基于宏基因组学和菌群人源化小鼠的的肠道菌群与糖尿病肾病关联性研究

Gut microbiota which has be found to be regulated by genetic factors can affect multiple links in pathogenesis of diabetic nephropathy , so we speculate that the composition of gut microbiota may be associated with susceptibility to diabetic nephropathy. Now, there is still no any research about correlation between diabetic nephropathy and gut microbiota, we intend to use metagenome sequencing technology to research structure and function of gut microbiota of patients with diabetic nephropathy and patients unsusceptible to diabetic nephropathy, compare the differences in composition, diversity and stability between the two groups and explore the key bacterial colonies. Then, we plan to establish model of human flora-associated mice by transplanting two groups of patient’s fecal to germ-free mice which have be induced into type 2 diabetes to reveal the association of gut microbiota with diabetic nephropathy and the possible pathogenesis by comparing the differences of kidney damage, intestinal permeability, glucose metabolism, lipid metabolism and inflammation level between the two groups. Meanwhile，Probiotic control group will be established to study whether they have the effect of delaying the progress of diabetic nephropathy and how to affect gut microbiota composition.The research results of this study will help to further elucidate the pathogenesis of diabetic nephropathy, and provide new ideas and methods for the prevention and treatment of diabetic nephropathy.

肠道菌群能够影响多个糖尿病肾病发病环节，最新发现其还受宿主遗传因素调控，因此我们推测肠道菌群组成可能与糖尿病肾病易感性有关，目前尚无肠道菌群与糖尿病肾病相关性的研究报道，本课题拟通过宏基因组测序技术对糖尿病肾病患者与不易患糖尿病肾病的2型糖尿病患者肠道菌群进行结构和功能性研究，分析两组人群的肠道菌群在组成、多样性、结构稳定性方面的差异，探究在疾病发生中起到关键作用的菌属。同时利用粪菌移植技术建立两种人群的菌群人源化2型糖尿病小鼠模型，通过分析各组小鼠在肾脏损伤、肠道通透性、糖代谢、脂代谢以及炎症水平之间的差异，揭示肠道菌群与糖尿病肾病的相关性以及可能涉及的影响环节。此外，我们还设置了益生菌干预对照组，通过比较，评价益生菌干预对小鼠肠道菌群组成的影响及对糖尿病肾病的防治效果。本课题研究成果有助于进一步阐明糖尿病肾病的发病机制，为防治糖尿病肾病提供新的思路和方法。

糖尿病肾病（DN)是终末期肾病的主要原因之一，且缺乏有效的治疗措施，寻找易感因素并早期干预成为防治该病的主要手段。肠道菌群已被证明和糖尿病关系密切，但是否影响了DN的发生尚无研究报道，基于此背景，我们通过宏基因组学技术分析了糖尿病病人中易患DN者和不易患DN者肠道菌群差异，研究发现DN患者粪便中门氏菌属，Selenomonas属和Enterovibrio以及Azoarcus_sp._KH32C和Arthrobacter_sp._35/47的水平更高，且较高的Azoarcus_sp._KH32C和Arthrobacter_sp._35/47与尿白蛋白肌酐比（ACR）显著正相关。此外，基于dbCAN和KEGG数据库的功能分析显示，DN患者肠道微生物组中存在异常的脂多糖（LPS）生物合成和碳水化合物代谢。这些结果提示DN患者高水平的变形杆菌可能参与调节宿主体内LPS的生物合成和碳水化合物的代谢，进而影响DN发生发展。为进一步明确肠道菌群是否是DN的易感因素，我们将糖尿病模型鼠(db/db小鼠）制成伪无菌小鼠，并将2组患者粪便分别移植于小鼠肠道，并设立空白对照，观察3组小鼠代谢异常及靶器官损害程度差异，研究中我们发现移植DN患者粪便后的小鼠有如下特征：1）血糖水平、GLP-1、低密度脂蛋白、MDA、HNE均高于空白对照组及移植非糖肾患者粪便组小鼠；2）血清尿素及肌酐水平、尿液中微量白蛋白和ACR高于其它2组，肾脏Nephrin and Podocin 蛋白表达低于其它2组；3)血清、肾脏及结肠中TNF-α, IL-1β, IL-6 和MIF等炎症因子表达高于其它2组；4）结肠部位紧密连接蛋白claudin 1 和Zo-1 表达低于其他组；5）肾脏组织模式识别受体 TLR2, TLR4, CD74, NOD2, NLRP3 表达高于其它2组。上述结果提示移植DN患者粪便后更易引起血糖、血脂、氧化应激异常、结肠通透性升高，肾脏炎症水平及模式识别受体表达升高，肾脏损害加重。综合2部分内容，我们认为DN患者肠道菌群组成与不易患糖肾患者肠道菌群存在结构上的差异，更易引起糖尿病肾病的发生，可能是未来糖尿病肾病预防和治疗干预靶点之一。