植物乳杆菌LPJZ-658在db/db小鼠中抗糖尿病效应与肠道菌群响应的性别依赖性解偶联

《Microorganisms》：Decoupled Anti-Diabetic and Gut Microbiota Responses to Lactiplantibacillus plantarum LPJZ-658 in db/db Mice

　　

本研究旨在探讨Lactiplantibacillus plantarum LPJZ-658在db/db小鼠中对抗糖尿病疗效及肠道菌群调节的性别依赖性效应。研究人员将8周龄雄性及雌性db/db糖尿病小鼠给予LPJZ-658（1 × 10⁹ CFU/天）或PBS处理4周，并以db/m小鼠作为健康对照。每周测量体重、摄食量及空腹血清葡萄糖。干预后，测定血清葡萄糖、胰岛素、血脂谱参数（甘油三酯TG、总胆固醇T-CHO、非酯化脂肪酸NEFA、高密度脂蛋白胆固醇HDL和低密度脂蛋白胆固醇LDL）以及肝酶（天冬氨酸氨基转移酶AST和丙氨酸氨基转移酶ALT）。评估肾脏、胰腺和肝脏的组织病理学变化，并分析肠道菌群。对于大多数代谢和组织学参数，性别×治疗交互作用不显著。然而，事后多重比较表明，LPJZ-658主要在雄性db/db小鼠中发挥显著的抗糖尿病益处。在雄性db/db小鼠中，LPJZ-658降低了摄食量、相对体重、肝/体重比以及血清葡萄糖、胰岛素、TG和ALT水平。此外，它减轻了肾脏、胰腺和肝脏的组织病理学损伤。相比之下，雌性db/db小鼠在LPJZ-658处理后代谢或组织学参数均无显著改善。值得注意的是，肠道菌群指标，包括α多样性（α-diversity）以及门水平和属水平细菌相对丰度，表现出显著的性别×治疗交互作用。分层分析显示，LPJZ-658处理在雄性db/db小鼠中趋向于将整体群落结构向db/m表型转变，并调节门和属水平的多个分类群，而雌性小鼠的微生物群落结构和α多样性基本保持不变。此外，功能预测表明，LPJZ-658调节了雄性小鼠肠道微生物代谢途径，包括膜转运、碳水化合物代谢和氨基酸代谢途径。LPJZ-658表现出性别依赖性的抗糖尿病效应，其显著益处可能主要与雄性中观察到的肠道菌群性别特异性调节有关。因此，性别应被视为益生菌干预2型糖尿病的关键因素。

糖尿病（DM）是全球性代谢疾病，其患病率持续攀升，且流行病学与实验研究均显示性别差异显著影响DM的发病、进展及并发症结局。益生菌作为2型糖尿病（T2DM）的辅助疗法受到关注，其中Lactiplantibacillus plantarum（L. plantarum）因耐受胃肠道、定植及调节代谢而被广泛研究。然而，既往益生菌糖尿病研究多采用单性别动物模型，缺乏对性别依赖性疗效的认知。LPJZ-658是本课题组从新疆自然发酵乳制品中分离的新型L. plantarum菌株，前期已证实其具备优良益生特性，并可改善非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）小鼠的肝损伤，但其抗糖尿病作用及是否经肠道菌群重塑实现尚不清楚。为此，研究人员利用db/db小鼠这一成熟T2DM模型，系统评估LPJZ-658治疗的性别特异性疗效，并检测生理、代谢、组织病理及肠道菌群等多维度指标，以明确性别是否应作为益生菌干预的关键变量。

研究人员从新疆自然发酵乳制品中分离L. plantarum LPJZ-658，菌株保存于吉林农业科技学院，部分在北华大学实验室稳定培养。实验采用8周龄雌雄db/db小鼠及db/m健康对照，随机分为6组（每组7只），每日灌胃LPJZ-658（1 × 10⁹ CFU/100 μL）或PBS，持续4周。每周监测体重、摄食量及空腹血糖；干预后检测血清葡萄糖、胰岛素、血脂谱（TG、T-CHO、HDL-C、LDL-C、NEFA）及肝酶（AST、ALT），并对肾脏、胰腺、肝脏进行苏木精-伊红（H&E）染色病理评估。肠道菌群分析采用16S rRNA基因V3-V4区扩增，基于Illumina NovaSeq平台测序，利用QIIME2及Novomagic平台进行生物信息学分析，PICRUSt预测京都基因与基因组百科全书（KEGG）功能通路。统计采用双因素方差分析（two-way ANOVA）检验性别×治疗交互作用，对于交互作用显著的指标按性别进行分层分析。

3.1 一般生理参数：通过每周记录摄食量与相对体重发现，LPJZ-658显著降低雄性db/db小鼠全期摄食量、相对体重（自第1周起）及肝/体重比，而雌性db/db小鼠仅在部分时间点摄食量降低，相对体重和肝/体重比无显著变化。

3.2 血糖、胰岛素及肾/胰腺病理：血清检测显示，LPJZ-658显著降低雄性db/db小鼠的葡萄糖和胰岛素水平，雌性无显著改善。H&E染色评估表明，雄性db/db小鼠肾脏（肾小球系膜细胞增生、基底膜增厚、肾小管颗粒变性等）和胰腺（胰岛边界模糊、萎缩伴炎症浸润）损伤经LPJZ-658处理后明显减轻；雌性db/db小鼠本身病变较轻，治疗未见明显获益。

3.3 血脂与肝损伤：血清生化显示，LPJZ-658仅降低雄性db/db小鼠的TG和ALT水平，对T-CHO、NEFA、HDL-C、LDL-C无显著影响；肝组织病理和肝TG定量显示，雄性db/db小鼠的肝脂肪变性和肝TG含量被LPJZ-658改善，雌性无变化。

3.4 肠道菌群多样性：16S rRNA基因测序发现，雄性db/db小鼠肠道菌群α多样性（Chao1、Ace、Observed_species、PD_whole_tree）较db/m显著降低，LPJZ-658处理后无显著回升但主坐标分析（PCoA）显示群落结构有向db/m表型回归的趋势；雌性各组间α多样性和群落结构无显著差异，β多样性分析进一步证实性别依赖的改变模式。

3.5 肠道菌群组成：门水平上，Firmicutes、Proteobacteria和Desulfobacterota存在显著性别×治疗交互作用。雄性中LPJZ-658降低Firmicutes相对丰度；雌性db/db小鼠Firmicutes升高且治疗未逆转。属水平上，多个属（如Lactobacillus、Bacteroides、Odoribacter等）交互显著；雄性中治疗下调[Eubacterium]_xylanophilum_group和Desulfovibrio，并使多个属丰度向db/m方向调整；雌性中Odoribacter在治疗组升高、Lachnospiraceae_UCG-001被逆转，但整体变化较小。

3.6 KEGG功能预测：PICRUSt分析显示，雄性db/db小鼠中LPJZ-658调节膜转运、碳水化合物代谢、氨基酸代谢等通路，其中膜转运在db/db中升高、治疗后显著回落至接近db/m水平；雌性小鼠仅有细胞运动性和膜转运两个通路存在差异，且膜转运变化方向与雄性相反。

讨论指出，LPJZ-658的代谢改善主要见于雄性，而肠道菌群响应比整体代谢响应更具性别依赖性，形成“解偶联”现象；性别差异可能涉及雌激素与雄激素对菌群和代谢的调节作用。研究局限性包括样本量较小、未检测性激素水平、功能预测基于PICRUSt而非宏基因组或代谢组，且仅在动物模型验证，未来需纳入性激素干预、多组学及性别均衡的临床试验。

结论：本研究证明LPJZ-658改善雄性db/db小鼠的血糖和脂质代谢，减轻胰腺、肾脏和肝脏损伤，并调节特定肠道菌群类群及预测代谢通路；虽然多数代谢参数未显示显著性别×治疗交互作用，但肠道菌群对LPJZ-658的响应强烈性别依赖，雌性db/db小鼠经治疗未出现显著的代谢或菌群改善。上述发现强调在益生菌糖尿病干预中，性别是必须考虑的关键生物学变量。未来应深入探讨性别差异的机制，尤其是性激素与肠道菌群的相互作用，以优化T2DM的个性化益生菌疗法。