Nature子刊：二甲双胍通过肠道菌群改善糖尿病的机制最新研究！（国人作品）
北大姜长涛等人于2018年11月5日在《Nature Medicine》上发表题目为《Gut microbiota and intestinal FXR mediate the clinical benefits of metformin》的文章。该研究表明二甲双胍可通过肠道微生物群来改善代谢功能障碍，并通过脆弱拟杆菌-GUDCA-肠FXR轴进行。
研究摘要
二甲双胍的抗高血糖作用被认为是由其对肝细胞中信号传导过程的直接作用引起的，导致较低的肝糖异生。最近，据报道二甲双胍改变了人类的肠道微生物群落，这表明该药物的高血糖降低作用可能是调节肠道微生物群体的结果。然而，关键的微生物信号代谢物和与二甲双胍的代谢益处相关的宿主靶标仍然是难以捉摸的。
在这里，我们对新诊断的2型糖尿病（T2D）患者的样本进行了宏基因组和代谢组学分析，这些患者用二甲双胍治疗3天，结果表明脆弱拟杆菌减少，胆汁中的甘氨熊去氧胆酸（GUDCA）增加。这些变化伴随着肠道法尼酯X受体（FXR）信号传导的抑制。我们进一步发现，用定植脆弱拟杆菌的高脂肪饮食（HFD）小鼠易患更严重的葡萄糖耐受不良，并且消除了二甲双胍治疗对葡萄糖耐受不良的代谢益处。GUDCA进一步被鉴定为肠FXR拮抗剂，其改善了肥胖小鼠的各种代谢终点。
因此，我们得出结论，二甲双胍部分通过脆弱拟杆菌-GUDCA-肠FXR轴起作用，以改善代谢功能障碍，包括高血糖。
文中主要图片说明
图1 |口服二甲双胍调节T2D个体中肠道微生物群和胆汁酸的组成。
a，偏最小二乘判别分析（PLS-DA）。BM（二甲双胍治疗前）组显示为黑色，AM（二甲双胍治疗3d后）组显示为红色。PC1和PC2分别占总方差的12％和6％。使用具有Bray-Curtis距离的PERMANOVA来评估两组之间的显著差异，结果显示BM和AM组具有显著区别。n = 22个人/组。b，PLS-DA的VIP分数。VIP分数将对区分BM和AM组的不同分类群的能力排序。VIP分数> 1的分类群在区分差别中被认为是重要的。n = 22个人/组。
c，基于宏基因组学数据拟杆菌门的不同物种丰度（序列百分比）。n = 22个人/组。d，粪便中的胆汁酸水平。n = 22个人/组。e，f，血清FGF19（e）和C4（f）水平。n = 22个人/组。
图2 | 甘氨熊去氧胆酸 （GUDCA）和牛黄熊去氧胆酸（TUDCA）被鉴定作为FXR拮抗剂。
a，TR-FRET FXR共激活因子被用于评估GUDCA在鹅去氧胆酸（CDCA，20μM）存在下是否为FXR拮抗剂。n = 4次重复/治疗。b，对照组（DMSO），不含或含FXR激动剂CDCA处理的不同浓度的GUDCA或TUDCA的荧光素酶活性。n = 3次重复/治疗。
c，用不同浓度的GUDCA或TUDCA与CDCA处理后，分化的Caco-2细胞中的SHP和FGF19mRNA表达。n = 3次重复/治疗。d，用赋形剂，TCA或TCA和CDCA，GUDCA或TUDCA处理的小鼠中肠FXR的靶基因mRNA的相对表达。n = 5只小鼠/组。
e，二甲双胍治疗HFD小鼠肠道Fxr mRNA及其靶基因mRNAs的相对表达，持续1周。n = 5只小鼠/组。f，二甲双胍治疗的小鼠在HFD喂养1周后，其肝脏中Cyp7a1，Cyp7b1，Cyp8b1和Cyp27a1mRNAs的相对表达。n = 5只小鼠/组。g，HFD喂养持续1周后，二甲双胍治疗的Ampka1fl / fl和Ampka1ΔIE小鼠中肠Fxr mRNA及其靶基因mRNAs的相对丰度。n = 5只小鼠/组。
h，用二甲双胍治疗高脂饮食（HFD）喂养1周的抗生素处理的微生物群耗尽的小鼠中肠Fxr mRNA及其靶基因mRNA的相对表达。n = 5只小鼠/组。 i，在微生物群耗尽的小鼠中，二甲双胍对TCA上的肠FXR的活化没有影响。 Fxr及其靶基因在回肠中的相对表达。n = 6只小鼠/组。
图3 | 二甲双胍诱导的脆弱拟杆菌丰度下调与胆汁酸谱的调节呈负相关。
a，二甲双胍治疗的T2D个体粪便中拟杆菌种类与胆汁酸水平之间的相关性的热图。b，二甲双胍治疗的T2D个体中拟杆菌种类与生化指标之间相关性的热图。n = 22个人/组。
c，实验室培养基中含有或不含二甲双胍的脆弱拟杆菌的生长曲线。n = 9次重复/治疗。d，e，本实验中或在实验室培养物中用和不用二甲双胍处理的脆弱拟杆菌中5-甲基-四氢叶酸（d）和甲硫氨酸（e）的含量. n = 10个重复/处理。
f，在培养中存在二甲双胍的情况下，用蛋氨酸重建恢复了脆弱拟杆菌的生长。n = 5次重复/治疗。g，T2D个体中脆弱拟杆菌Bsh基因的丰度。n = 22个人/组。h，二甲双胍治疗前（BM）和治疗后（AM）T2D个体粪便样品的d5-GUDCA的水解效率。n = 22个人/组。i，赋形剂和二甲双胍处理的脆弱拟杆菌介导的GUDCA的水解效率，其中脆弱拟杆菌含有或不含有咖啡酸苯乙酯（CAPE，BSH活性抑制剂）。n = 5次重复/治疗。
j，培养物中具有或不具有TMP的脆弱拟杆菌介导的GUDCA的水解效率。n = 5次重复/治疗。k，l，TMP处理HFD 小鼠1周后，其回肠中胆汁酸水平（k）和Fxr及其靶基因（1）的相对表达。n = 6只小鼠/组。
图4 | 脆弱拟杆菌逆转二甲双胍的代谢改善。
将小鼠分成三组（对照，二甲双胍和二甲双胍加脆弱拟杆菌），HFD处理4周，以探索逆转作用。对照组和二甲双胍组给予相同剂量的热灭活的脆弱拟杆菌。a，b，葡萄糖耐量试验（GTT，a）和曲线下面积（AUC，b）。n = 5只小鼠/组。c，胰岛素耐量试验（ITT）。n = 5只小鼠/组。d，e，空腹血糖（d）和胰岛素（e）水平。n = 7只小鼠/组。f，HOMA-IR。n = 7只小鼠/组。g，能源支出。n = 5只小鼠/组。h，回肠中的胆汁酸水平。n = 7只小鼠/组。
i，肠道Fxr及其靶基因mRNAs的相对mRNA丰度。n = 7只小鼠/组。j，sWAT中指示的产热基因的相对表达水平; 将小鼠置于4℃下24小时，然后杀死。n = 7只小鼠/组。
图5 | 肠道FXR信号传导对于二甲双胍诱导的代谢性疾病的长期改善至关重要。
HFD喂养的Fxrfl / fl和FxrΔIE小鼠用二甲双胍处理12周。a，肠道Fxr及其靶基因mRNAs的相对mRNA丰度。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。 b，c，GTT（b）和AUC（c）。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。d，ITT。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。
e，f，空腹血糖（e）和胰岛素（f）水平。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。g，HOMA-IR。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。h，能源支出。n = 4或5（5,5,5,4）个小鼠/组。
i，sWAT中指定的产热基因的相对mRNA丰度;将小鼠置于4℃下24小时，然后杀死。n = 4或5（5,5,5,4）/组。
j，sWAT中UCP1蛋白表达的Western印迹分析（印迹图像的裁剪）和统计图，将小鼠在4℃下放置24小时，然后杀死。n = 3只小鼠/组。
k，sWAT切片的UCP1免疫组织染色;将小鼠置于4℃下24小时，然后杀死。n = 3只小鼠/组，每只小鼠3只图像。比例尺，50μm。
图6 | GUDCA补充剂在改善依赖于肠FXR的葡萄糖耐量方面具有治疗效果。
a，对HFD小鼠通过管饲法灌喂GUDCA（5mg / kg /天，10mg / kg /天和50mg / kg /天）1周后，肠道Fxr及其靶基因mRNAs的相对丰度。n = 3只小鼠/组。b，通过管饲法灌喂GUDCA（50mg / kg /天）1周后回肠中的胆汁酸谱。n = 5只小鼠/组。c，GUDCA治疗实验中应用的动物模型示意图; 在12周的HFD喂养后，给予小鼠赋形剂或GUDCA（50mg / kg / d）4周。DIO，饮食诱发的肥胖症。
d，e GTT（d）和AUC（e）。n = 5只小鼠/组。（f）ITT。n = 5只小鼠/组。g，h空腹血糖（g）和胰岛素（h）水平。n = 5只小鼠/组。i，HOMA-IR。n = 5只小鼠/组。j，能源支出。n = 5只小鼠/组。k，血清活性GLP1水平。 赋形剂或GUDCA（50mg / kg / d）处理的HFD小鼠，持续1周。n = 5或6只小鼠/组。
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