小鼠肠道菌群代谢产物与糖尿病
2篇《Nature》揭示肠道菌群和糖尿病发病机制的关系
2篇《Nature》揭⽰肠道菌群和糖尿病发病机制的关系健康⼈的肠胃中寄居着很多微⽣物，这些微⽣物统称为肠道菌群，⼈体肠道微⽣物约有30个种属，300-500多种，是⼈体细胞总数的10倍。
主要包括细菌群、真菌群、古细菌群、病毒群及原⾍等，其中数量最多的细菌群，包括厌氧菌、需氧菌和兼性厌氧菌。
近些年来，有关肠道菌群研究不断推进，为了让⼤家更加了解肠道菌群，在此，整理了2篇跟肠道菌群相关的⾼分⽂章，⼤家共同学习。
2篇⽂章都发表在2018年10⽉nature杂志上，都涉及到对“青少年糖尿病的环境决定因素（The Environmental Determinants of Diabetes in the Young, TEDDY）”的研究。
从研究⽅向上Temporal development⽂侧重于对同⼀群体、不同⽣长发育时期的肠道菌群的研究：The human⽂侧重于寻找疾病组和健康组间肠道菌群的差异。
下⾯⼀起来具体看⼀下：1、 Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study.Nature , 2018（从TEDDY研究看⼉童早期肠道微⽣物群的发育）研究思路：通过16S rRNA基因测序(n=12005)和宏基因组测序(n=10867)，对903名3-46个⽉⼉童纵向粪便样品进⾏分析，作为青少年糖尿病环境决定因素(TEDDY)研究的⼀部分。
研究结果：（1）将16S rRNA测序的结果分为10个cluster（见下图a），图b显⽰每个DMM集群alpha多样性(丰富度和Shannon多样性)，细菌的丰富度和多样性在每个cluster⾥都是增加的，图c显⽰了早期肠道微⽣物群发育经历了三个不同阶段，发育期（第3-14个⽉）、过渡阶段（第15 -30个⽉）、稳定期（第31-46个⽉）（2）基于图a：16S rRNA基因测序数据的属级微⽣物组图谱(n = 4069)；图b：宏基因组测序的微⽣物种⽔平(n = 3,843)和图c：功能宏基因组层⾯的相关性(n = 3,843)，分析⼀些协变量与3-18个⽉婴⼉肠道细菌群落分布相关性，结果发现，细菌的代谢潜能与3⾄14个⽉婴⼉的母乳消耗有关。
肠道微生物代谢产物氧化三甲胺最新研究成果-微生物论文-生物学论文
肠道微生物代谢产物氧化三甲胺最新研究成果-微生物论文-生物学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——关键词：氧化三甲胺; 肠道微生物; 心血管疾病; 慢性肾脏疾病; 糖尿病;肠道微生物在人类健康与疾病中起着重要作用, 肠道微生物的代谢功能被认为是疾病发展的一个促进因素, 其产生的生物活性物质对宿主的生理、病理过程有重要影响。
氧化三甲胺(TMAO) 是肠道微生物重要代谢产物之一, 先由富含磷脂酰胆碱(PC) 和左旋肉碱的营养素在肠道微生物三甲胺(TMA) 裂解酶作用下分解为TMA, 后进入肝脏经黄素单氧酶(FMO) 3氧化而来[1]。
TMAO具有重要的生物学功能, 如TMAO可调节渗透压和静水压以维持细胞正常容积[2]。
肠道微生物及其代谢产物TMAO已成为当前医学领域的研究热点。
本文就TMAO的化学结构性质、生物学特性、来源、代谢及其与心脑血管疾病和其他疾病[慢性肾脏疾病(CKD) 、糖尿病和癌症等]关系的相关研究进行综述。
1、TMAO的简介TMAO是一种小分子有机化合物, 属于胺氧化物类, 化学式为(CH3) 3NO, 是一种无色针状晶体, 一般以二水合物的形式出现。
TMAO 具有很多重要的生物学特性, 在稳定蛋白质结构、渗透调节、抗离子不稳定性、抗水压和理化因素的影响等方面具有重要的生理生化功能[2,3]。
TMAO作为一种天然、安全的饲料添加剂, 可促进肌肉组织生长, 广泛使用于鱼、禽等畜牧业养殖, 也是鱼类体内自然存在的内源性物质, 是鱼类新鲜度的生化指标[4]。
TMAO不仅是动物体内常见的物质, 还被发现存在于植物和真菌中[5]。
同时TMAO也在海洋中广泛存在, 是细菌的重要氮源[6]。
在人体中, TMAO是由肠道菌群代谢产物TMA进入肝脏氧化而成, 在摄取PC与左旋肉碱后在血液中浓度增加。
多项研究发现[7,8,9], 健康人血浆中TMAO浓度一般在3 mmol/L以内, 肾衰竭患者其血浆浓度常大于40 mmol/L。
肠道菌群与糖代谢异常相关性研究进展
经验交流71肠道菌群与糖代谢异常相关性研究进展张琳，姬新才 （西安医学院，陕西西安 710000）摘要：肠道菌群失调和糖代谢疾病具有密切关系。
肠道菌群失调和1型糖尿病发病机制之间的关系尚不明确，肠道菌群失调引发2型糖尿病的主要机制为产生短链脂肪酸，在释放肠道激素的同时能够减轻肠道免疫系统的破坏，并调节胆汁代谢。
肠道菌群、肠促胰素之间具有一定影响关系。
肠促胰素降糖药物在2型糖尿病治疗中占有一定地位。
本文通过对糖代谢异常、肠道菌群二者之间关系进行研究，现报道如下。
关键词：肠道菌群；糖代谢异常；研究进展肠道菌群包含病菌、细菌、真菌以及原生动物。
有研究表明，人体肠道是一个复杂的、动态平衡的微生物群体。
目前2型糖尿病（T2DM ） 人数不断增多，伴随的并发症相比之前更为严重，加速人体血管以及微血管出现病变。
糖尿病防控工作的难度相比之前也明显增加，因此需要找到高效、安全的预防策略。
1肠道菌群和T2DM糖尿病作为当前影响人类健康的主要慢性病症，主要是受血糖代谢异常的影响，从而导致出现身体异常。
从病因上可以分为1型、2型糖尿病。
根据近50年的调查数据，糖尿病发生率呈现明显升高。
1型糖尿病的增长人群在6岁以下，肥胖儿童相比之前明显增加。
当前人体肠道内存在约1000种菌群，这些菌群具有调节肠道淋巴系统、营养吸收等作用，同时与人体的生长发育阶段具有明显相关。
人体的隐形器官即为肠道微生物，在疾病中发挥中重要作用 [1]。
肠道微生物失调和肥胖、糖尿病具有密切关系，主要以2型糖尿病为代表。
2型糖尿病患者的肠道微生物群整体菌群浓度相对较高，在功能、结构上和正常人存在一定差异。
人肠道菌群中的大肠埃希菌、加氏乳杆菌、变形链球菌均为致病菌群。
肠道微生物影响糖代谢主要是通过脂肪代谢、调控能量从而产生激素调节相关机制。
2018年的研究表明，通过肠道菌群影响代谢的新机制—丙酸咪唑的作用，从而阻断胰岛素的影响 [2]。
经研究表明，肠道微生态的改变和糖尿病的早期发病具有明显关系。
肠道菌群代谢产物短链脂肪酸与2型糖尿病的关系
肠道菌群代谢产物短链脂肪酸与2型糖尿病的关系李琳琳;杨浩;王烨【期刊名称】《新疆医科大学学报》【年(卷),期】2017(040)012【总页数】5页(P1517-1521)【作者】李琳琳;杨浩;王烨【作者单位】新疆医科大学基础医学院药理教研室,乌鲁木齐830011;新疆医科大学基础医学院药理教研室,乌鲁木齐830011;新疆医科大学基础医学院药理教研室,乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】R587.1在许多国家，2型糖尿病已经成为早期死亡的主要原因之一。
据估计，2型糖尿病的发病率到2030年将增加一倍，并且将成为全世界第七大死亡的原因[1]。
糖尿病主要是由遗传和环境因素导致的胰岛素绝对或相对分泌不足。
近年越来越多的研究表明肠道菌群与2型糖尿病关系密切，成为2型糖尿病机制研究中的重要环境因素。
几千年来，人类的宿主微生物在不断演化中，这种演化正在被环境改变[2]。
肠道菌群被认为是隐藏的器官。
人体的肠道中寄居着几十万亿的肠道微生物，这些微生物是人体代谢的重要器官。
人体的肠道微生物有1～2 kg，其包含比人体多150倍以上的基因数量[3]。
肠道菌群失调与2型糖尿病的发生，目前可能的机制研究有短链脂肪酸学说、胆汁酸学说、内毒素学说、生长因子学说等[4]。
短链脂肪酸(Short-chain fatty acids，SCFAs)是肠道微生物通过发酵膳食纤维而产生，其被认为是宿主肠道的重要能量来源，其中肠道中最主要的SCFAs有丁酸、丙酸和乙酸。
它们是由肠道中不同细菌代谢产生的代谢产物。
这些代谢产物随即被宿主利用，发挥它们在机体中的作用。
有研究显示肠道中SCFAs作用于肠内分泌L-细胞膜上的游离脂肪酸受体2/3(FFAR2/3)[或称为G蛋白偶联受体43/41(GPR43/41)受体]与2型糖尿病的改善有关，作为配体分子的SCFAs结合游离脂肪酸(FFAR)受体后，促进肠内分泌L-细胞分泌胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和肽-YY(PYY )，并且还对2型糖尿病相关的炎症反应进行调节。
肠道菌群与人体代谢疾病
短链脂肪酸
饥饿诱导表达的脂肪因子基因 (fasting induced adiposefactor)
脂蛋白脂肪酶 (lipoprteinlipase,LPL)
肠道菌群致肥胖原理
肠道菌群
受饮食脂肪调节 脂多糖（LPS）增加
抑制禁食诱导脂肪因子（Fiaf） 增加脂蛋白脂肪酶（LPL）活性
耐量受损（IGT）：糖耐量受损者是最重要的糖尿病高危人群，每年有1.5%～10%进展为糖尿病。荷兰一项调查表明50～75岁IGT者每年有13.8%演变为糖尿病。中国大陆及香港地区的报告，中国人IGT者向糖尿病转化危险居世界前列，达8%～11%/年。现代医学研究发现，糖耐量低下患者可以发展为糖尿病，经长时间随访观察发现，10年后10%~50%的糖耐量低下患者成为临床糖尿病病人。 糖耐量低下者可与高血压、高脂血症、肥胖同时存在，并易发生动脉粥样硬化。
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
粪菌移植 （Fecal microbiota transplantation，FMT）
与肥胖的关系
BMI指数：（即身体质量指数，简称体质指数又称体重，英文为Body Mass Index，简称BMI），是用体重公斤数除以身高米数平方得出的数字，是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准。
肥胖病一般被定义作为有 BMI 30 以上。
肥胖已经成为一个世界性的难题。据国际卫生组织估计，全世界约有10亿人体质量超标，全球人口的12%都属于肥胖范畴。 研究人员发现，与瘦志愿者相比： 肥胖者肠道内拟杆菌门比例降低，放线菌门比例升高。 肥胖志愿者75%肠道微生物基因来源于放线菌；而瘦志愿者42%的肠道微生物基因来源于拟杆菌门。 与正常个体比较，肥胖个体肠道中厚壁菌门比例较高；当肥胖个体体质量减轻时，其肠道微生物中厚壁菌门比例则与正常个体变得较为相似
糖尿病患者肠道菌群的代谢产物分析
糖尿病患者肠道菌群的代谢产物分析糖尿病是一种代谢性疾病，在全球范围内影响着众多患者的健康。
近年来，随着肠道微生物在人体内重要性的认识不断加深，一些研究人员也开始探究糖尿病患者肠道菌群与代谢产物之间的关系。
事实上，肠道菌群和其代谢产物一直是引起科学家们关注的热点之一。
肠道菌群是人体内最重要的微生物群落之一。
肠道菌群可以分解人体中的复杂碳水化合物，促进营养物质的吸收和代谢。
然而，肠道菌群还会产生一些代谢产物，如酪氨酸代谢产物和脂肪酸代谢产物等，这些代谢产物会对糖尿病患者的代谢产生一定的影响。
酪氨酸是一种必需氨基酸，可被肠道菌群分解成酪氨酸代谢产物。
这些代谢产物包括肽类、芳香族化合物和酚类物质等。
研究表明，酪氨酸代谢产物与多种代谢性疾病的发生密切相关，如肥胖、糖尿病和心脏疾病等。
其中，糖尿病患者在代谢酪氨酸时会生成大量酚类物质，如4-羟基苯甲酸和3-羟基苯甲酸等。
这些物质会进一步参与葡萄糖代谢过程，从而影响糖尿病患者的血糖水平。
与酪氨酸代谢不同，脂肪酸代谢是一种被更多研究人员关注的代谢途径。
脂肪酸代谢也是肠道菌群产生的一种代谢产物。
此类代谢产物包含了一系列脂肪酸，如丙酸、丁酸、反式油酸和亚油酸等。
这些脂肪酸的数量和种类与糖尿病患者的健康状态密切相关。
一些脂肪酸代谢产物可以通过调节葡萄糖代谢、氧化磷酸化和胰岛素敏感性来影响糖尿病的发生和发展。
肠道菌群的代谢产物分析为糖尿病的诊断和治疗提供了新的思路。
研究表明，肠道菌群中某些代谢产物的含量异常高或异常低与糖尿病患者的健康状况密切相关。
因此，科学家们认为，肠道菌群代谢产物的分析可以作为一种新型的糖尿病诊断指标。
此外，肠道菌群代谢产物的调节也有望成为一种新型的糖尿病治疗方法。
总的来说，肠道菌群与代谢产物之间的关系已经成为当今研究热点之一。
研究表明，酪氨酸代谢和脂肪酸代谢是肠道菌群重要的代谢途径。
肠道菌群的代谢产物分析为糖尿病的诊断和治疗提供了新的思路。
未来，肠道菌群与代谢产物之间的关系也将成为研究的热点之一，尤其是针对糖尿病这类代谢性疾病的治疗。
尿石素A对2型糖尿病小鼠肠道菌群的影响
与正常对照组(C)比较,糖尿病模型组(M)、尿 石素A1组(UA1)和尿石素A2组(UA2)小鼠空腹血 糖水平显著升高.且差异有统计学意义(P<0.05)；与 糖尿病模型组(M)相比，两个尿石素A给药组 (UA1+ UA2)小鼠空腹血糖水平均显著下降，且差 异有统计学意义(P<0.05)。同时可以看出，尿石素 A治疗组小鼠空腹血糖值随给药时间的延长逐渐 下降，但给药末期药物治疗组小鼠的空腹血糖水平 尚不能恢复至正常对照组水平，见表1。 2.2小鼠肠道菌群物种差异性分析 2.2.1模型组与对照组间肠道菌群差异性分析
而诱发胰岛素抵抗及血糖升高叫慢性炎症和氧化 应激是造成胰岛P细胞损伤、凋亡的关键诱因叫同 时也是导致糖尿病患者肠道菌群紊乱的首要因素。
隸花酸是一种广泛存在于石榴、板栗等果蔬及 余甘子、诃子等中药材中的天然多酚类抗氧剂叫尿 石素A(urolithin A)作为糅花酸的活性代谢产物，具
基金项目：国家自然科学基金(项目编号：81760767)；新疆维吾尔自治区自然科学基金(项目编号:2017D01C204)；新疆医科大学博士科研启 动基金(项目编号：2019-017)。
小鼠粪便样本干冰保存运输送至上海美吉生 物科技有限公司，特异性引物扩增粪便菌群基因组 的16SrDNA区域,每个样本均重复检测，以降低实 验产生的误差保证实验结果可靠性,针对高通量测 序结果开展生物信息学分析。具体流程包括：(1)原 始测序数据过滤后获得Clean Data; (2 )根据overlap 关系对PE reads进行拼接，过滤和质控剔除多余嵌 合体，得到高质量16SrDNA序列；(3)OTU聚类； (4)PCA及Heatmap分析;(5 )Alpha多样性指数分 析；(6)根据样本菌群丰度数据，采用Mann-Wallis Test比较样本间物种差异性。 1.6统计学分析
基于高通量测序技术分析糖尿病与肠道菌群相关性的研究进展_刘冬恋
·技术与方法·生物技术通报BIOTECHNOLOGY BULLETIN2016, 32(9):59-64近年来，肠道细菌与糖尿病的关系日渐被人关注，随着第2代高通量测序技术的普及，对在糖尿病状态下，肠道细菌群落结构的变化的研究已成为主流。
本文将一些基于高通量测序技术对糖尿病与肠道菌群相关性的研究进行了综合分析，讨论宿主在糖尿病及治疗状态下其肠道菌群的组成和多样性，旨在为预防和治疗糖尿病提供新的思路。
1 高通量测序技术高通量测序技术是现代生命科学研究的核心技术之一，它实现了同时对几百万 DNA 分子测序的可能性，达到鉴定微生物的单一基因或全基因组的目的［1］。
目前第2代高通量测序平台主要有Roche 公司的454焦磷酸测序平台，Illumina 公司的Hiseq 和Miseq 测序平台，以及ABI 公司的Solid 4测序平台。
宏基因组（Metagenome）技术是指不经过微生物培养阶段，直接提取环境中总DNA，对微生物基因总和进行研究的技术。
在研究肠道细菌时采用宏基因组技术，可以了解胃肠道微生物区系组成、进化历程和代谢特点，挖掘具有应用潜力的新基因［2］。
宏基因组技术主要包括16S rRNA 和全基因组两种测序技术。
16S rRNA 测序技术的基本流程是在提取肠道细菌基因组后，利用PCR 技术扩增16S rRNA 片段，收稿日期：2016-04-05基金项目：四川省教育厅科研项目（16ZB0291），成都医学院校基金项目（CYZ15-15）作者简介：刘冬恋，女，硕士，实验师，研究方向：糖尿病及其并发症；E -mail ：wushixian1992@基于高通量测序技术分析糖尿病与肠道菌群相关性的研究进展刘冬恋 廖梦玲 周欢（成都医学院药学院，成都 610083）摘 要： 肠道菌群与糖尿病的发生发展密切相关，随着高通量测序技术的发展，越来越多的研究表明，糖尿病状态下，宿主肠道菌群的群落结构发生了变化。
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下降的一个重要原因,D-乳酸可能预示着肠道致病菌的增加,病
情的加重。
肠道通透性增加在糖尿病发病机制中发挥着关键作用。
糖尿病小鼠粪便中D-乳酸含量显著升高,一定程度上反映
出糖尿病小鼠肠道存在黏膜受损通透性增加的变化。 当肠黏膜通透性增加时血中D-乳酸及脂多糖均显著增组D-乳酸含量的上升是肠道功能受损的一种表现, 乙酸、丙酸和正丁酸含量的显著下降可能是引起肠道屏障功能
为肠粘膜细胞提供能量，促进细胞的代谢、生长；
降低结肠内环境pH值，减少有害菌的生长，防止肠道功能紊乱；
抑制抗炎因子的生成，对结肠炎症反应起到抑制作用；
抑制肿瘤细胞的增殖、控制原癌基因的表达、促进肿瘤细胞的 分化和凋亡，起到抗肿瘤的作用。
·动物分组、喂养 分组：正常、高脂、糖尿病、模型给药组
·小鼠粪便的采集、稀释混匀
·肠道菌群计数 采用平板计数法对样品中的双歧杆菌、乳酸杆菌、肠杆菌、肠球
取粪样均质液以10倍梯度稀释，分别接种到相应培养基上培养，
菌和产气荚膜梭菌计数。
指标的测定：空腹血糖、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白 低密度脂蛋白以及粪便中短链脂肪酸和D-乳酸含量。
代谢产物的测定：采用气相色谱法检测粪便中代谢产物乙酸、
度相关,D-乳酸的量可间接反映肠道细菌的增殖情况。
由于D-乳酸的变化与血糖变化方向一致,提示D-乳酸可能是一个 病理性因素,其含量的上升,可能与致病菌的增加有关。
糖尿病动物及患者血浆中的D-乳酸含量显著升高。
D-乳酸正常情况下很少被吸收,且哺乳动物不具备将其快速降解 的酶系统。只有当肠黏膜通透性增加时,肠道中细菌产生的大量 D-乳酸才能通过受损黏膜入血,使血浆D-乳酸水平升高。由于血 浆D-乳酸来源于肠道,血浆D-乳酸含量升高反映了肠道D-乳酸的 高水平状态。
短链脂肪酸（SCFA）也称为挥发性酸，是由 1～6个碳原子组成
的有机脂肪酸，大多是由结肠内厌氧菌利用低聚糖、非淀粉多 糖、抗性淀粉等未消化碳水化合物发酵和蛋白质降解的主要产 物，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、异 己酸和己酸。其中乙酸、丙酸和丁酸含量最高,
短链脂肪酸在结肠内作用：
丙酸和正丁酸的含量。
糖尿病组小鼠粪便中乙酸、丙酸和正丁酸的含量均明显低于正常 组及高脂组。 可能存在着生成乙酸、丙酸和正丁酸的某些厌氧益生菌的缺失或 减少,致使肠道菌群对宿主代谢产生异常影响,引发代谢紊乱。 给药组的乙酸、丙酸和正丁酸的含量明显上升，给药后丙酸和正 丁酸基本恢复到正常水平,而乙酸含量虽有所上升,但未能达到正
小鼠肠道菌群代谢产物与糖尿病
人体肠道微生态系统中存在着一个庞大的细菌菌群，在正常生 理状态下，肠道菌群中，结肠内含菌量多达1011～1012个，其 中厌氧菌如双歧杆菌、拟杆菌占绝对优势，占98%以上。 除了提供自身生长所需营养物质外，对肠道内环境也起到一定 的作用。
肠内菌群在机体内能够参与食物的降解、代谢产生的代谢产物，
常水平,可能生成乙酸的某些厌氧益生菌未能恢复正常水平。
糖尿病小鼠血糖升高时,肠道益生菌(双歧杆菌,乳酸杆菌)、梭
菌的数量降低;
经二甲双胍处理后小鼠血糖降低,肠道益生菌、梭菌的数量恢复 到正常值 但某些条件致病菌,如大肠埃希菌、肠球菌和真菌等,在整个实 验里呈递增状态
D-乳酸是肠道细菌酵解的产物,其代谢变化与肠道细菌的增殖程