基于甲基萘醌的肠道菌群共生机制及对糖尿病的影响

The intestinal flora is the main synthesizer and provider of menaquinones (MK), and MK plays an important role in the symbiosis of bacteria groups. Our previous research has found that the intestinal flora co-constitutes MK production chain, and the reduction or deletion of MK key symbiotic genes will cause imbalance of intestinal flora and further affect the glucose metabolism. In this study, the vitro study, animal model and human studies will be used to investigate the influence and related mechanism of intestinal bacteria symbiosis and glucose metabolism on basis of MK at the genetic level, and also to explore how vitamin K regulating blood glucose and insulin resistance through regulating the intestinal flora symbiosis. This study will provide evidence for accurate diagnosis and precision nutritional intervention through MK (vitamin K2) -the intestinal flora-Diabetes.

糖尿病重要的致病因素之一是肠道菌群生态失衡。肠道细菌大部分是以共生形式存在，共生对菌群生态具有至关重要的影响。但是对于共生的机制，人们一直知之甚少，也因此缺乏精准的干预。最近有研究发现甲基萘醌（维生素K2）可促进肠道细菌的生长，也有临床报道维生素K可改善糖尿病，二者之间是否有深层机制的关联是我们感兴趣的问题。肠道菌群是甲基萘醌的主要合成者和提供者，我们前期研究发现肠道菌群内部的不同细菌间共同组成MK合成链，肠道菌群中MK关键共生基因的减少或者缺失，与肠道菌群生态失衡相关，并且可能是影响血糖代谢的重要因素。因此本研究拟通过体外研究、体内研究和人群研究，在宏基因组和代谢网络层面，阐明基于MK的肠道菌群共生机制，验证“甲基萘醌（维生素K2）-肠道微生态-糖尿病”轴向调控，为糖尿病的精准诊断和个体化营养干预提供科学依据和临床参考。

糖尿病重要的致病因素之一是肠道菌群生态失衡，共生对菌群生态具有至关重要的影响，但是对于共生的机制一直知之甚少。有研究发现维生素K2，即甲基萘醌（MK）可促进肠道细菌的生长，也有临床报道维生素K可改善糖尿病。基于前期研究基础我们提出假设：维生素K2关键共生基因的减少或缺失，与肠道菌群生态失衡相关，并且可能是影响血糖代谢的重要因素。为此本研究拟通过体外研究、体内研究和人群研究，在宏基因组和代谢网络层面，阐明基于MK的肠道菌群共生机制，验证“甲基萘醌（维生素K2）-肠道微生态-糖尿病”调控。在项目支持下，开展体外共生实验，发现在厌氧条件下混合培养缺乏完整MK合成通路的△menA-CFP和△menB-RFP菌，能够弥补其自身的MK呼吸链途径的不足从而促进细菌生长，证实肠道体外菌株通过MK共生网络协同共生。线虫体内共生实验中，发现共生组菌在线虫体内的定殖/生长数量显著高于基因缺陷菌株组，证实两种MK合成基因缺陷菌株能够在宿主体内协同共生。在横断面人群研究中（n=1000），发现MK关键共生基因的减少破坏肠道微生态的平衡，并与菌群组成显著相关。MK丰度高的人群，其菌群多样性显著优于丰度低组；当一些关键基因如menA，menB，menF等丰度较低时，整个MK合成途径的基因丰度降低，个体中依赖MK途径的菌群丰度，如拟杆菌门丰度也随MK出现急剧下降。MK合成基因共生网络受损也与血糖代谢异常相关，2型糖尿病人群MK基因丰度较健康人群减低，一些MK基因高丰度组的特征菌（如Prevotella菌）的丰度下降与血糖代谢异常相关。项目还进行了2型糖尿病随机对照干预研究（n=40），发现维生素K2干预可以显著改善T2DM 人群空腹血糖(d=-0.7mmol/L，P=0.012)、糖化血红蛋白水平(d=-0.5%，P=0.001)，并提高了肠道菌群丰度和多样性，揭示维生素K2是重要的肠道菌群益生因子并对血糖代谢产生有益作用，有望为T2DM干预提供辅助方法。项目执行期发表学术论文8篇，其中第一标注论文2篇，此外2篇在投稿状态。获得专利1项，发布1项行业标准，组织国家级学术会议4次，培养博士生1人，硕士生1人。