研究深入了解肠道微生物群多样性和 2 型糖尿病风险

布莱根、布罗德和哈佛陈曾熙医学院的研究人员发现，特定种类和菌株的细菌与肠道微生物群功能的变化以及人患 2 型糖尿病的风险有关。

迄今为止，对患有 2 型糖尿病 (T2D)、糖尿病前期和健康血糖状态的人的肠道微生物组进行的最大规模、最全面的种族和地理调查发现，细菌中的特定病毒和遗传变异与肠道微生物组功能和 2 型糖尿病风险的变化相对应。这项研究代表了布莱根妇女医院（麻省总医院布莱根医疗系统的创始成员）、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及哈佛大学陈曾熙公共卫生学院之间的合作，研究结果发表于 自然医学。

“微生物组在不同地理位置、种族和民族群体中存在很大差异。如果你只研究一小部分同质人群，你可能会错过一些东西，”共同通讯作者、布莱根妇女医院钱宁网络医学部和哈佛陈曾熙医学院的医学博士、理学博士 Daniel (Dong) Wang 说道。“我们的研究是迄今为止同类研究中规模最大、最多样化的。”

“肠道微生物组与复杂、慢性、异质性疾病（如 2 型糖尿病）的关系非常微妙，”共同通讯作者、哈佛大学陈曾熙公共卫生学院和布罗德研究所的博士 Curtis Huttenhower 说道。“就像对大型人类群体的研究对于理解人类遗传变异至关重要一样，大型和多样化的群体对于详细的微生物组变异研究也是必要的，而且越来越可行。”

2 型糖尿病影响着全球约 5.37 亿人。患有 2 型糖尿病的人会逐渐丧失有效调节血糖的能力。过去十年的研究已将肠道微生物群（寄居在我们肠道中的细菌、真菌和病毒的集合）的变化与 2 型糖尿病的发展联系起来。然而，之前对肠道微生物群及其在 2 型糖尿病中的作用的研究规模太小，研究设计也千差万别，因此无法得出有意义的结论。

本文分析了新成立的微生物组和心脏代谢疾病联盟 (MicroCardio) 的数据。研究包括新生成的数据和最初在其他几个实验中捕获的数据，共涵盖来自不同种族和不同地域的参与者的 8,117 个肠道微生物组宏基因组。研究对象患有 2 型糖尿病、糖尿病前期或血糖水平没有变化，来自美国、以色列、瑞典、芬兰、丹麦、德国、法国和中国。论文的共同第一作者是布莱根妇女医院钱宁网络医学部和布罗德的 Zhendong Mei 博士，以及哈佛陈曾熙医学院和布罗德的 Fenglei Wang 博士。

“通过这项大型研究，我们提出了两个问题。一个是‘肠道微生物群的物种和菌株在 2 型糖尿病中起什么作用？’另一个问题是‘这些微生物在做什么？’”王说。“当我们分析这些数据时，我们发现在我们的研究人群中，一组相对一致的微生物物种与 2 型糖尿病有关。其中许多物种以前从未被报道过。”

为了了解这些微生物在肠道中的作用，研究小组分析了这些微生物的功能。同一微生物物种的不同菌株可能具有不同的功能，例如制造特定氨基酸的能力。研究小组发现，某些菌株的功能可能与不同的 2 型糖尿病风险有关。

他们发现的一个主要功能差异是 普氏菌覆盖——一种肠道中常见的微生物，能够产生大量的支链氨基酸 (BCAA)——在糖尿病患者的肠道微生物群中更为常见。先前的研究表明，血液中长期 BCAA 水平较高的人患肥胖症和 2 型糖尿病的风险更高。

研究人员还发现证据表明噬菌体（感染细菌的病毒）可能导致了他们在某些肠道细菌菌株中检​​测到的一些变化。

王风雷，博士，哈佛陈曾熙公共卫生学院及布罗德

在另一项分析中，该团队研究了一小部分新诊断为 2 型糖尿病患者的样本，以评估不太可能受到药物使用或长期高血糖状态影响的微生物组。王教授表示，他们的结果与更大规模的研究结果相似。
“我们认为肠道微生物群的变化会导致 2 型糖尿病，”王教授说。“微生物群的变化可能先发生，然后糖尿病才发展，而不是相反——尽管未来需要前瞻性或干预性研究来确证这种关系。”

“如果这些微生物特征是因果关系，我们就可以找到改变微生物组并降低 2 型糖尿病风险的方法，”他补充道。“微生物组易于干预——这意味着你可以通过改变饮食、益生菌或粪便移植等方式改变你的微生物组。”

这项研究的一个主要局限性是，它主要研究的是患者某一时间点的微生物组。它没有研究肠道微生物组或疾病状态随时间的变化。在此基础上的未来研究包括在较长时间内研究这种联系，并检查菌株特异性功能，以更好地了解它们如何导致 2 型糖尿病。

“人类微生物组的优点和挑战在于它高度个性化，”Huttenhower 说。“我们每个人都有截然不同的微生物群落和微生物遗传学，这意味着需要进行非常大规模的群体研究才能找到一致的模式。但一旦我们做到了，个体微生物组就有可能被重塑，以帮助降低疾病风险。”