肥胖糖尿病大鼠胃旁路术后肠道菌群的变化及其相关肠道机制研究

Roux-en-Y gastric bypass surgery (RYGB), is now considered the most effective treatment for morbid obesity and obesity associated type 2 diabetes. But no one mechanism has been unambiguously demonstrated to underlie the beneficial effects of gastric bypass surgery on the weight control and diabetes resolution. Obesity is associated with dysbiosis of the gut microbiota, in particular with decreased bacterial diversity. Our previous research revealed that the gut bacterial diversity decreased significantly in Zucker obese and diabetic (ZDF) rats. And the modulation of gut microbiota was associated with the endocannabinoid system，gut barrier function, inflammation and the insulin resistance associated with obesity in ZDF rats. In this project, we used 454 pyrosequencing technology to explore the impact of RYGB surgery on gut microbiota modulatin and the interactions between the altered baterial and host metabolism in ZDF rats. We try to test the hypothesis that an intestinal mechanism including the altered microbiota and modulation of the endocannabinoid system in gut, gut barrier function and metabolic endotoxaemia to underlie the beneficial of RYGB on host metabolism in ZDF rats. And understanding the exact mechanisms behind the successful surgery would thus go a long way in developing future 'knifeless' treatment options.

胃旁路术能有效缓解肥胖及其相关的2型糖尿病，但其减重、降糖的确切机制不明。本课题组结合前期研究提出新假说：胃旁路术对肥胖糖尿病的缓解作用可能与肠道菌群-肠内源性大麻素系统-肠屏障相关肠道机制有关。为验证这一假说，我们拟在ZDF-Leprfa/CrlVr肥胖糖尿病大鼠模型上（ZDF）实施胃旁路术，进行如下研究：（1）动态观察术后ZDF肥胖及糖脂代谢改善情况；（2）采用454高通量测序技术分析胃旁路术后ZDF肠道菌群结构变化；（3）评价术后肠道内源性大麻素系统表达、肠道屏障功能及全身低度炎症水平改变情况，并探索其与肠道菌群结构变化之间的潜在关系。该研究既是在胃旁路术模型上验证肠道菌群- - 内源性大麻素系统-肠屏障的通路作一个初步的探索，也为进一步阐明胃旁路术后肥胖及糖尿病缓解的肠道机制，以及将来寻求有效的非手术治疗方法提供理论基础。

为明确代谢手术有效缓解肥胖及2型糖尿病的相关肠道机制，本课题在提出肠道菌群—肠内源性大麻素系统—肠屏障相关假说的基础上通过对自发型肥胖糖尿病大鼠模型（ZDF大鼠）实施胃旁路手术（RYGB）及袖状胃切术（SG），两种均为现今临床上应用较多的术式，并设立饮食及体重匹配的对照进行验证。结果发现：RYGB在减轻ZDF大鼠体重及改善血糖、减轻胰岛素抵抗、脂质紊乱及脂肪肝炎症方面作用是明显的，且不依赖于术后饮食变化。而SG对ZDF大鼠的糖脂代谢作用几乎与RYGB手术相当，但在减轻体重及摄食量方面本次则未在该模型上体现。RYGB组术后菌群多性增加较为明显，出现了Proteobacteria/Gammaproteobacteria和Fusobacteria /Clostridium的特征性增加，部分特殊菌种即Anaerofilum, Enterococcus, Fusobacterium, 及 Parabacteroides等与胰岛素抵抗相关联；而SG组则出现更多的Actinobacteria门。同时RYGB术后内毒素水平及全身炎症水平下降，并与肠道通透性减轻呈正相关，进一步通过高效液相色谱--质谱联用技术检测各组ZDF大鼠术后内源性大麻素花生四烯酸乙醇胺(AEA)水平及大麻素受体1和2(CBR1，CBR2)表达，均提示术后eCB系统出现下调。与预期结果大体一致，我们发现RYGB术后ZDF大鼠肠道菌群有独立于摄食及减重以外的特征性改变。且RYGB通过改变肠道微环境，下调肠道内源性大麻素系统，改善肠道屏障功能，缓解代谢性内毒素血症从而改善能量及代谢紊乱，发挥其减重、降糖效益。该项目研究设计及方法具有创新性，并找到了可能对肠道健康有指示作用的微生物群种，对理解肠道菌群与肥胖糖尿病关系提供新的启示，也为后期进一步行菌种的功能鉴定提供依据。首次立足于肠道菌群—eCB系统—肠屏障的通路提出了RYGB改善肥胖糖尿病肠道机制的新假说，弥补了部分代谢手术缓解糖尿病的机制空白。代谢手术对肠道菌群的改变作用是长期且独立的，我们认为通过验证我们假说，明确RYGB术后肠道菌群及eCB系统的改变可能对预测RYGB的长期转归有指导意义。目前项目资助发表SCI论文1篇（IF：3.064），核心论文2篇，待发表三篇。培养博士生3名，其中2名已经取得博士学位，1名在读。