糖尿病&肥胖合集 | 麦特绘谱助力糖尿病/肥胖相关研究成果

一、2型糖尿病研究方向

文献名称：Gut Microbiome Fermentation Determines the Efficacy of Exercise for Diabetes Prevention

发表期刊：Cell Metabolism，IF= 22.415

发表时间：2019.11

合作单位：香港大学

样本类型：人的粪便，小鼠粪便

技术方法：靶向代谢组学，宏基因组学，粪菌移植等

研究思路：

1）受试者分为久坐不动的对照组或12周运动的训练组，分析糖尿病前期患者对运动的血糖异质性反应

2）粪便宏基因组学分析运动对肠道菌群的改变

3）运动引起的肠道菌群变化与临床指标关联分析

4）运动响应者和无响应者之间肠道菌群不同功能分析

5）粪便代谢组学分析运动响应者和非响应者之间菌群代谢产物差异

6）粪菌移植验证运动干预后肠道菌群与葡萄糖代谢、胰岛素敏感性之间的因果关系

研究结果：对未经药物治疗的糖尿病前期个体进行运动干预研究，结果显示肠道菌群是葡萄糖代谢和胰岛素敏感性方面运动异质性的重要介质。肠道菌群功能差异进而产生不同菌群代谢产物可能导致运动个体差异性。运动响应者的微生物组具有较强的短链脂肪酸生物合成和支链氨基酸分解代谢能力，而非响应者的微生物组则具有有害化合物生成增加的特点。粪菌移植等动物研究进一步证实菌群及代谢物对葡萄糖稳态、胰岛素敏感性在运动异质性中的重要性。综上结果提示非侵入性检测技术（代谢组学、宏基因组学等）在预测运动反应性方面的可行性。

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文献名称：Human Gut Antibiotic Resistome and Progression of Diabetes

发表期刊：Advanced Science，IF=17.521

发表时间：2022.02

合作单位：西湖大学

样本类型：大队列样本 人的粪便和血浆

技术方法：靶向代谢组学，宏基因组学，全基因组关联化分析、孟德尔随机化分析等

研究思路：

研究结果：研究发现肠道中19个抗生素抗性基因（ARGs）主型及805个亚型，其中核心ARG亚型与糖尿病进展（健康对照、糖尿病前期、2型糖尿病（T2D））存在紧密相关。基于LASSO模型分析，鉴定出25个ARGs及27个菌种与T2D相关，其中Vancomycin_vanX（万古霉素抗性基因）、Multidrug_emrE（多重抗性基因）、MLS_ermX（大环内酯、林可霉素类和链阳霉素类抗性基因）和 Quinolone_norB（氟喹诺酮类抗性基因）与T2D呈显著正相关；肠道ARG丰富度、Multidrug_emrE及MLS_ermX与T2D具有正相关关系。通过一个新的与T2D呈正相关的糖尿病-ARG评分（DAS），纵向模型验证了DAS与糖稳态指标表型具有正向关系，并以胰岛素抵抗改变为主要特征。最后，DAS和Vancomycin_vanX与异亮氨酸、亮氨酸具有显著正相关关联，DAS和Multidrug_emrE与10-反式十七碳烯酸及8,11,14-二十碳三烯酸呈正相关，而与丁酸呈负相关。

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文献名称：Decreased Abundance of Akkermansia muciniphila Leads to the Impairment of Insulin Secretion and Glucose Homeostasis in Lean Type 2 Diabetes

发表期刊：Advanced Science，IF=16.806

发表时间：2021.08

合作单位：上海交通大学附属第六人民医院

样本类型：人的粪便和血浆，小鼠血清

技术方法：靶向代谢组学，宏基因组学等

研究思路：

研究结果：对四组受试者肠道菌群分析发现一个标志菌种Akkermansia muciniphila（AKK菌）在T2D-NO组中的丰度显著低于NGT-NO 组，而肥胖两组中没有显著差异，且AKK菌与胰岛素分泌呈正相关。进一步分析发现，βCDCA与AKK和胰岛素分泌呈负相关，参与胆汁酸合成酶基因（baiB）与AKK菌呈正相关，与βCDCA呈负相关。体内和体外试验结果表明，胰岛素分泌明显受损而非胰岛素抵抗的小鼠模型中AKK菌数量减少，通过补充活的AKK菌能够恢复胰岛素分泌并改善葡萄糖耐受，降低βCDCA 水平；AKK可能通过限制βCDCA的可用性，增强FGF15/19的表达，进而刺激糖原合成，抑制糖异生。

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文献名称：Interpretable Machine Learning Framework Reveals Robust Gut Microbiome Features Associated With Type 2 Diabetes

发表期刊：Diabetes Care，IF=16.019

发表时间：2020.12

合作单位：西湖大学

样本类型：大队列样本 人的血清和粪便，

技术方法：靶向代谢组学，宏基因组学，16S rRNA测序，粪菌移植等

研究思路：

研究结果：基于机器学习模型LightGBM构建预测模型，发现特征菌群能更好地预测T2D的发病风险，并在内部独立测试集及外部独立队列中都得到有效验证。构建回归模型校验发现，微生物风险评分（MRS）与T2D的发病风险呈显著正相关，该结果在另外两个独立验证队列得到有效重复。进一步对249名基线空腹血糖正常（空腹血糖<7 mmol/L）的参与者进行前瞻性调查，发现MRS与未来血糖增量呈显著正相关。血清靶向代谢组学分析显示，队列中6个代谢物（包括2-苯丙酸、肉桂酸、吲哚-3-丙酸和马尿酸以及胆汁酸DCA、TDCA）与MRS相关。最后对无菌小鼠进行菌群移植实验，三组供体分别为高MRS+T2D、高MRS+非T2D、低MRS，另一组无菌小鼠作为对照，结果证实了所确定的特征菌群对T2D发展的影响。

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文献名称：Dietary fruit and vegetable intake, gut microbiota, and type 2 diabetes: results from two large human cohort studies

发表期刊：BMC Medicine，IF=6.782

发表时间：2020.12

合作单位：西湖大学

样本类型：大队列样本 人的粪便

技术方法：靶向代谢组学，16S rRNA测序等

研究思路：

1）纳入1879名中国中年人进行水果和蔬菜摄入情况评估

2）粪便样本进行肠道菌群及相关性分析

3）粪便代谢物及相关性分析

研究结果：研究发现习惯性水果摄入与肠道菌群多样性显著相关，而蔬菜摄入未显示出相关性。对两个队列近万人的参与者分析水果-菌群指数（FMI），发现水果摄入与FMI呈正相关，这些水果包括芒果、香蕉、苹果、葡萄和榴莲，且FMI与糖化血红蛋白和β细胞功能均呈负相关。粪便代谢物主要富集的通路是胆汁酸合成、脂肪酸合成和脂肪酸代谢途径，其中与FMI正相关的代谢物（癸二酸）与T2D风险呈负相关，而与FMI负相关的几个代谢物（胆酸、3-脱氢胆酸、油酸肉碱、亚油基肉碱、棕榈酰肉碱和2-羟基戊二酸）与T2D风险呈正相关。

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二、肥胖/减肥相关研究方向

文献名称：Impaired Insulin Clearance as the Initial Regulator of Obesity-Associated Hyperinsulinemia: Novel Insight Into the Underlying Mechanism Based on Serum Bile Acid Profiles

发表期刊：Diabetes Care，IF=19.112

发表时间：2021.12

合作单位：南京医科大学第一附属医院

样本类型：大队列样本 人的血清

技术方法：靶向代谢组学，高胰岛素-正葡萄糖钳夹技术等

研究思路：

1）纳入两个肥胖人群队列，评估了胰岛素分泌、胰岛素清除和胰岛素敏感性

2）将队列1中的肥胖非糖尿病患者按照胰岛素抵抗程度从低到高分为10组（Group 1-10），与健康志愿者（Group 0）组比较，并用队列2进行验证

3）队列2的血清样本进行胆汁酸靶向定量检测分析

4）相关性分析

研究结果：通过对两个不同肥胖人群队列的胰岛素清除和分泌的特点进行探究，发现内源性与外源性胰岛素清除率均显著降低，且可能发生于胰岛素分泌增加之前，推测胰岛素清除可能是肥胖相关高胰岛素血症发生的始动因素。此外，血清结合型胆汁酸发生显著变化，尤其是GDCA和TDCA与胰岛素清除率呈显著负相关。因此，该研究表明肥胖受试者的高胰岛素血症可能主要是由胰岛素清除率降低而不是胰岛素分泌增加引起的，结合型胆汁酸（尤其是GDCA和TDCA）可能在胰岛素清除的调控中发挥重要作用，这为肥胖相关高胰岛素血症的病理机制探究和诊疗提供了新线索。

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文献名称：Exercise-induced a-ketoglutaric acid stimulates muscle hypertrophy and fat loss through OXGR1-dependent adrenal activation

发表期刊：The EMBO Journal，IF=9.889

发表时间：2020.02

合作单位：华南农业大学

样本类型：小鼠血清

技术方法：非靶向代谢组学，靶向代谢组学，16S rDNA测序，转录组学，基因敲除，Western blot，qPCR等

研究思路：

1）小鼠分为爬梯（阻力运动组）、跑步机（耐力运动组）和未运动（对照组），比较体重差异

2）血清非靶向代谢组学分析运动后代谢物的变化

3）探究主要差异代谢物α-酮戊二酸（AKG）的添加对肥胖的调控作用

4）探究AKG通过膜受体OXGR1的作用机制

5）体外敲低/体内敲除或过表达OXGR1进行验证

研究结果：阻力和耐力运动在抑制高脂饮食诱导的体重增加方面具有相似的效果，但阻力运动表现出更好的有益代谢作用。代谢组学分析显示，阻力运动可显著增加血清丙酮酸、α-酮异己酸、α-酮异戊酸和AKG等代谢物水平。临床检测数据表明，人血清中AKG水平与体重指数（BMI）呈现显著的负相关性。进一步研究发现，饮水添加AKG显著降低了小鼠的脂肪沉积水平，这主要通过增加肾上腺素分泌，从而促进白色脂肪的脂解和褐色脂肪的产热。摘除肾上腺或采用肾上腺β3受体阻断剂均可以逆转AKG促脂肪代谢效应。研究人员研究发现，AKG的膜受体OXGR1特异性在肾上腺髓质细胞高表达。敲除OXGR1可逆转AKG促肾上腺素分泌和降低脂肪沉积的效应；若将敲除动物肾上腺中再表达OXGR1可恢复AKG的促进肾上腺素分泌效应。

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文献名称：Roles of gut microbiota and metabolites in a homogalacturonan-type pectic polysaccharide from Ficus pumila Linn. fruits mediated amelioration of obesity

发表期刊：Carbohydrate Polymers，IF=7.182

发表时间：2020.07

合作单位：浙江中医药大学、上海中医药大学

样本类型：小鼠粪便和血清

技术方法：靶向代谢组学，16S rDNA测序等

研究思路：

1）小鼠分组：对照组，高脂饮食HFD组，HFD+薜荔果果胶多糖FPLP组，首先检测血清生化指标及体重指数等

2）粪便16S分析肠道菌群差异

3）粪便靶向代谢组分析菌群相关代谢物差异

4）相关性分析

研究结果：FPLP处理17周后有效地减轻了肥胖，主要表现为HFD诱导的肥胖小鼠体重下降、血清总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平降低。FPLP使厚壁菌门(Firmicutes)/拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度比值降低，Akkermansia丰度增加，Blautia丰度降低，表明FPLP可调节HFD诱导的肠道菌群紊乱。菌群相关代谢物方面，FPLP促进肉豆蔻酸和十五酸水平的增加。相关性分析表明，FPLP通过调节肠道菌群结构与代谢物水平来改善小鼠肥胖相关表型。

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三、糖尿病并发症相关研究方向

文献名称：Butyrate ameliorates skeletal muscle atrophy in diabetic nephropathy by enhancing gut barrier function and FFA2-mediated PI3K/Akt/mTOR signals

发表期刊：British Journal of Pharmacology，IF=8.739

发表时间：2021.10

合作单位：上海交通大学附属第一人民医院

样本类型：临床样本 人的血清，小鼠血清和肠组织

技术方法：靶向代谢组学，RT-qPCR，ELISA，Western blot，siRNA介导的基因沉默等

研究思路：

1）纳入15名糖尿病肾病（DN）住院患者和42名健康受试者，血清靶向代谢组学分析

2）检测db/db模型小鼠血清丁酸水平进行验证

3）饮食添加丁酸探究其作用：炎症因子水平、骨骼肌萎缩、肠屏障功能

4）体内和体外实验探讨丁酸的作用机制

研究结果：血清代谢物靶向定量检测发现，DN组丁酸盐水平显著降低；小鼠模型实验进一步证实，血清丁酸盐水平与DN和DN诱导的肌肉萎缩显著相关。丁酸盐可减轻db/db小鼠炎症，降低LPS水平，减轻骨骼肌萎缩，而这一效应是通过改善肠屏障功能实现。体内/体外实验结果显示，丁酸盐抑制自噬和氧化应激，并激活PI3K/Akt/mTOR通路，抑制了db/db小鼠和HG/脂多糖暴露的C2C12成肌细胞中FFA2受体的减少。FFA2受体激活通过抑制氧化应激和自噬，并激活PI3K/Akt/mTOR通路来减轻肌肉萎缩，而丁酸抑制氧化应激介导的PI3K/Akt/mTOR通路，可能是通过上调FFA2的表达。

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文献名称：ZiBuPiYin Recipe Prevented and Treated Cognitive Decline in ZDF Rats With Diabetes-Associated Cognitive Decline via Microbiota–Gut–Brain Axis Dialogue

发表期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology，IF=6.684

发表时间：2021.08

合作单位：南京中医药大学

样本类型：大鼠肠内容物和海马体

技术方法：靶向代谢组学，16S rRNA测序，关联分析等

研究思路：

研究结果：利用滋补脾阴方药（ZBPYR）干预ZDF大鼠模型发现，ZBPYR可改善ZDF大鼠葡萄糖代谢紊乱且存在剂量依赖性，此外，ZBPYR可改善ZDF大鼠认知功能障碍且存在剂量依赖性，降低ZDF大鼠大脑中Aβ淀粉样斑块，改善大脑胰岛素抵抗。肠内容物16S rRNA测序显示，从T2DM到糖尿病相关认知能力下降过程中，肠道菌群表现出时间动态变化，厚壁菌门和拟杆菌是主要变化者，而ZBPYR可调节肠道微生物群的整体组成和关键细菌种类，这种作用可能与认知功能改善有关。代谢组学及相关性分析表明，ZBPYR治疗对肠道菌群及代谢物产生持久影响，并影响海马体代谢变化，从而改善ZDF大鼠大脑中β-淀粉样蛋白沉积和胰岛素抵抗。相关代谢改变包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、支链氨基酸代谢、短链脂肪酸代谢、亚油酸/不饱和脂肪酸代谢。

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四、血糖调控研究方向

文献名称：SIRT2 ablation inhibits glucose-stimulated insulin secretion through decreasing glycolytic flux

发表期刊：Theranostics，IF=11.556

发表时间：2021.03

合作单位：上海交通大学附属瑞金医院

样本类型：大鼠胰岛细胞

技术方法：非靶向代谢组学，CRISPR/Cas 9，Western blot，RT-qPCR等

研究思路：

1）构建SIRT2 敲除(KO)大鼠评估SIRT2在葡萄糖稳态中的作用

2）利用胰岛细胞评估SIRT2敲除对胰岛功能的影响

3）胰岛细胞非靶向代谢组学分析SIRT2调控的分子途径

4）深入探究SIRT2的作用机制

研究结果：首先，SIRT2-KO大鼠表现出糖耐量和葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）受损，胰岛素敏感性未改变。SIRT2缺失或AGK2抑制使离体大鼠胰岛GSIS降低，耗氧率降低；SIRT2过表达可增加胰岛素分泌。代谢组学分析显示，与对照组相比，SIRT2-KO胰岛的糖酵解和TCA循环代谢产物减少。进一步研究证实，葡萄糖激酶调节蛋白(GKRP，葡萄糖激酶GCK的内源性抑制剂)在大鼠胰岛中表达，SIRT2过表达使INS-1 β-细胞中GKRP去乙酰化；敲除或抑制SIRT2可提高胰岛β细胞中GKRP蛋白的稳定性，导致GKRP和GCK的相互作用增加。相反，抑制SIRT2促进了糖酵解酶ALDOA的蛋白质降解。因此，SIRT2缺乏可通过阻断GKRP蛋白降解和促进ALDOA蛋白降解抑制GSIS，从而降低糖酵解通量。

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文献名称：ADP Induces Blood Glucose Through Direct and Indirect Mechanisms in Promotion of Hepatic Gluconeogenesis by Elevation of NADH

发表期刊：Frontiers in Endocrinology，IF=5.555

发表时间：2021.04

合作单位：上海交通大学附属第六人民医院

样本类型：小鼠血浆和肝脏

技术方法：靶向代谢组学，qRT-PCR，Western Blot等

研究思路：

1）小鼠腹腔注射ADP分析其在胰岛素抵抗中的作用

2）为确定ADP作用位点，对肝脏基因表达、丙酮酸耐受和糖原含量进行分析

3）肝脏能量代谢相关代谢物进行靶向定量检测

4）检测小鼠血浆糖异生相关激素来确定ADP的间接作用

5）对DIO小鼠注射ADP进行胰岛素耐受测试

研究结果：ADP可诱导小鼠（瘦型）血糖显著升高，在1h后达到峰值，并呈现剂量依赖性。ADP通过促进肝脏糖异生来诱导血糖升高，而ADP可能通过影响胰高血糖素促进糖异生。肝脏代谢组学分析显示，ADP注射1h后，ATP未增加，而其他嘌呤衍生物包括ADP, AMP, GTP和GMP均增加，此外，NADH和cAMP，以及葡萄糖相关中间产物水平升高，即ADP增加了糖异生途径的中间产物；体外实验表明，ADP与肝细胞表面P2Y13受体相互作用，激活cAMP/PKA（蛋白激酶A）信号通路，诱导肝糖异生。ADP处理后，胰高血糖素和皮质酮升高，可能是通过作用于胰腺和肾上腺，从而调节血浆中激素的升高和分泌。最后，ADP加剧了DIO小鼠胰岛素抵抗；对DIO小鼠肝脏、肾脏和结肠中的NADH和NAD+进行靶向定量检测，其中NADH在肝脏中升高，而在肾脏和结肠中降低，NADH/NAD+比值在肝脏中升高，肌肉组织中降低，表明NADH和NADH/NAD+比值可作为DIO小鼠肝脏糖异生的特征性代谢标志物。

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