Cell子刊:肠道微生物群在2型糖尿病中的复杂作用

健康   2024-08-20 23:51   广东  

在最近发表在《细胞宿主与微生物》杂志上的一篇综述中,研究人员讨论了肠道微生物群在2型糖尿病(T2DM)中的作用,特别关注了微生物菌株、饮食衍生代谢物及其复合物,以及它们如何导致疾病的多因素性质。

此外,他们探索了涉及肠道微生物群的潜在诊断和治疗策略,用于个性化T2DM管理,强调了在确定因果关系和患者对这些干预反应的可变性方面的挑战。

背景

由于社会经济变化、环境和遗传等因素的影响,2型糖尿病的全球患病率正在上升。最近的研究强调了2型糖尿病的多因素性质,将我们的理解从早期模型扩展到更全面的“异常11”途径,肠道微生物群现在被认为是一个关键因素。

测序技术的进步显示了肠道微生物组对代谢和2型糖尿病发展的影响。工业化、药物使用和西方生活方式减少了肠道微生物多样性,可能导致2型糖尿病发病率增加。这种多样性的减少,以关键细菌种类的丧失为特征,可能导致慢性炎症和2型糖尿病,尽管证明因果关系仍然具有挑战性。

在本综述中,研究人员探讨了肠道内稳态的现有证据,其在糖尿病发病机制中的作用,肠道微生物群对抗糖尿病药物的影响,以及潜在的以微生物群为中心的糖尿病治疗方法。

人类肠道菌群的基因是人类基因组的100倍还多

糖尿病患者肠道内平衡的破坏

在2型糖尿病患者中,肠道微生物群组成经常转向兼性厌氧菌增加,多样性减少,有益专性厌氧菌减少,这种状态被称为生态失调。这种生态失调在所有患者中并不一致,但由于饮食、药物和免疫健康等因素而存在显著差异,这些因素可能以不同的方式促进疾病进展。

维持肠道稳态——以健康的微生物群落、强大的肠道屏障和适当的免疫反应为特征——对预防代谢性疾病至关重要。

肠道微生物产生对宿主健康至关重要的关键代谢物,如短链脂肪酸(SCFAs)和胆汁酸,而它们的生产中断与糖尿病有关。因此,解决生态失调和促进肠道稳态不仅仅涉及改变微生物组成;它需要综合考虑病人的饮食、生活方式和免疫状态。

糖尿病患者胃肠道肠道菌群组成的改变

有证据表明,T2DM患者经常表现出肠道微生物群的改变,包括多样性减少,兼性厌氧细菌增加,有益丁酸产生细菌减少。这些变化被称为生态失调,在个体之间差异很大,并受到饮食、药物和免疫健康等因素的影响。

一些菌株,如普雷沃氏菌(Prevotella copri),已被证明与代谢结果表现出复杂的、有时是相互矛盾的关联,这强调了个性化方法在理解这些关系中的重要性。

2型糖尿病还与肠道微生物群的日常振荡中断有关,这可能导致代谢紊乱。然而,在大多数研究中对粪便样本的依赖存在局限性,因为这些样本可能无法完全捕获胃肠道不同区域的微生物多样性。

在不同的肠道区域进行全面的肠道采样,对于更好地了解T2DM患者的这些动态至关重要。

微生物群改变引起的慢性低度炎症进一步影响宿主代谢并促进病原体的生长。肠道中产生的微生物代谢物显著影响全身生理,特别是通过与肝脏的相互作用,因此需要全面的肠道采样来更好地了解T2DM患者的这些动态。

细菌组成99%在肠道菌群中,大约有30到40个物种是最主要的。

在β细胞中心模型中,高血糖被视为糖尿病的最后阶段,解释了糖尿病的各种器官和系统功能障碍,包括胰岛素抵抗(IR)和全身炎症。

肠道微生物群在这些过程中起着至关重要的作用,通过产生关键的微生物代谢物,如SCFAs和支链氨基酸(BCAAs),影响β细胞的功能、代谢和炎症。

BCAAs升高与IR和T2DM有关,而胆汁酸和其他微生物产物影响葡萄糖和脂质代谢。炎症,由肠道细菌的脂多糖驱动,加剧IR和β细胞功能障碍。

这些相互作用突出了肠道微生物群在导致糖尿病的复杂因素网络中不可或缺的作用,使其成为治疗干预的关键目标。

肠道细菌的色氨酸代谢也影响糖尿病,影响胰高血糖素样肽-1分泌、β细胞健康和全身性炎症。

饮食管理,特别是高纤维饮食,可以调节肠道微生物群,通过减少炎症和增强微生物多样性,有可能改善糖尿病患者的代谢结果。

口服降糖药与肠道菌群的相互作用

肠道菌群不仅对抗糖尿病药物有反应,而且可以预测药物的疗效和不良反应。例如,二甲双胍会改变肠道微生物组成,增加有益的SCFA,同时也会产生副作用。二甲双胍的这种双重作用是通过其对特定微生物种群的影响来调节的,例如有益细菌如嗜粘阿克曼氏菌的富集,这可能有助于提高葡萄糖耐量,同时增加潜在有害的埃希氏菌,可能导致胃肠道不适。

其他药物如葡萄糖样转运蛋白2抑制剂阿卡波糖也与微生物群相互作用,影响其治疗效果。

因此,研究人员建议在开发个性化的抗糖尿病治疗时应考虑肠道微生物群,以优化药物反应并最大限度地减少副作用。

肠道菌群多样性的治疗靶向

鉴于肠道菌群在2型糖尿病中的作用,益生元、益生菌、合成菌和粪便移植等治疗方法显示出希望。

这些方法并非没有挑战,因为这些疗法的有效性可能因个体微生物群组成和使用的特定菌株而有很大差异。

这些方法通过调节肠道细菌来改善血糖控制、胰岛素敏感性和代谢谱,为糖尿病治疗提供了潜在的辅助治疗,以提高疗效并减少副作用。

结论

总之,肠道微生物群在T2DM的发病机制中起着至关重要的作用,为个性化治疗策略提供了可能。

尽管在理解微生物变异和建立因果关系方面存在挑战,但正在进行的研究和试验继续完善我们对微生物群靶向治疗的理解和方法。

在未来,继续关注微生物特征识别和改进干预措施将是推进糖尿病个性化医疗的必要条件。


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