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共生指的是自然界各物種之間互相依存的關系，和諧共處是各物種間可持續(xù)的發(fā)展關系，如根瘤菌與部分農(nóng)作物之間的共生關系。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的代謝直接關系到人類的健康。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) 的關系。論文導圖如下：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算法，選擇出了該模型的預測變量，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，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)，以上脂類的結構中包含葡萄糖和/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酰基鏈的DGDGs與胰島素抵抗無關；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；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系。首先，他們分析了22種分別與胰島素敏感 (IS) 或抵抗相關菌株培養(yǎng)物中的代謝物。各種能量物質消耗數(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-代謝疾病之間的關系進行了探索。并以人體組學分析數(shù)據(jù)為導向，在小鼠體內(nèi)植入胰島素敏感相關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。期待未來有更多關于飲食/生活方式-腸道菌群-代謝物/代謝病相關的探索。https://www./articles/s41586-023-06466-x
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