幽门螺杆菌感染通过肠道菌群失调损害葡萄糖稳态的机制研究

《BMC Microbiology》：Helicobacter pylori infection impairs glucose homeostasis through gut microbiota dysbiosis

本研究发现幽门螺杆菌（H. pylori）感染通过改变肠道菌群组成，减少短链脂肪酸（SCFA）产生菌，降低乙酸和丙酸水平，进而抑制胰高血糖素样肽-1（GLP-1）分泌，加重2型糖尿病（T2D）模型小鼠的胰岛素抵抗。根除H. pylori可逆转上述变化，改善糖代谢。研究揭示了H. pylori感染与糖代谢紊乱的新机制，为糖尿病防治提供了新靶点。

　　

幽门螺杆菌感染加重糖尿病模型小鼠的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗

为探究幽门螺杆菌（H. pylori）感染与葡萄糖稳态的关系，研究首先建立了一个包含389例2型糖尿病（T2D）患者的回顾性队列。结果显示，H. pylori阳性患者的空腹血糖（FBG）、糖化血红蛋白（HbA1c）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白水平均显著高于阴性对照组。成功根除H. pylori后，患者的FBG和HbA1c水平显著改善。在动物实验中，研究人员采用高脂饮食（HFD）联合链脲佐菌素（STZ）诱导的C57BL/6J糖尿病小鼠模型，并灌胃H. pylori悉尼株（SS1）。感染H. pylori的糖尿病小鼠表现出空腹血糖升高、胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）增加、葡萄糖耐量试验（OGTT）和胰岛素耐量试验（ITT）异常。同时，血清活性GLP-1水平显著降低，肝脏出现更严重的微泡性脂肪变性和巨噬细胞（F4/80阳性细胞）浸润。肝脏组织中胰岛素受体底物1（IRS-1）与磷酸化IRS-1（p-IRS-1）的比值升高，表明肝胰岛素信号通路受损，胰岛素抵抗加剧。

幽门螺杆菌加剧肠道上皮炎症反应并削弱内源性GLP-1分泌

组织学分析发现，H. pylori感染导致糖尿病小鼠结肠总长度缩短、组织学结肠炎评分增加、紧密连接结构破坏。结肠上皮内CD3⁺ T细胞数量增加，黏蛋白生成的杯状细胞（PAS阳性细胞）数量减少，表明结肠炎症加剧。免疫组化和免疫荧光显示，感染小鼠结肠组织中GLP-1阳性细胞数量显著减少。RNA测序（RNA-seq）和基因集富集分析（GSEA）表明，差异表达基因（DEGs）显著富集于GLP-1依赖性环磷酸腺苷（cAMP）信号通路和胰岛素分泌通路。实时荧光定量PCR（qPCR）验证了结肠组织中GLP-1受体（GLP-1R）、游离脂肪酸受体1（FFAR1）和FFAR2的mRNA表达水平下调。此外，炎症标志物白介素-1α（IL-1α）、IL-2和IL-6的表达显著升高。这些结果提示H. pylori感染加剧了肠道上皮炎症，并抑制了与GLP-1分泌相关的信号通路。

幽门螺杆菌改变结肠微生物组成并诱导菌群依赖性短链脂肪酸代谢紊乱

通过16S rRNA和宏基因组测序分析发现，H. pylori感染后，小鼠结肠内容物中 Helicobacter 属细菌（包括 H. hepaticus, H. bilis 等）丰度显著增加，而产短链脂肪酸（SCFA）的有益菌如 Bifidobacterium、Lactobacillus 和 Akkermansia 的丰度下降。主坐标分析（PCoA）显示菌群β多样性发生显著改变。微生物共现网络分析表明 Helicobacter 物种与产SCFA菌之间存在显著的负相关关系。冗余分析（RDA）和Spearman相关性分析进一步证实，菌群变化与血糖指标紊乱显著相关。靶向代谢组学检测显示，感染小鼠结肠内容物中总SCFAs、乙酸和丙酸的浓度显著降低。宏基因组功能注释发现，参与SCFAs生成的关键酶编码基因表达发生改变。这些数据表明，H. pylori感染导致了肠道菌群失调和SCFA代谢缺陷。

来自感染小鼠的移植菌群塑造促炎环境并抑制肠道GLP-1分泌

为了验证菌群变化的因果作用，研究进行了粪便微生物移植（FMT）实验。将H. pylori感染或未感染供体小鼠的粪便悬浮液移植给经广谱抗生素处理的受体小鼠。结果显示，移植了感染供体菌群的受体小鼠，其肠道菌群组成、SCFA谱（乙酸、丙酸降低）均与供体相似。这些小鼠表现出空腹血糖升高、血清GLP-1水平降低、葡萄糖耐量受损以及更严重的结肠炎症和屏障破坏。肝脏p-IRS-1蛋白表达降低，提示肝胰岛素抵抗加重。体外细胞实验表明，与H. pylori感染糖尿病小鼠的粪便上清液共培养24小时，可抑制肠内分泌细胞系（STC-1和NCI-H716）的前胰高血糖素（proglucagon）转录、细胞内cAMP水平和GLP-1分泌。而补充外源性SCFAs混合物（乙酸:丙酸:丁酸=1:1:1）则可逆转这种抑制作用。这证明H. pylori感染通过改变菌群及其代谢产物SCFAs，进而调控GLP-1的合成与分泌。

根除幽门螺杆菌可缓解其诱导的葡萄糖稳态失衡

最后，研究探讨了根除H. pylori对糖尿病表型的改善作用。感染小鼠接受包含克拉霉素、雷贝拉唑和阿莫西林的三联疗法。根除治疗后，小鼠体重和空腹血糖显著下降，结肠长度增加，结肠炎评分、杯状细胞和GLP-1阳性细胞数量均得到改善。葡萄糖耐量和胰岛素敏感性提高，肝脏脂肪变性和巨噬细胞浸润减轻，肝脏IRS-1/p-IRS-1比值降低，表明肝胰岛素信号通路和胰岛素抵抗得到改善。