肠道微生态与2型糖尿病的发生和发展

李琳琳，王 烨

（新疆医科大学基础医学院药理学教研室，新疆乌鲁木齐830011）

·前沿论坛·

肠道微生态与2型糖尿病的发生和发展

李琳琳，王 烨

（新疆医科大学基础医学院药理学教研室，新疆乌鲁木齐830011）

李琳琳，新疆医科大学基础医学院药理学教研室教授，博士生导师，新疆维吾尔自治区药理学重点学科带头人、药理学精品课程负责人和教学能手，新疆医科大学先进科研工作者和优秀教师，中国药理学会理事。2009年作为高级访问学者赴美怀俄明大学学习1年。目前主要承担本专科生、本硕连读生药理学课程、留学生药理学（英文授课）及研究生心脑血管药理课程。迄今共主持国家自然科学基金（NSFC）地区项目4项、NSFC-新疆联合基金优青项目1项、省部级项目4项和中国教育部新世纪优秀人才支持计划1项，在J MolCellBiol和Obesity等SCI期刊及国内核心期刊共发表论文70余篇，已获得专利3项，获得校级及省部级科研奖励4项。

2型糖尿病（T2DM）是一种由遗传和环境因素共同引起的复杂内分泌疾病，其发病机制仍有很多未知因素。近年来的研究中，肠道微生态越来越受到世界各国糖尿病研究者的关注。本文以T2DM相关肠道菌群的发现、验证及分子机制的探索为主线，综述肠道菌群在T2DM的发生发展中的作用，即从饮食、慢性炎症、短链脂肪酸、胆汁酸、肠道菌群群集及运动昼夜节律性和微RNA等方面对肠道菌群在T2DM发生发展中的作用及可能机制进行综述。

2型糖尿病；肠道微生态；肠道菌群

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是一种由遗传和环境因素共同引起的复杂内分泌疾病，病情严重或应激时可发生急性代谢紊乱，久病可引起多系统损害，其病因和发病机制较复杂，目前认为属多基因、多因素的复杂遗传异质性疾病。

2015年12月世界糖尿病大会最新发布的第7版糖尿病概览（Diabetes Atlas）：全球目前约4.15亿糖尿病患者，即每11人中即有1人患有糖尿病，每6 s就有1例患者死于糖尿病，超过了疟疾、肺结核和艾滋病致死人数的总和。中国和印度的糖尿病患者最多，分别为1.1亿和0.69亿。该最新版显示，自2013年发布上版概览以来，全世界共增加了0.31亿的成年糖尿病患者。T2DM患者人数的增加与现代生活方式、不健康的饮食、运动量减少以及肥胖人数增加有关，如果不采取措施，国际糖尿病联盟（IDF）预测，到2040年将有6.42亿人患有糖尿病，与目前的数据相比增加＞50%。糖尿病迄今还无法根治，而现有的治疗方法也需要大力改进［1］。

T2DM的发病机制仍然有很多未知因素，其预防和管理在很大程度上依赖于对发病机制的了解。近年来，肠道菌群越来越受到世界各国糖尿病研究者的关注。

肠道是人体内最大的免疫器官，肠道菌群也被称为“第二基因组”，在每个人的肠道中都存在约1.5 kg的细菌，这些细菌对人类的健康产生了巨大的影响，它们通常以一种敏感的平衡在肠道中生存，但这种平衡一旦打乱，就会诱发多种疾病。肠道微生态与宿主遗传因素之间也存在密切关系，人的基因会对肠道微生态产生重要影响［2］。越来越多的研究表明，肠道菌群与人类肥胖、心血管疾病和T2DM等代谢性疾病的发生发展之间的联系日益清晰，肠道菌群在T2DM的发生发展中扮演重要角色。但是，由于菌群的复杂性，它们之间的深层次的功能联系还未研究得非常透彻。2005年，中国等13个国家代表在法国召开的人类微生物组圆桌会议上发表了《巴黎宣言》，宣布启动人类第二基因组计划“人类元基因组计划”，即进行人体微生物基因研究，预计这至少相当于人类基因组计划的10倍工作量［3］。因此，本文的目的是综述肠道菌群在T2DM的发生发展中的作用，并设想这一研究的未来走向。

1 运用关联分析研究，发现与T2DM相关的菌群

美国国立卫生研究院（NIH）2007年12月正式启动了基因工程人体微生物组计划（Human Microbiome Project）［4］，旨在描绘肠道菌群的基本框架，确定个体之间是否存在共同的核心微生物组，即测取人体各个部位微生物种群的宏基因组（metagenome）序列，从而加深对人体微生物种群结构、人-微生物交互作用、人体微生物功能差异、微生物和疾病等问题的理解，解决人类基因组计划破解不了的难题。

传统上，用纯培养法研究细菌，是一种经典的分析微生物生态系统组成及功能的方法。肠道是厌氧环境，因此培养微生物的方法多为厌氧菌培养法，但据估计肠道内有60%～80%的细菌是不可培养或难以培养的。因此，不依赖于培养的其他方法应运而生。微生物分子生态学是以微生物的核酸（基因组DNA或RNA）为分析对象，以核酸分子的种类和数量反映该种群中微生物的种类和数量［5］，高通量测序技术等克服了传统培养方法的局限性，较客观、全面快速地分析微生物种群的结构组成，可实现对同一个微生物种群结构的动态跟踪研究，也可对不同种群进行比较分析，分析微生物种群的基因组成及功能，解读微生物种群的多样性和丰度，探索微生物与环境及宿主之间的关系，发掘和研究新的具有特定功能的基因等。不依赖培养的分子分析方法虽可探究与宿主表现型相关联的肠道微生物种群和基因，但难以用来研究它们是如何影响宿主的表型（phenotype）［6］。基于分子分析方法可发现与宿主表型相关联的微生物［7］，纯培养方法可研究这些微生物的作用或作用机制，两者相结合是研究肠道微生物与宿主关系的有效方法。结合纯培养和分子分析方法，阐明核心微生物种群与糖尿病的相关性或引起糖尿病的可能机制，进而可发展出以肠道菌群为靶点、预防和治疗肥胖和糖尿病的新方法。

2010年3月，Nature杂志以封面故事着重介绍了由深圳华大基因研究院主要承担的“人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作”，该研究经过序列组装和基因注释分析，从中获得330万个非冗余的人体肠道元基因组的参考基因，约是人自身基因的150倍［8］。2012年9月，他们研究完成了“肠道微生物与T2DM的宏基因组关联分析”研究，成果在Nature上再次发表。该研究表明，汉族T2DM患者仅出现中度肠道微生物菌群失调，一些益生菌丢失，一些有害菌增多，如产丁酸的细菌在T2DM患者中有所减少。丁酸主要调节人体肠道微生态平衡，对肠道健康起着关键性的作用；而硫还原菌（Desulfovibrio，sp.)有所增加，它可能是引起肠道炎症的条件致病菌。该研究为全面揭示T2DM与肠道微生物之间的关系奠定了重要的分子基础，为通过DNA序列的微生物分类提供了新方法。这项成果同时也体现出基于肠道菌群的关联分析在糖尿病的临床评定和患者诊断中的应用价值和前景［9］。

Larsen等［10］研究T2DM患者肠道微生物与非糖尿患者群的差异，采用454测序技术结合qPCR技术对36个样本肠道微生物进行分析。结果表明，T2DM患者厚壁菌门（Firmicutes）和梭菌纲（Clostridialedes）微生物比例较非糖尿病患者人群显著降低，而变形菌纲（Proteobacteria）微生物数量较多。拟杆菌门（Bacteroidetes）与厚壁菌门的比值、拟杆菌门-普雷沃菌属（Prevotella）的比值及球形梭菌（Clostridium coccoides）-直肠真杆菌（Eubacterium rectale）的比值与血糖浓度呈正相关，而与体测指数无关。变形菌纲微生物数量与血糖浓度呈正相关。

2013年9月，来自法国农业科学研究院等单位的科研人员通过对169名肥胖和123名非肥胖的丹麦人的肠道菌群进行研究，首次发现肥胖和不肥胖人群的肠道菌群的种类和数量均存在显著差异：低微生物丰度的个体也含有更多的体内脂肪，大都表现出胰岛素抵抗，即高血清胰岛素、高甘油三酯和游离脂肪酸、低血清高密度脂蛋白胆固醇等，并且还伴有炎症表征。因此，低微生物丰度的人群患前期糖尿病、T2DM和缺血性心血管疾病等肥胖相关的疾病的风险更高；并指出肠道菌群可作为新的切入点，为日益困扰现代人生活的肥胖问题提供新的防治思路。该研究成果于2013年8月底在Nature杂志发表［11］。

2015年Lambeth等［12-13］运用Illumina测序技术对3组人群（糖尿病前期，T2DM，非糖尿病）粪便样品的16S rRNA的V4区的PCR产物进行测序，开展细菌种群组成和多样性研究。在3组人群中发现了5个最丰富的种群：拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、疣微菌门（Verrucomicrobia，phy.）和放线菌门（Actinobactera，phy.）；在糖尿病前期人群中发现假诺卡氏菌科（Pseudonocardiaceae）水平明显高于其他2组；T2DM组中柯林斯菌属和肠杆菌科（Entarobacteriaceae）水平明显高于其他2组。研究表明，糖尿病前期和T2DM人群肠道微生物种群失调存在一定的关联，提出在糖尿病前期早期治疗，可通过影响肠道菌群，减少从糖尿病前期过渡到T2DM的可能性。

2 发现及验证相关肠道菌群引起T2DM的能力

2004年，Backhed等［14］用多形拟杆菌VPI-5482接种8周龄雄性无菌C57BL/6J（B6）小鼠后，发现其体脂增加了23%，并出现胰岛素抵抗，说明拟杆菌属有促进脂肪累积的作用。多形拟杆菌的基因组包含172个糖基水解酶，可分解人日粮中大多的糖苷键，这可能与拟杆菌属能分解植物多糖有关，促进宿主吸收或储存能量。其可能是通过影响了糖类应答元件结合蛋白和固醇调节元件结合蛋白的表达，诱导肝的脂肪合成；抑制禁食诱导脂肪细胞因子（fasting-induced adipose factor，Fiaf），使得脂蛋白脂肪酶（lipoproteinlipase，LPL）活性增加，促使甘油三酯在脂肪细胞里累积。高表达Fiaf基因具有抑制LPL的活性，减少脂肪积累、促进脂肪消耗的功能，但肠道菌群可抑制Fiaf基因的高表达，LPL活性增加，从而促进脂肪的积累。这就是无菌小鼠单纯喂饲高脂高糖膳食饲料不会引起肥胖而移植了正常菌群以后开始肥胖的一个重要原因，即肠道菌群关闭了Fiaf基因、增加肝中乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合酶的表达来实现能量吸收和脂肪的存储，随着小鼠体脂肪含量的增加，可能会促进胰岛素抵抗的形成。

2007年，比利时天主教卢文大学Cani教授等［15］发现，高脂饲料引起的肥胖小鼠血液内，内毒素水平比正常小鼠高2～3倍，且伴有低度炎症。将提纯的内毒素以相等的低剂量给予喂饲普通饲料正常体质量的小鼠皮下注射，小鼠出现全身性低度炎症、肥胖伴胰岛素抵抗，提示由肠道病原菌产生的内毒素进入血液，可诱发小鼠肥胖和胰岛素抵抗。但是，对于是何种细菌产生的内毒素一直无定论。直到2012年，赵立平教授带领的研究团队报道，在研究改变饮食与肠道菌群的变化中，他们发现了80种与饮食改变相关的细菌，并在1名体质量达175 kg的肥胖患者肠道内发现了条件致病菌阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）过度生长，占总菌量1/3之多，且可产生内毒素，用特殊设计的营养配方干预以后，这种病菌数量明显下降直至肠道内检测不到，与此同时患者的体质量也明显下降了51.4 kg，血糖、血压和血脂等指标也恢复正常［16］。他们把该菌分离鉴定、培养并接种到无菌小鼠体内，诱导出严重的肥胖症，并伴有糖尿病的早期症状——胰岛素抵抗。研究其机制，发现这些由细菌引起的肥胖小鼠肠道内的Fiaf基因活性很低，提示阴沟肠杆菌可能通过关闭这个基因，促进脂肪存储，抑制脂肪消耗，造成脂肪过度积累。提示肠道菌群可调节小鼠的脂肪代谢，是肥胖发生的必需条件。

阴沟肠杆菌是第一个被证明可引起肥胖的细菌，它在肥胖症患者肠道内数量升高应是造成肥胖的原因而不是结果。这是国际上首次证明肠道细菌与肥胖之间具有直接因果关系，为肠道菌群参与人体肥胖和糖尿病发生发展的“慢性病的肠源性学说”提供了最直接的实验证据，也为深入了解细菌和膳食互动诱发代谢性疾病的分子机制建立了新的动物模型，即可通过移植肠道菌群复制疾病模型，并开展肠道菌群作用及作用机制研究，这为今后开发用于治疗肥胖或糖尿病的益生菌等提供了新的途径。

3 研究病菌引起代谢失调的分子机制，阐明肠道内细菌变化与糖尿病之间的因果关系

3.1 肠道菌群的群集和运动具有昼夜节律性

Panda研究团队于2014年12月在Cell Metab杂志报道，他们通过每4 h提取小鼠盲肠内容物和粪便肠道菌群并进行宏基因组DNA和16S rRNA测序分析，评估了正常饮食小鼠和高脂饮食小鼠肠道菌群在24 h内的稳定性［17］。发现肠道菌群数量在常规进食和禁食时会发生周期性变化，且其波动可造成胆汁酸的波动，后者在控制胆固醇水平、脂肪吸收和机体整体代谢上扮演关键角色；进一步研究发现，高脂饮食可减少进食或禁食引起的肠道菌群的周期性波动。他们设计的限定时间点（time-restrictfeeding）喂饲，可部分恢复参与宿主代谢的肠道菌群的周期性波动。研究人员提出假设，细菌节律性的改变可能引起机体代谢的改变，从而导致代谢综合征。因此，在评估微生物在宿主代谢中的作用时，除了饮食和喂饲方式，喂饲时间点也是重要的参数。这些发现对基础研究有着重要的影响，提示在研究菌群特征时，要关注肠道菌群样本的取样时间，尤其是在进行益生菌干预研究时，要注意合理的喂饲时间：即在益生菌水平升高时摄入，这将辅助促进循环，有利于健康；而在细菌本该处于生理性低水平时添加益生菌，可能会带来负面影响。

那么细菌如何及为何在24 h循环中波动？细菌节律性的变化是如何导致代谢综合征的呢？2016年1月Paulose等［18］在PLos One报道，发现人类肠道细菌对褪黑素很敏感，表现出内源性昼夜节律性。昼夜节律是大多数真核生物的基本属性，在原核生物中昼夜节律仅在蓝藻中发现。最近的研究发现，褪黑素可促进阴沟肠杆菌（人体胃肠系统一种共生菌）的富集，并表现出昼夜模式，而对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌却无影响。提示肠道微生物组也受宿主生物钟调节，即微生物菌群的昼夜节律性可能与人体生物钟有密切关系。

3.2 饮食作用及慢性炎症

克利夫兰诊所（Cleveland Clinic）的研究人员［19］2016年3月在Cell杂志上撰文，通过对4000多名患者的临床研究，发现氧化三甲胺（trimethylamino oxide，TMAO）水平可用来独立预测心脏病发作和卒中等血栓相关疾病的风险。研究表明，肠道微生物通过生成TMAO，直接促进血小板高反应性和增加血栓形成；同时他们又开展了动物模型的研究，给与无菌小鼠含胆碱饮食或TMAO，肯定了肠道菌群和TMAO在调节血小板高反应性和血栓形成中发挥的作用，并验证了微生物种群与血浆TMAO和血栓形成间的关联。该研究结果揭示了以前从未报道过的特殊的膳食营养成分、肠道细菌、血小板功能与血栓形成风险之间的一个关联机制。

有研究表明，饮食会干扰肠道菌群对胖瘦的影响［20］。如将同笼饲养的2组小鼠喂食高纤维低脂肪的健康食物，实验结果不会有任何改变；但如喂食低纤维高脂肪的不健康食物，则肥胖小鼠不再因消瘦小鼠肠道细菌的“侵入”而减肥。

美国斯坦福大学Sonnenburg等［21］发现，小鼠一代中摄入低碳水化合物饮食导致的肠道菌群的变化，可通过改变饮食结构的方式得以逆转，如连续几代都是如此，肠道菌群的多样性将不断降低，即便改回富含膳食纤维的饮食也无法恢复菌群的原本状态。此时只有移植失去的微生物群体加上摄入富含可供菌群使用的碳水化合物才能恢复肠道菌群的多样性。究其原因，长在肠黏膜表面保护肠屏障的细菌，也就是益生菌，它要靠膳食纤维来生长，如长期喂饲高脂肪低膳食纤维食物，膳食纤维摄入得少，益生菌就会减少，且被有害菌取代。有害菌通过脂多糖（lipopolysaccrides，LPS）而诱发肥胖相关的机体炎症反应和胰岛素抵抗［22］；来源于革兰阴性菌细胞膜的LPS在LPS结合蛋白的转运作用下，与CD14及Toll样受体4/5（Toll-like receptor 4/5，TLR4/5）结合，从而触发表面能表达CD14和TLR4/5的免疫细胞（如巨噬细胞、中性粒细胞等）的一系列信号传递，释放炎性因子，此研究结果也在TLR2和TLR5缺陷小鼠上得到验证。美国康乃尔大学Gewirtz研究团队又进一步发现，将TLR5缺陷型小鼠肠内微生物移植至正常小鼠体内，可引起代谢综合征，表现为高血脂、高血压、胰岛素耐受和肥胖［23］。慢性炎症是加速衰老、肥胖及糖尿病等疾病的最重要原因。

2015年10月，从事微生物研究的著名学者Gordon研究团队运用分类群插入序列法（multitaxon insertion sequencing，INSeq），分析在悉生小鼠肠道内多种细菌的数千万转座子突变和肠道菌群类型［2］。主要对人类肠道内4种常见杆菌进行了分析：解纤维芽孢杆菌、卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）和2株多形拟杆菌（Bacteroides thetaio⁃taomicron）亚种。他们将4个突变体库和通常出现在人类肠道微生物群的11个野生菌种一起移植给无菌小鼠，然后分别给予单糖加高脂饮食（D1）、植物多糖加低脂饮食（D2）或依次给予D1-D2-D1或D2-D1-D2混合饮食。根据粪便或盲肠微生物群的INSeq读数的相对丰度来计算每个基因的“健康指数”，比较输入和输出健康指数。研究发现，最常见的谷类半纤维素阿拉伯木聚糖能影响具有代表性的拟杆菌属解纤维芽孢杆菌水平，即解纤维芽孢杆菌和其他拟杆菌属对所处微环境进行了调整以应对高脂肪饮食中添加的阿拉伯木聚糖。

INSeq提供了一个量化菌群分析模式，用来确定细菌类型和饮食特定效应，提供饮食因素（氨基酸、碳水化合物和维生素等多因素）在基因水平的量化检测方法，有助于根据对比体外培养数据和体内输出数据的差异、微生物群RNA序列宏转录谱、代谢途径的重构基因、调节因子和多糖利用位点等设计出益生菌干预方案。

3.3 短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）

细菌发酵多糖代谢产物主要有SCFA（乙酸、丙酸和丁酸等）和气体（氢气、二氧化碳、硫化氢、甲烷和氨气）。肠道菌群基因产生的一系列酶，催化底物而产生SCFA相应的盐，并被继续分解产生氢气和二氧化碳。

丁酸盐是肠上皮细胞的主要能量源，有助于保护胰岛素敏感性和维持能量平衡，可促进肠黏膜修复及其功能恢复，并抑制炎症细胞因子的形成，减少肠道上皮细胞的肿瘤坏死因子的分泌，起着抗炎和抗肿瘤作用；而乙酸盐和丙酸盐的主要功能是肝糖异生和脂肪生成过程中的重要底物［24］。

肠道微生物通过SCFA影响葡萄糖和能量代谢。如肠道内甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）细菌能利用二氧化碳作为电子受体，氢气或甲酸作为电子供体促进多糖的利用；硫还原菌可利用氢气还原硫酸盐产生硫化氢，产生腐败物质，使肠壁渗漏。

SCFA作用机制尚不清楚，它们可与在肠黏膜、免疫细胞、肝和脂肪广泛表达的G蛋白偶联受体41（G protein-coupled receptors 41，GPR41）和GPR43结合，通过它们介导的信号系统诱导SCFA分泌高血糖素样肽（glucagon-like peptide-1，GLP1）和胃肠激素肽YY（peptide YY，PYY），已证明丁酸经由cAMP依赖机制，促进结肠L细胞分泌GLP1和PYY，抑制免疫细胞炎症的发展；丙酸通过GPR41信号通路调控肠道糖异生，影响机体的糖代谢。这些发现提示，SCFA对宿主代谢具有多效性，且大有裨益，可作为治疗和预防T2DM的新靶点［25］。

调解肠道细菌和葡萄糖内环境稳定的还有胆汁酸代谢途径［23］。从肝胆固醇产生的初级胆汁酸与甘氨酸结合，由远端回肠再摄取进入肠肝循环。肠道细菌能够将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸。次级胆汁酸与G蛋白偶联胆汁酸受体5（GPR5 for bile acids，TGR5）结合，TGR5信号系统激活后促使肠L细胞分泌GLP-1。该信号传导途径被认为可防止饮食诱导的肥胖。

初级胆汁酸激活属于核受体超家族的核法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）［26］，研究证明，FXR可调控多种代谢通路，除在胆汁酸代谢中发挥重要作用外，激活后还可参与维持机体糖脂代谢稳态。随着糖脂代谢异常相关疾病发病率的升高，FXR对糖脂代谢的调节越来越引起研究者的重视。FXR激动剂可能成为治疗T2DM和脂代谢紊乱等代谢性疾病的新型药物靶点。

王烨等［27］利用GC-MS对新疆维吾尔族和哈萨克族T2DM与正常糖耐量人群的粪便样本中SCFA进行分析，发现哈族T2DM人群粪便中丁酸含量明显下降，并且与空腹血糖值呈负相关；他们对二甲双胍治疗的T2DM小鼠的粪便SCFA的研究也发现，治疗过程中粪便SCFA的含量随血糖值的下降而增加。这一结果提示，二甲双胍改善糖尿病可能与肠道菌群及其代谢的改变有关。

3.4 微RNA（microRNA，miRNA）

miRNA是现代生物医学中的一个重要的调节分子，它通过对基因转录表达的调控，影响着人体所有细胞、组织和器官的各种功能，在人类疾病的发生和防治中具有十分重要的作用。

肠道共生菌与宿主的互作研究已备受关注。有研究表明，肠道微生物的定植能够影响宿主肠上皮组织mRNA表达，共生菌能够诱导宿主miRNA的表达［28-29］。虽然具体机制尚未阐明，但可推测其与共生菌的物质代谢、表面抗原及肠道菌群-宿主互作有关。2011年Dalmasso等［30］在PLos One撰文报道，将无菌小鼠定植了无致病菌小鼠的肠道菌群后，经miRNA芯片检测，发现在定植小鼠和无菌小鼠的回肠和结肠中分别有1种和8种miRNA发生差异性表达，与基因芯片结合进一步发现了差异表达的miRNA调控的靶基因，提示miRNA介导肠道菌群对宿主基因表达的影响，但潜在的分子机制仍待阐明。Singh等［31］2012年在Int J Biol Sci上撰文，将无病原体小鼠的粪便中获得的提取物给予无菌小鼠灌胃。结果表明，无菌小鼠肠道菌群的改变影响了盲肠miRNA的表达，提示共生菌可通过调节miRNA而影响肠道屏障功能，调节肠道内环境稳定。由此看来，异常表达的miRNA可被认为是一种新的疾病治疗靶标。

肠道微生物的某些代谢物，如维生素和SCFA等被宿主吸收利用后，能调节宿主生理功能。研究发现，适宜生理浓度的原儿茶酸能够促进小鼠巨噬细胞中胆固醇排出，抑制血管壁炎症反应，且抑制巨噬细胞中miRNA-10b的表达，miRNA-10b对胆固醇排出发挥负调节作用。该研究表明，肠道菌群通过调节宿主miRNA-10b表达，调控胆固醇排出，发挥抗动脉粥样硬化作用。综上所述提示，肠道微生物及其代谢产物可调控宿主细胞miRNA的表达，影响肠道上皮等组织的功能；在miRNA的调控中，肠道菌群作为激发者或中介者被宿主感应，影响肠道生理功能，甚至宿主的整体代谢［32］。

哈佛医学院和波士顿布里格姆妇女医院的研究人员Liu等［33］2016年1月在Cell Press发表文章，发现粪便miRNA介导的基因调控有利于宿主调控肠道微生物。miRNA富含于小鼠和人的粪便样品中，主要存在细胞胞外囊泡中。通过运用细胞特异性缺失miRNA加工酶Dicer进行研究，确定了肠上皮细胞和Hopx阳性细胞为粪便miRNA主要来源。这些miRNA可进入细菌，如具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）和肠杆菌属中，从而调节细菌基因的转录，影响细菌的生长。肠上皮细胞miRNA缺失的（DicerΔIEC）小鼠表现出肠道菌群失调，结肠炎症状加剧，而将野生型小鼠粪便miRNA移植给它们，修复了微生物的失调状态，并改善了结肠炎。研究表明，miRNA具有调节粪便肠道微生物的生理作用，把miRNA作为调控肠道微生物的潜在靶标，即用不同miRNA去调节不同种类的细菌可能是一个非常有吸引力的替代方案。因为从理论上讲，与进行粪便移植并且确保安全性相比，使用来自测序结果的基因草图来制造miRNA的模仿品要更简单，而且更有针对性。

总之，饮食、宿主基因和肠道菌群在代谢综合征的发展中相互作用，宿主基因决定肠道菌群对不同饮食的应答，环境还可影响肠道菌群对饮食的反应，特异的菌群与代谢表型相关［34］。

4 展望

目前的研究表明，肠道菌群可能通过以下机制导致糖脂代谢紊乱，从而诱发胰岛素抵抗或糖尿病［35］：革兰阴性菌外膜衍生细菌脂多糖介导产生低度炎症，从而改变脂质和糖代谢的信号转导途径；影响食物纤维在细菌发酵下生成SCFA，进而影响胆汁酸等水平；肠上皮细胞渗透性的增加可能导致增加肠内容大分子被吸收、全身性病理性免疫反应，最终导致胰岛素抵抗及T2DM。但在人类的研究中，迄今尚未能回答肠道菌群与T2DM的因果关系或者互为因果，还需进行以下研究回答这个问题。第一步：精心设计前瞻性研究，把糖尿病前期患者纳入进来，通过纵向研究找到肠道菌群和糖尿病发生发展之间相关联的证据；第二步：挖掘出糖尿病前期个体中哪些菌群变化可导致或不导致T2DM，并进一步在动物实验上进行验证；第三步：明确因果关系，并设计合理的随机临床干预试验。

Waldor等［36］对肠道微生物研究的未来走向提出如下的建议：研究的重点将从对环境微生物结构的描述转回阐释它们群集、动态和功能的规律。学者们认为基于现代生物信息的系统生物学，尤其是用数学模型和计算模型阐释特异菌群间的相互作用，将对了解微生物的功能和动态起到关键性的作用；从化学和代谢信号角度对微生物群落之间以及与宿主之间的相互作用进行解密；提出改善营养与健康，来影响人类肠道菌群；使用合成基因组创造新的微生物或人工合成微生物，形成一个全新的微生物工程。

总之，未来微生物的研究将致力于阐明微生物群落之间，以及与它们的宿主之间分子介导的相互作用机制，一定会推出令人兴奋的新的生物转化疗法。随着计算机技术和测序技术的进步，我们相信这些问题的答案会逐渐呈现在我们面前。未来我们将有可能利用肠道菌群谱来认识和诊断T2DM，调整肠道菌群来治疗和预防T2DM，应用肠道菌群谱来开发新的药物和防治方法。

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Intestinalmicroecology and occurrence and development of type 2 diabetes mellitus

LILin-lin，WANG Ye
（PharmacologicalDepartment，Basic MedicalCollege，Xinjiang MedicalUniversity，Urumqi 830011，China）

Type 2 diabetes mellitus（T2DM）is a complicated endocrine disease caused by both genetic and environmental factors，many of which are unknown as far as for the pathogenesis of T2DM is concerned.In recent years，diabetes researchers have paid more attention to the intestinal microbiota.The discovery，verification and molecular mechanism of the intestinalmicrobiota related to T2DM are the focus of this article.The role of intestinal microecology in the development of T2DM is also reviewed，involving diet，chronic inflammation，short chain fatty acids，bile acids，the intestinal microbiota and circadian rhythm，and microRNA.

type 2 diabetes mellitus；intestinalmicrobecology；intestinalmicrobiota

The project supported by National Natural Science Foundation of China-Xinjiang Joint Fund for Special Training of Local Young Talents（U1403322）

LILin-lin，E-mail：442338720@qq.com

Q935

A

1000-3002-（2016）05-0483-08

10.3867/j.issn.1000-3002.2016.05.001

2016-01-04接受日期：2016-04-07）

（本文编辑：齐春会）

国家自然科学基金-新疆联合基金优青项目（U1403322）

李琳琳，E-mail：442338720@qq.com