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中药通过肠道菌群改善肥胖症及其相关代谢性疾病的研究进展

1 肠道菌群与肥胖及其相关代谢性疾病

越来越多的研究表明,肠道菌群和肥胖及其相关代谢性疾病的发生发展紧密联系,肠道菌群的失调会破坏肠黏膜屏障、增加脂多糖(LPS)释放引发代谢性内毒素血症,从而促进全身慢性低度炎症和糖脂代谢紊乱。Liu等通过对中国肥胖人群肠道菌群的特征性分析发现,肥胖个体中谷氨酸发酵共生菌拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)的丰度显著降低,与血清谷氨酸浓度呈负相关,并抑制脂质分解代谢。Karlsson等通过粪便宏基因组分析发现,T2DM患者与正常人群相比,有4种乳杆菌(Lactobacillus)的丰度增加,5种梭状芽孢杆菌(Clostridium)的丰度降低,这些菌群组成的差异变化与调节血糖、血脂的代谢相关。

1.1 肠道菌群 人体内环境极其复杂,肠道微生物群是其重要组成部分。肠道菌群作为一个复杂的生态系统,诸多种类的微生物密集分布,并受宿主基因型和环境因素的影响,主要分为三大类,即共生菌群、致病菌群和条件致病菌群。肠道菌群在门水平上主要分为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)以及少部分的变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia),且根据肠道不同区域pH值和含氧量分布。维持肠道菌群的平衡对宿主的健康至关重要。

1.2 肠道菌群促进肥胖及其相关代谢性疾病发生发展的机制 肥胖的大范围流行促使人们积极探寻影响机体能量平衡的重要因素。肠道菌群可被视为一个独立的内分泌器官,与肥胖、T2DM、MAFLD等代谢性疾病的发生发展紧密相关(见图1)。Peter等通过对肥胖人群和健康人群的肠道菌群进行比较后发现,肥胖与Bacteroidetes和Firmicutes这两类主要菌群的相对丰度变化有关,且肥胖人群因肠道菌群的改变从饮食中获取能量的能力增强。将肥胖小鼠的肠道菌群定植在无菌小鼠和健康野生型小鼠中,可导致全身脂肪累积的显著增加,这些结果将肠道菌群确定为肥胖的一个促成因素。而特定的菌群,如双歧杆菌属(Bifidobacterium)已被证明可以改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠的葡萄糖稳态,减少体质量增加和全身脂质累积,并恢复葡萄糖介导的胰岛素分泌。

越来越多的报道表明肠道产生的功能分子通过脑-肠轴、肝-肠轴、肺-肠轴及肠-脂肪轴等调控机体的生理病理进程,中药及其复方相关作用机制亦有报道,但是否是其主要作用机制,还需要更多的证据。

⑵肠道菌群及其代谢产物的复杂性导致证明实验菌株和肠道代谢分子的相关性存在一定的困难,而微生物的培养成为解决该问题的关键。采用高通量培养与宏基因组学相结合的方法,并通过分离和测序以前未培养过的物种,可减少与宏基因组学相关的暗物质认识盲区。中药的研究可以引入微生物培养组学表征功能微生物,探究其与功能代谢分子的相关性及在改善疾病中的作用。

⑶肠道菌群代谢产物种类多样、浓度差异大,且存在动态变化,具有时空特异性,而目前的代谢组学研究技术仅能提供静态的代谢产物丰度信息。因此,捕捉真正起作用的功能代谢分子也具有一定的挑战性。

总之,多组学技术需要有机整合,并结合靶器官及靶细胞群信号通路的作用研究才能较完全阐明中药改善代谢性疾病的作用机制。

药物和宿主肠道菌群之间相互作用、相互影响,结合肠道菌群开展科学研究,是目前药物改善代谢性疾病机制研究的重点。通过以靶向改善肠道菌群失调为目标,治疗肥胖及其相关代谢性疾病的机制探索仍然需进一步的深入研究;探索中药和肠道菌群间的相互作用机制,有望为肥胖及其相关代谢性疾病的治疗带来新突破,亦为中医药改善糖脂代谢紊乱及相关疾病方向的应用带来新契机。

丁丽丽,中国药科大学生药学博士,美国City of Hope National Medical Center (Diabetes and Metabolism Research Institute) 博士后,上海中医药大学中药研究所研究员。入选国家优青、上海市浦江学者。主要从事胆汁酸信号通路靶点功能和中药防治代谢性疾病生物学机制研究。近年来围绕“肠-肝轴”胆汁酸信号通路靶点调控糖脂代谢改善肥胖和代谢性疾病及中药调控胆汁酸信号通路改善代谢性疾病机制研究方面形成鲜明特色,取得多项研究成果。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、上海市自然科学基金原创探索类项目等多项科研课题,获国家发明专利授权8件。在国内外期刊发表学术论文41篇(SCI 源期刊收录论文31篇),其中以一作/共一/共通讯作者在Hepatology、PNAS、Acta Pharmaceutica Sinica B等杂志发表学术论文20余篇。

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