论文部分内容阅读
小檗皮是藏医临床上治疗“京尼萨库”病(糖尿病)的常用藏药材,收录于《中华人民共和国卫生部药品标准·藏药分册》。现代药理研究表明,小檗皮有明显的抗2型糖尿病作用,具有较好的研究价值和开发前景。然而,其作用机制并未阐述清楚。因此,本文对小檗皮抗2型糖尿病作用进行药效学评价,并采用16S r RNA高通量测序、~1H-NMR代谢组学等技术和方法,研究小檗皮对2型糖尿病大鼠肠道微生物和内源性代谢物的影响,以期揭示其抗2型糖尿病的作用机制,为小檗皮的临床应用和现代化开发提供科学依据。目的:从调节肠道菌群与内源性代谢物角度,揭示小檗皮治疗2型糖尿病的作用机制。方法:1. 采用高脂饲料联合小剂量链脲佐菌素的方法建立2型糖尿病大鼠模型,小檗皮给药30 d后,观察其对2型糖尿病大鼠空腹血糖(FBG)、糖化血清蛋白(GSP)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)、胰岛素敏感指数(ISI)、脂多糖(LPS)和炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的影响。此外,通过抗生素混合溶液(新霉素100 mg/kg、氨苄西林100 mg/kg和甲硝唑50 mg/kg)灌胃处理来建立伪无菌糖尿病模型,研究肠道菌群在小檗皮抗2型糖尿病活性中的重要作用。2. 采用高效液相色谱二极管阵列检测器(HPLC-DAD)测定各组大鼠粪便中4种短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸和戊酸)的含量。3.采用16S r RNA高通量测序方法,研究小檗皮给药后对2型糖尿病大鼠肠道菌群的影响,分析各组间α多样性和β多样性差异,以及通过LEf Se和方差分析找出组间差异微生物。4.采用~1H-NMR分析技术对正常对照组、模型对照组及小檗皮给药组大鼠血清进行代谢组学研究,结合化学计量学方法,找到差异代谢物及代谢通路,研究小檗皮对2型糖尿病大鼠内源性代谢物的影响。结果:1.正常大鼠给予小檗皮(0.84 g/kg)后血清FBG、GSP、HOMA-IR和ISI无显著变化,而LPS、TNF-α、IL-1β和IL-6的含量显著升高,表明小檗皮能够导致正常大鼠发生炎症反应。与正常大鼠相比,2型糖尿病大鼠血清FBG、GSP、HOMA-IR、LPS、TNF-α、IL-1β和IL-6水平明显升高,ISI明显降低。给药30 d后,小檗皮高剂量(0.84 g/kg)能明显降低2型糖尿病大鼠血清FBG、GSP、HOMA-IR、LPS、TNF-α、IL-1β、IL-6以及升高ISI的水平,小檗皮低剂量对大多数指标作用不显著。此外,抗生素也能明显降低2型糖尿病大鼠血清FBG、GSP、LPS、TNF-α、IL-1β和IL-6水平,当2型糖尿病大鼠经抗生素处理破坏肠道菌群之后再给予药物,小檗皮改善胰岛素抵抗、提高胰岛素敏感性的作用消失。2.16S r RNA测序结果表明,模型对照组与正常对照组的肠道菌群有明显差异,而小檗皮能改善肠道菌群紊乱,使之趋于正常。另外,抗生素能明显减少2型糖尿病大鼠肠道菌群的丰富度与多样性。α多样性结果显示2型糖尿病大鼠的菌群相对丰度显著低于正常大鼠,而小檗皮给药30 d后,其相对丰度明显上升。β多样性结果显示正常组、模型组与小檗皮给药组之间存在差异。通过LEf Se和方差分析发现,在门水平上,与正常大鼠相比,2型糖尿病大鼠拟杆菌门的相对丰度和拟杆菌门/厚壁菌门(B/F)比值明显下降,而变形菌门和放线菌门的相对丰度明显升高,小檗皮给药30 d后,能显著增加2型糖尿病大鼠拟杆菌门的相对丰度和B/F值,而明显降低变形菌门的相对丰度。在科水平上,与正常大鼠比较,2型糖尿病大鼠Akkermansiaceae与Muribaculaceae的相对丰度下降,而肠杆菌科、肠球菌科和梭杆菌科的相对丰度明显上升,小檗皮给药30 d后能明显提高Akkermansiaceae与Muribaculaceae的相对丰度,而显著降低肠杆菌科、肠球菌科和梭杆菌科的相对丰度。在属和种的水平上,小檗皮给药30 d后,能明显降低2型糖尿病大鼠Collinsella、[Ruminococcus]_gauvreauii_group、肠球菌属、escherichia-shigella、梭杆菌属、Holdemanella、bacterium_Te59R、Prevotella_9和Collinsella_sp._Marseille-P3740的相对丰度,而显著增加Akkermansia的相对丰度。3. 与正常大鼠比较,2型糖尿病大鼠粪便中丙酸的含量显著上升,而小檗皮给药30 d后,能显著降低2型糖尿病大鼠丙酸的含量。此外,乙酸、丁酸和戊酸在组间无明显差异。4. 根据~1H-NMR方法共鉴定了28个代谢产物,并从中筛选出了与小檗皮抗糖尿病相关的8个差异代谢物,分别为低密度脂蛋白/极低密度脂蛋白、异亮氨酸、缬氨酸、N-乙酰糖蛋白、乙酰乙酸、谷氨酸、甜菜碱和葡萄糖。通过通路富集分析,发现了5条可能是小檗皮发挥抗糖尿病作用的靶标代谢路径,分别为缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,丁酸代谢,酮体的合成与降解,D-谷氨酰胺与D-谷氨酸代谢以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。结论:1.小檗皮对2型糖尿病大鼠有明显的降血糖、改善胰岛素抵抗、提高胰岛素敏感性,以及抗炎的作用。2.肠道菌群在小檗皮治疗2型糖尿病过程中有着重要的作用,Akkermansia、肠球菌、梭杆菌等可能为其发挥抗糖尿病活性的关键细菌。3.小檗皮抗2型糖尿病的作用机制与其调节肠道菌群,改善糖代谢、氨基酸代谢、脂质代谢等紊乱有关。