糖尿病新元凶！肠道菌群失调竟让胆汁酸‘失控’，代谢危机一触即发！

基本信息

英文标题：Imbalance of Bile Acids Metabolism Mediated by Gut Microbiota Contributed to Metabolic Disorders in Diabetic Model Mice

中文标题：肠道菌群介导的胆汁酸代谢失衡导致糖尿病模型小鼠代谢紊乱

发表期刊：《Biology》

影响因子：3.6

作者单位：

国家粮食和物资储备局科学院粮食与油脂生物技术重点实验室;

中央南林业科技大学食品科学与工程学院;

国家粮食和物资储备局科学院

作者信息：

Hongwang Dong;

Xinguo Liu;

Ge Song

研究背景

2型糖尿病(T2D)是全球范围内威胁人类健康的慢性代谢性疾病，其发病机制复杂，涉及胰岛素抵抗和β细胞功能障碍。近年来，胆汁酸(BAs)与肠道菌群的相互作用在代谢调控中的作用备受关注。BAs不仅是胆固醇代谢产物，还可通过激活FXR和TGR5受体调控糖脂代谢。肠道菌群通过去结合、脱羟基等修饰BAs，影响其信号传导。然而，T2D中关键BAs亚型、转运蛋白、受体信号及肠道菌群的关联尚不明确。本研究以db/db糖尿病模型小鼠为对象，探究其结肠BAs谱、肝脏BAs合成与转运基因表达、肠道菌群结构的变化，旨在阐明肠道菌群介导的BAs代谢失衡在T2D中的潜在机制，为理解T2D发病提供新视角。

研究方法

实验选用9周龄db/db小鼠(糖尿病模型组，n=10)及其野生型同窝小鼠(对照组，n=10)，饲喂AIN93G饲料8周。每周监测体重和空腹血糖;实验结束后采集血清、肝脏、结肠组织及内容物。血清生化指标(TC、TG、HDL-C、LDL-C、TBA)采用试剂盒检测;结肠内容物BAs谱通过UPLC-MS靶向代谢组学分析;肝脏和结肠组织中BAs合成(CYP7A1、CYP8B1等)、转运(NTCP、BSEP等)及受体(FXR、TGR5)基因表达通过qRT-PCR测定;肠道菌群组成通过16S rRNA测序(V3-V4区)分析，结合α/β多样性及LEfSe分析差异菌群;数据采用SPSS进行t检验，Spearman分析相关性。

实验结果

图1：糖尿病模型小鼠结肠BAs谱特征及代谢失衡

本图通过正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)展示db/db组与对照组BAs代谢谱差异(图1A)，模型组中DCA占比显著升高(60.19% vs. 18.46%)，而ω-MCA、β-MCA等非12-OH BAs下降(图1B)。总BAs、初级BAs及非12-OH BAs浓度降低(图1C)，次级BAs/总BAs比值升高(图1D)，表明糖尿病小鼠BAs代谢向次级产物转化。单变量分析进一步验证DCA上升及多种非12-OH BAs(如CDCA、UDCA)的减少(图1E)。这些变化提示BAs代谢失衡可能与T2D的糖脂代谢紊乱直接相关。

图2：糖尿病小鼠BAs合成、转运及受体信号通路异常

qRT-PCR结果显示，db/db组肝脏经典途径合成酶CYP8B1上调，而替代途径CYP27A1/CYP7B1及结合酶BACS显著下调(图2A)，表明BAs合成向经典途径偏移。BAs转运蛋白(NTCP、BSEP、MRP2等)及受体(FXR、TGR5)表达普遍抑制(图2B-C)，可能影响BAs肠肝循环。结肠中FXR表达上调而TGR5下调(图2D)，提示肠道局部BAs信号传导异常。这些基因表达变化共同导致BAs池缩小及信号紊乱，加剧代谢失调。

图3：糖尿病模型小鼠肠道菌群结构改变

α多样性(Chao指数、Shannon指数)显示两组菌群丰度无显著差异(图3A-B)，但β多样性(PCoA、NMDS)显示菌群结构显著分离(R=0.506，p=0.003)(图3C-D)。db/db组Firmicutes和Proteobacteria门富集，Desulfobacterota门减少(图4A)，Enterobacteriaceae科及Escherichia-Shigella属丰度升高(图4B-C)，而Akkermansia等有益菌减少(图4D)。LEfSe分析进一步确认差异菌群(LDA>4)，提示肠道菌群失调可能通过修饰BAs影响宿主代谢。

图4：糖尿病相关菌群特征及关键差异菌

在门水平，db/db组厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度增加，脱硫杆菌门(Desulfobacterota)减少(图4A)。科/属水平显示，Enterobacteriaceae科(Escherichia-Shigella属)和Enterococcaceae科(Enterococcus属)显著富集(图4B-C)，而Muribaculaceae科(norank_f_Muribaculaceae属)、Akkermansia等菌减少(图4D)。LEfSe分析(图4D)表明Escherichia-Shigella可能通过产生DCA促进代谢紊乱，而Akkermansia的减少削弱了非12-OH BAs合成，与BAs谱变化一致。

图5：BAs与菌群及代谢表型的多维度关联

Spearman分析显示，非12-OH BAs(如β-MCA、UDCA)与BW、FBG、血脂指标呈负相关，与肝脏BAs合成/转运基因(CYP27A1、NTCP等)正相关(图5A)。DCA则与代谢指标正相关，与OSTβ负相关(图5A)。菌群-BAs相关性网络(图5C)表明，norank_f_Muribaculaceae和Akkermansia与非12-OH BAs正相关，而Escherichia-Shigella与DCA正相关。这些结果整合了BAs代谢、菌群失调与宿主表型的复杂互作，为T2D机制提供了系统视角。

研究结论

db/db小鼠体重、血糖及血脂显著升高，结肠总BAs、初级BAs、结合型BAs和非12α-羟基BAs水平显著降低，而次级BAs中脱氧胆酸(DCA)增加。肝脏BAs合成途径从替代途径(CYP27A1/CYP7B1)向经典途径(CYP8B1)偏移，BAs转运蛋白(NTCP、BSEP等)及受体(FXR、TGR5)表达下调;结肠FXR上调而TGR5下调。肠道菌群β多样性显著改变，db/db组富集产次级BAs菌(如Escherichia-Shigella)，而Akkermansia等非12-OH BAs相关菌减少。相关性分析显示，非12-OH BAs(如β-MCA)与代谢指标负相关，DCA则呈正相关。结果表明，肠道菌群介导的BAs代谢失衡可能通过调控宿主糖脂代谢通路参与T2D进展。