼠及糖尿病小鼠長期喂食益生元或對照食物研究結果示，益生元喂食組小鼠糖脂代謝顯著改善益生元可改善小鼠腸道內分泌激素分泌Everard A et al. Diabetes. 2011 Nov;60(11):2775-86Ob-CT：對照組 Ob-Pre：益生元喂食組*P 25kg/m2的健康成年人隨機分配至益生元組（低聚果糖，21g/d）或對照組（麥芽糊精），研究時間12周研究結果示，益生元組受試者能量攝入顯著下降* 益生元治療前后差異顯著，P 0.05 益生元組與對照組差異顯著，P 0.05益生元治療組患者糖代謝改善Parnell JA, et al. Am J Clin Nutr 2009;89:17519.研究結果示，益生元組受試者胰島素水平及血糖水平均低于對照組 益生元組與對照組差異顯著，P 0.05“代謝病腸道健康管理計劃”國內基因測序領袖企業發改委國家高新技術產業化示范基地 衛生部醫藥生物工程技術研究中心 衛計委第一批產前篩查與診斷項目高通量基因測序技術臨床試點單位股票代碼：832705達瑞生物核心成員企業廣東省肥胖糖尿病專科聯盟技術平臺運營商廣