研究背景和目的:中国2型糖尿病和糖尿病前期人群的患病率呈现快速增长趋势,糖尿病及多种并发症不仅严重威胁人民健康,也大大增加了社会经济负担。如何尽早、有效地管理糖尿病前期和糖尿病患者,以延缓糖尿病进展,阻止糖尿病并发症出现,具有重要的现实意义。2型糖尿病的发病机制在于遗传与环境因素间的相互作用,其中肠道菌群是关键的环境决定因素之一,具有可变性和可调控性,对于糖尿病的防控意义重大。调节肠道菌群已经成为防治糖尿病的新靶点,其中益生菌制剂是一项重要的干预手段,但相关机制并不十分清楚。肠道微生物组不仅包含肠道菌群,还包含肠道病毒组,两类微生物基因组之间存在复杂的关联和相互影响,对糖尿病的发生发展具有不可忽视的作用。目前病毒组学与肠道菌群互作对糖尿病人群的影响未见报道,缺乏有关益生菌干预对糖尿病病毒组与肠道菌群的关联和互作影响的研究。本课题聚焦于糖尿病的早期干预,选择糖尿病前期和初诊2型糖尿病患者作为干预对象。选择益生菌嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）的热灭活死菌体作为干预手段,以避免由于益生菌活菌在个体肠内的定植差异造成的对干预效果判断的偏移,也避免活菌潜在的菌血症和消化系统感染风险。研究嗜热链球菌死菌体对糖尿病前期和初诊2型糖尿病患者的防治疗效,并探究其可能的作用机制,初步探索肠道菌群组与肠道病毒组的关联和交互作用。研究方法:研究对象分为两部分,第一部分为初诊2型糖尿病人群,随机分为干预组（30人）,安慰剂组（30人）。第二部分为糖尿病前期人群,干预组（80人）,安慰剂组（80人）。干预组每天服用嗜热链球菌死菌体制剂产品KAWAI,安慰剂组每日服用安慰剂。在干预90天时进行随诊。1、通过随机对照实验（RCT）探讨嗜热链球菌死菌干预对初诊的2型糖尿病和糖尿病前期人群血糖及相关代谢指标胰岛素敏感性、体重、体成分及血脂等的影响。2、探讨嗜热链球菌死菌干预对血糖影响的可能机制:1)应用酶联免疫吸附法（Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA）观察干预对血清炎性因子白细胞介素-6（Interleukin-6,IL-6）、白细胞介素-10（Interleukin-10）、肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-alpha,TNF-α）和脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）、脂肪炎症因子脂联素（Adiponectin,ADP）、胰高血糖素样肽-1（Glucagon-like peptide-1,GLP-1）的影响;2)应用非靶向液相色谱-质谱联用技术（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,LC-MS）观察干预对血清代谢组学的影响;3)应用16Sr DNA测序和气相色谱-质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS）观察干预对肠道菌群及其代谢产物短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids,SCFAs）的影响;4)应用肠道病毒宏基因组学测序技术分析观察干预对肠道病毒组的影响;5)关联分析肠道菌群和病毒组病毒学的互作关系及对血糖代谢的影响。研究结果:1、初诊2型糖尿病人群随机对照研究1)血糖及相关代谢指标结果:干预30天后,干预组的空腹血糖较安慰剂组显著降低（6.66 vs 7.41mmol/L,P=0.022）,甘油三酯显著降低（1.23 vs 1.88mmol/L,P=0.046）]。干预90天后,干预组的空腹血糖较安慰剂组显著降低（6.7 vs 7.66mmol/L,P=0.001）;Hb A1c明显下降（6.70%vs 7.12%,P=0.02）,HOMA-β显著升高（130.05%vs 97.70%P=0.044）,糖负荷后2h血糖也有下降趋势（12.96 vs 14.64mmol/L,P=0.084）。与基线相比,干预组体重下降幅度（-2.09 vs-0.53kg,P=0.022）和脂肪量下降幅度（-1.92vs-0.34Kg,P=0.045）较安慰剂组显著,但在体重下降的同时未引起蛋白质量（0.03 vs-0.28kg,P=0.006）和骨骼肌量（0.08 vs-0.24kg,P=0.058）的下降,提示干预组具有更好的减重模式。2)干预组的血清抑炎细胞因子IL-10在干预30天（6.82 vs 5.35pg/ml,P=0.018）较安慰剂组显著上升,干预90天（7.03 vs 5.60pg/m L,P=0.006）进一步上升。3)干预组抑炎脂肪因子ADP在干预90天后升高幅度显著高于安慰剂组（3414.34vs 273.45ng/m L,P=0.024）。4)血清代谢组学检测:干预90天后,共鉴定出366种代谢物,干预组与安慰剂组间筛选出25种差异代谢物,其中嗜热链球菌干预上调了丙酮酸等碳水化合物,L-异亮氨酸、D-脯氨酸等氨基酸,1-磷酸鞘氨醇等脂质;下调了L-岩藻糖、异柠檬酸等碳水化合物。对上述产物的代谢通路进行分析发现,嗜热链球菌死菌体主要影响了与糖代谢中的淀粉和蔗糖代谢、糖酵解和糖异生、果糖和甘露糖的代谢、戊糖和葡萄糖酸酯的相互转化、丙酮酸代谢、异亮氨酸生物合成和柠檬酸循环代谢通路。5)干预90天后,干预组与安慰剂组的肠道菌群多样性没有显著差异,但干预组总体物种多样性多于安慰剂组。在门水平,干预组的拟杆菌丰度高于安慰剂组（P＜0.05）,厚壁菌丰度低于安慰剂组（P＜0.05）,拟杆菌门/厚壁菌门比例升高。在属水平,嗜热链球菌升高了干预组的普雷沃菌属2 Prevotella2、瘤胃球菌属Ruminococcacea（两者具有糖尿病保护作用）、毛螺旋属Lachnospiraceae、肠杆菌Enterobacteriaceae、Butyricimonas和Paraprevotella的丰度,降低了博斯氏菌属Bosea、鞘氨醇单胞菌Sphingomonas丰度。肠道菌群组成与血糖指标关联分析显示,瘤胃球菌属Ruminococcus与空腹血糖呈负相关,而鞘鞍醇单胞菌属Sphingomonas与空腹血糖和糖负荷后2小时血糖均呈正相关。6)肠道菌群代谢产物SCFAs变化情况:干预90天后,干预组的乙酸、丙酸、戊酸、己酸水平均显著高于安慰剂组,两组丁酸水平均升高,安慰剂组升高幅度高于干预组（P均＜0.05）。7)干预90天后,干预组的病毒丰度和病毒种类高于安慰剂组,但是多样性和均匀性低于安慰剂组。嗜热链球菌使干预组葡萄球菌病毒IPLAC1C、长臂猿白血病病毒、沙门氏菌病毒SETP3、弯曲杆菌病毒CP21、欧文氏噬菌体v BEam MChris DB、欧文氏菌噬菌体v BEam MCaitlin和人体免疫缺陷病毒1等丰度下降,克雷伯氏菌病毒Kp1、噬菌体Mycobacterium phage Phlei等丰度上升。病毒组学与糖代谢指标关联分析显示,克雷伯氏菌病毒Kp1与糖化血红蛋白、空腹血糖均呈负相关;糖化血红蛋白与葡萄球菌病毒IPLAC1C、长臂猿白血病病毒沙门氏菌病毒SETP3均呈正相关,欧文氏菌噬菌体v BEam MCaitlin与空腹血糖呈较正相关。8)肠道菌群与肠道病毒组关联分析结果显示,在干预后,细菌Bosea与弯曲杆菌病毒CP21、欧文氏噬菌体v BEam MChris DB呈正相关,细菌Enterobacteriaceae与大肠艾希氏杆菌病毒K30、sTorque teno virus 29呈正相关;而葡萄球菌病毒IPLAC1C与瘤胃球菌属、普雷沃氏菌属及Butyricimonas呈负相关,人体免疫缺陷病毒1与普雷沃氏菌属2、Enterobacteriaceae呈负相关。综合病毒组学、肠道菌群、血糖代谢关联性研究我们发现,嗜热链球菌诱导的肠道有益菌丰度升高能够竞争性抑制与血糖代谢正相关的病毒种丰度,从而改善血糖代谢。2、糖尿病前期人群的随机对照研究1)血糖及相关代谢指标结果:2)干预90天后,干预组的空腹血糖下降水平优于安慰剂组（-0.26 vs-0.01mmol/L,P=0.004）,同时HOMA-IR也显著下降（-0.41 vs 0.27,P=0.024）。在亚组分析中:空腹血糖受损亚组中（n=53）干预组的腰围下降水平大于安慰剂组（-3.15vs-0.32cm,p=0.015）;糖耐量低减（IGT）亚组中（n=104）,干预组的空腹血糖下降水平（-0.41 vs-0.04mmol/L,P=0.01）、HOMA-IR下降水平（-0.43 vs 0.27,P=0.04）均大于安慰剂组。提示在糖尿病前期受试者中,IGT者对嗜热链球菌干预更敏感。3)干预90天后,干预组和安慰剂组的炎性因子IL-6、IL-10、TNF-α和LPS无显著差异（p＞0.05）。4)干预90天后,干预组和安慰剂组的GLP-1和ADP无显著差异（P＞0.05）。5)干预90天后,干预组和安慰剂组的SCFAs无显著差异（p＞0.05）。5)干预90天后,干预组和安慰剂组的肠道菌群多样性没有显著性差异;与安慰剂组相比,干预组明串珠菌属Leuconostoc、、魏斯氏菌属Weissella、Scardovia菌属和大肠志贺氏杆菌属EscherichiaShigella丰度上升,梭状芽胞杆菌Clostridium XI、消化链球菌属Peptostreptococcus丰度降低;两组间未发现代谢通路显著差异的功能基因。研究结论:口服嗜热链球菌死菌体,可以有效降低初诊2型糖尿病及糖尿病前期患者的血糖水平,改善胰岛β细胞功能和胰岛素抵抗。本研究首次报道了益生菌死菌体制剂对糖尿病人群肠道病毒宏基因组的影响,发现病毒组和肠道菌群、血糖代谢间复杂的关联互作,即存在“肠道菌群/肠道病毒-代谢产物/炎性因子-胰岛素抵抗-糖尿病”轴向调控机制。不同的肠道病毒与肠道菌群之间通过拮抗（瘤胃球菌属、普雷沃菌属与葡萄球菌病毒virus IPLAC1C）或者协同（肠道细菌Bosea与欧文氏菌噬菌体v BEam MCaitlin）机制来发挥血糖调控作用。抑炎因子IL-10、抑炎脂肪因子ADP升高、SCFAs增加及多项血清抗炎代谢产物水平的改变均参与了轴向调控,从而改善机体慢性炎症状态,最终改善胰岛素抵抗。本研究为通过调节肠道菌群进行糖尿病的早期干预提供了新的思路和依据。