鄉愁、記憶、陽光、童年，這些美好的字眼共同編織成國人對食物的感情。順著老家小巷的青石板路，嗅著香味就能尋得那家小吃店。從江南到塞北，一千個人有一千個哈姆雷特，生煎包、小餛飩、大餡餃子、炸醬麵、靚粥、腸粉……誰讓中國胃就是偏愛碳水化合物呢？
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在多種降糖藥中，以阿卡波糖為代表的α-糖苷酶抑制劑（AGI）主要用於降低餐後血糖，在以碳水化合物為主要飲食構成的東亞地區的2型糖尿病治療中應用廣泛。阿卡波糖的降糖作用為延緩腸道碳水化合物的吸收，似乎和腸道菌群之間有著千絲萬縷的聯繫[1]，但其具體機制仍不明確。
2017年，上海國家內分泌代謝病臨床醫學中心上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院內分泌科顧燕雲研究員，寧光院士和王衛慶教授團隊與丹麥哥本哈根大學、華大基因研究院合作在Nature子刊上發表了“GUT”研究[2]，首次證實了AGI還可以通過改善腸道菌群，影響人體膽汁酸構成，而發揮作用。
2020年2月，顧燕雲研究員、寧光院士團隊在Diabetologia在線發表研究，利用膽汁酸受體敲除的小鼠模型，進一步深入探討了AGI如何通過影響膽汁酸介導代謝改善作用的詳細機制[3]。
膽汁酸是膽汁的主要成分，其中肝細胞直接分泌初級膽汁酸，初級膽汁酸分泌到腸道後通過腸道菌群生成次級膽汁酸。其中，法尼醇X受體（FXR）是細胞核內感應膽汁酸的關鍵受體，主要在肝臟和腸道表達[4,5]，下游調控膽汁酸自身的生成，轉運及脂代謝。膽汁酸在脂代謝方面的作用已被熟知，那麼在糖代謝方面作用如何呢？
該研究應用了2種動物模型，瘦素受體基因敲除的雄性小鼠（db/db小鼠）和FXR基因敲除的高脂高糖餵養雄性小鼠（FXR-KO小鼠）。分別用AGI治療上述兩種模型的小鼠，並評估肝臟、腸道和內分泌胰的功能和膽汁酸信號變化。靶向代謝組學對膽汁酸譜進行分析，RNA測序對小鼠原代胰島轉錄組進行分析。16SrRNA測序分析腸道微生物群。
來看看結果：
1、在AGI處理後，代謝指標、腸道菌群和膽汁酸池發生了顯著改變
（1）AGI處理後，小鼠體重和血糖較對照組均明顯下降。
圖1 藍線代表AGI處理過的小鼠，灰線代表未用AGI處理的小鼠，藍線一直處於灰線下方，可見應用AGI後小鼠體重（b）和血糖（c）均下降
（2）腸道菌群方面，AGI處理後，小鼠腸道菌群發生顯著改變， 雙歧桿菌丰度增加，擬桿菌丰度下降。這些改變與阿卡波糖在糖尿病患者治療中的特徵一致。
圖2 在相同的細菌負荷下（d），AGI處理過小鼠的腸道菌群發生了改變，放線桿菌門丰度增加（f），科水平擬桿菌和雙歧桿菌豐富度增加（g）
（3）膽汁酸方面，AGI處理後，小鼠循環和肝臟的膽汁酸池總量增加並且初級膽汁酸/次級膽汁酸比值增加，而腸道內容物的膽汁酸總量下降。此外，小鼠膽汁酸池中FXR的天然拮抗劑TβMCA的比例在腸道中增加，在肝臟中降低，這些都表明FXR在肝臟中被激活，在遠端迴腸被抑制。進一步對肝腸組織Fxr下游信號通路研究發現，AGI抑制菌群次級膽汁酸生成並不影響肝臟初級膽汁酸的合成，而是改變了腸道及肝臟負責膽汁酸攝取和排出的基因表達，從而顯著改變了膽汁酸的肝腸循環。
2、AGI通過FXR通路調節代謝，FXR通過減少β細胞增殖保護胰島功能
（1）AGI處理的野生型小鼠包括空腹血糖、葡萄糖耐量和血甘油三酯水平等代謝指標改善，在FXR-KO小鼠中，脂代謝指標的改善作用顯著消失，葡萄糖耐量的改善作用減弱一半。
（2）阿卡波糖能改善胰島素敏感性，減少胰島素用量，稱為“胰島素節約”作用
[1,6]。這一作用也在在FXR-KO小鼠中減弱。膽汁酸信號可能就是阿卡波糖擁有“胰島素節約”效應的原因之一。
圖3 紅色實線（紅色實心點）代表無AGI處理的野生型小鼠，紅色虛線（紅色空心點）代表AGI處理的野生型小鼠，藍色實線（藍色實心點）代表無AGI處理的FXR-KO小鼠，藍色虛線（藍色空心點）代表AGI處理的FXR-KO小鼠，可見AGI處理後糖耐量均改善（e），並且具有減少胰島素分泌的作用（j）
（3）進一步研究發現，AGI抑制了糖尿病模型小鼠β細胞增殖，同時觀察到，AGI處理後胰腺的胰島素含量顯著增高，而體外的糖促胰島素分泌功能等比例下降，提示AGI節約胰島素的作用可能是緩解了β細胞代償性的高增殖和胰島素的高分泌。β細胞的代償性高分泌被緩解，胰島素功能儲備得以恢復，胰島素抵抗也得以改善；最後，這些變化在FXR-KO小鼠中不再顯著，證明可能是胰島β細胞的FXR信號介導了AGI的胰島素節約作用。
圖4 AGI 通過Fxr改善β細胞代償性高功，恢復β細胞功能儲備。WTU代表無AGI處理的野生型小鼠，WTA代表AGI處理的野生型小鼠，KOU代表無AGI處理的FXR-KO小鼠，KOA代表AGI處理的FXR-KO小鼠，可見AGI處理後，β細胞的mass和增殖都下降，但是胰島素含量顯著上升（a-e）。體外促泌可見阿卡波糖使用後胰島糖促胰島素分泌等比例下降（f-g），對葡萄糖反應甚至有改善趨勢。以上這些變化均在Fxr敲除小鼠的胰島裡消失。
我們知道，胰島素抵抗和胰島分泌不足是2型糖尿病的2個病理生理學特徵，改善胰島素敏感性和保護胰島功能是治療糖尿病的關鍵。
這項研究除了進一步證明AGI可通過調控腸道菌群膽汁酸代謝，重塑宿主膽汁酸池分佈，協調肝腸FXR信號通路; 更重要的是：發現膽汁酸組分的改善也可能作用於胰島細胞，介導了AGI緩解β細胞過度代償，降低高胰島素血癥，改善島素抵抗的作用。這就使得AGI一石二鳥，同時改善胰島素抵抗和保護β細胞功能，達到降糖、降脂及減重等多重代謝益處。
目前已有靶向FXR治療代謝性疾病的相關研究[7,9]，FXR靶向藥物已在非酒精性脂肪性肝病中進行療效測試[10]，因此該研究也為開發靶向腸道菌群的2型糖尿病新型防治措施提供了思路。
研究已經於糖尿病專業期刊Diabetologia 在線發表，將於今年5月正式見刊，邱軼軒，沈琳嫣，付麗紅為共同第一作者，顧燕雲和寧光為共同通訊作者。
參考文獻
[1] Gu Y , Wang X, Li J et al (2017) Analyses of gut microbiota and plasma bile acids enable stratification of patients for antidiabetic treatment. Nat Commun 8(1):1785.
[2] Guang Ning, Weiqing Wang,et al. Analysesof gut microbiota and plasma bile acids enable stratification of patients forantidiabetic treatment. Nat Commun.2017;Nov 27;8(1):1785.
[3] Qiu YX, shen LY, Shen,Fu LH, et al(2020) The Glucose-Lowering Effects of α-Glucosidase Inhibitor Require a Bile Acid Signal in Mice. Diabetologia. 2020 May;63(5):1002-1016. doi: 10.1007/s00125-020-05095-7.
[4] Lu TT, Makishima M, Repa JJ et al (2000) Molecular basis for feedback regulation of bile acid synthesis by nuclear receptors.Mol Cell 6(3):507–515.
[5] Wahlstrom A, Sayin SI, Marschall HU, Backhed F (2016) Intestinal crosstalk between bile acids and microbiota and its impact on host metabolism. Cell Metab 24(1):41–50.
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[7] Ryan KK, Tremaroli V , Clemmensen C et al (2014) FXR is a molecular target for the effects of vertical sleeve gastrectomy.Nature 509(7499):183–188.
[8] Sun L, Xie C, Wang G et al (2018) Gut microbiota and intestinal FXR mediate the clinical benefits of metformin. Nat Med 24(12):1919–1929.
[9] Jiang C, Xie C, Li F et al (2015) Intestinal farnesoid X receptor signaling promotes nonalcoholic fatty liver disease. J Clin Invest 125(1):386–402.
[10] Neuschwander-Tetri BA, Loomba R, Sanyal AJ et al (2015) Farnesoid X nuclear receptor ligand obeticholic acid for non-cirrhotic, non-alcoholic steatohepatitis (FLINT): a multicentre, randomised, placebo-controlled trial. Lancet 385(9972):956–965.
