肠道菌群糖尿病及肥胖防治新靶点.ppt

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1、肠道菌群,糖尿病及肥胖防治新靶点,目 录,肠道菌群知之甚少的“新器官”,人类肠道中寄居着约1014左右微生物，种类1000种，人体中微生物总重量达2Kg人体中微生物有1/3具有普遍性，而2/3具有特异性。基因数量为人类自身100-150倍，是控糖人体健康的第二基因组,Ley RE et al.Cell,2006.124:837-848,技术让我们更全面准确的了解肠道菌群,Karlsson F,et al.Diabetes.2013Oct;62(10):3341-9,传统方法采用特定的培养皿来培养微生物群落，但只限于少部分可培养的菌种（20-50%）且分辨率较差基于16S rRNA表征的非培养技

2、术，可帮助我们获得微生物的信息，包括不可培养的菌种全基因组鸟枪法测序技术，可为我们提供微生物群落功能及代谢的信息,肠道菌群的组成,Eckburg PB,et al.Science.2005Jun 10;308(5728):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

3、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,Burcelin R,et al.Acta Diabetol.Dec 2011;48(4):257273.,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,肠道菌群组成的地理差异

4、,上海,Suzuki TA,et al.Biol Lett.2014 Feb 12;10(2):20131037.,研究者分析了世界范围内1000余位受试者的肠道菌群，结果显示，北部高纬度地区居民肠道中与肥胖相关的菌群比例更高厚壁菌门比例与纬度正相关拟杆菌门比例与纬度负相关,肠道菌群的影响因素,Ley RE,et al.Proc Natl Acad Sci U S A.2005 Aug 2;102(31):11070-5.,小鼠和人类肠道菌群差异很大，但最主要的两种菌群是：硬壁菌门Firmicutes：胖菌拟杆菌门Bacteroidetes：瘦菌,影响肠道菌群数量与种类的因素？,肠道菌群主要被

5、饮食结构所改变,Zhang C,et al.ISME J.2010 Feb;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,西方饮食致小鼠肠道厚壁菌增加拟杆菌减少,Turnbaugh PJ,et al.Sci Transl Med.2009 Nov 11;1(6):6ra14.,本研究中，为无菌C57BL/6J小鼠进行新鲜或冷冻成人粪便微生物群落移植，并分别给予低脂高植物多糖饮食或高脂高糖的西方饮食，人化小鼠

6、的体重增加且肠道菌群发生改变,基因突变肥胖小鼠的肠道菌群与野生型不同,此研究中，给予瘦素基因突变肥胖ob/ob小鼠及瘦的ob/+小鼠和+/+小鼠相同的正常饮食该研究首次发现，瘦素基因突变的肥胖ob/ob小鼠肠道菌群中厚壁菌门比例上升而拟杆菌门比例下降,Ley RE,et al.Proc Natl Acad Sci U S A.2005 Aug 2;102(31):11070-5.,*P0.05,基因突变可使小鼠肠道菌群发生改变,L.Geurts,et al.Frontiers in Microbiology.2011 Jul 13;2:149.,此研究中，给予瘦素受体基因突变肥胖db/db小鼠

7、及瘦鼠相同的正常饮食该研究结果示，与瘦鼠相比，db/db小鼠肠道菌群中拟杆菌门比例下降，而厚壁菌门、变形菌门及纤维杆菌门比例上升,目 录,肠道菌群与糖尿病,前瞻性病例对照研究3280名正常体重及糖耐量受试者，平均随访9年评估16S rDNA（特异性细菌标志物）浓度作为肥胖及糖尿病发病的预测因子,Amar J,et al.Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.,糖尿病患者表现出更高菌群浓度,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

8、1.18倍,随访结束后发现,Amar J,et al.Diabetologia.2011Dec;54(12):3055-61.,糖尿病患者肠道菌群与健康人不同,X.Wu,et al.Current Microbiology.2010 Jul;61(1):69-78.,该研究对16位2型糖尿病患者及12位健康受试者的粪便样本进行检测研究结果示，DM患者肠道中普通拟杆菌和双歧杆菌含量下降,糖尿病患者肠道菌群与健康人不同,普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）在肥胖和DM患者中含量下降，在RYGB手术后数月上升,OB/nD：肥胖的非糖尿病 OB/D：肥胖的糖尿病,Fur

9、et JP,et al.Diabetes 2010;59:304957,T2DM患者肠道G-菌比例更高,糖尿病患者肠道微生物组成,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,Qin J,et al.Nature.2012 Oct 4;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,肠道菌群与肥胖/糖尿病？,肠道菌群,肥胖/糖尿病,Who Comes first?,科赫法则,Who comes first?科赫法则,科赫法则是证明一种病菌与一种疾

10、病之间因果关系最强的“逻辑法则”“科赫法则”在人体内发现某种细菌与疾病相关，把这种细菌分离出来在动物模型里把疾病复制出来从而证明这种细菌是该病人发病的原因而不是结果,Koch，1876,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,et al.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,CVOP OP肠菌移植小CVOR OR肠菌移植小,无菌小鼠接受肠菌移植，成功复制肥

11、胖,正常小鼠和无菌小鼠同时给予高脂饮食(1)正常小鼠体重变化明显，且出现高脂饮食相关代谢改变无菌小鼠体重无明显变化，且无代谢改变将肥胖小鼠的粪菌移植给无菌小鼠，可导致移植后无菌小鼠体重增加，代谢改变(2)粪菌移植后对代谢的影响与饮食相关,Aron-Wisnewsky J,et al.Nat Rev Nephrol.2015Nov,30.,肠道菌群对肥胖的影响机制,Harris K,et al.J Obes.2012:879151.,菌群失调增强宿主从食物中获能的能力,a：胖鼠短链脂肪酸增加b：胖鼠粪便中的卡路里的含量较低c：将胖鼠的肠道菌群移植给无菌小鼠后，小鼠体脂明显增加,Peter J,e

12、t al.Nature.2006 Dec 21;444(7122)_1027-31.,肠道菌群对糖尿病的影响机制,Harris K,et al.J Obes.2012:879151.,肠道菌群影响代谢疾病主要通过两种路径：细菌的代谢产物（SCFAs等）具有生物活性，可影响宿主生理功能人体对细菌结构组分（LPS等）产生先天性免疫应答，导致慢性炎症,SCFAs对糖尿病的影响机制,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

13、子(Fiaf),增加LPL活性,Herbert Tilg,et al.Gut.2014Sep;63(9):1513-21.,肠道菌群失调引起胰岛素敏感性改变,Vrieze A,et al.Diabetologia.2010 Apr;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,目 录,肠道菌群：从发病机制到治疗前景,Burcelin R,et al.Acta Diabetol.Dec 2011;48(4):257273.,饮食与肠道菌群,饮食（Diet）：影响肠道菌群结构以及相关代谢综合征表型的主要因素回复力（Res

14、ilience）：高脂饮食造成的小鼠肠道菌群结构改变可以通过改为普通膳食得到恢复,改变饮食对高脂饮食大鼠的肠道菌群结构以及代谢表型具有改善作用,Zhang C,et al.ISME J.2010 Feb;4(2):232-41.,苦瓜和山药促进肠道有益菌生长,黄连有助于减少有害菌有研究显示，葛根芩连汤作用于肠道菌群治疗糖尿病,Xu J,et al.ISME J.2015 Mar;9(3):552-62.,“Let foods be the medicine and medicine be the foods.”,益生元(prebiotics)改善肠菌群，控制机体能量平衡,益生元（Prebiot

15、ics）：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,Everard A et al.Diabetes.2011 Nov;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,Everard A et al.Diabetes.2011 Nov;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

16、结果示，益生元喂食组小鼠糖脂代谢显著改善,益生元可改善小鼠肠道内分泌激素分泌,Everard A et al.Diabetes.2011 Nov;60(11):2775-86,Ob-CT：对照组 Ob-Pre：益生元喂食组*P 0.05,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,益生元组患者能量摄入下降,Parnell JA,et al.Am J Clin Nutr 2009;89:17519.,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

17、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,益生元治疗组患者糖代谢改善,Parnell JA,et al.Am J Clin Nutr 2009;89:17519.,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,运动与肠道菌群,运动员肠道菌群多样性更明显运动员：22门Low-BMI对照：11门High-BMI对照：9门,Nature Reviews Gastroenterology&Hepatology advance online publication 24 June 2014,胃旁路手术对肠道菌群的改

18、变,厚壁菌门拟杆菌门变形菌门放线菌门,Graessler,et al.The Pharmacogenomics Journal(2013)13,514522,胃旁路术后3月：厚壁菌减少拟杆/厚壁菌比例增加,肥胖及糖尿病患者RYGB治疗后肠道菌群的变化（术前、术后3月、6月）,Kong LC,et al.Am J Clin Nutr.2013 Jul;98(1):16-24.,RYGB术后，肠道菌群的丰度有所上升有益菌的数量显著增加,小檗碱（Berberine）与肠道菌群,小檗碱是中药黄连的主要药理成分研究发现其能显著改善肠道菌群结构，使有害菌数量下降,Zhang X,et al.PLoS On

19、e.2012;7(8):e42529.,小檗碱可能通过调节肠道菌群结构防治糖尿病,Zhang X,et al.PLoS One.2012;7(8):e42529.,本研究以大鼠作模型，在饲喂高脂饲料的同时，灌服一定剂量的小檗碱结果表明，小檗碱治疗 后有268种细菌发生改变，其中174种的数量下降或消失，93种的数量上升小檗碱可有效防止高脂饲料引起的肥胖和胰岛素抵抗,分析结果示，小檗碱治疗可以解释肠道菌群变异的20.1%；小檗碱治疗组大鼠的HOMA-IR指数及肥胖指数均显著下降,*P0.05*P0.01NS 无显著差异,小檗碱与糖尿病,一项meta分析，纳入27项RCT研究，纳入2569例患者旨

20、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,Lan J,et al.J Ethnopharmacol.2015 Feb 23;161:69-81.,小檗碱显著改善T2DM患者的血糖控制,Lan J,et al.J Ethnopharmacol.2015 Feb 23;161:69-81.,新型治疗：肠道菌群移植,“Let feces be the medicine and medicine be the feces.”,肠道菌群移植,高效治疗艰难梭状芽胞杆菌结肠炎安全廉价,接受有益肠菌移植的小鼠不易肥胖,遗传因素对于肠道群种类的影响大于环境因素这个相对含量极

21、大程度上受宿主遗传影响的肠道益生菌家族被命名为“Christensenellaceae”,Goodrich Nov 6;159(4):789-99.,肠道菌群移植：拟杆菌具有入侵性,（1肥+1瘦）双胞胎的肠道菌群移植给无菌小鼠移植了肥者肠菌的成了肥鼠，而移植了瘦者肠菌的还是瘦鼠把这两种肠菌不同的小鼠关在一个笼子里饲养，肥菌不能取代瘦菌，而瘦菌却能入侵肥菌菌群分析显示，具有入侵性的瘦菌是拟杆菌,Ridaura VK,et al.Science.2013 Sep 6;341(6150):1241214.,粪菌移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）,de Vrieze J.Science.2013 Aug 30;341(6149):954-7.,粪菌移植成功治疗艰难梭状芽胞杆菌结肠炎尝试应用于更多疾病领域：炎症性肠病，糖尿病，慢性疲劳综合征等有待于进一步的研究与证实,人类对肠道菌群的了解才刚刚开始,肠道菌群通过其基因、中间产物、代谢活力影响人体的代谢、免疫等方面，如肥胖与糖尿病,1,2,3,肠道菌群的调控必将成为未来预防和治疗代谢性疾病（包括肥胖与糖尿病）的新靶点,总 结,Thanks for your attention,