【論文發表】利拉魯肽對2型糖尿病患者腸道菌群的影響

6 May 2021

[寶藤生物]

?近日,寶藤生物與南陽市第二人民醫院、開封市中心醫院共同合作,采用16S rRNA高通量測序與生物信息學相結合的方法,分析利拉魯肽治療前后2型糖尿病患者腸道菌群的多樣性和組成,同時檢測利拉魯肽治療前后血糖、胰島素、糖化血紅蛋白和脂代謝等變化。探究利拉魯肽如何影響2型糖尿病患者腸道菌群,為有效治療2型糖尿病提供科學依據。

該研究成果《Liraglutide-induced structural modulation of the gut microbiota in patients with type 2 diabetes mellitus》于2021年4月在線發表于《PeerJ》 雜志。

2型糖尿病(T2DM)是一種血糖調節失衡和血脂譜改變為主的慢性代謝性疾病,常由于胰島素分泌不足和(或)胰島素抵抗所致。世界衛生組織(WHO)提出,預計到2030年,T2DM可能成為全球十大潛在死亡病因之一。與T2DM相關的發病率和死亡率增加往往與血管并發癥有關,如心血管疾病、腎病和視網膜病變。

胰高血糖素樣肽1(GLP-1)是由腸道L細胞在食物攝入后分泌的一種促腸激素,利拉魯肽作為GLP-1類似物,在治療T2DM方面取得了顯著進展。越來越多的證據表明腸道微生物對T2DM起到重要作用,但利拉魯肽對T2DM患者腸道菌群的影響目前尚不完全清楚。

因此,本研究通過利拉魯肽對T2DM患者腸道菌群結構和功能的影響,為T2DM患者治療方案的選擇提供參考依據。

研究方法

本研究由南陽市第二人民醫院、開封市中心醫院和寶藤生物合作共招募了40例T2DM患者,所有參與者均接受二甲雙胍單一治療(穩定劑量口服2個月),后改為利拉魯肽治療(1.2mg皮下注射,1次/天,療程4個月)。以糖化血紅蛋白(HbA1c)作為監測血糖控制指標的金標準。

收集了利拉魯肽治療前后共80份T2DM患者的糞便樣本。采用16S rRNA高通量測序技術測定并分析T2DM患者腸道菌群變化特征。從患者糞便樣品中提取細菌DNA,細菌16S rRNA基因V4區引物進行PCR擴增和測序。

以序列相似度97%為標準進行聚類分析,過濾操作分類單元(OTUs),使用PiCRUSt 軟件進行KEGG和COG分類。用LEfSe分析兩組間不同菌群的豐度差異。α多樣性分析菌群的多樣性和豐富度以及β多樣性分析菌群之間的相似性。

研究結果

1.基礎HbA1c是利拉魯肽治療反應的關鍵預測因子

基礎HbA1c解釋了52.7%的利拉魯肽治療反應變化 (R2 = 0.527, β = ?0.726, P < 0.0001,見圖1)。利拉魯肽治療后T2DM患者BMI、HbA1c、HOMA-IR、血糖、血脂均顯著降低。

由于許多臨床特征可能與基礎HbA1c相關,使用多元線性回歸分析基礎HbA1c與11個臨床特征(包括年齡、性別、BMI、糖尿病家族史等)之間的關系,以及11個臨床特征與校正基礎HbA1c前后利拉魯肽治療效果之間的關系。

結果發現,在未校正基礎HbA1c情況下,臨床特征與基礎HbA1c和利拉魯肽治療反應均無相關性;而校正基礎HbA1c后,只有血尿素氮與利拉魯肽治療反應相關。

圖1:基礎HbA1c 與利拉魯肽治療反應相關

2.利拉魯肽影響T2DM患者腸道菌群的α和β多樣性

利拉魯肽治療前后T2DM患者腸道菌群豐度(ACE指數和Chao1指數)發生顯著變化,而菌群多樣性(Shannon指數和Simpson指數)無差異,并且兩組β多樣性也呈顯著變化(見圖2)。

圖2:利拉魯肽治療影響腸道菌群α多樣性(A,B)和β多樣性(C,D)

3.利拉魯肽改變腸道菌群的組成

經過生信分析,從80份糞便樣本中獲得8822,088個高質量序列和7488個OTUs (97%的相似度),reads/OTUs分成34個不同的類群。利拉魯肽治療前后的優勢菌群前3位分別是:Firmicutes(厚壁菌門)、Bacteroidetes(擬桿菌門) 和Proteobacteria(變形菌門)。

經過利拉魯肽治療4個月后,微生物屬間的正相關性增加,尤其是Firmicutes(厚壁菌門)和Bacteroidetes(擬桿菌門)呈顯著正相關,而Ruminococcus(瘤胃球菌屬)和Actinomyces(放線菌屬)呈負相關(見圖3)。

圖3:利拉魯肽治療促進腸道菌群的改變

4.腸道菌群的分類及與臨床特征的相關性研究

運用線性判別(LDA)分析(LDA value > 3.0),研究發現利拉魯肽治療前后共36個菌種有顯著差異。其中有12個顯著差異屬,將12個差異屬與11個臨床特征做相關性分析,發現Megamonas(巨單胞菌屬)與年齡、糖尿病病程和糖尿病視網膜病變顯著相關;Clostridum(梭菌屬)與糖尿病家族史顯著相關;Oscillospira(顫螺菌屬)與糖尿病視網膜病變和糖尿病周圍神經病變顯著相關(見圖4)。

圖4:11個臨床特征和12個菌屬之間的相關性分析

5.利拉魯肽治療對代謝途徑的影響

運用KEGG和COG通路分析利拉魯肽治療前后T2DM患者腸道菌群代謝通路差異,發現治療前后兩組中有7條顯著差異的KEGG代謝通路和17條顯著差異的COG代謝通路。其中在利拉魯肽治療前有4條KEGG通路豐度增加,治療后有3條KEGG通路豐度增加(G蛋白偶聯受體、糖酵解/糖異生和硒化合物代謝)和6條COG通路豐度增加(見圖5)。

圖5:利拉普肽治療前(L0)和利拉魯肽治療后(L4),個體中預測的KEGG 和COG路徑差異

結論

T2DM是影響人類健康的最嚴重慢性病之一,而腸道菌群結構及功能的研究有可能成為T2DM防治的重要突破口。本項目通過探究利拉魯肽對T2DM患者的腸道菌群的影響,發現基礎HbA1c、血尿素氮和腸道菌群與利拉魯肽治療T2DM有關。本研究為臨床運用利拉魯肽有效治療T2DM患者提供了科學依據。

近年來,寶藤生物一直致力于腸道微生態創新診療生態的布局。寶藤聯合35家醫療機構發起成立了中國微生態治療創新聯盟,承接了上海市戰略性新興產業重大項目——“國內首個腸道微生態診療技術公共服務平臺建設”,并聯合多單位制定我國首個關于菌群移植臨床應用的專家共識、菌群移植供體及樣本質量控制標準等,為推進腸道微生態創新診療技術在臨床上的廣泛應用打下了堅實基礎。

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參考文獻:

Liraglutide-induced structural modulation of the gut microbiota in patients with type 2 diabetes mellitus. PeerJ. 2021 Apr 1;9:e11128. Doi: 10.7717/peerj.11128.