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又一力作!GUT: 肠源性代谢产物TMAO改善糖尿病相关胰岛素抵抗

研究显示,肠道微生物的种类和丰度变化与糖尿病患者糖代谢和氨基酸代谢紊乱相关,并可导致患者胰岛素抵抗。此外,肠道微生物依赖性代谢分子氧化三甲胺(TMAO)已报道可作为2型糖尿病的因子。

美国哈佛大学的研究团队在《GUT》(IF=19.819)上发表题为"Gut microbiota metabolites, amino acid metabolites and improvements in insulin sensitivity and glucose metabolism: the POUNDS Lost trial"的探究论文。作者通过对超重/肥胖成年人减肥干预过程进行追踪,证实TMAO及其前体物质(胆碱和L-肉碱)对于改善胰岛素敏感性的重要性。

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实验材料

人血液样本

实验分组

POUNDS Lost试验人群(2年随机饮食干预的超重/肥胖人群);纳入504人,分成四组(四种改变营养摄入的低能量饮食:1)低脂+正常蛋白;2)低脂+高蛋白;3)高脂+正常蛋白;4)高脂+高蛋白)

技术路线图

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研究结果

01 TMAO前体物质变化与胰岛素抵抗相关性分析

研究人员将超重/肥胖人群随机分成四组,检测饮食干预前后血液TMAO及其前体物质(胆碱和L-肉碱)水平变化。结果显示,饮食干预6个月后,胆碱和L-肉碱显著降低,与参与者胰岛素抵抗(HOMA-IR)改善显著相关。进一步分析饮食干预2年间变化,发现胆碱水平降低与空腹血糖和胰岛素抵抗改善显著相关。

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02 饮食结构(脂肪摄入)与胰岛素抵抗相关性分析

接着,研究人员分析不同种类营养摄入是否会改变TMAO及其前体物质与改善血糖和胰岛素敏感性的关联。结果显示,高脂饮食组中,TMAO降低的参与者(T1组)表现出空腹血糖降低和胰岛素敏感性显著增加,TMAO升高的参与者(T3组)表现出空腹血糖升高和胰岛素敏感性改善幅度较小。该关联独立于同时发生的体重和氨基酸水平变化,且不同饮食组间胆碱或L-肉碱变化之间无显著相互作用。

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03 TMAO及前体物质变化与氨基酸代谢的相关性分析

此外,作者进一步分析了TMAO及前体物质对氨基酸代谢的影响。结果显示,饮食干预6个月后,胆碱降低较大参与者表现出总氨基酸、丙氨酸、谷氨酸含量下降;L-肉碱减低幅度较大参与者表现出总氨基酸、丙氨酸、瓜氨酸和谷氨酸含量下降;TMAO变化与氨基酸变化间无显著相关性。综上,TMAO前体物质ΔL-肉碱和Δ胆碱与氨基酸(包括支链和芳香氨基酸)的变化有显著的相关性,但其与糖尿病相关表型之间相关性与氨基酸变化无关。

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结论

已有报道1:肠道微生物变化影响宿主胰岛素敏感性、葡萄糖代谢和糖尿病相关的氨基酸代谢紊乱;

已有报道2:肠道菌群依赖性代谢产物TMAO已成为2型糖尿病的预测因子。

基于上述的2点证据,作者选取不同饮食结构的减肥干预人群,利用代谢组学技术检测TMAO及其前体物质表达变化,明确其对于糖尿病相关特征及代谢的影响。作者证实,饮食引起的TMAO及前体物质变化与血糖和胰岛素敏感性改善显著相关,其中,TMAO前体变化与糖尿病相关氨基酸(包括支链和芳香族氨基酸)变化显著相关;但其与糖尿病相关表型之间相关性与氨基酸变化无关,表明该影响涉及其他代谢途径。本研究进一步证明了微生物代谢产物变化在超重和肥胖人群中的保护作用。

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小编延伸

肠道微生物是近几年生物医学界最热的研究方向之一。菌群相关代谢物,如色氨酸代谢物,TMAO,SCFA、胆汁酸及神经递质等被认为是菌群-宿主-靶器官轴中的桥梁物质。TMAO自发现以来,大量的研究发现它在心血管疾病的发生和发展中起着重要作用,作为心血管领域中的经典生物标志物及肠道菌群-TMA-TMAO代谢途径干预靶点,被大众所熟知。然而目前的研究表明,TMAO除与心血管疾病密切相关外,还与糖尿病、肥胖、慢性肾病、肿瘤等疾病相关,但其作用机制还不是特别清楚,因此在这些研究方向创新性十足。

产品介绍

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