《Food Science & Nutrition》：Microbiota-Targeted Chitooligosaccharides Intervention Restores Glucose Homeostasis After Islet Cell Transplantation in Rapamycin-Treated Mice
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胰岛细胞移植（Islet cell transplantation，ICT）是糖尿病的有效治疗手段，但术后胰岛功能恢复与炎症和长期免疫抑制治疗密切相关。研究人员通过在人源微生物群关联（Human microbiota-associated，HMA）小鼠中进行多
胰岛细胞移植（Islet cell transplantation，ICT）是糖尿病的有效治疗手段，但术后胰岛功能恢复与炎症和长期免疫抑制治疗密切相关。研究人员通过在人源微生物群关联（Human microbiota-associated，HMA）小鼠中进行多组学与粪便微生物移植（Fecal microbiota transplantation，FMT），探究了雷帕霉素（Rapamycin，RAPA）诱导的肠道菌群失调及其对ICT后胰岛功能与炎症的影响。ICT显著改变了2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者的肠道菌群，将这些患者的FMT至抗生素预处理小鼠后，重现了小鼠的代谢紊乱，包括高血糖、肝胰损伤及肠屏障受损。RAPA降低了HMA-T2DM小鼠中的有益菌（Akkermansia、Faecalibacterium），富集了Desulfovibrio。壳寡糖（Chitooligosaccharides，COS）靶向微生物调节改善了RAPA诱导的胰岛素与C-肽分泌缺陷及糖化血红蛋白水平升高。COS还显著降低了血清炎症标志物IP-10与MCP-1，同时上调了HMA-T2DM-ICT小鼠的结肠屏障蛋白（Muc2、Occludin）。COS通过PI3K/AKT/GSK3β/FOXO1信号通路减轻了术后高血糖。本研究确定COS作为一种靶向微生物群的辅助策略，可改善移植后免疫抑制下的代谢恢复与胰岛功能。
研究背景方面，胰岛细胞移植（ICT）是治疗2型糖尿病（T2DM）的微创疗法，部分患者可实现长期脱离胰岛素，但术后胰岛功能衰退、长期疗效不佳及血糖变异性大仍是主要挑战。长期免疫抑制剂如雷帕霉素（Rapamycin，RAPA）与抗生素使用会诱发严重肠道菌群失调，表现为微生物多样性降低、共生菌耗竭及机会性病原菌扩张，进而破坏肠屏障完整性，引发细菌易位与全身低度炎症，并通过改变宿主免疫损害移植胰岛的存活与功能。肠道菌群失衡已被认为是血糖调节与胰岛生理的关键调控因子，也是缓解免疫抑制不良反应的重要靶点。功能性寡糖作为益生元可富集有益菌并协同调节糖代谢与抗炎，其中壳寡糖（Chitooligosaccharides，COS）可通过MyD88/NF-κB-STAT6轴调节巨噬细胞极化、减轻移植后胰岛炎症。研究人员假设RAPA长期给药诱导的肠道菌群失调与胰岛功能恢复受损及术后血糖波动相关，并进一步假设COS补充可重塑肠道菌群、改善移植物存活、减轻胰岛炎症，作为促进ICT后恢复的辅助策略。研究人员旨在通过人源微生物群关联（Human microbiota-associated，HMA）小鼠模型与临床样本结合的多组学手段，阐明ICT受者肠道菌群失调与术后胰岛功能的关系，并验证COS靶向调节有益菌群的功效及其改善免疫抑制下葡萄糖代谢的功能靶点与机制。
关键技术方法方面，研究人员招募来自上海长征医院内分泌科与器官移植科的60名志愿者，包括10名ICT患者与50名T2DM对照，最终纳入42名T2DM与6名ICT患者构建临床样本队列。研究人员建立抗生素预处理后接受患者粪便菌群灌胃的HMA-T2DM小鼠模型，并构建小鼠ICT模型（肾包膜下移植Balb/c小鼠胰岛）。干预组包括RAPA处理组、COS干预组、MicroAFB联合菌群（Akkermansia muciniphila、Faecalibacterium prausnitzii、Bacteroides fragilis按2:4:1比例）干预组及联合COS组。研究人员采用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测血清与组织糖代谢及炎症因子，通过全长16S rRNA基因测序分析粪便菌群，利用非靶向代谢组学（UHPLC-Q-Exactive MS）分析粪便代谢物，通过定量实时荧光定量PCR（qPCR）检测基因表达，并结合苏木精-伊红（H&E）染色与免疫荧光（IF）评估组织病理与蛋白定位，最后采用统计学方法（t检验、单因素方差分析ANOVA与Tuymki多重比较）进行数据分析。
研究结果方面，研究人员首先开展FMT从胰岛细胞移植患者诱导健康小鼠葡萄糖代谢紊乱的研究，通过将T2DM患者与ICT术后患者粪便菌群移植至抗生素处理小鼠，发现两组FMT小鼠空腹血糖显著升高，口服葡萄糖耐量试验（OGTT）与胰岛素耐受试验（ITT）显示血糖调节受损，ICT术后菌群移植组较术前有所改善；血清胰岛素、C-肽、GLP-1与HDL-C降低，HbA1c、TC、TG与LDL-C升高，术后组部分恢复；肝TC、TG、LDL-C升高而HDL-C降低，术后组显著改善；H&E显示术前组胰腺空泡变性、炎症浸润与胰岛萎缩，术后组减轻，肝脏脂肪变性与结构紊乱在术后组也减轻，表明ICT后菌群变化与血糖调节相关且能部分缓解病理损伤。
接着研究人员开展FMT从接受ICT的T2DM患者影响健康小鼠胰岛功能与炎症反应的研究，发现FMT术前组胰岛素分泌显著降低，胰岛素阳性面积减小、β细胞比例降低而α细胞升高，术后组恢复；胰腺MCP-1与TNF-α表达升高，术后组IL-1β显著降低；肝脏糖异生基因FBpase与PEPCK升高，术后组下降趋势，PPARγ在术前组上调，肝脏IP-10与IL-1β在术前组趋升、术后组趋降，证实ICT受者菌群可减轻受体小鼠胰岛功能障碍与胰腺炎症并影响肝糖代谢。
随后研究人员开展ICT受者粪便菌群改变健康小鼠肠道菌群与屏障功能的研究，H&E显示术前组结肠上皮炎症浸润与腺体紊乱，术后组改善；结肠屏障基因Muc2在术前组显著降低；α多样性Chao1指数在术前组降低、术后组恢复趋势；菌群属水平显示术后组Akkermansia、Faecalibaculum、Bacteroides与Ileibacterium趋增，Helicobacter显著升高，Desulfovibrio、Allobaculum与Mucispirillum在术前组富集；LEfSe显示术前组富集Erysipelotrichaceae、Helicobacter hepaticus等，术后组富集Ileibacterium、Bacteroides caecimuris等，表明ICT菌群优化微生物结构并与血糖及胰岛功能相关。
研究人员开展免疫抑制剂RAPA调节HMA-T2DM小鼠胰岛功能与炎症的研究，发现MOD与RAPA组OGTT血糖显著升高，MicroAFB联合菌群（RM）组降低空腹血糖与AUC趋势；RAPA降低体重，MOD组肾体比升高、胰体比降低，RM恢复胰体比；血清MOD组INS、C-P、GLP-1降低，HbA1c、TNF-α、IL-1β升高，RAPA类似，RM显著提高INS、C-P、GLP-1，抑制HbA1c趋势并降低MCP-1与IL-1β，升高IL-10与TGF-β，表明RAPA加剧代谢紊乱与炎症，MicroAFB联合菌群改善之。
继而研究人员开展MicroAFB联合菌群改善受RAPA影响的HMA-T2DM小鼠胰岛功能与肝葡萄糖代谢的研究，H&E显示MOD组肝细胞脂肪变与脂滴空泡，RAPA加重，RM减轻；肝糖原MOD与RAPA组降低，RM恢复；肝基因MOD组FBpase、PEPCK、G6pase升高，RAPA趋升FBpase，RM上调Glut2、下调PEPCK；肝炎症IL-1β、MCP-1趋升，IP-10、TNF-α显著上调，RM降低IL-1β；胰腺Glut2与Gck在MOD与RAPA降低，RM上调，胰腺炎症基因RAPA趋升、IL-10降低，RM降IL-1β并部分恢复IL-10；胰腺IRS在MOD与RAPA降低、RM升高，RAPA降低PI3K与AKT、升高GSK3β，RM改善；IF显示MOD胰岛结构破坏、RAPA加重、RM改善，胰岛素阳性细胞MOD少、RAPA更低，RM升高，胰高血糖素MOD异常、RAPA升高、RM降低，表明RAPA恶化胰腺损伤，MicroAFB联合菌群保护胰岛并恢复α/β细胞平衡。
研究人员开展MicroAFB联合菌群改善小鼠肠道菌群与肠屏障的研究，H&E显示MOD黏膜损伤炎症浸润，RAPA加重，RM保存上皮完整；结肠Occludin在RAPA显著降低、RM恢复，Muc2在RAPA下降、RM趋复；α多样性ACE与Chao1在RAPA趋降、RM增加；菌群属水平RAPA降低Akkermansia、Faecalibaculum，升高Ileibacterium、Desulfovibrio等，RM恢复并富集Bifidobacterium、Parabacteroides等；LEfSe显示MOD富集Bacteroides、Parasutterella等，RM富集Actinobacteria、Bifidobacterium等，表明RAPA破坏菌群稳态、富集致病菌并耗竭Akkermansia等有益菌，MicroAFB联合菌群重塑结构。
研究人员开展COS改善受RAPA影响的HMA-T2DM小鼠葡萄糖代谢的研究，发现RC与RMC组OGTT血糖与AUC趋降；血清RC与RMC显著提高INS、C-P、GLP-1，降低MCP-1、IL-1β、TNF-α，升高IL-10、TGF-β；肝基因RC下调G6pase、PEPCK，上调Glut2，RMC进一步降IL-1β与MCP-1；肝糖原RC与RMC显著高于MOD；表明COS联合MicroAFB联合菌群通过调节肠激素、保护胰岛与抑制炎症改善HMA-T2DM。
研究人员开展COS通过IRS/PI3K/AKT胰岛通路改善葡萄糖代谢的研究，发现RC与RMC上调胰腺Gck、Glut2与IL-10，RMC更强；上调Irs、PI3k、Akt，下调Gsk3β与Foxo1，蛋白趋势一致，RMC进一步升AKT、降GSK3β；H&E与IF显示MOD胰岛紊乱，RC改善、RMC更接近正常，胰岛素信号RC与RMC增强、RMC胰岛素阳性面积显著高于RC，胰高血糖素受抑，表明COS激活IRS/PI3K/AKT/GSK3β/FOXO1通路且RMC调节更强。
研究人员开展COS改善受RAPA影响的HMA-T2DM小鼠肠道菌群失调的研究，H&E显示MOD结肠黏膜损伤，RC部分修复、RMC近正常；Occludin与Muc2在RC显著上调、RMC趋升；α多样性RC显著升高、RMC Shannon升高；β多样性RC/RMC与MOD分离；LEfSe显示RC富集Desulfovibrio、Parabacteroides等，RMC富集Lachnospiraceae、Bifidobacterium等；属与种水平RC与RMC显著升高Desulfovibrio，Helicobacter趋降，RMC缓解Akkermansia降低，升高Parabacteroides与Ligilactobacillus；表明COS与MicroAFB联合菌群重塑菌群、富集抗炎与短链脂肪酸（SCFAs）产生菌、改善炎症与血糖波动。
研究人员开展COS调节Bacteroides、Faecalibaculum与Clostridium改善HMA-T2DM-ICT小鼠胆汁酸代谢的研究，ICT+COS组结肠结构完整、炎症减少，Occludin连续线性定位、MUC2强度显著升高，基因Occludin与Muc2上调；α多样性Simpson显著升高；菌群ICT+COS趋富集Bacteroides、Faecalibaculum、Dubosiella、Lachnoclostridium、Ileibacterium与Lachnospiraceae NK4A136 group，耗竭Allobaculum、Clostridium innocuum group、Ruminococcus torques group等；LEfSe显示ICT富集Butyricimonas paravirosa等，ICT+COS富集Oscillospiraceae、Actinobacteriota等；代谢组OPLS-DA识别36差异代谢物，上调脂质、信号分子、胆汁酸硫酸盐，下调胆汁酸衍生物等；KEGG富集卟啉与血红素代谢、胆固醇生物合成、胆汁酸与药物代谢、酪氨酸代谢，表明COS调节功能菌、改善失调并调控胆汁酸与胆固醇途径。
研究人员开展COS通过IRS/PI3K/AKT信号抑制糖异生恢复ICT后胰岛功能的研究，ICT+COS随机血糖显著低于ICT，OGTT峰值更低、AUC显著降低，INS与GLP-1升高、HbA1c、MCP-1、IP-10降低；胰腺H&E显示ICT局部空泡与持续损伤，ICT+COS结构清晰排列紧凑；IF显示ICT+COS胰岛素荧光更强更宽、胰高血糖素受限；肝ICT空泡变性水肿，ICT+COS形态改善、糖原显著升高；肝基因ICT+COS下调G6pase、FBpase、PEPCK，上调Glut2，降低IL-1β、TNF-α、IP-10；胰腺基因ICT+COS上调Irs与Akt，下调Gsk3β、Foxo1趋势，上调Glut2与Gck，降低IL-1β、MCP-1、TGF-β1，蛋白趋势一致，表明COS通过靶向菌群调控IRS/PI3K/AKT与GSK3β/FOXO1改善术后胰腺功能恢复。
讨论部分总结，研究人员指出移植后排斥、炎症与感染并发症伴随肠道微生态失衡，表现为多样性降低与特定病原菌增加，免疫抑制、移植物微环境与宿主代谢共同塑造结局，改善术后胰岛表现、减少药物副作用与延长移植物存活是核心挑战，肠道菌群与免疫抑制及抗生素诱导的失调密切相关。FMT从T2DM与ICT患者改变健康小鼠糖脂谱，肝胰空泡与炎症、糖耐量受损、肠通透性升高与Muc2和Claudin 1下调，证实ICT后菌群失调影响胰岛功能与血糖，术前菌群促炎代谢紊乱，术后趋向免疫调节与屏障保护。RAPA在HMA-T2DM小鼠降低Akkermansia、Faecalibacterium、Lactobacillus、Dubosiella、Limosilactobacillus，富集Enterococcus、Erysipelatoclostridium、Desulfovibrio、Mucispirillum，与血糖失衡及炎症相关，说明RAPA诱导菌群失调损害葡萄糖代谢与胰岛功能从而损害移植结局。益生元如COS通过富集有益菌恢复肠屏障与免疫稳态，COS在研究中显著改善RAPA诱导的糖脂紊乱与炎症，重塑菌群并增加Faecalibaculum、Bifidobacterium、Dubosiella、Lachnospiraceae UCG 006等，富集次级胆汁酸、多不饱和脂肪酸与酚类代谢物，通过IRS/PI3K/AKT与GSK3β/FOXO1通路恢复β细胞功能与肝糖代谢。研究人员同时指出局限：ICT患者样本量小可能引入偏倚、仅用RAPA需验证他克莫司等其他方案、COS与菌群比例需优化、HMA小鼠不能完全反映人类异质性与不同移植人群（T1DM、T2DM），未来需多组学、前瞻性试验验证FMT与特定益生元/益生菌的安全与功效，COS干预提示可能减少长期免疫抑制与抗生素需求的潜力。
研究结论部分翻译：综上所述，COS重塑肠道菌群与黏膜屏障，调节代谢与炎症通路，保护胰岛β细胞功能与糖脂稳态，改善胰岛移植结局。这些发现建立了从益生元干预到机制治疗的转化路径，用于术后护理与代谢疾病，支持益生元制剂在肠道修复与新型辅助治疗开发中的潜力。本研究表明ICT后使用RAPA导致肠道菌群与葡萄糖代谢失调。通过建立抗生素处理小鼠模型，将T2DM患者与ICT术后患者粪便菌群分别移植至小鼠，移植诱导受体小鼠明显高血糖与胰岛炎症升高，胰岛功能指标与疾病进展相关。HMA-T2DM小鼠经RAPA干预后，核心功能菌属Akkermansia、Faecalibacterium、Lactobacillus、Dubosiella、Limosilactobacillus相对丰度趋降，条件致病菌Erysipelatoclostridium、Desulfovibrio、Enterococcus、Mucispirillum趋富集，菌群改变与ICT后血糖稳态失调及炎症升高密切相关，表明RAPA诱导的肠道微生物失调是影响血糖稳态与移植物结局的关键因素。在此基础上，研究人员在HMA-T2DM小鼠中应用COS协同干预，成功验证靶向肠道菌群调节减轻ICT后RAPA触发的肠道微生态失调与胰岛功能障碍，COS处理重塑HMA-T2DM小鼠肠道菌群组成，提高Faecalibaculum、Bifidobacterium、Dubosiella、Lachnospiraceae UCG 006相对丰度，富集菌群衍生代谢物（主要为胆汁酸与脂质）调控肝胰组织葡萄糖代谢与下游胰岛素信号通路PI3K/AKT/GSK3β/FOXO1，恢复胰腺β细胞功能并改善肝糖异生稳态，表明COS直接改善ICT后糖代谢功能，并靶向定向富集ICT后改变的核心功能菌群分类单元，双重作用增强胰腺胰岛功能。然而，当前研究仍存在若干局限：纳入ICT患者样本量有限可能引入分析偏倚、降低统计效能并提高结果过度解读风险，限制发现普适性；本研究仅采用一种免疫抑制剂，COS在其他主流临床免疫抑制方案（如他克莫司）下的保护作用仍需验证；COS与微生物联合体的比例需进一步优化；此外，HMA小鼠模型疗效不完全反映人类生理反应，不同移植人群（如T1DM、T2DM）异质性需进一步验证以转化临床。后续研究应通过多组学（宏转录组与蛋白质组）阐明微生物功能改变，实施设计良好的前瞻性干预试验，评估FMT与特定益生菌或益生元在移植受者中的功效与安全性。除改善ICT后糖代谢外，COS干预提示了一种潜在策略，可减少长期免疫抑制剂与抗生素需求。
