肠道菌群易位通过破坏β细胞功能促进肥胖诱导的糖尿病发生

本研究针对肠道菌群易位(IBT)在2型糖尿病(T2DM)发病中的作用机制，通过饮食诱导肥胖(DIO)和抗生素干预(AIMD-DIO)小鼠模型，结合深度学习辅助的细菌追踪技术，首次揭示了肥胖状态下肠道菌群向胰腺迁移的病理过程。研究发现高脂饮食导致肠道屏障破坏和脂质沉积，促进细菌易位至胰腺，进而引发β细胞功能障碍和胰岛素抵抗(IR)；而抗生素干预可减少菌群易位并改善糖代谢。该研究为理解微生物-宿主互作在代谢疾病中的作用提供了新视角，并为AI技术在微生物研究中的应用树立了典范。

　　

在当代社会，2型糖尿病(T2DM)与肥胖的流行已成为全球公共卫生危机。尽管肠道微生物组与代谢疾病的关联已被广泛认识，但细菌如何从肠道"移民"到远端器官并引发疾病的机制仍是个黑箱。尤其令人困惑的是，这些微观世界的"移民者"是否以及如何影响胰腺β细胞的功能？这项发表在《Scientific Reports》的研究通过创新的技术手段，揭开了肠道菌群易位(IBT)与胰腺功能障碍之间的神秘面纱。

研究人员采用饮食诱导肥胖(DIO)小鼠模型，结合抗生素诱导的微生物群破坏(AIMD-DIO)干预，通过16S rRNA扩增子测序分析肠道和胰腺菌群组成，并开创性地应用深度学习辅助的荧光标记细菌追踪技术。实验设计包括葡萄糖耐量测试(GTT)、组织学分析、荧光原位杂交(FISH)和紧密连接蛋白检测等多维度评估。

肠道微生物群促进肥胖相关T2DM

DIO小鼠表现出显著的体重增加和代谢异常，而AIMD-DIO组尽管摄食量高却未出现肥胖，证实肠道菌群在能量获取中的关键作用。血糖和胰岛素检测显示，DIO组出现典型糖尿病表型，而抗生素干预显著改善糖代谢指标。

AIMD挽救DIO小鼠胰腺功能障碍

胰腺组织学显示DIO组出现脂肪浸润和胰岛结构破坏，β细胞胰岛素表达异常；而AIMD-DIO组保持较完整胰岛形态。免疫荧光显示DIO组β细胞区域显著减少，提示胰岛素分泌功能障碍。

DIO显著改变胰腺菌群组成

16S测序发现DIO小鼠胰腺中普雷沃菌(Prevotella)和拟杆菌(Bacteroides)显著增加，这两种菌已被报道与胰岛素抵抗(IR)相关。值得注意的是，抗生素对胰腺菌群的影响有限，表明饮食是菌群组成的主要决定因素。

深度学习揭示DIO促进细菌易位

通过DsRed标记的大肠杆菌示踪实验，结合自主研发的U-Net深度学习模型（DSC=0.688，优于传统方法），首次实现细菌易位的精准量化。结果显示DIO小鼠胰腺十二指肠叶(DL)细菌载量显著增加，证实肥胖促进菌群向胰腺迁移。

肠道屏障破坏是易位关键机制

油红O染色显示DIO小鼠肠道绒毛脂质沉积增加，伴随claudin 3/5和mucin 2表达下调，表明肠道屏障完整性受损。这与FISH检测到的胰腺内源性细菌增加相呼应，建立了"脂质沉积-屏障破坏-细菌易位"的病理链条。

这项研究开创性地证实了肥胖状态下肠道菌群向胰腺的物理迁移及其代谢后果，提出了"肠道-胰腺轴"在T2DM发病中的新机制。深度学习辅助的细菌定量方法为微生物研究提供了新工具。研究发现不仅解释了为何某些肠道菌群变化与糖尿病相关，更提示调控菌群易位可能成为代谢疾病干预的新靶点。尽管小鼠与人类胰腺解剖结构存在差异，但该研究揭示的基本生物学原理为理解微生物-宿主互作提供了全新视角，也为开发基于微生物组的诊疗策略奠定了理论基础。