​近日，宝藤生物与南阳市第二人民医院、开封市中心医院共同合作，采用16S rRNA高通量测序与生物信息学相结合的方法，分析利拉鲁肽治疗前后2型糖尿病患者肠道菌群的多样性和组成，同时检测利拉鲁肽治疗前后血糖、胰岛素、糖化血红蛋白和脂代谢等变化。探究利拉鲁肽如何影响2型糖尿病患者肠道菌群，为有效治疗2型糖尿病提供科学依据。

该研究成果《Liraglutide-induced structural modulation of the gut microbiota in patients with type 2 diabetes mellitus》于2021年4月在线发表于《PeerJ》 杂志。

2型糖尿病(T2DM)是一种血糖调节失衡和血脂谱改变为主的慢性代谢性疾病，常由于胰岛素分泌不足和（或）胰岛素抵抗所致。世界卫生组织(WHO)提出，预计到2030年，T2DM可能成为全球十大潜在死亡病因之一。与T2DM相关的发病率和死亡率增加往往与血管并发症有关，如心血管疾病、肾病和视网膜病变。

胰高血糖素样肽1(GLP-1)是由肠道L细胞在食物摄入后分泌的一种促肠激素，利拉鲁肽作为GLP-1类似物，在治疗T2DM方面取得了显著进展。越来越多的证据表明肠道微生物对T2DM起到重要作用，但利拉鲁肽对T2DM患者肠道菌群的影响目前尚不完全清楚。

因此，本研究通过利拉鲁肽对T2DM患者肠道菌群结构和功能的影响，为T2DM患者治疗方案的选择提供参考依据。

研究方法

本研究由南阳市第二人民医院、开封市中心医院和宝藤生物合作共招募了40例T2DM患者，所有参与者均接受二甲双胍单一治疗(稳定剂量口服2个月)，后改为利拉鲁肽治疗（1.2mg皮下注射，1次/天，疗程4个月）。以糖化血红蛋白(HbA1c)作为监测血糖控制指标的金标准。

收集了利拉鲁肽治疗前后共80份T2DM患者的粪便样本。采用16S rRNA高通量测序技术测定并分析T2DM患者肠道菌群变化特征。从患者粪便样品中提取细菌DNA，细菌16S rRNA基因V4区引物进行PCR扩增和测序。

以序列相似度97%为标准进行聚类分析，过滤操作分类单元（OTUs），使用PiCRUSt 软件进行KEGG和COG分类。用LEfSe分析两组间不同菌群的丰度差异。α多样性分析菌群的多样性和丰富度以及β多样性分析菌群之间的相似性。

研究结果

1.基础HbA1c是利拉鲁肽治疗反应的关键预测因子

基础HbA1c解释了52.7%的利拉鲁肽治疗反应变化 (R2 = 0.527, β = −0.726, P < 0.0001，见图1)。利拉鲁肽治疗后T2DM患者BMI、HbA1c、HOMA-IR、血糖、血脂均显著降低。

由于许多临床特征可能与基础HbA1c相关，使用多元线性回归分析基础HbA1c与11个临床特征（包括年龄、性别、BMI、糖尿病家族史等）之间的关系，以及11个临床特征与校正基础HbA1c前后利拉鲁肽治疗效果之间的关系。

结果发现，在未校正基础HbA1c情况下，临床特征与基础HbA1c和利拉鲁肽治疗反应均无相关性；而校正基础HbA1c后，只有血尿素氮与利拉鲁肽治疗反应相关。

图1：基础HbA1c 与利拉鲁肽治疗反应相关

2.利拉鲁肽影响T2DM患者肠道菌群的α和β多样性

利拉鲁肽治疗前后T2DM患者肠道菌群丰度（ACE指数和Chao1指数）发生显著变化，而菌群多样性（Shannon指数和Simpson指数）无差异，并且两组β多样性也呈显著变化（见图2）。

图2：利拉鲁肽治疗影响肠道菌群α多样性（A,B）和β多样性(C,D)

3.利拉鲁肽改变肠道菌群的组成

经过生信分析，从80份粪便样本中获得8822,088个高质量序列和7488个OTUs (97%的相似度)，reads/OTUs分成34个不同的类群。利拉鲁肽治疗前后的优势菌群前3位分别是：Firmicutes（厚壁菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门） 和Proteobacteria（变形菌门）。

经过利拉鲁肽治疗4个月后，微生物属间的正相关性增加，尤其是Firmicutes（厚壁菌门）和Bacteroidetes（拟杆菌门）呈显著正相关，而Ruminococcus（瘤胃球菌属）和Actinomyces（放线菌属）呈负相关（见图3）。

图3：利拉鲁肽治疗促进肠道菌群的改变

4.肠道菌群的分类及与临床特征的相关性研究

运用线性判别（LDA）分析（LDA value > 3.0），研究发现利拉鲁肽治疗前后共36个菌种有显著差异。其中有12个显著差异属，将12个差异属与11个临床特征做相关性分析，发现Megamonas（巨单胞菌属）与年龄、糖尿病病程和糖尿病视网膜病变显著相关；Clostridum（梭菌属）与糖尿病家族史显著相关；Oscillospira（颤螺菌属）与糖尿病视网膜病变和糖尿病周围神经病变显著相关（见图4）。

图4：11个临床特征和12个菌属之间的相关性分析

5.利拉鲁肽治疗对代谢途径的影响

运用KEGG和COG通路分析利拉鲁肽治疗前后T2DM患者肠道菌群代谢通路差异，发现治疗前后两组中有7条显著差异的KEGG代谢通路和17条显著差异的COG代谢通路。其中在利拉鲁肽治疗前有4条KEGG通路丰度增加，治疗后有3条KEGG通路丰度增加(G蛋白偶联受体、糖酵解/糖异生和硒化合物代谢)和6条COG通路丰度增加（见图5）。

图5：利拉普肽治疗前（L0）和利拉鲁肽治疗后（L4），个体中预测的KEGG 和COG路径差异

结论

T2DM是影响人类健康的最严重慢性病之一，而肠道菌群结构及功能的研究有可能成为T2DM防治的重要突破口。本项目通过探究利拉鲁肽对T2DM患者的肠道菌群的影响，发现基础HbA1c、血尿素氮和肠道菌群与利拉鲁肽治疗T2DM有关。本研究为临床运用利拉鲁肽有效治疗T2DM患者提供了科学依据。

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参考文献：

Liraglutide-induced structural modulation of the gut microbiota in patients with type 2 diabetes mellitus. PeerJ. 2021 Apr 1;9:e11128. Doi: 10.7717/peerj.11128.