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基于肠道菌群-ImP轴探索叶黄素对二甲双胍治疗2型糖尿病疗效和初始治疗失败率的影响及机制

批准号:
82103845
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘凯
学科分类:
人类营养
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘凯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
二甲双胍是治疗2型糖尿病(T2DM)的一线药物,如何改善其疗效和初始治疗失败率是T2DM研究领域亟待解决的热点科学问题。最新研究发现肠道菌群-咪唑丙酸(ImP)轴激活可能是二甲双胍治疗方案出现疗效降低甚至初始治疗失败的重要原因,然而目前尚无靶向调控该信号通路轴的干预措施及机制研究。血液中ImP水平与肠道菌群和膳食因素密切相关,既往研究和项目组前期实验结果提示膳食中的叶黄素可能通过肠道菌群降低血液中的ImP水平。因此我们提出了“叶黄素可通过靶向调控肠道菌群-ImP轴改善二甲双胍治疗T2DM疗效,进而降低其初始治疗失败率”的研究假说。本项目拟通过宏基因组测序、菌群移植无菌动物、UPLC-MS/MS等方法,从动物和人群两个层面对研究假说进行深入探讨。该假说的论证可为改善二甲双胍疗效和初始治疗失败率方案的制定提供新的理论依据。同时,本项目的开展对拓展了解叶黄素生理功能和增加其应用价值具有重要意义。
英文摘要
Metformin is the first-line oral drug for type 2 diabetes mellitus (T2DM). Improving its efficacy and initial treatment failure rate is a hot topic for the research area in T2DM. The most recent study found that activation of gut microbiota-ImP axis played a key role in causing efficacy reduction and initial treatment failure of metformin for the management of T2DM. However, the study targeting the regulation of gut microbiota-ImP axis has not been conducted. Serum ImP levels are correlated with gut microbiota and dietary factors. Previous studies and our preliminary research indicated that lutein can decrease the ImP levels by modifying the microbiota composition. As suggested by the aforementioned evidence, we hypothesized that lutein might have beneficial effects on efficacy reduction and initial treatment failure rate of metformin for the management of T2DM. The hypothesis will be tested in both human and animal studies using the techniques of metagenomic sequencing, fecal transplantation in germ-free mice and UPLC-MS/MS etc. The findings may provide a theoretical basis for physicians trying to improve efficacy and initial treatment failure rate of metformin for patients with T2DM. Meanwhile, this study is important for further clarifying the physiological function of lutein and in turn increasing its application value.
2型糖尿病 (type 2 diabetes mellitus, T2DM)已经成为全球重大的公共卫生问题。二甲双胍虽然作为治疗T2DM的首选一线治疗药物,但其治疗失败率较高。改善二甲双胍治疗T2DM疗效是该研究领域需要解决的热点科学问题。咪唑丙酸(Imidazole propionate,ImP)水平的升高可能是T2DM患者接受二甲双胍治疗过程中出现疗效降低和初始治疗失败问题的重要原因。既往研究提示,叶黄素可能具有通过肠道菌群降低血液中ImP水平的作用。因此,我们推测叶黄素可通过靶向调控肠道菌群-ImP轴改善二甲双胍治疗T2DM疗效,进而降低其初始治疗失败率。.本研究的主要内容是科学评价叶黄素对T2DM血糖调控和二甲双胍降血糖效应的改善作用及机制。实验干预包括叶黄素、二甲双胍、叶黄素和二甲双胍联合干预。研究结果发现叶黄素和二甲双胍联合干预对空腹血糖、OGTT、HOMA-IR、ImP的调控作用明显优于二甲双胍单独干预方式。叶黄素和二甲双胍联合干预可显著改变肠道菌群Beta多样性,其对血糖的调控作用可能与其降低肠道菌群中的Firmicutes/Bacteroidota比值有关。同时,本研究发现ImP水平升高可影响二甲双胍的降血糖效应,而叶黄素单独干预、叶黄素和二甲双胍联合干预干预过程中,ImP水平的降低可改善实验干预的降血糖效应。组间差异分析和相关性分析结果提示叶黄素和二甲双胍联合干预较二甲双胍单独干预具有的更好的降血糖效应,且与其影响产ImP的菌群Eggerthella_lenta丰度水平有关。通过检测靶点蛋白表达发现叶黄素和二甲双胍联合干预对磷酸化AMPK表达的改善较单用二甲双胍和叶黄素干预的效果更好。综上所述,叶黄素可能通过肠道菌群-ImP轴调控磷酸化AMPK表达进而改善T2DM血糖代谢失衡和二甲双胍降血糖效应。同时,基于尿液代谢组分析,本课题研究了叶黄素对T2DM的血糖调控作用与尿液代谢产物及合成通路的关系,进一步深入探讨了叶黄素对T2DM血糖失衡调节的机制。此外,本课题完成了题为咪唑丙酸作为生物标志物用于预测T2DM的应用以及检测试剂盒的制备的专利申请书一份。本研究的发现对叶黄素在T2DM血糖调控方向的生理功能及相关机制提供了一定理论依据,为临床医生制定T2DM治疗方案提供了科学的参考依据。
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