鹰嘴豆调节肠道菌群结构与其改善T2DM胰岛素抵抗的相关性初步研究

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目的:
  2型糖尿病(T2DM,type 2 diabetes mellitus)是一种广泛流行的以高血糖症为主要特征的全身代谢紊乱疾病,其发病机制尚不明朗。越来越多的证据表明,T2DM是一种代谢性的疾病,而且与肠道菌群有着非常密切的关联,但是T2DM引起的肠道菌群改变与宿主内源性代谢物的变化之间关系仍不明确。鹰嘴豆作为一种既营养又健康的作物,同时也广泛在维吾尔族用于治疗糖尿病,有着非常悠久的历史和良好的疗效,但是,鹰嘴豆治疗T2DM的机制尚未明确。因此,本文探究鹰嘴豆是否可以通过与肠道微生物群和宿主整体代谢的相互作用来减轻T2DM,这为鹰嘴豆对治疗T2DM的机制提供了初步研究。
  方法:
  1.鹰嘴豆提取方法的优化及其样品的制备
  通过温度、时间、溶剂等6个单因素实验,筛选出乙醇浓度、温度、时间、料液比这4个重要单因素,每个单因素3个水平,并设计29个响应面实验,得出最佳提取条件。
  2.鹰嘴豆对改善2型糖尿病胰岛素抵抗模型大鼠功效的影响
  本文通过高脂饲料喂养和STZ腹腔注射联合诱导建立T2DM大鼠模型,之后给予鹰嘴豆进行干预,同时运用二甲双胍作为阳性对照。在整个实验周期测定大鼠的体重和血糖变化,同时在实验结束前收集大鼠的尿样和粪样,并且在实验结束时,收集大鼠的血样和其他组织样品。随后测定了一系列指标,包括血糖、血脂四项、免疫因子、抗氧化等指标。同时也对收集的组织样品测定了脏器指数和制作了病理切片。
  3.NMR技术探究鹰嘴豆调节2型糖尿病胰岛素抵抗模型大鼠的代谢组学特征
  采用基于NMR的代谢组学技术对尿样和粪样进行分析,探究T2DM模型大鼠代谢组在药物干预过程中的变化。通过多元统计分析筛选差异代谢物。利用KEGG和MetaboAnalyst进行通路分析,解释差异代谢物的意义。
  4.基于16S高通量测序技术探究鹰嘴豆改善2型糖尿病胰岛素抵抗模型大鼠的肠道微生态学特征
  通过16S测序技术对鹰嘴豆干预后大鼠肠道菌群V4区基因进行测序,通过α和β多样性和LEfSe分析,探究鹰嘴豆干预之后,宿主肠道菌群的结构变化。再通过PICRUst功能预测分析其受影响的通路。最后用鸟枪法对PICRUst功能预测分析结果进行验证。
  结果:
  1.以鹰嘴豆中异黄酮含量为标准,筛选出最佳提取条件为:乙醇浓度70%,温度80℃料液比1∶30,时间1h,提取得到的鹰嘴豆异黄酮的含量为1.702mg/g。
  2.从各种生理生化指标分析结果中发现,鹰嘴豆对于T2DM模型大鼠,无论在有效降低血糖血脂、缓解炎症、改善脏器功能等方面都有所改善。
  3.代谢组学分析结果表明,T2DM模型大鼠的氨基酸(鸟氨酸、精氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、谷氨酸)、核苷酸及其代谢产物(尿嘧啶、腺嘌呤、次黄嘌呤)、三羧酸循环中间产物(柠檬酸、酮戊二酸、琥珀酸)、肠道菌群宿主共代谢物(短链脂肪酸、牛磺酸和亚牛磺酸)的含量发生显著下调,而葡萄糖、苯丙氨酸、苯乙酸、马尿酸的含量上调。提示T2DM模型大鼠的氨基酸代谢、糖代谢、能量代谢都有发生了不同程度的紊乱,但是在给予鹰嘴豆干预之后得到一定程度的纠正。
  4.通过16SrRNA测序和鸟枪测序分析粪便样品中鹰嘴豆效应的关键菌群。鹰嘴豆治疗显着改善T2DM大鼠的高血糖和炎症,这与二甲双胍类似。此外,鹰嘴豆还可以改善T2DM大鼠的肠道生态失调的情况,例如增加SCFAs产生和产生乳酸的细菌如Prophyromonadaceae和Enterococcaceae的丰度,以及减少条件致病菌如Corynebacteriaceae。鹰嘴豆还改善了在T2DM疾病进展中模型大鼠紊乱的代谢功能。包括增加基础代谢能力(碳水化合物代谢,能量代谢),缓解氨基酸降解和脂质代谢的减少。因而鹰嘴豆可以通过肠道微生物群的关键物种来缓和高血糖并将失调的微生物群组成和功能恢复到正常状态。
  结论:
  本文先通过单因素和响应面联合的方式,筛选出鹰嘴豆最佳提取条件。再结合代谢组学和肠道微生态学分析技术,研究了鹰嘴豆在T2DM胰岛素抵抗模型大鼠中的作用,发现鹰嘴豆对高脂饲料喂养和STZ腹腔注射联合建立的T2DM胰岛素抵抗模型的代谢紊乱和肠道菌群紊乱有一定恢复作用,为T2DM胰岛素抵抗的发生与发展机理研究提供了新思路,也为鹰嘴豆治疗T2DM的作用机制提供了一定的理论基础。
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