基于肠道菌群靶点和代谢组学方法探讨枇杷叶新颖倍半萜改善T2DM胰岛素抵抗的作用研究

Accumulating evidence indicates that the development of diabetes mellitus is closely related with human gut microbiome. Recently, loquat leaf attracts many attentions for its use in the treatment of diabetes. In our previous study, the phytochemical investigation of this plant showed the presence of various novel sesquiterpenoids, which were proven to possess the hypoglycemic activity through improving the insulin-resistance in STZ-induced diabetic mice with long-term high-fat diet. The biotransformation research suggested that human gut microbiome interfere the metabolism of those sesquiterpenoids in the body and influenced their activity a lot. In the present research proposal, an integrated approach combining 16S rRNA gene sequcing and mass spectrometry-based metabolomics profiling to examine the functional impact of various sesquiterpenoids isolated from loquat on the gut microbiome of type 2 diabetic mice will be investigated. The present study will focus on the structural changes of gut microbiome during loquat sesquiterpenoids mediated prevention of diabetes and insulin resistance, with a powerful tool named PCR-Illumina HiSeq2500 for the analysis of microbial populations. Besides, the nontargeted metabolomics profiling will reveal the effect of loquat sesquiterpenoids in these mice, with diverse perturbed metabolites being correlated with gut microbiome changes. The result from this research will help to confirm the therapeutic material basis with anti-diabetic effect of loquat in vivo, and to discuss the potential of natural products for the treatment of diabetes through changing the diversity and dynamics of gut microbiota in the way of metabolomics and microbial ecology.

糖尿病的发生发展与肠道菌群密切相关。项目组前期从枇杷叶中分离得到新颖倍半萜成分，活性评价显示其具降血糖、改善胰岛素抵抗作用，生物转化证实肠道菌群干预了该类成分的体内代谢及其效应过程。本项目拟建立不同的T2DM动物模型，开展基于16S rRNA测序的宏基因组学研究，利用微生物分子生态技术，考察模型动物之间以及给予倍半萜前后肠道菌群的微生态结构变化，研究其与糖尿病发展的关联性，探寻菌群结构改变作为活性倍半萜发挥治疗糖尿病效应的中介桥梁作用；另开展基于液质联用技术的代谢组学研究，考察模型动物给予倍半萜后的血清/尿液代谢物组变化，从代谢网络调控水平寻找其治疗糖尿病的实验依据，考察倍半萜干预对肠道菌群代谢产物的影响，最终探寻代谢物变化、肠道菌群结构、糖尿病之间内在联系。研究结果有助于枇杷叶抗糖尿病效应物质确认，并从代谢组学和微生物学角度探讨中药活性成分潜在的通过变化肠道菌群结构治疗糖尿病的作用机理。

糖尿病的发生发展与肠道微生物密切相关，以肠道菌群靶点和代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是认识中药治疗糖尿病抽象整体观的重要策略。.传统中药枇杷叶含有丰富的倍半萜类成分，我们采用经典的植物化学分离方法，从中制备得到了总倍半萜（TSG）组分，并从TSG中分离纯化得到了4个倍半萜苷单体化合物SG1~SG4。.我们复制了高脂饮食诱导（high-fat diet-fed mice）和基因诱导的理想自发性（db/db mice）2型糖尿病动物模型，分别考察了给予枇杷叶总倍半萜（TSG）和单体化合物SG1/SG3干预对模型动物的糖脂代谢、肝脏功能、氧化应激以及炎症反应等生理指标变化情况，并结合TRPV1离子通道、AMPK、NLRP3等信号通路开展了相关机制研究。此外，我们还开展了基于液质联用技术的代谢组学研究，考察模型动物给予活性倍半萜后的内源性代谢物变化；开展了基于16S rRNA测序的宏基因组学研究，运用多变量统计分析，考察不同模型动物之间以及活性倍半萜干预前后肠道菌群结构的特征性差异。.研究发现，枇杷叶总倍半萜（TSG）可激活IRS1/GLUT4、AMPK信号通路纠正糖脂代谢紊乱，通过抑制TRPV1、增强SIRT6/Nrf2信号通路发挥抗炎、抗氧化应激的作用，保护肝脏，同时调节由高脂饮食造成的肠道菌群失调，有效治疗胰岛素抵抗；代谢组学差异分析筛选了血清中15种代谢产物和尿液中44种代谢产物，主要包括脂肪酰基、甾醇脂质和聚酮化合物等与糖脂代谢和炎症密切相关的生物标志物。此外，枇杷叶倍半萜苷单体SG1、SG3对db/db糖尿病小鼠具有抗炎、纠正糖脂代谢紊乱的作用，调节肠道菌群多样性和构成，使肠道微生态恢复至正常水平；SG1、SG3靶向调控特定菌属（Lactobacillus、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Prevotellaceae_UCG-001、Bacteroides等），富集有益菌，减少致病菌，是其发挥作用的关键机制。.本项目研究确证了枇杷叶倍半萜类成分作为其治疗糖尿病的效应物质，为传统中药资源枇杷叶的抗糖尿病应用提供了重要的科学依据；研究中开展的结合肠道微生物组学和代谢组学方法来探讨枇杷叶活性成分通过变化肠道菌群结构治疗糖尿病的研究策略，可为中药治疗代谢性疾病机理研究提供思路与方法借鉴。