肠道菌群与糖尿病、肥胖.ppt

肠道菌群 肥胖 糖尿病防治新靶点 肠道菌群概述肠道菌群与肥胖 糖尿病的相关性及可能机制以肠道菌群为靶标的治疗策略 肠道菌群概述肠道菌群与肥胖 糖尿病的相关性及可能机制以肠道菌群为靶标的治疗策略 你和 另一个你 肠道菌群基因组信息的总和被称为肠道宏基因组 是控制人体健康的人类第二基因组 与人体自身基因组共同影响着机体生理代谢 体内细菌 自身细胞比例约为1 1 人体中微生物有1 3具有普遍性 而2 3具有特异性 人与肠道菌群休戚与共的一生 无菌体 顺产剖宫产母乳喂养奶粉喂养 微生物组稳定 核心微生物组 丰度 复杂度 性别特异性的微生物群落 转换到固体食物微生物丰度 丰度 多样性 Cell 2017Dec14 171 7 1481 1493 肠道菌群研究方法 菌群研究中 宏转录组 宏蛋白质组 代谢组等功能组比宏基因组具有更高的扰动敏感度和变化性 更适于菌群功能特性的研究 应注意组学研究中存在的大量未知 细菌分类 基因 蛋白 代谢物 和菌群整体功能的动态变化及冗余 对未知功能的菌群基因可依其同源性进行归纳 并根据出现频率总结出最需研究的基因列表 用体外 动物和人体试验 对可能影响健康 疾病的基因功能进行针对性研究 整合组学研究可揭示新的菌群功能 TrendsinMicrobiology HumanGutMicrobiome FunctionMatters DOI 10 1016 j tim 2017 11 002 技术帮我们更全面准确了解肠道菌群 Diabetes62 3341 3349 2013 肠道菌群的组成 厚壁菌门 Firmicutes 放线菌门 Actinobacteria 拟杆菌门 Bacteroidetes 变形菌门 Proteobacteria Science 2005 308 5728 p 1635 8 肠道菌群的组成 厚壁菌门 Firmicutes 低G C含量的革兰氏阳性厌氧菌肠道菌群中占比最高 超过60 多数产丁酸盐 多糖代谢终产物 其中乳杆菌属可维持肠道酸性内环境 为典型益生菌 拟杆菌门 Bacteroidetes 革兰氏阴性严格厌氧菌肠道菌群中占比约10 48 参与多糖代谢 胆汁酸和类固醇代谢其中多形拟杆菌 卵形拟杆菌可降解人体不能降解的多糖 向宿主提供其中10 15 的能量 放线菌门 Actinobacteria 高G C含量的革兰氏阳性严格厌氧菌肠道菌群中占比约10 其中双歧杆菌属能够酸化肠道内环境 保护肠屏障 为典型益生菌 变形菌门 Proteobacteria 兼性厌氧菌生理情况下肠道菌群中占比 1 多数变形菌均属于致病菌 如常见的大肠杆菌 沙门氏菌 霍乱弧菌 幽门螺杆菌等 肠道菌群对人体的作用 消化 代谢 提取营养预防病原体定植免疫调节合成有益物质 维生素调节生物活性脂肪酸组织合成 调节肠源性肽分泌 ActaDiabetol Dec2011 48 4 257 273 影响因素 肠道菌群结构和功能改变 抗生素阿卡波糖二甲双胍辛伐他汀地高辛 FUT2基因FXR基因TLR基因 NatRevMicrobiol 2013 11 9 639 47 TrendsEndocrinolMetab 2015 26 12 758 70 饮食 运动 抽烟 作息等 肠道菌群主要被饮食结构所改变 ZhangC etal ISMEJ 2010Feb 4 2 232 41 研究为探讨宿主基因和饮食对肠道菌群的影响 对野生型和Apoa I敲除小鼠均分别进行高脂饮食饲养或正常饮食饲养25周主成分分析结果表明 饮食结构的改变可以解释肠道菌群的结构总变异的57 而遗传学变异占不超过12 人工甜味剂 或伤菌并导致不良后果 人工甜味剂 本研究中采用有糖精 三氯蔗糖和阿斯巴甜 通过改变肠道菌群引起葡萄糖耐受不良 Nature Artificialsweetenersinduceglucoseintolerancebyalteringthegutmicrobiota DOI 10 1038 nature13793 尼古丁对肠道菌群的影响 ChemicalResearchinToxicology DOI 10 1021 acs chemrestox 7b00162 尼古丁干预的雄性小鼠中 细菌碳水化合物代谢途径的差异性改变与较低的体重增加一致 氧化应激反应和DNA修复基因也在这些小鼠肠道菌群中特异性富集在雌性和雄性小鼠中 尼古丁造成的肠道菌群组成变化存在差异 衰老进程中肠道微生物组 肠道菌群概述肠道菌群与肥胖 糖尿病的相关性及可能机制以肠道菌群为靶标的治疗策略 肠道菌群与肥胖 糖尿病 发现大肠杆菌及其对消化的作用 Bocci提出肠道微生物菌群有代谢功能 认为其是 被忽略的人体器官 JunjieQin等首次用测序鉴定了124个欧洲人的粪便标本中的微生物基因 同时进行了基因组的功能性分析 1886年 1992年 2010年 Gordon实验室发表第一篇肠道菌群与肥胖关系的论文 2004年 JunjieQin等对345个中国人的肠道菌群测序 最终确定了可用于二型糖尿病分类的23个肠道生物标记物 2012年 Jeffreygordon教授开启了肠道菌群与代谢疾病热潮 Jeffreygordon 美国科学院 医学院双料院士 圣路易斯华盛顿大学医学院教授 2004年 发现肠道菌群有助于宿主从食物中获得更多热量1 2005年 发现肥胖和瘦小鼠的肠道菌群组成不同2 2006年 肥胖病人拟杆菌门下降 厚壁菌们上升3 1 B ckhedF rtal ProcNatlAcadSciUSA 2004Nov2 101 44 15718 23 2 LeyRE etal ProcNatlAcadSciUSA 2005Aug2 102 31 11070 5 3 LeyRE etal Nature 2006Dec21 444 7122 1022 3 2型糖尿病患者的肠道菌群改变 该研究发现 2型糖尿病患者特征为 中度肠道微生物菌群失调 产丁酸盐细菌丰度下降 而各种条件致病菌增加 并且细菌还原硫酸盐和抗氧化应激能力增强 QinJ etal Nature 2012Oct4 490 7418 55 60 圆形面积大小表示宏基因组连锁群中基因数量 圆形颜色表示其所属分类 肥胖患者肠道菌群的改变 研究对比87名肥胖儿童 青少年和56名健康儿童 青少年 发现肥胖组与健康对照组的肠道菌群构成显著不同在肥胖组中 厚壁菌门 变形菌门 放线菌门明显更丰富 在健康的对照组中拟杆菌更丰富 BiomedResInt 2017 2017 7585989 肠道菌群与肥胖 糖尿病 肠道菌群 肥胖 糖尿病 WhoComesfirst 科赫法则 Koch 科赫法则是证明一种病菌与一种疾病之间因果关系最强的 逻辑法则 无菌小鼠接受肠菌移植 成功复制肥胖 法国 美国 罗马尼亚科学家将肥胖大鼠肠道的高比值硬壁菌与拟杆菌移植给无菌小鼠 成功地复制出肥胖表型 且鉴定出3种肥菌 颤杆菌和梭菌属14a簇及4簇 Duca etal 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 CVOPOP肠菌移植小CVOROR肠菌移植小 肠道菌群与肥胖 糖尿病 AmarJ etal Diabetologia 2011Dec 54 12 3055 61 平均随访9年结束时发现罹患T2DM患者在基线时16S rDNA水平显著高于正常组腹型肥胖患者16SrDNA更高16SrDNA水平升高者发生T2DM及腹型肥胖的相对风险分别为正常人群的1 35倍及1 18倍 肠道菌群如何影响能量稳态 FrontiersinImmunology DOI 10 3389 fimmu 2017 01353 肥胖中的菌群 肠 脑轴 肥胖相关菌群改变宿主的能量获取 胰岛素抵抗 炎症及脂肪堆积 某些菌株及其代谢产物 如短链脂肪酸 氨基丁酸 5 羟色胺及其它神经递质 可通过迷走神经刺激直接或通过免疫 神经内分泌机制间接靶向脑 从而调节中枢食欲及食物奖励信号 TheLancetGastroenterologyandHepatology DOI 10 1016 S2468 1253 17 30147 4 肠道菌群对肥胖的影响机制 HarrisK etal JObes 2012 879151 肠道菌群失调引起胰岛素敏感性改变 VriezeA etal Diabetologia 2010Apr 53 4 606 13 肠道菌群通过其结构组分或代谢产物 引发慢性炎症 影响脂肪代谢和激素分泌等 引起胰岛素敏感性改变 肠道菌群对2型糖尿病的影响机制 HarrisK etal JObes 2012 879151 SCFAs对2型糖尿病的影响机制 短链脂肪酸 乙酸盐 丙酸盐 丁酸盐 SCFA激活 Gpr41 导致肠道PYY增加 抑制肠蠕动激活Gpr43 GLP 1分泌增加激活Gpr43 抑制脂肪细胞胰岛素信号 减少脂肪积聚促进小肠糖异生 IGN 抑制禁食诱导的脂肪因子 Fiaf 增加LPL活性 HerbertTilg etal Gut 2014Sep 63 9 1513 21 肠道菌群如何影响1型糖尿病 CurrDiabRep 2017Sep23 17 11 105 可能机制 慢性低度炎症 DevarajS etal ClinChem 2013Apr 59 4 617 28 肠道菌群概述肠道菌群与肥胖 糖尿病的相关性及可能机制以肠道菌群为靶标的治疗策略 肠道菌群 从发病机制到治疗前景 BurcelinR etal ActaDiabetol Dec2011 48 4 257 273 锻炼 InternationalJournalofSportsandExerciseMedicine DOI 10 23937 2469 5718 1510069 饮食与肠道菌群 KashtanovaDA etal Associationbetweenthegutmicrobiotaanddiet Fetallife earlychildhood andfurtherlife Nutrition 2016 地中海饮食 地中海饮食是以蔬菜水果 鱼类 五谷杂粮 豆类和橄榄油为主的饮食风格膳食纤维和不饱和脂肪酸与高水平的有益菌相关蔬菜 水果 谷类 茶叶 咖啡及酒中富含茶多酚茶多酚成分与益生菌相关地中海饮食对肠道菌群存在有利影响 KashtanovaDA etal Associationbetweenthegutmicrobiotaanddiet Fetallife earlychildhood andfurtherlife Nutrition 2016 补充 3恢复肠道菌群的平衡 IntJMolSci 2017Dec7 18 12 pii E2645 中草药及功能食品的潜在益生作用 FrontiersinMicrobiology DOI 10 3389 fmicb 2017 02146 槲皮素 白藜芦醇调节大鼠肠道菌群 槲皮素与白藜芦醇 CQR 调节肠道菌群组成 相比于HFD组 显著减低毛螺菌科等与肥胖相关的菌科的丰度 增加Akk菌等与缓解肥胖相关的菌科 菌属的丰度 FoodandFunction DOI 10 1039 C7FO01383C 小檗碱 一项meta分析 纳入27项RCT研究 纳入2569例患者旨在评价黄连素治疗T2DM患者的有效性研究结果示 黄连素可改善T2DM患者的血糖 LanJ etal JEthnopharmacol 2015Feb23 161 69 81 小檗碱显著改善T2DM患者的血糖控制 LanJ etal JEthnopharmacol 2015Feb23 161 69 81 益生元 prebiotics 改善肠菌群 控制机体能量平衡 益生元 Prebiotics 一种膳食补充剂 通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响从而改善寄主健康最重要的是它只刺激有益菌群的生长 EverardAetal Diabetes 2011Nov 60 11 2775 86 Ob CT 对照组Ob Pre 益生元喂食组 P 0 05 P 0 1 益生元可改善肥胖小鼠糖脂代谢 Ob CT 对照组Ob Pre 益生元喂食组 P 0 05 EverardAetal Diabetes 2011Nov 60 11 2775 86 该研究中 遗传 ob ob 或饮食导致肥胖的小鼠及糖尿病小鼠长期喂食益生元或对照食物研究结果示 益生元喂食组小鼠糖脂代谢显著改善 与对照组相比 长期喂食益生元后 小鼠分泌GLP 1增加 肠道胰高血糖素mRNA表达增加 益生元可改善肥胖小鼠肠道内分泌激素分泌 益生元组患者能量摄入下降 ParnellJA etal AmJClinNutr2009 89 1751 9 一项随机双盲 安慰剂对照研究 48名BMI 25kg m2的健康成年人随机分配至益生元组 低聚果糖 21g d 或对照组 麦芽糊精 研究时间12周研究结果示 益生元组受试者能量摄入显著下降 益生元治疗前后差异显著 P 0 05 益生元组与对照组差异显著 P 0 05 益生元治疗组糖代谢改善 研究结果示 益生元组受试者胰岛素水平及血糖水平均低于对照组 降糖药物 二甲双胍增加可产生短链脂肪酸及可降解粘蛋白的细菌的丰度 糖苷酶抑制剂 例如阿卡波糖 可增加乳杆菌属 双歧杆菌属等可产生短链脂肪酸的细菌 并增加Dialister的丰度 后者与HbA1c呈负相关 GLP 1受体激动剂 DPP 4抑制剂等其它抗糖尿病药物对菌群失调也有积极作用 但对调节厚壁菌门与拟杆菌比率仍未有一致结论 降糖药作用的发挥可能与特定菌群有关 Genes EffectsofAntidiabeticDrugsonGutMicrobiotaComposition DOI 10 3390 genes8100250 降糖药物 二甲双胍 NatMed 2017Jul 23 7 850 858 二甲双胍治疗促进肠道细菌的生长 移植接受二甲双胍治疗的肠道菌群能提高小鼠的糖耐量 NatMed 2017Jul 23 7 850 858 降糖药物 阿卡波