乡愁、记忆、阳光、童年，这些美好的字眼共同编织成国人对食物的感情。顺着老家小巷的青石板路，嗅着香味就能寻得那家小吃店。从江南到塞北，一千个人有一千个哈姆雷特，生煎包、小馄饨、大馅饺子、炸酱面、靓粥、肠粉……谁让中国胃就是偏爱碳水化合物呢？
该图片由Jason Goh在Pixabay上发布
在多种降糖药中，以阿卡波糖为代表的α-糖苷酶抑制剂（AGI）主要用于降低餐后血糖，在以碳水化合物为主要饮食构成的东亚地区的2型糖尿病治疗中应用广泛。阿卡波糖的降糖作用为延缓肠道碳水化合物的吸收，似乎和肠道菌群之间有着千丝万缕的联系[1]，但其具体机制仍不明确。
2017年，上海国家内分泌代谢病临床医学中心上海交通大学医学院附属瑞金医院内分泌科顾燕云研究员，宁光院士和王卫庆教授团队与丹麦哥本哈根大学、华大基因研究院合作在Nature子刊上发表了“GUT”研究[2]，首次证实了AGI还可以通过改善肠道菌群，影响人体胆汁酸构成，而发挥作用。
2020年2月，顾燕云研究员、宁光院士团队在Diabetologia在线发表研究，利用胆汁酸受体敲除的小鼠模型，进一步深入探讨了AGI如何通过影响胆汁酸介导代谢改善作用的详细机制[3]。
胆汁酸是胆汁的主要成分，其中肝细胞直接分泌初级胆汁酸，初级胆汁酸分泌到肠道后通过肠道菌群生成次级胆汁酸。其中，法尼醇X受体（FXR）是细胞核内感应胆汁酸的关键受体，主要在肝脏和肠道表达[4,5]，下游调控胆汁酸自身的生成，转运及脂代谢。胆汁酸在脂代谢方面的作用已被熟知，那么在糖代谢方面作用如何呢？
该研究应用了2种动物模型，瘦素受体基因敲除的雄性小鼠（db/db小鼠）和FXR基因敲除的高脂高糖喂养雄性小鼠（FXR-KO小鼠）。分别用AGI治疗上述两种模型的小鼠，并评估肝脏、肠道和内分泌胰的功能和胆汁酸信号变化。靶向代谢组学对胆汁酸谱进行分析，RNA测序对小鼠原代胰岛转录组进行分析。16SrRNA测序分析肠道微生物群。
来看看结果：
1、在AGI处理后，代谢指标、肠道菌群和胆汁酸池发生了显著改变
（1）AGI处理后，小鼠体重和血糖较对照组均明显下降。
图1 蓝线代表AGI处理过的小鼠，灰线代表未用AGI处理的小鼠，蓝线一直处于灰线下方，可见应用AGI后小鼠体重（b）和血糖（c）均下降
（2）肠道菌群方面，AGI处理后，小鼠肠道菌群发生显著改变， 双歧杆菌丰度增加，拟杆菌丰度下降。这些改变与阿卡波糖在糖尿病患者治疗中的特征一致。
图2 在相同的细菌负荷下（d），AGI处理过小鼠的肠道菌群发生了改变，放线杆菌门丰度增加（f），科水平拟杆菌和双歧杆菌丰富度增加（g）
（3）胆汁酸方面，AGI处理后，小鼠循环和肝脏的胆汁酸池总量增加并且初级胆汁酸/次级胆汁酸比值增加，而肠道内容物的胆汁酸总量下降。此外，小鼠胆汁酸池中FXR的天然拮抗剂TβMCA的比例在肠道中增加，在肝脏中降低，这些都表明FXR在肝脏中被激活，在远端回肠被抑制。进一步对肝肠组织Fxr下游信号通路研究发现，AGI抑制菌群次级胆汁酸生成并不影响肝脏初级胆汁酸的合成，而是改变了肠道及肝脏负责胆汁酸摄取和排出的基因表达，从而显著改变了胆汁酸的肝肠循环。
2、AGI通过FXR通路调节代谢，FXR通过减少β细胞增殖保护胰岛功能
（1）AGI处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谢指标改善，在FXR-KO小鼠中，脂代谢指标的改善作用显著消失，葡萄糖耐量的改善作用减弱一半。
（2）阿卡波糖能改善胰岛素敏感性，减少胰岛素用量，称为“胰岛素节约”作用
[1,6]。这一作用也在在FXR-KO小鼠中减弱。胆汁酸信号可能就是阿卡波糖拥有“胰岛素节约”效应的原因之一。
图3 红色实线（红色实心点）代表无AGI处理的野生型小鼠，红色虚线（红色空心点）代表AGI处理的野生型小鼠，蓝色实线（蓝色实心点）代表无AGI处理的FXR-KO小鼠，蓝色虚线（蓝色空心点）代表AGI处理的FXR-KO小鼠，可见AGI处理后糖耐量均改善（e），并且具有减少胰岛素分泌的作用（j）
（3）进一步研究发现，AGI抑制了糖尿病模型小鼠β细胞增殖，同时观察到，AGI处理后胰腺的胰岛素含量显著增高，而体外的糖促胰岛素分泌功能等比例下降，提示AGI节约胰岛素的作用可能是缓解了β细胞代偿性的高增殖和胰岛素的高分泌。β细胞的代偿性高分泌被缓解，胰岛素功能储备得以恢复，胰岛素抵抗也得以改善；最后，这些变化在FXR-KO小鼠中不再显著，证明可能是胰岛β细胞的FXR信号介导了AGI的胰岛素节约作用。
图4 AGI 通过Fxr改善β细胞代偿性高功，恢复β细胞功能储备。WTU代表无AGI处理的野生型小鼠，WTA代表AGI处理的野生型小鼠，KOU代表无AGI处理的FXR-KO小鼠，KOA代表AGI处理的FXR-KO小鼠，可见AGI处理后，β细胞的mass和增殖都下降，但是胰岛素含量显著上升（a-e）。体外促泌可见阿卡波糖使用后胰岛糖促胰岛素分泌等比例下降（f-g），对葡萄糖反应甚至有改善趋势。以上这些变化均在Fxr敲除小鼠的胰岛里消失。
我们知道，胰岛素抵抗和胰岛分泌不足是2型糖尿病的2个病理生理学特征，改善胰岛素敏感性和保护胰岛功能是治疗糖尿病的关键。
这项研究除了进一步证明AGI可通过调控肠道菌群胆汁酸代谢，重塑宿主胆汁酸池分布，协调肝肠FXR信号通路; 更重要的是：发现胆汁酸组分的改善也可能作用于胰岛细胞，介导了AGI缓解β细胞过度代偿，降低高胰岛素血症，改善岛素抵抗的作用。这就使得AGI一石二鸟，同时改善胰岛素抵抗和保护β细胞功能，达到降糖、降脂及减重等多重代谢益处。
目前已有靶向FXR治疗代谢性疾病的相关研究[7,9]，FXR靶向药物已在非酒精性脂肪性肝病中进行疗效测试[10]，因此该研究也为开发靶向肠道菌群的2型糖尿病新型防治措施提供了思路。
研究已经于糖尿病专业期刊Diabetologia 在线发表，将于今年5月正式见刊，邱轶轩，沈琳嫣，付丽红为共同第一作者，顾燕云和宁光为共同通讯作者。
参考文献
[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.
[6] Yang W, Liu J, Shan Z et al (2014) Acarbose compared with metformin as initial therapy in patients with newly diagnosed type 2 diabetes: an open-label, non-inferiority randomised trial. Lancet Diabetes Endocrinol 2(1):46–55.
[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.