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二十世纪末以来,2型糖尿病等代谢性疾病的发病率快速增加,已经成为威胁人类健康最严峻的问题之一。越来越多的研究表明肠道菌群是代谢性疾病发生的原因之一,可以作为疾病预防和治疗的靶点。用于治疗2型糖尿病的一线口服药二甲双胍被发现通过调节肠道菌群发挥其降糖作用,但是不同实验动物中找出的响应二甲双胍治疗的细菌种类并不相同,那么二甲双胍在人群试验中究竟如何调节人的肠道菌群目前并不清楚。中药复方葛根芩连汤和降糖调脂方对改善血糖代谢具有良好的效果,但是缺少符合临床试验设计规范的人群试验来系统性地评估两种中药复方的疗效。而且,由于中药复方的成分复杂多样,其作用机制目前并不清楚。中药的主要有效成分例如小檗碱、黄芩苷等很难被吸收入血,主要以原药的形式从粪便排出。其中,小檗碱被发现可以通过增加大鼠肠道中短链脂肪酸产生菌的数量,降低系统慢性炎症来预防高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗,这为研究中药复方的作用机制指明了新的方向。因此,本论文通过两项随机的临床试验,研究三种药物——葛根芩连汤、降糖调脂方和二甲双胍,在治疗2型糖尿病过程中对患者肠道菌群结构的改变及与降糖作用的关系。首先,我们在一项随机、双盲、安慰剂对照的人群试验中研究了不同剂量葛根芩连汤的降糖效果,它对肠道菌群结构的调节作用及其与降糖疗效的关系。结果表明,高剂量和中剂量治疗组糖尿病患者空腹血糖(Fasting blood glucose,FBG)和糖化血红蛋白(Glycated hemoglobin,HbA1c)的降低值显著大于低剂量和安慰剂治疗组。基于Weighted和Unweighted UniFrac距离的主坐标轴分析表明,葛根芩连汤可以调节患者的肠道菌群结构,并具有显著的剂量效应,即与治疗前的菌群结构相比,随着葛根芩连汤剂量的增加,患者的肠道菌群结构偏离得越远,且高剂量葛根芩连汤治疗4周就已显著改变患者的肠道菌群结构。采用冗余分析我们找到了146个响应葛根芩连汤治疗的关键细菌,其中47个OTU被显著富集,且17个OTU与FBG呈显著负相关,9个OTU和HbA1c呈显著负相关,特别是一种叫做Faecalibacterium prausnitzii的有益抗炎细菌,它的测序丰度与这两个血糖指标显著负相关。我们采用Real-time PCR进一步验证了测序的结果,即葛根芩连汤显著富集了具有抗炎作用、且在糖尿病患者肠道内含量较低的F.prausnitzii,且该细菌的含量与FBG、HbA1c和餐后2小时血糖(2h-postprandial blood glucose,2h-PBG)显著负相关,与HOMA-β显著正相关。本研究表明,中药复方葛根芩连汤可以调节2型糖尿病患者的肠道菌群结构,特别是增加有益菌如Faecalibacterium spp.等的含量,且肠道菌群的改变与血糖代谢的改善显著相关,提示肠道菌群可能参与了葛根芩连汤的降糖作用。其次,我们比较了降糖调脂方与二甲双胍在治疗2型糖尿病合并高血脂过程中,对患者肠道菌群的调节作用及与血糖血脂代谢改善的关系。结果表明,两种药物均显著改善患者的血糖和血脂代谢,而且,降糖调脂方改善胰岛素抵抗和甘油三酯的效果更好。主成分分析和基于Bray-Curtis距离的主坐标轴分析表明,两种药物均可以显著调节患者的肠道菌群结构,降糖调脂方对菌群的调节作用显著大于二甲双胍。采用co-abundance network analysis,我们找到了被两种药物共同改变的共出现(co-abundant)细菌类群,该类群以Blautia spp.为代表,其丰度与两种药物的降糖降脂作用显著正相关。此外,与葛根芩连汤作用类似,降糖调脂方也富集了Faecalibacterium spp.,而且,它与4项血糖指标(FBG、HbA1c、2h-PBG和HOMA-IR),以及1项血脂指标(甘油三酯)显著负相关。本研究表明,降糖调脂方和二甲双胍均显著改变2型糖尿病合并高血脂患者的肠道菌群结构,特别是增加有益菌如Blautia spp.,其丰度与两种药物改善血糖和血脂代谢显著正相关,提示肠道菌群可能参与了二甲双胍和降糖调脂方的降糖降脂作用。两项人群试验结果表明,葛根芩连汤和降糖调脂方均能显著富集具有抗炎作用、且在糖尿病患者肠道内含量较低的有益菌Faecalibacterium spp.,此外,该类细菌含量与两种药物的降糖作用显著相关,说明Faecalibacterium spp.是一类与糖尿病改善相关的重要功能性细菌。因此,为了后续深入研究Faecalibacterium spp.与糖尿病的关系,我们采用M2GSC培养基,在厌氧条件下成功地从一名健康成年男性的新鲜粪便样品中,分离得到了15种不同ERIC(Enterobacterial repetitive intergenic consensus)类型的Faecalibacterium spp.,这为下一步研究Faecalibacterium spp.与糖尿病的关系提供了物质基础。综上所述,本论文研究表明葛根芩连汤、降糖调脂方和二甲双胍均可以调节2型糖尿病患者的肠道菌群结构,特别是增加有益菌例如Faecalibacterium和Blautia spp.等细菌的含量,且肠道菌群的改变与糖尿病的改善显著相关,提示肠道菌群可能参与了药物的降糖作用,也提示中药可以作为以肠道菌群为靶点治疗2型糖尿病的新药来源。