约氏乳杆菌N6.2通过调控昼夜节律基因与维生素K通路改善db/db小鼠血糖及糖尿病性器官损伤

《Journal of Endocrinology》：Lactobacillus johnsonii N6.2 improves glycemia and reduces diabetes-induced organ injury in the db/db mice model

本研究针对2型糖尿病(T2D)及其并发症的防治难题，探讨了益生菌约氏乳杆菌N6.2(Lactobacillus johnsonii N6.2)的干预效果。研究人员在db/db小鼠模型中发现，口服N6.2可显著改善空腹血糖、口服葡萄糖耐量(AUC)，减轻胰腺炎性浸润(insulitis)、肝脏脂肪变性(steatosis)及肾脏系膜扩张。机制上，N6.2通过调控肝脏维生素K代谢通路、上调FGF21表达、影响Per3、Dbp等昼夜节律基因，并改变肠道菌群结构（如富集Lachnospiraceae），其胞外囊泡(EVs)在体外能抑制HepG2细胞脂质积累。该研究为益生菌作为T2D辅助治疗提供了新证据，发表于《Journal of Endocrinology》。

　　

在全球范围内，2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus, T2D）的发病率持续攀升，已成为严重的公共卫生挑战。这种复杂的代谢紊乱不仅表现为持续的高血糖（hyperglycemia），还常常伴随着一系列令人困扰的并发症，包括非酒精性脂肪肝、糖尿病肾病以及胰腺功能受损等。传统的治疗手段虽然能一定程度上控制血糖，但对于阻止或逆转这些器官损伤的效果往往有限。近年来，科学家们将目光投向了人体内一个庞大的“隐形器官”——肠道微生物群（gut microbiota）。越来越多的证据表明，肠道菌群的失调（dysbiosis）与T2D的发生发展密切相关，这为通过调控菌群来干预糖尿病提供了全新的思路。其中，益生菌（probiotics）或活体生物治疗产品（Live Biotherapeutic Products, LBPs）作为潜在的辅助治疗策略，受到了广泛关注。那么，特定的益生菌是否能够缓解T2D的核心症状并保护器官功能？其背后又隐藏着怎样的分子机制？为了回答这些问题，一项发表在《Journal of Endocrinology》上的研究进行了深入的探索。

为了探究益生菌对T2D的干预效果及其机制，研究人员设计了一套严谨的实验方案。本研究以Leptin受体缺陷的db/db小鼠作为T2D模型，这是一种经典的肥胖兼糖尿病模型，会自发出现高血糖、胰岛素抵抗和器官损伤。研究团队给4周龄的雄性db/db小鼠口服约氏乳杆菌N6.2（剂量为10⁹ CFU，每周三次），持续干预14周，并以服用磷酸盐缓冲盐水（PBS）的小鼠作为对照组。在研究终点，他们系统评估了小鼠的血糖水平（包括空腹血糖和口服葡萄糖耐量试验OGTT），并对胰腺、肝脏、肾脏和脂肪组织进行了详细的病理学分析（如苏木精-伊红H&E染色和评分）。在机制探索层面，研究人员运用了靶向代谢组学（targeted metabolomics）分析肝脏代谢物，通过RNA测序（RNA-seq）技术检测肝脏和内脏脂肪组织的转录组变化，并利用定量实时聚合酶链式反应（qRT-PCR）对关键基因进行验证。此外，他们还分离了约氏乳杆菌N6.2产生的胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs），在人类肝癌细胞系HepG2中建立了棕榈酸（Palmitic Acid, PA）诱导的脂质积累模型，通过油红O（Oil Red-O）染色评估EVs对脂质沉积的影响。同时，通过对小鼠粪便样本进行16S rRNA基因测序，分析了肠道微生物群落结构的变化。

L. johnsonii N6.2 administration improves glycemic levels and attenuates diabetes-mediated pancreas, liver and kidney injury

研究结果显示，与对照组相比，喂食约氏乳杆菌N6.2的db/db小鼠其空腹血糖水平显著降低，口服葡萄糖耐量试验中的曲线下面积（AUC）也明显减小，这表明N6.2有效改善了模型的血糖控制能力。组织病理学分析进一步揭示了N6.2的保护作用：胰腺的胰岛炎（insulitis）评分显著下降，意味着免疫细胞对胰岛的浸润减少；肝脏的脂肪变性（steatosis）评分（综合了脂肪变、炎症和气球样变）显著降低；内脏脂肪细胞的数目增加，而细胞大小和直径减小，提示脂肪细胞肥大得到改善；肾脏的系膜基质扩张也受到显著抑制。这些结果综合表明，约氏乳杆菌N6.2能够减轻T2D模型典型的多个器官损伤。

L. johnsonii N6.2 affects liver metabolites associated with sugar metabolism

通过对肝脏样本进行靶向代谢组学分析，研究人员发现对照组小鼠有11种代谢物更为富集，而N6.2处理组则有8种代谢物更为富集。通路富集分析显示，对照组富集的代谢物与精氨酸、脯氨酸代谢、尿素循环、淀粉和蔗糖代谢等相关。尤为引人注目的是，N6.2处理组显著富集于维生素K（Vitamin K）代谢通路，这为解释其有益效应提供了一个新的视角，因为维生素K此前已被报道与胰岛素敏感性和血糖调控有关。

L. johnsonii N6.2 administration induces significant changes in the transcriptome of liver tissue

初步的qRT-PCR检测发现，N6.2处理组小鼠肝脏中成纤维细胞生长因子21（Fibroblast Growth Factor 21, FGF21）的表达显著上调。FGF21是调节葡萄糖和脂质代谢的关键因子。随后进行的肝脏组织RNA-seq分析揭示了更深入的转录组变化：与对照组相比，N6.2处理组有11个基因下调，5个基因上调。其中，下调的基因显著富集于昼夜节律（circadian rhythm）相关基因，包括Period 3（Per3）、D-box结合蛋白（DBP）和甲状腺胚因子（TEF）等。这些基因的紊乱已知与T2D的发展有关。此外，脂肪酸去饱和酶3（Fads3）和烟酰胺核糖激酶1（Nmrk1）等与脂质和葡萄糖代谢相关的基因也发生下调。而上调的基因则包括适配蛋白3亚基1（AP3s1）、Deltex E3泛素连接酶4（Dtx4）和环指蛋白144A（Rnf144a），这些基因与细胞囊泡运输和免疫调节有关。

L. johnsonii N6.2 EVs prevent lipid accumulation in HepG2 cells

为了探究细菌分泌物是否直接发挥作用，研究人员提取了约氏乳杆菌N6.2的胞外囊泡（EVs）进行体外实验。在HepG2细胞中，棕榈酸（PA）处理成功诱导了脂质积累，而同时加入N6.2 EVs则能显著减少这种脂质沉积。基因表达分析显示，EVs的处理诱导了细胞色素P450家族1亚家族A成员1（CYP1A1）的快速表达，该基因是EVs活性的一个标志。对于部分昼夜节律基因（如PER3, NPAS2）和脂质代谢基因（如SREBF1），EVs也在不同时间点显示出调节作用，虽然趋势不如体内实验一致，但提示了EVs的直接生物活性。

L. johnsonii N6.2 intervention affects the community structure of the gut microbiome of the db/db mice

对粪便微生物群的分析表明，虽然α多样性（Shannon指数）在N6.2处理组有升高趋势，但未达到统计学显著性。然而，基于Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（NMDS）显示两组间的微生物群落结构存在显著差异。在分类学水平上，N6.2处理组显著富集了毛螺菌科（Lachnospiraceae）细菌，具体表现为罗姆布茨菌（Romboutsia）和毛螺菌属（Lachnoclostridium）的相对丰度增加，而布劳特氏菌（Blautia）在对照组中更为富集。这表明N6.2的干预确实重塑了db/db小鼠的肠道菌群结构。

综上所述，本研究系统地证实了益生菌约氏乳杆菌N6.2在db/db小鼠T2D模型中的多重有益作用。它不仅能够改善血糖稳态，还能减轻胰腺、肝脏和肾脏的糖尿病特异性损伤。从机制上看，这种保护作用可能与多个层面相关：系统层面上，N6.2调节了全身的血糖和脂质代谢状况；分子层面上，它影响了肝脏的维生素K代谢通路，上调了关键代谢调节因子FGF21的表达，并显著调控了核心昼夜节律基因（如Per3, Dbp）的表达；细胞通信层面上，其分泌的EVs被证明可以直接作用于肝细胞，减少脂质积累；微生态层面上，它改变了肠道菌群的结构，富集了可能有益的细菌类群。这些发现将菌群-宿主互作、代谢调控、昼夜节律和器官保护等多个生物学过程巧妙地联系了起来。该研究不仅强化了益生菌作为T2D辅助治疗策略的科学依据，更重要的是，它揭示了维生素K通路、昼夜节律基因等新的潜在作用靶点，为未来开发更精准的微生物干预方案提供了重要的理论基础和实验证据。当然，这些令人鼓舞的发现最终能否转化为人类的健康效益，还需要后续严格的临床研究来进一步验证。