肠道次级胆汁酸合成恢复：改善 1 型糖尿病胰腺 β 细胞功能的潜在新途径

这篇研究聚焦 1 型糖尿病（T1D），发现患者存在肠道微生物群和胆汁酸失调。通过研究证实，调节肠道微生物群和次级胆汁酸代谢可改善血糖控制、减轻炎症，为 T1D 治疗提供新方向，对攻克该疾病意义重大。

　　

研究背景

1 型糖尿病（T1D）是一种慢性自身免疫性疾病，其特征为胰岛素产生细胞 —— 胰腺 β 细胞被破坏，由免疫相关机制引发。经典症状包括多饮、多食、多尿和明显的高血糖，患者需终身进行外源性胰岛素替代治疗。近年来，T1D 的发病率和患病率呈全球上升趋势，这无法仅用遗传因素解释，环境因素的作用日益受到关注，其中肠道微生物群的失调备受瞩目。

与健康对照（HCs）相比，T1D 患者肠道微生物多样性降低，短链脂肪酸（SCFAs）产生减少，肠道通透性增加。肠道微生物产生的代谢物，如次级胆汁酸，参与宿主生理过程调节，其代谢失衡与多种疾病相关，在 T1D 发病机制中也可能发挥重要作用。已有研究表明，某些次级胆汁酸可改善 β 细胞功能、调节葡萄糖代谢，降低 T1D 发病风险。

基于此，本研究旨在探究肠道微生物群和次级胆汁酸代谢功能障碍在 T1D 中的作用，并探索针对性干预措施，为 T1D 治疗提供新方向。

研究方法

1. 研究对象：本研究共招募 111 名参与者，包括发现队列（44 例 T1D 患者和 34 例 HCs）、内部验证队列（21 例 T1D 患者和 12 例 HCs）以及外部验证队列（20 例 T1D 患者和 20 例 HCs）。T1D 的诊断依据美国糖尿病协会标准，排除患有急性或慢性炎症、感染性疾病、癌症、认知障碍，以及近三个月内使用过皮质类固醇、免疫调节药物、抗生素、益生菌或益生元的个体。
2. 实验分组：根据馒头餐试验（SBMT）中 C 肽水平，将 T1D 参与者分为两个亚组：T1D_POS组（峰值 C 肽水平大于 0.01 ng/mL）和 T1D_NEG组（峰值 C 肽水平小于 0.01 ng/mL），分别代表有残余胰岛功能和胰岛功能耗尽的患者。
3. 实验干预：对符合条件的 T1D 患者进行洗涤菌群移植（WMT）治疗。WMT 供体需经过严格筛选，包括详细的问卷调查、面对面访谈、血液和粪便检测等，以确保供体健康。WMT 植入物在 GMP 认证实验室，利用自动化纯化系统制备，经过多道工序，最终制成含有约 10¹⁰ - 10¹¹ CFU/mL 微生物的悬浮液。患者在 WMT 治疗前需进行标准化肠道清洁，通过胃镜引导将鼻肠管插入近端空肠，连续三天每天注入 50 cm³纯化菌群悬浮液（溶于 100 mL 无菌生理盐水）。
4. 样本采集与检测：在入组时，参与者需提供详细的人口统计学和临床数据，并采集血液、尿液和粪便样本。血液检测包括空腹血糖（FPG）、糖化血红蛋白（HbA1c）、肝肾功能、血脂等指标；T1D 患者还需进行 SBMT 并测量 C 肽水平。接受 WMT 治疗的 T1D 患者，在基线（T0）、治疗后 1 周（T1W）、1 个月（T1M）和 3 个月（T3M）进行随访，期间进行自我血糖监测（SMBG），计算血糖在目标范围内的时间（TIR）、血糖变异系数（CV），记录每日胰岛素需求量，并在 T0 和 T3M 分析血清细胞因子水平和 T 细胞亚群。同时，对粪便和血清样本进行代谢组学测序分析，检测胆汁酸水平。
5. 数据分析：使用 R 语言（版本 4.3.0）进行统计分析。组间比较根据数据分布情况选择合适的检验方法，如 Student's t 检验、Wilcoxon 秩和检验等；相关性分析采用 Spearman 秩相关系数。构建随机森林模型进行分类和特征选择，通过 10 折交叉验证和网格搜索优化超参数，最终根据分类准确率、计算效率和模型可解释性选择最佳模型。

研究结果

1. 研究参与者基线特征：在各队列中，T1D 组和 HCs 组在性别、年龄、体重指数（BMI）和血脂谱方面无显著差异，但 T1D 组的 HbA1c、FPG 和空腹 C 肽水平与 HCs 组相比有显著差异，反映出 T1D 患者的血糖控制和胰岛功能异常。
2. T1D 患者肠道微生物群失调：通过对粪便样本的宏基因组测序分析发现，T1D 组的细菌 α 多样性低于 HCs 组，Chao1 丰富度估计值和 Shannon 多样性指数均显著降低。主坐标分析（PCoA）显示，T1D 组和 HCs 组的肠道微生物群落组成存在明显差异。差异丰度分析确定了 T1D 患者中多种显著改变的细菌分类群，如韦荣氏球菌（Veillonella parvula）、大肠杆菌（Escherichia coli）等富集，而普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）、柔嫩梭菌（Clostridium leptum）等减少。功能分析表明，T1D 患者肠道微生物的功能谱也发生改变，次级胆汁酸生物合成途径减少。
3. 胆汁酸代谢失调与 T1D 胰岛功能受损相关：T1D 组中参与次级胆汁酸合成的 5 种胆汁酸诱导（bai）操纵子基因和 2 种羟基类固醇脱氢酶（HSDH）基因的相对丰度显著降低。靶向代谢组学分析显示，T1D 患者粪便和血清中的次级胆汁酸比例和绝对丰度均下降，如脱氧胆酸（DCA）、石胆酸（LCA）和异石胆酸（isoLCA）。相关性分析发现，某些次级胆汁酸与空腹 C 肽水平和 C 肽曲线下面积（AUC）呈正相关，而部分初级和次级胆汁酸与 C 肽 AUC 呈负相关。进一步分层分析表明，T1D_NEG组的次级胆汁酸相对丰度显著低于 T1D_POS组，提示胆汁酸代谢失调与胰岛功能受损密切相关。
4. 肠道微生物特征和胆汁酸谱在 T1D 中的诊断潜力：基于关键微生物分类群和胆汁酸代谢物构建的综合预测模型，在区分 T1D 患者和 HCs，以及不同残余胰岛功能的 T1D 亚组方面表现出良好的诊断性能。微生物分类群和次级胆汁酸单独作为诊断指标时已有一定准确性，两者结合进一步提高了诊断准确性，展示了多组学生物标志物在 T1D 诊断中的潜力。
5. WMT 治疗 T1D 的临床疗效：在 WMT 治疗期间及 3 个月随访期内，未观察到参与者出现不良事件，表明 WMT 治疗 T1D 具有较好的安全性。临床参数分析显示，WMT 治疗后，患者的 TIR 显著增加，血糖变异系数降低，每日胰岛素需求量减少，HbA1c 水平在 3 个月时显著下降，但空腹 C 肽和 C 肽 AUC 无显著变化，提示 WMT 对 T1D 患者的血糖控制有积极影响，但对胰岛功能的改善效果尚不明确，需进一步研究。
6. WMT 对 T1D 患者肠道微生物群的恢复作用：WMT 治疗后，T1D 患者的肠道微生物多样性显著增加，微生物群落结构发生明显变化，向供体微生物群谱靠近。具体表现为一些有害菌如大肠杆菌、唾液链球菌（Streptococcus salivarius）等的相对丰度降低，有益菌如Faecalibacterium sp.、玫瑰杆菌（Roseburia faecis）等增加，同时胆汁酸生物合成基因的相对丰度上调，表明 WMT 有助于恢复 T1D 患者的肠道微生态平衡。
7. WMT 对 T1D 患者炎症反应和免疫耐受的调节作用：WMT 治疗后，患者血清中促炎细胞因子 IL - 17A 和 IL - 1β 水平显著下调，Th17 细胞群体及其标志性细胞因子 IL - 17A 也显著减少，而调节性 T 细胞（Tregs）数量虽有增加趋势但未达统计学意义，Th1 细胞亚群相对稳定。这些结果表明 WMT 可调节 T1D 患者的免疫反应，减轻炎症，对免疫平衡产生有益影响。
8. WMT 治疗后肠道微生物群和胆汁酸谱与胰岛功能改善的关系：在接受 WMT 治疗的 T1D 患者中，基线时无残余胰腺 β 细胞功能的患者（T1D_NEG）治疗后 β 细胞功能无恢复；而有残余胰岛功能的患者（T1D_POS）中，部分患者（ responders）C 肽 AUC 增加，表现出 β 细胞功能改善。 responders 组在 WMT 治疗后，肠道微生物群中Firmicutes sp.、Roseburia faecis和Clostridium leptum等有益菌的丰度增加，大肠杆菌丰度降低，粪便中 isoLCA 和 LCA 的相对丰度升高；non - responders 组则无明显变化。这表明 WMT 可能通过重塑肠道微生物群和增加次级胆汁酸代谢，改善部分 T1D 患者的胰岛功能。

讨论

本研究通过多队列研究，证实了 T1D 患者存在肠道微生物群失调和次级胆汁酸代谢异常，且次级胆汁酸与胰腺 β 细胞功能密切相关。构建的综合预测模型展示了肠道微生物和胆汁酸代谢物作为生物标志物在 T1D 诊断中的潜力。WMT 作为一种靶向微生物干预措施，在改善 T1D 患者血糖控制、调节免疫反应和恢复肠道微生态方面具有一定效果，部分患者的胰岛功能也得到改善，这与肠道微生物群重塑和次级胆汁酸水平增加有关。

然而，本研究存在一定局限性。预测模型基于中国人群的横断面研究数据，可能存在种族和地域局限性，且模型在不同年龄组的适用性有待验证；WMT 治疗的随访时间仅为 3 个月，长期疗效尚不明确；研究未设置安慰剂对照组，存在设计缺陷；此外，次级胆汁酸改善 T1D 胰岛功能的具体机制尚未完全阐明。未来研究需进一步扩大样本范围，延长随访时间，深入探究其作用机制，以更全面评估肠道微生物群和次级胆汁酸代谢在 T1D 中的作用，为 T1D 的治疗提供更有力的依据。