编译：明天只是重复过往，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读
人类肠道微生物群是治疗2型糖尿病（T2D）的一个有希望的靶点。改变肠道微生物群的方法，如口服益生菌或小檗碱（BBR，一种抑菌剂），有利于代谢均衡。
本文对来自中国20个医疗中心初诊为T2D的患者进行了随机、双盲、安慰剂对照试验。400名符合条件的受试者被随机分配（1:1:1:1），在接受庆大霉素预处理一周后，完成了为期12周的单独BBR组、益生菌+BBR组、单独益生菌组或安慰剂组干预治疗。
益生菌+BBR组治疗主要结果显示，糖化血红蛋白的变化（最小二乘法平均95%置信区间，−1.04[−1.19, −0.89]%)和BBR单独组（−0.99[−1.16, −0.83]%）显著高于安慰剂组和益生菌组（−0.59[−0.75, −0.44]%, −0.53[−0.68, −0.37]%, P< 0.001）。但是BBR治疗会引起更多胃肠道副作用。进一步的元基因组学和代谢组学研究发现，BBR的降血糖作用是通过抑制Ruminococcus bromii的DCA（一种胆汁酸）生物转化来进行的。本文研究报告了BBR对T2D的抗糖尿病作用的人体肠道微生物相关机制。
原名：Gut microbiome-related effects of berberine and probiotics on type 2 diabetes
译名：小檗碱和益生菌对2型糖尿病肠道微生物的影响
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2020.10.06
通信作者：王伟青
通信作者单位：上海交通大学医学院瑞金医院国家代谢性疾病临床研究中心
实验设计及方法流程图
2016年8月18日至2017年7月18日，共有566名受试者接受了资格筛选，其中409名符合条件的参与者被随机分为4组，分别是Prob+BBR组106名、Prob组102名、BBR组98名和Plac组103名干预（图1）（Prob表示益生菌；BBR表示小檗碱；Plac表示安慰剂）。四组受试者的临床特征相似。在干预结束时，共有391名参与者被纳入初步分析。结果显示，四个治疗组之间的HbA1c变化显示出显著差异。Prob+BBR组和BBR组在第13周HbA1c的降低程度，显著高于Plac组和Prob组，而Prob+BBR组与BBR组、Prob组与Plac组之间却无差异。GEE分析也得出了类似的结果。因此， BBR组和BBR+Prob组在降低HbA1c方面均优于Plac，而Prob则没有。在其他代谢参数方面，通过含BBR的治疗，如空腹血糖（FPG）、餐后血糖（PPG）、血甘油三酯（TGs）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白（LDL）胆固醇水平也有类似的改善，但胰岛素HOMA-IR在Prob+BBR组中显著降低，而BBR没有降低。胃肠道不良反应（AE）主要发生在BBR组中，在胃肠道AEs患者中血糖控制没有差异。所有其他不良事件在干预组和治疗后肝肾功能正常的Plac组之间具有可比性。亚组分析显示糖尿病持续时间和胃肠道不良事件不影响研究的主要结果。
2、宏基因组分析显示，BBR对人体肠道菌群有显著影响宏基因组分析显示，在基因计数和多样性方面，庆大霉素干预1周后，肠道微生物组的变化在Plac干预13周后恢复到原始状态（补充图1a-f）。PCoA显示， KO数据库剖面图在物种和功能水平上改变的Plac组肠道微生物组成基本上是从庆大霉素预处理中恢复的。益生菌治疗后肠道菌群的重建与Plac治疗后的相似（图2a，b）除了摄入的益生菌种类的富集（图2d）。因此，益生菌治疗不仅对血糖控制而且也对庆大霉素预处理后肠道微生物群的恢复力产生影响。
补充图1a-f庆大霉素与降糖治疗后肠道菌群变化的比较相反，与Plac治疗（图2）相比，BBR（单独或与益生菌一起）治疗在干预13周后显著改变了肠道微生物组分，并且对照组和抗生素治疗组相比，BBR和Prob+BBR组在微生物组成和功能上有相似的变化（图2）。在BBR和Prob+BBR中，共有78种物种改变了它们的相对丰度（RAs），而在Plac和Prob组中没有改变（图2c，d）。在78个BBR组干预下的菌群中，36个被指定为BBR反应的关键类群，与Plac或Prob组相比，BBR处理组的RAs在处理后的粪便样品中都有显著的变化。BBR减少了主要从发酵多糖或低聚糖中产生单糖或短链脂肪酸的物种，包括Roseburiaspp., Ruminococcus bromii, Faecalibacterium prausnitzii 和Bifidobacterium spp.，它们主要能发酵多糖或低聚糖产生单糖和SCFAs。BBR富集的菌种包括2个拟杆菌属和γ-蛋白细菌类群，它们也是由二甲双胍诱导的。补充益生菌不会影响由BBR引起的肠道微生物组分的整体变化（图2）。途径富集分析表明，与对照组相比，BBR显著抑制蛋白质翻译、DNA复制、脂肪酸和氨基酸的合成，这与BBR的抑菌特性有关。BBR诱导多种外源物和聚糖的降解。BBR还提高了类似二甲双胍的细菌反应功能，如促进细菌分泌系统、双组分系统和ABC（ATP结合盒）转运。在大多数情况下，Prob+BBR影响与BBR组相似的功能途径。
图2 治疗13周后，BBR显著改变了肠道微生物群落的共生关系。a，对照和治疗后不同组基因的基因计数和香农指数；Plac，安慰剂，n=96；Prob，益生菌治疗，n =98；BBR，小檗碱治疗，n =85；Prob+BBR：小檗碱加益生菌治疗，n =102；。b，采用基于dbRDA图分析，以处理后样本中物种的Bray–Curtis距离为基础，评估四个治疗组之间的差异。c，Venn图显示从基线到治疗后改变的四个治疗组之间微生物种类的重叠。d，肠道微生物种类的热图显示治疗后与基线相比其相对丰度（RAs）发生显著变化。受试者摄入的益生菌配方中9种物质的变化分别如下所示。BAs可调节宿主代谢的同源性，而肠道微生物群在调节宿主BA组成和BA信号传导中起着关键作用。不同的微生物可以介导阿卡波糖或二甲双胍（广泛处方的抗糖尿病药物）的治疗效果。因此，本文试图研究微生物BA代谢和BBR处理对宿主血BA存在模式的影响。除了消耗含有完整BA诱导操纵子（Bai）（图2d）外，BBR还降低了参与微生物BA代谢的多个基因的总RAs，包括Bai、BaiA、BaiN，尤其是编码7α/β脱水酶限速酶的BaiE，而这些基因在Plac或Prob组中均未表现出显著的丰度变化（图3a）。与粪便中Bai基因的变化相呼应，LCMS检测到肝鹅去氧胆酸（GCDCA）显著增加，脱氧胆酸种类（DCAs）减少，包括DCA、甘氨酸和牛磺酸结合的DCA（糖脱氧胆酸和牛磺脱氧胆酸（TDCA））显著降低，在BBR治疗后，导致血液中未结合/结合BA比率和次级BA成分降低（图3b）。此外，Bai基因RAs与血液中继发性BA（DCAs和石胆酸（LCAs））水平之间的正相关在对照和治疗后测量中都很强且一致，支持循环继发性BAs的微生物来源（图3c）。因此，虽然Bsh的RAs没有改变，但血BA谱的变化表明，两个关键的肠道微生物转化过程，即BA解结合和去羟基化，都可以被BBR处理所抑制。两个BBR组参与者的GEE分析表明，血液DCAs的变化与HbA1c、FPG、PPG和TC改善显著相关，这是BBR治疗的主要临床结果（图3d）。值得注意的是，与二甲双胍和阿卡波糖的结果相似，两个BBR治疗组的血浆FGF19水平也降低（图3e）。以上结果表明，BBR处理降低了肠道微生物BA的转化，从而降低了肠道FXR活性，这可能是其抗糖尿病作用的原因之一。
在这项多中心、随机、双盲、Plac对照临床试验中，证实了BBR在中国受试者中的降血糖作用，并证明了BBR引起的人体肠道菌群和血BA存在模式成分的变化。肠道微生物群、血基和临床结果之间的三重关联表明，BBR的代谢益处背后有一个潜在的微生物相关机制。R.bromii在本研究中被鉴定为DCA转换器，可能作为BBR的微生物靶点。本文研究没有发现益生菌补充对T2D患者的代谢有显著改善，除非在老年患者中与BBR联合使用。
益生菌最近被认为可以延缓接受抗生素治疗的健康志愿者从基线条件下恢复微生物共生。然而，这项观察表明，抗生素预处理后的干预措施可能有机会重新设置肠道菌群疾病状态，如肥胖或T2D相关微生物失调。潜在的方法可以包括使用有益的细菌进行治疗（如益生菌补充），或在临时抗生素治疗后，使用诸如BBR（监测）或两者都抑制不利类群的生长。然而，并没有发现Prob在治疗糖尿病方面优于Plac或Prob+BBR对BBR，也没有发现与Plac相比肠道微生物共生的变化。这些发现可能是菌株特异性功能变异的结果，这表明需要更精确的益生菌治疗策略。这与文献的结论一致，即益生菌在治疗代谢性疾病方面的作用有限。因此，在纠正肠道微生物群失调是管理T2D的一种可行和有效的方法的情况下，监测策略，包括例如使用BBR可能比补充治疗高血糖的策略更有效。
由于方法或人群的差异，对服用不同抗糖尿病药物的人群样本的研究目前发现，所谓的抗糖尿病细菌几乎没有一致的分类群。微生物BA转化途径似乎是多种抗糖尿病药物的靶点，要么减少7α/β脱羟基化，要么改变胆盐去结合，从而调节宿主BA，从而介导药物的降血糖作用。此前有报道称，R.bromii主要用于发酵膳食碳水化合物并产生单糖或SCFA，如醋酸盐，但不包括丙酸盐或丁酸盐。在之前的研究中，从中国人群中分离出的多个R.bromii菌株中没有发现产丁酸盐的基因。本研究中的相关分析和体外BA生物转化实验揭示了该物种前所未有的DCA生产能力，并支持了BBR处理后血浆DCA的变化与粪便中R.bromii丰度之间的因果关系。因此，R.bromii/DCA轴可能是BBR的肠道微生物效应器之一。鉴于目前还不知道完整的Bai操纵子存在于R.bromii基因组中，因此可能存在其他调节微生物BA代谢的非特征蛋白来调节DCA转化。需要进一步的体内和体外研究来阐明溴酸杆菌产生DCA的分子机制，以及其他关键的BBR反应物种如何参与BBR的降血糖作用。
值得注意的是，二甲双胍已被报道增加结合UDCA水平，通过抑制Bsh活性进一步减弱肠道FXR活性。然而，经BBR或Prob+BBR组治疗后，GUDCA和TUDCA水平均未发生变化，Bsh的RA也没有改变。有可能老龄化相关疾病的发展。无论是在我们的研究中的人类参与者还是在啮齿动物中，BBR抑制多个Bifidobacterium spp。健康相关的Bifidobacterium spp已经被证明随着年龄的增长而减少，但在极度老龄化的健康受试者中却丰富了。因此，含Bifidobacterium spp的益生菌配方对老年患者尤其有益。因此，将对老年患者健康的潜在益处与补充BBR益生菌的附加降血糖益处联系起来可能并不合适，但至少有可能益生菌补充剂对代谢紊乱的影响可能与受试者的年龄和药物有关。
这项研究有几个局限性。首先，由于这项试验是在中国居住的中国人中进行的，而且随机干预的时间相对较短，因此本研究得出的结论不可能不谨慎地推广到其他种族/民族人群中。第二，参与研究的参与者都是没有药物的，糖尿病持续时间相对较短，并且没有获得生活方式干预的记录。随机、安慰剂对照、平行四组试验的设计已经大大降低了潜在的研究效果，这可能是由不稳定的代谢条件引起的，但是未来的研究应该让病期更长的参与者参加，并记录详细的生活方式变化。此外，与Plac或Prob组相比，BBR治疗组出现胃肠道不良反应的患者更多，尽管在本研究中，经过3个月的治疗，不良事件并未影响BBR或肠道微生物群特征的降糖效果，但同样需要在干预时间较长的试验中解决这个问题。尽管有这些局限性，本文的发现可能对通过治疗微生物群失调来管理T2D患者具有重要意义。
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