在最近發(fā)表在雜志上的一項(xiàng)研究中自然，研究人員利用人類的綜合多組學(xué)策略來(lái)評(píng)估腸道微生物碳水化合物代謝和胰島素抵抗(IR)之間的關(guān)系。此外，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了糞便代謝物和代謝綜合征(一種與胰島素抵抗相關(guān)的疾病)之間的聯(lián)系。
 

 

 

　　二型糖尿病和MetS的基本病理生理學(xué)是IR。先前的宏基因組研究已經(jīng)詳細(xì)描述了腸道微生物的特征及其在ir相關(guān)食物代謝中的功能。

 

　　更具體地說(shuō)，共生碳水化合物代謝似乎有助于宿主的整體能量提取，因此，與糖尿病前期和肥胖癥的病因?qū)W有關(guān)。然而，基本過(guò)程仍然未知。

 

 

　　為了研究腸道微生物群在IR中的作用，研究人員整合了無(wú)偏的糞便代謝組、宏基因組和宿主轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。這項(xiàng)研究包括306名年齡在20歲至75歲之間的個(gè)人，他們?cè)?014年至2016年期間在東京大學(xué)醫(yī)院定期進(jìn)行年度健康訪問(wèn)時(shí)參加了這項(xiàng)研究。

 

　　在正常、肥胖和糖尿病前期類別中，研究人員分別招募了112、100和101人。對(duì)所有參與者進(jìn)行體檢、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、糞便樣本的16S核糖體核糖核酸(rRNA)焦磷酸測(cè)序和代謝組學(xué)分析，以及血液樣本的血清代謝組學(xué)分析。

 

　　排除標(biāo)準(zhǔn)包括確診糖尿病、習(xí)慣性使用糖尿病或腸道疾病藥物、在樣本采集兩周內(nèi)使用抗生素，以及在樣本采集前三個(gè)月內(nèi)體重減輕三公斤。

 

　　使用IR的穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估(HOMA-IR)確定IR，得分為2.5或更高。為了評(píng)估腸道微生物活性的差異，糞便代謝物和預(yù)期的基因分別被歸類為共豐度分組(CAGs)和京都基因和基因組百科全書(KEGG)分類。

 

　　遺傳表達(dá)的cap分析(CAGE)方法用于從外周血單核細(xì)胞(PBMCs)收集轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，該方法可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)解析來(lái)量化遺傳表達(dá)。使用隨機(jī)森林分類系統(tǒng)研究來(lái)自糞便樣本的組學(xué)數(shù)據(jù)可能預(yù)測(cè)胰島素抵抗的方式的受試者操作曲線(ROC)曲線的曲線下面積(AUC)值。

 

　　糞便16S核糖體核糖核酸(RNA)測(cè)序、宏基因組、代謝組以及它們的組合數(shù)據(jù)集被用于確定使用最大相關(guān)最小冗余算法建模的估計(jì)變量。

 

　　在與臨床指標(biāo)的相關(guān)性和回歸研究中，包括性別和年齡在內(nèi)的顯著混雜變量得到了校正。氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(GC-MS/MS)技術(shù)用于提取和定量糞便和血清學(xué)樣品中的親水性代謝物。

 

 

　　平均體重指數(shù)(身體質(zhì)量指數(shù))和糖化血紅蛋白(HbA1c)水平為25 kg/m2和6%。糞便碳水化合物，特別是宿主可獲得的單糖，在胰島素抵抗患者中較高，并與微生物碳水化合物代謝和宿主炎癥細(xì)胞因子有關(guān)。

 

　　與IR和胰島素敏感性相關(guān)的腸道細(xì)菌表現(xiàn)出不同的碳水化合物代謝模式。此外，在小鼠模型中，胰島素敏感性相關(guān)細(xì)菌改善了宿主的胰島素抵抗表型。

 

　　一項(xiàng)利用兩個(gè)基于質(zhì)譜的分析平臺(tái)的非靶向代謝組學(xué)研究分別顯示了195和100種注釋的糞便和血清親水性代謝物，以及2，654和635種注釋的糞便和血清脂質(zhì)代謝物。

 

　　在預(yù)測(cè)胰島素抵抗時(shí)，糞便代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的選擇特征超過(guò)了16S和宏基因組學(xué)。這一觀察表明糞便代謝組學(xué)可能有助于研究胰島素抵抗的病理生理學(xué)。

 

　　在親水性代謝物中，與IR顯著相關(guān)的CAG大多是糖類代謝物，主要是單糖。胰島素抵抗還與短鏈脂肪酸(SCFA)水平增加有關(guān)。

 

　　根據(jù)KEGG途徑富集研究，IR相關(guān)的親水共豐度組中的代謝物與碳水化合物代謝相關(guān)。半乳糖、果糖、木糖和甘露糖與胰島素抵抗顯著相關(guān)。

 

　　細(xì)菌性的物種吸收各種碳水化合物，為其發(fā)酵產(chǎn)物的合成提供燃料。在老鼠身上，A.模糊不清降低胰島素抵抗和改變腸道葡萄糖代謝物，這與人群中的發(fā)現(xiàn)相關(guān)。

 

 

　　研究結(jié)果表明，腸道微生物碳水化合物代謝在胰島素抵抗中至關(guān)重要，因此，可以被認(rèn)為是代謝綜合征和二型糖尿病病的主要病理生理機(jī)制。胰島素抵抗個(gè)體表現(xiàn)出糞便碳水化合物增加，特別是宿主可獲得的單糖，這與微生物碳水化合物代謝和促炎細(xì)胞因子有關(guān)。

 

　　靶向腸道微生物碳水化合物代謝可能是改善IR的潛在治療方法。了解腸道微生物在代謝碳水化合物中的作用可以支持管理IR和改善宿主IR表型和代謝健康的靶向干預(yù)的發(fā)展。