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共生指的是自然界各物種之間互相依存的關(guān)系，和諧共處是各物種間可持續(xù)的發(fā)展關(guān)系，如根瘤菌與部分農(nóng)作物之間的共生關(guān)系。作為人類，我們除了需要與人體外部世界和諧共處，我們還需要與身體內(nèi)部的微生物—腸道菌群，友好共處。腸道菌群負責將我們?nèi)粘z取的食物，如碳水化合物等能量大分子，加工為我們可利用的各種分子組分；因此腸道菌群對各種能量物質(zhì)的代謝直接關(guān)系到人類的健康。那么腸道菌群對胰島素抵抗有沒有影響？是通過什么方式進行何種影響？

近日，日本橫濱綜合醫(yī)學科學RIKEN中心，腸道生態(tài)系統(tǒng)實驗室，Hiroshi Ohno團隊，在Nature 雜志上，在線發(fā)表了題為Gut microbial carbohydrate metabolism contributes to insulin resistance的文章，報道了該團隊采用多組學數(shù)據(jù)分析，揭示腸道菌群中的擬桿菌屬，對碳水化物，尤其是單糖，如葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖，木糖以及阿拉伯糖的代謝，改善人體胰島素抵抗。

為了探索腸道菌群與人體胰島素抵抗的關(guān)系，本文研究人員按照無糖尿病及腸道疾病治療，2周內(nèi)沒有使用抗生素的標準招募了306名年齡20～75，BMI 中位數(shù)24.9 (22.2~27.1) kg/m2, 糖化血紅蛋白（HbA1c）含量中位數(shù)5.8 (5.5~6.1) % 進行年度體檢的志愿者，其中71%為男性。本文除主要分析糞便代謝物與胰島素抵抗 (IR) 外，也分析了其與代謝綜合征 (MetS) 的關(guān)系。論文導(dǎo)圖如下：

研究人員收集了志愿者的糞便與血液樣品，并采用兩種質(zhì)譜分析平臺對所收集的糞便與血液樣品進行隨機代謝組學分析。在糞便中鑒定出195種親水性代謝物與2654種脂類代謝物，并在血液中鑒定出100種親水性代謝物與653種脂類代謝物。為了分析腸道菌群功能的整體差異，糞便代謝物與預(yù)測基因概括為共豐度組 (co-abundance groups, CAGs) 與KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG) 富集分析類。為了測試如何使糞便樣品組學數(shù)據(jù)如實預(yù)測胰島素抵抗，研究人員首先基于隨機森林算法比較了ROC (receiver operating characteristic, ROC) 特征曲線的曲線下面積 (area under the curve, AUC)。利用糞便菌群16S rRNA V1-V2高變區(qū)PCR數(shù)據(jù)、代謝組、宏基因組及其合并數(shù)據(jù)集的最小冗余最大相關(guān)算法，選擇出了該模型的預(yù)測變量，并最終確立糞便代謝物數(shù)據(jù)在研究胰島素抵抗病理方面表現(xiàn)優(yōu)越。

緊接著，研究人員通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)糞便代謝物中的碳水化物在IR個體中顯著增加，尤其是單糖，如葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖，木糖以及阿拉伯糖均在胰島素抵抗個體的糞便中有所增加。此外，他們在共豐度組11 (CAG11) 觀察到酯類代謝物與胰島素抵抗相關(guān)，如溶血磷脂，膽汁酸，酯酰肉毒堿以及雙半乳糖/葡萄糖甘油二酯 (digalactosyl/glucosyldiacylglycerol, DGDG)，以上脂類的結(jié)構(gòu)中包含葡萄糖和/或半乳糖。比較有趣的是在共豐度組41(CAG41)中，研究人員觀察到擁有不同?；湹腄GDGs與胰島素抵抗無關(guān)；表明不同酰基鏈的酯類發(fā)揮不同的生理作用。隨后，研究人員分析了胰島素抵抗個體中菌群與代謝物的關(guān)系，菌類16S rRNA測序數(shù)據(jù)顯示志愿者糞便中大致包含毛螺菌科 (Lachnospiraceae)，擬桿菌 (Bacteroides)，放線菌及無法歸類的菌類四大類。深入分析發(fā)現(xiàn)，毛螺菌科及無法歸類的菌類與胰島素抵抗正相關(guān)；擬桿菌則有所不同，尤其是擬桿菌屬名為Alistipes indistinctus (A. indistinctus) 的菌株消耗碳水化合物的能力出眾。同時炎癥數(shù)據(jù)顯示，細胞因子，如IL-10, serpin E1, adiponectin及l(fā)eptin，介導(dǎo)了糞便碳水化合物與宿主IR標志，如IR穩(wěn)態(tài)模型評估指標HOMA-IR (homeostatic model assessment of IR, HOMA-IR) 之間絕大部分Silico模式下的因果關(guān)系。

最后，研究人員在小鼠體內(nèi)進一步驗證腸道菌群，糞便碳水化合物及代謝疾病之間的因果關(guān)系。首先，他們分析了22種分別與胰島素敏感 (IS) 或抵抗相關(guān)菌株培養(yǎng)物中的代謝物。各種能量物質(zhì)消耗數(shù)據(jù)表明，單糖碳水化合物，如葡萄糖，甘露糖及葡萄糖胺優(yōu)先被擬桿菌屬類如A. indistinctus，Alistipes finegoldii，Alistipes putredinis消耗；其中菌株A. Indistinctus菌株表現(xiàn)最佳，該菌株可以強勁的消耗多種碳水化合物。據(jù)此，研究人員挑選了7種胰島素敏感相關(guān)的菌株植入小鼠體內(nèi)以評估對代謝疾病的治療效果。試驗結(jié)果顯示，經(jīng)擬桿菌植入后，小鼠的代謝狀況改善，與前面數(shù)據(jù)一致的是，植入A. Indistinctus菌株小鼠的代謝狀況最佳。

綜上所述，本文采用了多組學分析方法，對人體的腸道菌群-菌群代謝物-代謝疾病之間的關(guān)系進行了探索。并以人體組學分析數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，在小鼠體內(nèi)植入胰島素敏感相關(guān)菌群進行更加深入的驗證，為胰島素抵抗的治療提供了新的方法。期待未來有更多關(guān)于飲食/生活方式-腸道菌群-代謝物/代謝病相關(guān)的探索。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06466-x

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