翻白草总黄酮通过调节肠道菌群和内源性代谢物缓解2型糖尿病

《Frontiers in Microbiology》：Total flavonoids of Potentilla discolor alleviate type 2 diabetes by regulating gut microbiota and endogenous metabolites

　　

摘要翻译：
背景与目的：2型糖尿病（T2DM）是一种全球高发病率的慢性代谢性疾病，近期呈现年轻化趋势。翻白草（Potentilla discolor Bunge, PB）总黄酮具有清热、止泻等药理活性，多项研究报道其具有抗T2DM作用。然而，PB与T2DM及肠道菌群之间的相互作用，以及PB介导肠道菌群调控的潜在机制尚未完全阐明。本研究通过体外发酵、体内粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）和16S rRNA高通量测序，明确PB改善T2DM的机制，重点关注其对肠道菌群的影响。
方法：采用超高效液相色谱-高分辨质谱（ultra-high-performance liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry, UHPLC-HRMS）分析PB中的黄酮类成分。以db/db小鼠作为T2DM模型评估PB的治疗效果。通过16S rRNA测序技术、体内FMT及体外发酵实验分析PB、T2DM与肠道菌群之间的关系。同时采用粪便非靶向代谢组学阐明潜在机制。
结果：从PB中鉴定出41种化合物，包括8种黄酮、9种黄酮醇和2种二氢黄酮。PB显著降低T2DM模型小鼠的空腹血糖和糖化血红蛋白（glycated hemoglobin, GHb）水平（p < 0.05），升高胰岛素和胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1, GLP-1）水平（p < 0.05），并显著减轻T2DM相关的肝、肾和胰腺损伤（p < 0.05）。16S rRNA测序结果显示，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为主要菌门，Ligilactobacillus、Limosilactobacillus和Prevotellaceae-UCG为T2DM小鼠的关键菌属。粪便非靶向代谢组学在对照组、T2DM模型组和PB治疗组之间鉴定出15种差异代谢物。异吲哚啉、2-氨基苯甲酸乙酯、L-酪氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、十二烷基苯、1-辛烯、2,3-戊二酮、苯甲酰肼、马斯林酸3-O-β-D-葡萄糖苷和1-戊醇等代谢物在T2DM模型组中显著上调，而高剂量PB治疗（HPB）可有效逆转这些变化，使其恢复至正常范围。
结论：本研究表明PB含有多种黄酮类成分，通过恢复肠道菌群稳态改善T2DM小鼠的葡萄糖代谢并减轻器官损伤。此外，粪便代谢组学鉴定出的15种差异代谢物为进一步深入的机制研究提供了重要信息。

论文解读文章：
**研究背景与科学问题**
2型糖尿病（T2DM）是以胰岛素分泌不足和/或胰岛素抵抗为特征的慢性代谢性疾病，全球患病率持续上升，且呈现年轻化趋势。现有临床药物虽可改善血糖，但常伴随不良反应，且多靶点疗效有限。传统中药翻白草（Potentilla discolor Bunge, PB）在中医理论中被用于“消渴症”的治疗，其总黄酮成分显示出抗T2DM潜力。然而，PB中具体的活性黄酮成分尚未明确，其通过调控肠道菌群改善T2DM的因果证据及代谢层面的深层机制仍缺乏系统阐释。肠道菌群作为宿主代谢的重要调节者，其失调与T2DM的发生发展密切相关。因此，阐明PB是否通过重塑肠道菌群稳态及调节内源性代谢物来缓解T2DM，具有重要的科学价值。
**研究内容与结论**
研究人员以db/db小鼠为T2DM模型，结合体外发酵、粪菌移植（FMT）和16S rRNA高通量测序，系统评估了PB总黄酮的抗糖尿病效应及机制。研究发现，PB干预可显著降低模型小鼠空腹血糖和糖化血红蛋白（GHb）水平，升高胰岛素和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）水平，并减轻肝脏脂肪沉积、肾脏炎症浸润及胰腺胰岛损伤。16S rRNA测序显示，PB部分恢复了T2DM小鼠肠道菌群的α多样性和群落结构，逆转了厚壁菌门/拟杆菌门（Firmicutes/Bacteroidetes, F/B）比值的升高，并降低了Ligilactobacillus、Limosilactobacillus和Prevotellaceae-UCG等关键菌属的异常丰度。FMT实验进一步提供了因果证据：将T2DM模型小鼠的粪便微生物移植至正常小鼠后可诱导高血糖和代谢紊乱，而PB灌胃可逆转这一效应。体外发酵实验也证实PB直接与肠道菌群互作，部分恢复模型菌群的失调状态。粪便非靶向代谢组学共鉴定出15种差异代谢物，PB治疗可显著回调这些代谢物的异常水平，涉及氨基酸代谢、离子跨膜转运及胆汁酸代谢等通路。
**主要关键技术方法**
本研究采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）对PB总黄酮进行成分鉴定；利用db/db小鼠模型进行药效评价；通过16S rRNA V3–V4区高通量测序分析肠道菌群组成与多样性；采用体内粪菌移植（FMT）实验验证菌群与T2DM的因果关系；结合体外厌氧发酵实验评估PB对肠道菌群的直接影响；粪便非靶向代谢组学（LC-MS/MS）结合多元统计分析筛选差异代谢物。样本来源为6周龄SPF级雄性db/db小鼠及C57BL/6J小鼠，动物实验经山东医药大学动物伦理委员会批准。
**研究结果**
*3.1 UHPLC-HRMS定性分析PB*
通过正负离子模式全扫描，共鉴定出41种化合物，包括8种黄酮（如芹菜素、木犀草素）、9种黄酮醇（如槲皮素、山奈酚）及2种二氢黄酮（如柚皮素）。质谱裂解规律（如RDA反应、中性丢失）验证了主要成分的结构。
*3.2 PB对T2DM的药效评价*
PB治疗显著降低db/db小鼠空腹血糖和GHb水平，升高GLP-1和胰岛素水平。组织病理学显示PB减轻肝脏脂质沉积、肾脏间质炎症及胰岛萎缩，免疫荧光定量显示高剂量PB组胰岛β细胞阳性率由模型组的20.35%恢复至63.46%，接近正常对照组的65.61%。
*3.3 PB重塑db/db小鼠肠道菌群组成*
16S rRNA测序显示，模型组Chao1和OTU指数显著升高，PB高剂量组恢复至接近对照水平。PCoA和NMDS分析显示PB治疗组向对照组聚类。门水平上，PB逆转F/B比值升高；属水平上，PB显著降低Ligilactobacillus、Limosilactobacillus和Prevotellaceae-UCG的相对丰度。
*3.4 PB降低FMT诱导的T2DM小鼠血糖并重塑菌群*
将模型小鼠粪便移植至正常小鼠后，受体小鼠出现高血糖、GHb升高及GLP-1和胰岛素水平下降，肝、肾、胰腺出现病理损伤。PB干预后，FMTH组血糖和GHb显著回落，GLP-1和胰岛素显著回升，β细胞阳性率恢复至35.60%，与正常组（35.58%）相当。
*3.5 PB重塑FMT诱导的T2DM小鼠肠道菌群*
FMT小鼠的菌群结构与模型组聚类，PB干预后FMTH组向对照组靠近。LEfSe分析显示，FMT组中Lactobacillus、Enterococcus、Muribaculum和Akkermansia丰度显著升高，PB处理后这些属的丰度显著降低。
*3.6 体外发酵中PB对菌群的影响*
模型粪便与PB共培养后，Chao1和OTU指数部分回调，菌群结构向对照状态转移，表明PB可直接作用于肠道菌群。
*3.7 PB缓解T2DM的粪便代谢组学机制*
OPLS-DA模型显示模型组与对照组代谢谱明显分离，PB治疗组向对照组靠拢。共筛选出11种显著差异代谢物（如L-酪氨酸、谷氨酰胺、1-辛烯等），PB可逆转其异常。通路富集分析显示这些代谢物主要参与氨基酸代谢、离子转运及胆汁酸代谢等通路。菌属-代谢物相关性分析揭示Clostridium、Ligilactobacillus等与氨基酸代谢物正相关，而Bacteroides等与脂质代谢物负相关。
**讨论与结论**
本研究表明PB总黄酮通过肠道菌群-GLP-1-代谢轴发挥抗T2DM作用。其机制包括：恢复肠道菌群稳态、促进GLP-1分泌、改善胰岛素抵抗、减轻靶器官损伤，并通过调节氨基酸代谢和胆汁酸代谢恢复整体代谢平衡。粪便代谢组学鉴定出的15种差异代谢物为后续机制研究提供了靶点。该研究为PB作为益生元样候选药物用于T2DM临床防治提供了科学依据。