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目的:基于“脾胰同源”理论,以自发性2型糖尿病GK大鼠为研究对象,应用基因芯片及微生物16Sr DNA基因测序技术,旨在深入探讨参芪复方调节胰岛细胞功能及肠道菌群的分子机制,为中医药防治2型糖尿病提供理论依据。方法:60只GK大鼠适应性喂养1周,筛选出两次随机血糖≥11.1mmol/L的大鼠,将其纳入本实验,并且根据随机原则分为5组,分别命名为模型组、西药组、参芪复方高剂量、中剂量、以及低剂量组。另设Wistar大鼠为正常组。Wistar大鼠每日予普通饲料喂养,GK大鼠每日予高脂饲料喂养,连续4周,从GK大鼠各组中随机选取大鼠检测随机血糖,验证糖尿病模型成功。造模成功后,参芪复方高、中、低剂量组分别予高、中、低剂量参芪复方浸膏灌胃,西药组予西格列汀混悬液灌胃,正常组、模型组予生理盐水灌胃。连续给药8周,药物干预期间观察大鼠一般情况,每周定时测量大鼠体重,并根据体重变化调整灌胃量。干预期间每周一次测定一日内8:00,10:00,14:00,16:00,18:00五个时间点的血糖情况。根据五点血糖值,用平均血糖水平(mean blood glucose,MBG)、平均血糖的标准差(standard deviation of blood glucose,SDBG)、最大血糖波动幅度(largest amplitude of glycemic excursions,LAGE,日内血糖最高值与最低值之差)反映干预4周、8周后大鼠血糖波动的情况。各组大鼠于药物干预8周后处死,采集血液标本,运用双抗体夹心ABC-ELISA法测定血清胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、胰岛素(INS)、胰高血糖素(GC)、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、超敏C反应蛋白(hs CRP)的水平;运用Dead End TM TUNEL荧光法检测胰岛β细胞凋亡情况;运用苏木精-伊红染色法于光镜下观察各组大鼠胰腺组织病理形态;正常组、模型组、参芪复方中剂量组、西药组中每组检测3只大鼠的胰腺组织50-100mg,运用Agilent4*44k全基因组表达谱芯片对全部样本的RNA进行差异基因检测,结合GO、Pathway富集,并对关键差异基因GCG、KCNN4、PIK3R1、AKT1、CRY1、DBP行PCR验证;无菌采集正常组、模型组、参芪复方中剂量组、西药组每组5只大鼠粪便1-2粒,运用微生物16Sr DNA基因测序技术检测大鼠肠道菌群。结果:1.宏观表现---干预8周后,参芪复方可改善GK大鼠一般情况,其毛色、色泽及精神状态较模型组更佳。随药物干预时间延长,参芪复方可降低大鼠日摄食量、日饮水量,对大鼠体重无明显影响。参芪复方高、中剂量与西药均能有效降低TC水平;参芪复方高、中、低剂量与西药均能有效降低TG水平;参芪复方各剂量及西药均能升高GLP-1水平;参芪复方高、中剂量及西药均能降低hs CRP水平;其中,参芪复方中剂量效果最显著。参芪复方各剂量及西药均能一定程度改善INS、GC水平,其中,参芪复方高剂量及西药效果最显著。参芪复方各剂量及西药均能一定程度降低MBG、SDBG、LAGE水平,减少血糖波动幅度,其中,参芪复方中剂量及西药改善血糖波动的效果最为显著。干预8周后,参芪复方中剂量及西药均能减少胰岛β细胞凋亡,其中,参芪复方中剂量效果最显著。参芪复方高、中剂量可一定程度改善胰腺组织病理形态。2.基因芯片及PCR结果---基因芯片差异基因筛选发现:模型组与正常组比较,共有差异基因349条,其中211条基因表达下调,128条基因表达上调。参芪复方中剂量组与模型组比较,共有差异基因77条,其中23条基因表达下调,54条基因表达上调。西药组与模型组比较,共有差异基因95条,其中49条基因表达下调,46条基因表达上调。差异基因经GO功能富集分析显示:模型组与正常组的差异基因涉及的生物学过程包括代谢过程、细胞分泌、凋亡、昼夜节律、对光刺激的反应等。参中组与模型组的差异基因涉及的生物学过程包括对胰岛素刺激的反应、凋亡、调节磷脂酰肌醇3-激酶、昼夜节律、对光刺激的反应等。西药组与模型组差异基因涉及的生物学过程包括胰岛素分泌、凋亡、磷脂酰肌醇3-激酶信号通路、昼夜节律、稳态过程的调节、调节炎症反应等。差异基因经pathway富集分析显示:模型组与正常组差异基因涉及的主要信号通路依次为代谢途径、阿米巴病、卵母细胞减数分裂、孕酮介导的卵母细胞成熟、精氨酸及脯氨酸代谢、糖鞘脂生物合成-乳糖和新乳糖系列。参芪复方中剂量组与模型组差异基因涉及的主要信号通路依次为胰腺癌、调节肌动蛋白细胞骨架、m TOR信号通路、局部粘着、肾细胞癌、细菌侵入上皮细胞、VEGF信号通路、小细胞肺癌、Erb B信号通路、FcγR介导的吞噬作用、Gn RH信号通路、T细胞受体信号通路、白细胞跨内皮迁移、轴突指导、癌症途径、神经营养因子信号通路、弓形体病。西药组与模型组差异表达基因涉及的主要信号通路依次为精氨酸及脯氨酸代谢、唾液分泌、Gn RH信号通路。大鼠胰腺组织基因芯片差异基因结合GO功能和pathway富集分析发现:与模型组相比,参芪复方及西药均可上调胰岛素分泌相关基因GCG的表达,下调胰岛素分泌相关基因KCNN4的表达,且PCR验证结果与基因芯片一致。与模型组相比,参芪复方可上调胰岛细胞凋亡相关基因PIK3R1、AKT1的表达,且PCR验证结果与基因芯片基本一致。与模型组相比,参芪复方及西药均可上调生物钟节律相关基因CRY1、DBP的表达,且PCR验证结果与基因芯片一致。3.肠道菌群结果---大鼠粪便16Sr DNA基因测序结果显示:与正常组相比,GK大鼠肠道菌群丰富度较高,其中,西药组菌群丰富度高于模型组及参芪复方中剂量组。门水平上,各组大鼠厚壁菌门和拟杆菌门均占有较高比例,为主要优势菌群。与正常组相比,各GK大鼠组拟杆菌门/厚壁菌门比值下降,而经参芪复方干预后,拟杆菌门/厚壁菌门比值增加。属水平上,与模型组相比,参芪复方中剂量组、西药组的拟杆菌属(Bacteroides)、丁酸菌属(Butyricimonas)、Blautia菌属(Blautia)、罗氏菌属(Roseburia)丰度相对升高。结论:参芪复方可改善GK大鼠一般情况,降低大鼠日摄食量、日饮水量,降低血清TC、TG、GC、hs CRP水平,升高INS、GLP-1水平,减少血糖波动幅度,抑制胰岛β细胞凋亡,改善胰腺组织病理形态。推测参芪复方防治2型糖尿病的分子机制,可能与其调节胰岛素分泌相关基因GCG、KCNN4,胰岛细胞凋亡相关基因PIK3R1、AKT1,生物钟节律相关基因CRY1、DBP的表达;调节肠道菌群,改善拟杆菌门/厚壁菌门比值,增加产丁酸菌的相对丰度,进而改善胰岛细胞功能,维持血糖稳态相关。体现了参芪复方多途径、多靶点、多环节的治疗特点,其优势可能与中医学“脾胰同源”的理论相关。