俄勒岡州立大學的研究人員發現,腸道微生物組中的幾種生物在2型糖尿病中起著關鍵作用,這為可能對嚴重的代謝性疾病進行益生菌治療打開了大門,這種疾病嚴重影響了大約十分之一的美國人。

OSU藥學院藥理學副教授安德烈·莫根(Andrey Morgun)表示:“ 2型糖尿病實際上是一種全球流行病,預計在未來十年內診斷的數量將繼續上升。” “所謂的'西方飲食'-富含飽和脂肪和精製糖-是主要因素之一。但是腸道細菌在調節飲食效果方面扮演重要角色。”

2型糖尿病以前稱為成年糖尿病,是一種慢性病,會影響人體代謝葡萄糖的方式,葡萄糖是一種重要的能量來源。對於某些患者來說,這意味著他們的身體胰島素阻抗的作用-胰腺產生的激素為糖進入細胞打開了大門。其他患者不能產生足夠的胰島素來維持正常的葡萄糖濃度。

在這兩種情況下,糖都會在血液中積聚,如果不及時治療,其效果將損害許多主要器官,有時甚至致使殘疾或危及生命。2型糖尿病的主要危險因素是體重超重,這通常是西方飲食加上身體活動量不足導致的。

人類腸道菌叢的特徵是來自約1,000種不同細菌的10萬億種微生物細胞。腸道菌叢中的營養不良或失衡通常與對人的健康有不利影響。

OSU卡爾森獸醫學院生物醫學科學副教授納塔利婭·舒爾任科(Natalia Shulzhenko)表示,“有些研究發現,營養不良是由數百種不同微生物相互作用產生的複雜變化引起的。” “但是,我們的研究和其他研究發現,飲食中改變不同微生物的菌數可能會對宿主產生重大影響。”

Shulzhenko和Morgun使用了一種新的,數據驅動的系統生物學方法,稱為“動態網路分析”(transkingdom network analysis ),以研究西方飲食條件下的宿主-微生物相互作用。這使他們能夠研究微生物群的個體成員是否在飲食誘導宿主的代謝變化中起作用。

Morgun說:“分析指出了可能影響人代謝葡萄糖和脂質的方式的特定微生物。” “更重要的是,它使我們可以推斷出這些影響是否對宿主有害或有益。而且我們發現了這些微生物與肥胖之間的聯繫。”

科學家確定了四個可操作的生物分類單位( operational taxonomic units),即OTU,它們似乎影響了葡萄糖的代謝。OTU是一種基於基因序列相似性對細菌進行分類的方法。

鑑定出的OTUs對應於四種細菌種類:約翰遜乳桿菌,加氏乳桿菌,迴腸菌和迴腸球菌(Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus gasseri, Romboutsia ilealis and Ruminococcus gnavus)。

舒爾堅科說:“前兩種微生物被認為是葡萄糖代謝的潛在“改良劑”,其他兩種潛在的是“惡化者”。“總體跡象證實,微生物的個別類型和/或它們之間的相互作用,而不是腸道菌叢失衡,才是2型糖尿病的關鍵因素。”

研究人員給老鼠餵了相當於西方飲食的食物,然後用改良和劣等微生物補充了囓齒動物的攝取量。乳桿菌可增強肝臟線粒體的健康,這意味著宿主代謝葡萄糖和脂質的方式得到了改善,接受這些乳桿菌的小鼠的脂肪量指數也比僅接受西方飲食的小鼠低。

對照早期人類研究的數據檢查小鼠結果,科學家發現人體質量指數與四種細菌的存在量相關-改良劑越多,體重指數就越好,惡化劑越多與健康狀況差有關BMI。

舒爾堅科說:“我們發現在超過80%的肥胖患者中存在迴腸桿菌,這表明該微生物可能是超重人群中普遍存在的。”

病態微生物(pathobiont)通常與其宿主具有共生關係但在某些情況下可能引起疾病的生物。

她說:“ˋ整體來說,我們的觀察結果支持了我們在西方飲食餵養的小鼠中觀察到的結果。” “並且在查看所有代謝產物時,我們發現了一些可以解釋由乳酸桿菌治療引起的益生菌作用的大部分原因。”

乳酸桿菌是一種微生物屬,包含數百種不同的細菌菌株。它在益生菌中很常見,並且經常出現在許多類型的發酵食品和乳酸菌強化的乳製品中,例如酸奶。

莫根說:“我們的研究發現了用於治療2型糖尿病和肥胖症的潛在益生菌菌株,並深入了解了它們的作用機制。” “這意味著有機會開發有針對性的療法,而不是試圖恢復一般的'健康'微生物群。”

美國國立衛生研究院和歐洲研究委員會支持這項研究。

參考文獻:

Richard R. Rodrigues, Manoj Gurung, Zhipeng Li, Manuel García-Jaramillo, Renee Greer, Christopher Gaulke, Franziska Bauchinger, Hyekyoung You, Jacob W. Pederson, Stephany Vasquez-Perez, Kimberly D. White, Briana Frink, Benjamin Philmus, Donald B. Jump, Giorgio Trinchieri, David Berry, Thomas J. Sharpton, Amiran Dzutsev, Andrey Morgun, Natalia Shulzhenko. Transkingdom interactions between Lactobacilli and hepatic mitochondria attenuate western diet-induced diabetesNature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20313-x

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