韩国人群肠道微生物组介导膳食摄入与2型糖尿病关联的探索性研究

《Diabetes Research and Clinical Practice》：Gut microbiome-mediated associations between dietary intake and type 2 diabetes in a Korean population

　　

摘要 2型糖尿病（Type 2 diabetes，T2D）以胰岛素抵抗及进行性胰岛β细胞功能障碍为特征。本研究旨在探讨韩国人群中膳食摄入、肠道微生物组组成与T2D之间的关联，并识别可能介导膳食摄入与T2D关联的微生物特征。研究分析了韩国微生物组研究（Korean Microbiome Study，KMS）中1,347名30–64岁成年人的横断面数据，并纳入94名参与者进行纵向分析。T2D状态依据空腹血糖≥126 mg/dL、使用抗糖尿病药物或既往医师诊断定义。膳食摄入采用经验证的食物频率问卷（Food Frequency Questionnaire，FFQ）评估，肠道微生物组通过16S rRNA基因V3–V4区扩增子测序分析。研究发现，48个扩增子序列变体（Amplicon Sequence Variant，ASV）与T2D相关；其中Lachnospira ASV054、Romboutsia B ASV190及Clostridium T ASV104与T2D呈负相关。中介分析显示，这些ASV部分介导了面包、淀粉类食物及泡菜摄入与T2D的关联。Clostridium T ASV104对韩国传统米糕及超加工食品（Ultra-Processed Food，UPF）摄入与T2D的关联表现出抑制效应。纵向分析结果与横断面发现方向一致。研究结论提示，肠道微生物特征可能介导膳食摄入与T2D之间的关联，为T2D预防与管理的个性化营养策略提供了潜在依据。

论文解读

一、研究背景与目的

2型糖尿病（Type 2 diabetes，T2D）以胰岛素抵抗及进行性胰岛β细胞功能障碍为特征，全球约5.89亿成年人患有糖尿病，T2D约占全部病例的90%，疾病负担日益沉重。在韩国，30岁及以上成年人糖尿病患病率达15.5%，且随年龄增长显著升高。既往研究已证实，高升糖指数或升糖负荷饮食、超加工食品（Ultra-Processed Food，UPF）摄入与T2D风险升高相关，而以植物性蛋白替代动物性蛋白、坚持健康的植物性饮食模式则与T2D风险降低相关。然而，连接膳食与T2D的生物学机制尚未完全阐明。此外，膳食与T2D的关联可能因肥胖状态而异，肥胖与T2D共享慢性低度炎症等共同机制。近年来，新兴证据提示肠道微生物组可能在膳食、肥胖与T2D之间发挥桥梁作用：膳食摄入是肠道微生物组成的主要决定因素，而肠道菌群失调可影响炎症标志物产生、营养素相互作用及葡萄糖代谢。尽管已有研究探讨了膳食因素、肠道微生物组与T2D之间的关联，但针对韩国人群中习惯性食物摄入通过特定肠道微生物特征介导T2D的循证依据仍然有限。为此，研究人员开展本研究，系统考察韩国人群中膳食摄入、肠道微生物组组成与T2D的关联，并识别可能介导膳食摄入与T2D关联的微生物特征。

二、研究设计与方法

本研究为横断面研究设计，数据来源于韩国食品研究院开展的韩国微生物组研究（Korean Microbiome Study，KMS），并辅以纵向分析。研究对象为2020至2023年间在韩国首尔中央大学医院接受健康体检的成年人，最终纳入1,347名30–64岁参与者；纵向分析纳入94名2020年入组时无T2D并于2023年完成随访的参与者。T2D状态依据空腹血糖≥126 mg/dL、使用抗糖尿病药物或既往医师诊断之一判定。膳食摄入采用经验证的半定量食物频率问卷（Food Frequency Questionnaire，FFQ）评估，包含106种食物条目，摄入量经能量调整，食物条目归并为70个食物组，UPF依据NOVA分类系统定义。肠道微生物组分析基于16S rRNA基因V3–V4区扩增子测序，采用DADA2流程进行质量过滤、去噪及扩增子序列变体（Amplicon Sequence Variant，ASV）推断，分类学注释基于Greengenes2数据库。统计方法包括多变量逻辑回归评估膳食与T2D关联、MaAsLin2进行差异丰度分析、中介分析采用mediation包估计平均因果中介效应（Average Causal Mediation Effect，ACME）及平均直接效应（Average Direct Effect，ADE）。协变量包括年龄、性别、教育水平、家庭收入、体力活动、吸烟状态、饮酒状态、体质指数（Body Mass Index，BMI）及总能量摄入。

三、研究结果

3.1 一般特征

研究人群中无糖尿病者占83.6%，糖尿病患者占16.4%。糖尿病组平均年龄较高，女性比例较低，教育水平、家庭收入及体力活动水平较低，当前吸烟和饮酒比例较高。糖尿病组总能量摄入较高，但宏量营养素构成与无糖尿病组相似。两组BMI均偏高，提示肥胖可能影响整体人群中的代谢及微生物组相关关联，因此研究人员进行了BMI分层分析。

3.2 膳食摄入与T2D的关联

主食及随意食品与T2D主要呈正相关。与最低摄入组相比，最高摄入组T2D患病率升高的食物包括：总面包（OR：1.73）、吐司/三明治/披萨/汉堡（OR：1.76）、韩国传统米糕（OR：1.59）、蛋糕/饼干/零食（OR：1.63）及UPF（OR：2.03）。部分植物性食物与T2D呈负相关，包括总泡菜（OR：0.62）、卷心菜泡菜（OR：0.54）及橙子（OR：0.61）；豆奶摄入则与T2D患病率升高相关（OR：1.69）。动物性食物中，鳀鱼摄入与T2D呈负相关（OR：0.60）。BMI分层分析显示，主食及随意食品与T2D的关联在肥胖参与者中总体更强。

3.3 按T2D状态划分的肠道微生物差异

β多样性在糖尿病与非糖尿病组间存在显著差异（PERMANOVA，R2=0.023，p=0.001），但组内离散度也存在显著差异。α多样性在调整后组间差异未达统计学显著。差异丰度分析共识别出48个与T2D相关的ASV（q<0.2），其中8个在q<0.05水平显著。糖尿病组富集的ASV包括Escherichia ASV023、Weissella ASV167、Bacteroides H 857956 ASV183、Blautia A 141781 ASV131及Alistipes A 871400 ASV199；糖尿病组耗竭的ASV包括Romboutsia B ASV005、Clostridium T ASV052、Lachnospira ASV054、Clostridium T ASV104及Clostridium T ASV127。基于最显著相关ASV构建的保护性及风险微生物评分中，总体微生物评分与T2D呈最强负相关（OR：0.47），风险评分与T2D呈正相关（OR：1.61）。BMI分层分析在非肥胖组识别出17个、肥胖组识别出37个T2D相关ASV，其中8个ASV在三组中共享且关联方向一致。

3.4 膳食摄入与ASV的关联

主食类食物与多个ASV相关，方向因食物类型而异。Romboutsia B ASV190与总米饭摄入正相关，与淀粉/马铃薯摄入负相关；总面包摄入与Lachnospira ASV054负相关；UPF摄入与Lachnospira ASV088、Haemophilus D 735815 ASV095及Clostridium T ASV104负相关。植物性食物中，总豆类及豆奶摄入与Parabacteroides B 862066 ASV271正相关，多种泡菜与Weissella ASV173及Clostridium T ASV104正相关。动物性食物中，鳀鱼摄入与Bacteroides H 857956 ASV183正相关，与Enterobacteriaceae A 725029 ASV302负相关。共39对候选食物–ASV组合进入中介分析。

3.5 ASV在膳食与T2D关联中的中介效应

多个ASV在膳食摄入与T2D的关联中发挥统计学显著的中介作用。Lachnospira ASV054介导了总面包摄入与T2D的正向关联（ACME=0.003，q<0.001，中介比例20.6%）；Romboutsia B ASV190介导了淀粉/马铃薯摄入与T2D的正向关联（ACME=0.004，q<0.001，中介比例23.2%）；Clostridium T ASV104介导了总泡菜摄入与T2D的负向关联（ACME=?0.002，q<0.001，中介比例8.0%）。此外，研究观察到多个抑制效应，即ACME与ADE方向相反：Acetatifactor ASV053及Clostridium T ASV104在韩国传统米糕摄入与T2D的关联中表现出抑制效应；Clostridium T ASV104在UPF摄入与T2D的关联中也表现出抑制效应。探索性分析识别出肥胖特异性及非肥胖特异性中介模式。

3.6 膳食及ASV与T2D发病的关联

纵向分析中，平均随访期1.86±0.19年。基线主食摄入与T2D发病呈正相关，但未达统计学显著。多个ASV的纵向变化模式与横断面发现方向一致：Intestinibacter ASV041、Clostridium T ASV052及Faecalibacillus ASV345与T2D负相关，在非发病组丰度升高而在发病组降低；Escherichia ASV023、Blautia A 141781 ASV131及Negativibacillus ASV368与T2D正相关，在非发病组丰度降低而在发病组升高。

四、讨论与结论

研究结果表明，肠道微生物组在统计学上介导了膳食摄入与T2D之间的关联。富含碳水化合物的食物包括面包、淀粉类食物及UPF与T2D总体呈正相关，而泡菜摄入与T2D呈负相关。多个与T2D负相关的ASV表现出抑制效应，即估计的微生物相关间接效应与膳食摄入对T2D的直接效应方向相反，提示膳食–微生物组–宿主相互作用的复杂性。可能的机制解释涉及短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acid，SCFA）产生、胆汁酸代谢及宿主代谢调节：Lachnospira、Romboutsia及Clostridium属中多个ASV已被识别为与丁酸和丙酸产生相关的SCFA相关类群，SCFA可通过增强肠道屏障完整性、抑制促炎细胞因子产生及刺激胰高血糖素样肽-1和肽YY等肠道激素分泌，参与葡萄糖稳态和食欲调节。Clostridium T ASV104与泡菜等高纤维食物摄入正相关，而Clostridium leptum群丰度降低与胰岛素抵抗相关。Escherichia属含有脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS），其丰度升高可能通过代谢性内毒素血症及慢性低度炎症促进胰岛素抵抗。研究局限性包括：横断面设计无法确立因果关系；中介分析依赖无未测量混杂等假设，在观察性微生物组研究中难以完全满足；16S rRNA基因测序分类分辨率有限，功能解释应视为生物学合理假说；微生物评分在同一人群中开发并评估，预测性能可能被高估。研究结论认为，多个T2D相关ASV在统计学上介导了膳食摄入与T2D的关联，主食类食物如面包和淀粉类食物与T2D正相关，Lachnospira ASV054及Romboutsia B ASV190发挥中介作用；植物性食物如泡菜与T2D负相关，Clostridium T ASV104发挥中介作用。这些发现支持未来进一步研究肠道微生物特征连接特定膳食摄入与T2D的机制，并为T2D预防和管理的个性化营养策略提供依据。