糖尿病元凶竟是肠道菌群？最新研究揭秘胆汁酸代谢失衡的关键作用！

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促进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：

1.Key Laboratory of Grain and Oil Biotechnology, Academy of National Food and Strategic Reserves Administration, Beijing 100037, China

2.College of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China

作者信息：Hongwang Dong, Xinguo Liu, Ge Song, Wenting Peng, Xihan Sun, Wei Fang, Wentao Qi

研究背景

2型糖尿病(T2D)是一种全球流行的慢性代谢性疾病，与胆汁酸(BAs)代谢紊乱和肠道菌群失调密切相关。BAs通过调节葡萄糖和脂质代谢平衡影响代谢健康，但其在T2D中的具体作用机制尚不明确。db/db小鼠是研究T2D的经典模型，本研究旨在通过分析db/db小鼠的BAs代谢、肠道菌群及其调控基因的变化，揭示T2D的潜在机制。

研究方法

研究使用9周龄db/db小鼠(糖尿病模型组，n=10)与同窝野生型小鼠(对照组，n=10)，喂养8周后采集血清、肝脏、结肠组织和内容物。通过UPLC-MS分析结肠BAs组成，qRT-PCR检测肝脏和结肠中BAs合成、转运及受体相关基因表达，16S rDNA测序分析肠道菌群，并通过Spearman相关性分析BAs、菌群与代谢指标的关系。

实验结果

图1：糖尿病小鼠结肠胆汁酸谱显著改变

通过OPLS-DA模型分析发现，db/db组与对照组结肠BAs组成存在显著差异(图1A)。db/db组次级胆汁酸DCA占比高达60%(对照组仅18%)，而多种非12α-羟基化BAs(如β-MCA、w-MCA)和初级BAs(CA)显著减少(图1B)。总BAs、初级BAs、结合型BAs和非12-OH BAs水平全面下降，但12-OH BAs(DCA)显著升高(图1C-D)。这些变化表明糖尿病小鼠胆汁酸代谢失衡，尤其是非12-OH BAs的减少和DCA的富集可能与代谢紊乱直接相关。

图2：肝脏和结肠中胆汁酸调控基因表达异常

qRT-PCR结果显示，db/db小鼠肝脏中经典合成途径基因(CYP8B1)显著上调，而替代途径基因(CYP27A1、CYP7B1)及结合酶(BACS)表达受抑(图2A)。同时，肝脏胆汁酸转运蛋白(NTCP、BSEP、MRP2、OATP-1、OSTβ)及受体(FXR、TGR5)的mRNA水平显著下调(图2B-C)，而结肠FXR表达升高，TGR5降低(图2D)。这些基因表达异常提示糖尿病小鼠胆汁酸合成从替代途径转向经典途径，且肝肠循环功能受损，导致胆汁酸信号传导紊乱。

图3：糖尿病小鼠肠道菌群β多样性显著改变

α多样性分析(Chao和Shannon指数)显示两组菌群丰富度和均匀度无显著差异(图3A-B)，但基于Bray-Curtis距离的PCoA和NMDS分析表明，db/db组与对照组菌群结构显著分离(R=0.506, p=0.003)(图3C-D)。β多样性差异提示糖尿病导致肠道菌群整体组成改变，而非单一菌群丰度变化。

图4：糖尿病小鼠肠道菌群组成特异性改变

门水平上，db/db组Firmicutes和Proteobacteria丰度升高，Desulfobacterota减少(图4A);属水平上，产次级BAs的致病菌Escherichia-Shigella和Enterococcus显著富集，而与非12-OH BAs相关的Akkermansia、Desulfovibrio等有益菌丰度降低(图4B-C)。LEfSe分析进一步确认Escherichia-Shigella和Enterococcus为db/db组标志性菌属(LDA>4)(图4D)。菌群失调可能通过促进DCA生成和抑制非12-OH BAs合成加剧代谢紊乱。

图5：胆汁酸与菌群及代谢指标的相关性网络

Spearman相关性分析显示，非12-OH BAs(如β-MCA、UDCA)与体重、血糖、血脂呈显著负相关，并与Akkermansia等有益菌丰度正相关;而DCA与代谢紊乱指标正相关，且与Escherichia-Shigella富集密切相关(图5A-C)。此外，肝脏BAs合成和转运基因(如CYP27A1、BSEP)与非12-OH BAs水平正相关，提示菌群-胆汁酸-宿主基因轴共同驱动糖尿病代谢异常。

研究结论

1.代谢表型：db/db小鼠体重、血糖和血脂显著升高，呈现典型T2D特征。

2.BAs代谢紊乱：db/db小鼠结肠总BAs、初级BAs、结合型BAs和非12α-羟基化BAs(如β-MCA)显著减少，次级BAs(如DCA)增加，导致BAs受体(FXR、TGR5)和转运蛋白(NTCP、BSEP等)表达异常。

3.肠道菌群改变：糖尿病小鼠肠道中产次级BAs的细菌(如Escherichia-Shigella)丰度升高，而非12-OH BAs相关菌(如Akkermansia)减少。

4.机制关联：非12-OH BAs减少与代谢紊乱指标负相关，DCA增加与代谢异常正相关，表明BAs-菌群轴在T2D发病中起关键作用。