歐雯欣，呂英

1.首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院長學制兒科班, 北京 100069；2.金華市中心醫(yī)院，浙江 金華 321000

人類和所有與其接觸的外界微觀環(huán)境共生；它存在著十倍于體細胞或生殖細胞的微生物(微生物群)，代表了多于體細胞100～150倍的基因多樣性。這些細菌主要生活在腸道[1]，它們的分布因地區(qū)而異，并且受到PH、氧氣和營養(yǎng)供應的影響[2]。胰島素抵抗(Insulin resistance，IR)作為糖尿病患者最常見的生理改變之一，是指單位濃度的胰島素其細胞效應減弱 ,即組織對胰島素的敏感性下降[3]。其實質(zhì)為胰島素介導的細胞糖代謝能力的減低，但又不僅限于糖代謝范圍[4]。

2004年，F(xiàn)redrik B?ckhed等人通過對腸道無菌(Germ-free，GF)小鼠和常規(guī)小鼠(Conventional mice，CONV-R)的喂養(yǎng)試驗檢測到后者體脂比的明顯增加，并觀察到胰島素抵抗現(xiàn)象，首次揭示了腸道菌群與胰島素抵抗的相關(guān)性[5]。隨后，Cani、Vijay-Kumar jiang 、Vrieze 、Emmanuelle Le Chatelier 等人的研究更加證實腸道菌群紊亂是產(chǎn)生胰島素抵抗中的重要機制之一[6-9]。為此，科學家們探索發(fā)現(xiàn)腸道菌群可能參與導致胰島素抵抗的四種機制，包括能量代謝障礙、炎癥反應、腸道屏障功能破壞、免疫系統(tǒng)功能紊亂[10]。本文通過敘述腸道菌群紊亂的炎癥機制對胰島素抵抗發(fā)生發(fā)展的影響，為治療胰島素抵抗提供方向。

1 腸道菌群簡述

腸道菌群是胃腸道內(nèi)微生物(細菌和微生物)的總稱(Gastrointestinal tract，GIT)[11]。對健康小鼠和人類腸道糞便的宏基因組分析顯示，腸道菌群主要有兩大類：擬桿菌和厚壁菌，且大多數(shù)研究顯示厚壁菌占優(yōu)勢[12,13]。然而，也有研究表明，在自然或是人工誘導的肥胖小鼠和人類中擬桿菌的比例大大增加[14]。這至少說明，基因和環(huán)境因素對腸道菌群的成分有很大的影響。

2 炎癥引起胰島素抵抗概述

肥胖現(xiàn)在遍布全世界。與肥胖相關(guān)的慢性低度炎癥導致胰島素敏感性降低，這使得肥胖成為胰島素抵抗和相關(guān)疾病(例如2型糖尿病和代謝綜合征)的主要風險因素[15]。IR包括多種疾病，如胰島素受體信號轉(zhuǎn)導和線粒體功能缺陷[16,17]，微血管功能障礙[18,19]以及炎癥[20-22]?？梢姡装Y是肥胖導致胰島素抵抗的中間因素。脂肪組織的增大和免疫細胞的浸潤(主要是巨噬細胞)有助于促炎性細胞因子腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)、白細胞介素-1β(Interleukin-1beta, IL-1β)、白細胞介素-6(Interleukin-6, IL-6)等的水平，后者通過活化IKKβ/NF-κB、JNK等炎癥信號通路，使得炎癥細胞因子大量釋放，隨血液循環(huán)到達胰島素作用的靶組織[20]，導致血清中因子譜改變，即胰島素增敏因子水平明顯降低，胰島素失敏因子水平明顯升高[23]，進而抑制胰島素信號通路相關(guān)蛋白活性，誘導靶組織胰島素抵抗。

3 腸道菌群誘發(fā)炎癥反應導致胰島素抵抗

已知腸道微生物群能改善飲食中的能量提取，調(diào)節(jié)脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)的血漿水平，這可能開始慢性低度炎癥，導致肥胖和2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)，并調(diào)節(jié)一些宿主基因、蛋白質(zhì)庫存和能源支出[24,25]。腸道上皮細胞間緊密連接蛋白含量減少，引起腸道屏障功能減弱，滲透性增加，腸道菌群代謝產(chǎn)物滲出及腸道菌群異位，刺激靶器官產(chǎn)生炎癥反應，進而導致胰島素抵抗[26]。同時，表觀遺傳學和炎性小體的作用也不容忽視。以下從三方面來主要說明腸道菌群誘發(fā)炎癥反應的機制。

3.1 脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS) 根據(jù)革蘭氏染色，在腸道菌群中兩種最普遍門在臨床分類中屬于不同的組，即厚壁菌門是革蘭氏陽性的，而擬桿菌門是革蘭氏陰性菌。革蘭氏陰性菌含有脂多糖[27]，Toll樣受體4(Toll-like receptors 4, TLR4)的強激活劑和Toll樣受體組的受體，一種在大多數(shù)細胞和巨噬細胞中表達并識別病原體相關(guān)的分子模式(Pathogen-related molecular patterns,PAMP)。 LPS與TLR4的結(jié)合激活了廣泛的細胞信號傳導途徑，誘導慢性亞臨床炎癥過程和細胞因子表達及分泌[28]。

3.1.1 LPS異位 數(shù)據(jù)顯示[29]，肥胖嚙齒類動物和人類的循環(huán)LPS水平高。這與肥胖微生物群中厚壁菌門百分比增加不符。已經(jīng)表明LPS的這種增加與腸道緊密連接功能破壞，通透性增加直接相關(guān)。LPS異位可能是肥胖的人類和小鼠炎癥及胰島素抗性發(fā)展的早期因素[29,30]。

3.1.2 LPS與FetA相互作用 肥胖狀態(tài)下，脂肪組織介導的脂解作用增強和脂質(zhì)異常沉積，使循環(huán)血液中的游離脂肪酸(Nonesterif i ed fatty acid, FFA)水平明顯增加。有研究表明，來自于腸道菌群的LPS也能與游離脂肪酸(大部分為飽和脂肪酸)相互作用，引起炎癥反應[31]。游離脂肪酸并不能直接活化 TLR4，而是通過肝蛋白胎球蛋白-A (Fetoglobulin-A, FetA)。循環(huán)中FFA的主要載體是FetA[32]。FetA 作為TLR4的內(nèi)生性配體，能活化其信號通路，促進胰島素抵抗，F(xiàn)etA 缺乏時，TLR4 信號通路被阻斷，由 FFA 誘導的胰島素抵抗現(xiàn)象得到改善。另外，已經(jīng)證明，在肥胖個體和嚙齒動物中，F(xiàn)etA的循環(huán)水平增加并且與體重相關(guān)[33]。

3.2 表觀遺傳學評估了三組受試者的腸道微生物群和TLR2和TLR4的表觀遺傳DNA甲基化的變化發(fā)現(xiàn)[34]：細胞壁成分涉及炎癥反應的表觀遺傳調(diào)節(jié)；T2DM患者中TLR2啟動子區(qū)域中7種CpG的甲基化顯著降低。細菌成分對受損腸道膜的滲透增加會誘發(fā)這種炎癥與炎癥分子如Toll樣受體(TLR)的表觀遺傳改變。雖然研究已經(jīng)表明，腸道菌群調(diào)節(jié)宿主細胞中DNA和組蛋白甲基化依賴性途徑[35]，但最新研究表明，組蛋白乙酰化和HDACs是哺乳動物細胞和腸道菌群之間最重要的環(huán)節(jié)。研究表明，腸上皮細胞特異的HDAC3表達喪失的小鼠基因表達的廣泛改變，組蛋白乙?；淖儯羶?nèi)特細胞受損，使腸屏障功能降低。同時，腸道菌群組成顯著改變，炎癥易感性增加；但無菌對照組小鼠穩(wěn)態(tài)恢復[36]。

雖然破譯表觀基因組調(diào)控對腸道菌群誘導的炎癥反應仍處于起步階段，但這些研究引發(fā)了幾個關(guān)于評估表觀基因組中腸道菌群的潛在相關(guān)性的問題，對探索其與胰島素抵抗的相關(guān)性有重大意義。

3.3 炎性小體炎性小體是一種存在于細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)多聚物，在先天免疫中起重要作用[37]。炎性小體通常存在于骨髓細胞，包括NRLPs，NALPs，ASC，Pycard和caspase1。炎性小體的主要功能是誘導IL-1β和IL-18的成熟，從而產(chǎn)生上述細胞因子應對危險信號。炎性小體激活有兩條通路：一條是通過TLRs激活NFκB信號通路，促進pro-IL-1β和pro-IL-18的基因轉(zhuǎn)錄；另一條是通過DAMPs或PAMPs激活炎性小體，招募caspase-1切割pro-IL-1β和IL-18前體[38]。體外研究表明，只有當用LPS刺激細胞時，F(xiàn)FA或神經(jīng)酰胺才能激活BMDM中的炎性小體[39,40]。此外，多項研究結(jié)果表明炎性小體成分，包括NLRP3、Pycard、caspase-1或是ASC的缺失均可改善肥胖誘導的胰島素抵抗，并且抑制炎癥反應[39-41]。但這幾項研究在炎性成分缺失對體重和肥胖的影響方面的細節(jié)不同，因此目前尚不完全清楚肥胖癥中炎性小體通路是否直接調(diào)節(jié)肥胖引起的炎癥反應和胰島素抵抗，或是它可通過其他一些未知的簡介機制改變體重和肥胖狀況。與野生型同窩小鼠相比，缺乏炎性小體的小鼠顯示出明顯的腸道菌群的改變，即擬桿菌門比例增加。同時釋放到血液循環(huán)中的腸道菌群產(chǎn)物(尤其是TLR4和TLR9)增加，誘導了炎癥反應和胰島素抵抗[42]。

4 結(jié)語

腸道菌群誘導的炎癥反應參與胰島素抵抗的產(chǎn)生。在這篇綜述中，我們探討了炎癥反應產(chǎn)生的三種因素；LPS異位，表觀遺傳學改變以及炎性小體的作用。目前腸道菌群對胰島素抵抗產(chǎn)生的作用還在研究中，還有許多鮮為人知的因素參與腸道菌群誘導的炎癥反應以及其導致的胰島素抵抗。相信在不久的將來，對該領域更加深入的研究會為胰島素抵抗及其合并癥找到更詳細的影響因素，探索出新的治療途徑。