索马鲁肽通过调节肠道菌群改善二甲双胍控制不佳的2型糖尿病患者代谢谱的机制研究

《Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity》：The Effect of Semaglutide on Gut Microbiota in Chinese Patients with Type 2 Diabetes Poorly Controlled by Metformin

本研究探讨了长效GLP-1受体激动剂索马鲁肽（semaglutide）对中国二甲双胍控制不佳的2型糖尿病（T2DM）患者肠道菌群组成及代谢功能的调节作用。通过16S rRNA测序与非靶向代谢组学分析，发现索马鲁肽可显著改变肠道微生物结构（如提升Bifidobacterium，降低Klebsiella），并影响Fc epsilon RI信号、血管平滑肌收缩、亚油酸代谢等关键通路。研究提示索M马鲁肽的部分疗效可能通过菌群-代谢轴介导，为糖尿病个体化治疗提供了新视角。

　　

Abstract

Background

2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus, T2DM）是一种全球高发的代谢性疾病，其发病与肠道菌群失调密切相关。本研究旨在探讨长效GLP-1受体激动剂（GLP-1RA）索马鲁肽对15例二甲双胍控制不佳的中国T2DM患者肠道菌群组成及代谢谱的影响。

Methods

参与者接受为期12周的索马鲁肽治疗，分别于治疗前后收集粪便与血液样本。通过16S rRNA基因测序分析菌群变化，并结合非靶向代谢组学技术检测代谢物差异。

Results

索马鲁肽治疗后，患者血糖控制（HbA1c、FBG）、体重、BMI及血脂（TG、TC、LDL-C）均显著改善。Alpha多样性指数（如Ace、Chao1、Shannon）虽未达统计学显著性，但呈现上升趋势；Beta多样性分析显示菌群结构发生明显改变。在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度下降，拟杆菌门（Bacteroidota）、放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）上升。属水平上，有益菌如双歧杆菌（Bifidobacterium）增加，潜在致病菌如克雷伯菌（Klebsiella）减少。代谢组学共鉴定出362种差异表达代谢物，主要富集于Fc epsilon RI信号通路、血管平滑肌收缩、亚油酸代谢等途径。相关性分析显示，肠道菌群种类、代谢物与BMI、HbA1c、血脂等临床指标间存在显著关联。

Conclusion

索马鲁肽可能通过调节肠道菌群及相关代谢通路发挥其治疗作用，为糖尿病管理中靶向肠道微生态提供了新思路。

Introduction

T2DM的发病与宿主基因、营养、体力活动、环境及肠道菌群失调等多种因素相关。近年来，肠道菌群作为“第二基因组”在T2DM发生发展中的作用日益受到关注。多项研究表明，包括二甲双胍、阿卡波糖、利拉鲁肽在内的降糖药物均可影响肠道微生物组成。索马鲁肽作为一周一次的长效GLP-1RA，其在调节菌群方面的作用尚不明确。本研究通过自身对照设计，结合多组学技术，深入探索索马鲁肽对T2DM患者肠道菌群和代谢谱的影响。

Materials and Methods

Participant

研究纳入15例来自河北医科大学第二医院的T2DM患者，年龄18~70岁，BMI 24.0~40.0 kg/m²，HbA1c≥7.0%且≤10.5%，已接受稳定剂量二甲双胍（≥1.5 g/天）单药治疗至少6个月。排除标准包括使用抗生素、合并严重并发症或其他代谢疾病。

Study Design

患者接受索马鲁肽治疗12周，起始剂量0.25 mg/周，4周后增至0.5 mg，维持剂量1.0 mg。治疗前后采集体重、血压、空腹血糖、HbA1c、血脂、肝肾功能等临床指标，并留存粪便样本用于菌群和代谢物分析。

16S Ribosomal RNA Gene Pyrosequencing

粪便样本DNA提取后，针对16S rRNA基因V3–V4区进行PCR扩增，使用Illumina平台进行测序。通过DADA2算法获得扩增子序列变异（ASVs），并基于SILVA数据库进行物种注释。菌群功能预测采用PICRUSt2工具。

Bioinformatics and Statistical Analysis

Alpha多样性通过Ace、Chao1、Shannon、Simpson指数评估；Beta多样性采用主坐标分析（PCoA）和非度量多维尺度分析（NMDS）。LEfSe分析识别组间差异菌群，Spearman相关性分析探讨菌群、代谢物与临床指标的关系。

Nontargeted Metabolomic Detection and Analysis

粪便样本经甲醇/水提取后，进行液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）分析。通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和变量重要性投影（VIP）筛选差异代谢物，并进行KEGG通路富集分析。

Results

Patient Characteristics

索马鲁肽治疗后，患者体重、BMI、FBG、HbA1c、TG、TC、LDL-C均显著下降（P<0.05），HDL-C、BUN、Scr等指标无显著变化。

16S rRNA Gene Sequencing

共获得1,647,476条优化序列，注释到12门、94科、273属、527种微生物，ASV总数达6,297个。

The Changes in Gut Microbial Diversity

Alpha多样性指数在治疗后呈上升趋势，但无统计学差异；Beta分析（PCoA、NMDS）显示菌群结构显著分离（PC1=14.54%，PC2=9.47%），表明索马鲁肽改变了菌群整体构成。

The Changes in Gut Microbial Community Composition

门水平上，厚壁菌门由73.06%降至56.10%，拟杆菌门、放线菌门和变形菌门分别由1.74%、14.10%、10.32%升至5.24%、20.81%、17.53%。属水平上，双歧杆菌（10.38%→17.98%）和链球菌（0.72%→5.12%）丰度增加，布劳特菌（Blautia，26.56%→6.89%）等下降。LEfSe分析共识别63个差异菌群，其中24个在治疗后富集。

The Relationship Between Intestinal Microbial Species and Clinical Indices

Spearman分析显示，BMI、HbA1c、FBG、血脂等指标与多种菌群显著相关。例如，Limosilactobacillus和CAG-352与BMI、HbA1c负相关；Blautia、Fusicatenibacter等与HbA1c、FBG正相关。

The Metabolic Differences After Semaglutide Treatment

代谢组学鉴定出362种差异代谢物（169种上调，193种下调），主要涉及脂质及类脂分子（43.70%）。VIP分析显示Top30代谢物中8种上升、22种下降。

The Metabolic Pathway Analysis of Key Differential Intestinal Metabolites

KEGG富集分析提示差异代谢物显著富集于Fc epsilon RI信号通路、血管平滑肌收缩、亚油酸代谢、吞噬体调节等途径。

The Relationship Between Metabolites and Clinical Indices

多种代谢物与HbA1c、FBG、血脂、肾功能指标显著相关。例如，9,12,13-TriHOME与HbA1c、FBG、TC正相关；Valnemulin与HbA1c负相关。

Discussion

本研究发现索马鲁肽在改善T2DM患者血糖、体重和血脂的同时，显著调节了肠道菌群结构和代谢谱。厚壁菌门/拟杆菌门比值的降低可能与能量吸收减少和短链脂肪酸（SCFA）代谢改善有关。双歧杆菌的增多和克雷伯菌的减少进一步支持了索马鲁肽通过菌群-代谢轴发挥益处的假说。代谢通路分析提示药物可能通过调节炎症信号、脂质代谢等途径影响宿主代谢稳态。菌群、代谢物与临床指标的强相关性为个性化治疗提供了潜在生物标志物。

Conclusion

索马鲁肽可能通过重塑肠道菌群组成、调节代谢通路，间接增强其降糖、减重及调脂作用。本研究为GLP-1RA的微生态机制提供了新证据，也为T2DM的菌群靶向治疗策略奠定了理论基础。未来需更大样本、随机对照试验进一步验证这些发现。

Disclosure

作者声明无利益冲突。