GUT | 粪菌移植中供体代谢特征对受体的影响

来源: 麦特绘谱生物科技(上海)有限公司   2019-7-8   访问量:2423评论(0)

阿姆斯特丹大学Max Nieuwdorp团队在之前研究中发现,来自瘦型健康供体粪菌移植(FMT)可以改善代谢综合征受体(METS)胰岛素敏感性,提示肠道菌群在调节糖代谢中存在因果关系。但研究因果关系中一个关键问题就是非瘦型健康供体或者RYGB术后供体FMT对METS是否也存在糖代谢调节效应。Max Nieuwdorp团队展开了一项临床FMT实验,观察RYGB术后供体(RYGB-D)或者METS供体(METS-D)对METS受体胰岛素敏感性、葡萄糖代谢、肠道转运时间、脂肪组织炎症、粪便短链脂肪酸和胆汁酸的影响及这些变化与菌群之间的相关性,其研究成果发表于《Gut》上。



粪菌移植前后指标检测分析

本研究收集5例RYGB-D、6例METS-D粪便进行提取随机提供给22例METS患者受体(12例RYGB-R、10例METS-R、Figure 1A),入组前、治疗2周时进行血糖钳夹检测、胃镜检查、肠道运输试验、收集粪便等,8周时只进行了饮食、临床评估,收集血液及晨便进行相关检测。此外,血液、粪便样本进行胆汁酸、短链脂肪酸及靶向代谢组学检测;粪便样本进行16S rRNA测序;采集腹部皮下脂肪组织进行MCP1、IL6、 TNFα、 IL10等指标检测。检测结果显示,受试者外周胰岛素敏感性发生显著变化(figure 1B),粪菌移植后,METS-R组外周胰岛素敏感性显著降低,而RYGB-R组升高。需要注意的是,RYGB-D组外周胰岛素敏感性显著高于METS-D组。治疗前后肝脏胰岛素敏感性(figure 1D,E)与脂代谢水平没有差异。METS-R组肠道运输未发生显著改变,而RYGB-R组肠道运输出现加速趋势(figure 1G,H)。已有研究表明菌群相关代谢物胆汁酸、短链脂肪酸可以调节肠道运输,本研究中发现METS-R组治疗后粪便中石胆酸(LCA)、异石胆酸(isoLCA)和脱氧胆酸(DCA)显著升高,血浆LCA、TLCA、GLCA水平升高,血浆HCA水平降低,而RYGB-R组无明显变化(figure 2A,B)。METS-R组粪便丙酸盐、丁酸盐、总SCFA 水平(不含乙酸盐)在第2周显著升高,但在第8周恢复到基线水平(figure S5)。

菌群方面,无论是METS-D还是RYGB-D FMT对受试者粪便微生物群组成均影响不大。Shannon指数显示,组内、组间、供体和受体基线之间、反应者/无反应者之间、恶化者/无恶化者之间均无差异(figure S6)。利用预测模型,确定了几个在治疗组之间有差异变化的微生物群(figure 4B)。随后将治疗后RYGB-R组分为应答组(n=5)与无应答组(n=7)、METS-R组分为恶化组(n=6)与非恶化组(n=4)进行分析(figure 4C,4D),产丁酸 盐菌Anaerostipes hadrus与热量限制、响应状态相关,并与有无应答相关性较高(figure 4C);Desulfovibrio ssp的增加可预测METS-D FMT的代谢恶化(figure 4D),已知该菌在T2D患者粪便中增加;Alistipes shahii可预测基线时应答者的状态(figure 4E),并且在应答者和非应答者中显著丰富;Coprococcus comes与是否恶化相关(figure 4F)。


针对应答组与无应答组、恶化组与非恶化组进行血浆代谢组分析,在应答组与无应答组之间筛选到甲基吲哚-3-乙酸、苯丙酮酸在干预2周前后出现显著变化,在恶化组与非恶化组之间也筛选到一些差异代谢物(figure 6)。



供体FMT代谢特性可驱动受体代谢反应


与以往FMT研究结果相似,供体FMT治疗影响粪便微生物组成,并对胰岛素抵抗的受试者具有短暂和差异代谢作用。有趣的是,METS-D FMT可导致外周胰岛素敏感性(Rd)显著下降,而RYGB-D FMT并没有降低受体的Rd。与接受RYGB术后FMT治疗的DIO小鼠相比,临床受体的临床效果要小得多,也更加多样化。此外,本研究中RYGB-R无应答受体的Rd基线都很低,提示当胰岛素敏感性较差时,代谢灵活性不足,微生物干预效果较差不足以引起胰岛素敏感性改变,这可能是RYGB-R组改善效果差的原因。


供体FMT可影响受体胆汁酸、SCFAs、代谢产物和肠道转运时间


与瘦型健康供体FMT增加初级胆汁酸胆酸相比,本研究发现,FMT显著增加METS-R血浆、粪便中的次级胆汁酸,特别是METS-R粪便中异石胆酸和脱氧胆酸。胆汁酸被认为可通过G蛋白偶联受体5 (TGR5)增加肠道转运,这与本研究结果一致,即转运时间与粪便异石胆酸呈负相关(figure5A)。METS-R中观察到次级胆汁酸增加,与供体胆汁酸水平较高保持一致,这可能表明供体微生物胆汁酸水解酶活性较高,胆汁酸至结肠的转运增加,最终导致空腹血浆代谢物的变化(figure 6A),如吲哚-3-乙酸,该代谢物与胰岛素抵抗小鼠代谢改善相关。苯丙酮酸可以刺激胰岛素的分泌,或许可以解释应答者胰岛素敏感性的改善。二氢阿魏酸(figure 6B)与胰岛素抵抗的恶化有关。二氢阿魏酸也被称为3-(4-羟基-3-3甲氧苯基)丙酸,它是丙酸的一种衍生物,与T2D风险增加有关。受体血浆4-羟基-苯丙酮酸的基线水平与FMT的响应相关,血浆鞘磷脂水平与胰岛素敏感性下降有关,这些数据表明肠道微生物衍生的血浆代谢物可以调节肥胖人群的胰岛素抵抗。


小结


本研究存在几个局限性:首先,研究样本量小且代谢效应作用缓和,临床研究结果表明供体FMT的代谢特征对受体具有短暂影响,可能与特定的肠道菌群信号驱动有关。其次,该研究参与者为高加索男性,对于西方其他种族人群结果可能存在不一致,因为不同种族肠道菌群组成不同。最后,RYGB-D FMT效果一般的原因可能是RYGB术后的微生物群可能缺乏维持其结构的选择力,因此不能持久地植入宿主。这也可以解释为什么小鼠RYGB FMT模型中会观察到更好的有益效果,因为这些小鼠被置于严格控制条件下,并与外部环境隔离,因此环境微生物和可能的正常肠道菌群没有发生干扰。另外,人体免疫系统具有一定弹性,与持久的生活方式(包括饮食)相结合,可以解释肠道微生物群组成向基线情况的回归以及短期和长期的代谢反应。然而,研究数据强调了独特的肠道微生物组成对人体新陈代谢的潜在因果效应。研究结果还需要未来的FMT研究进一步证实,同时也需要前瞻性研究来进一步揭示饮食、肠道微生物群组成、肠道变化、全身代谢之间的潜在相互作用。除此之外,本研究对供体代谢(如胆汁酸、短链脂肪酸)进行检测并初步探讨其与受体代谢响应之间的关系,因此,从代谢物角度出发也是一种研究策略。


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参考文献

de Groot P, et al. Donor metabolic characteristics drive effects of faecal microbiota transplantation on recipient insulin sensitivity, energy expenditure and intestinal transit time. Gut. 2019. doi:10.1136/gutjnl-2019-318320.




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