曹雨之， 王 倩， 孟昱君， 廖佳玲(綜述)， 王英蘭(審校)

妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是妊娠常見并發(fā)癥之一，GDM的發(fā)病率國(guó)外報(bào)道為1%～14%[1]，我國(guó)發(fā)病率為5%～10%，近年來呈上升趨勢(shì)[2]。GDM對(duì)母兒健康造成嚴(yán)重影響，增加妊娠期高血壓、巨大胎、早產(chǎn)、難產(chǎn)等其他妊娠并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)[3]。GDM患者子代在出生后發(fā)生2型糖尿病、心血管疾病、自閉癥等風(fēng)險(xiǎn)較生理妊娠者子代明顯增高[4]。GDM的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，目前尚不完全明了。除遺傳背景因素外，同時(shí)也受后天生活方式因素影響。妊娠期孕婦腸道菌群會(huì)發(fā)生生理性變化，這與妊娠期激素水平改變、飲食習(xí)慣、炎癥反應(yīng)、免疫狀態(tài)等有密切的關(guān)系。近年來，有研究證明，腸道菌群失調(diào)與代謝性疾病密切相關(guān)，其在糖尿病及GDM的發(fā)病中的作用及其機(jī)制探究成為一大熱點(diǎn)。人體胃腸道、呼吸道、生殖道及泌尿道均存在大量微生物群，其中益生菌占據(jù)主導(dǎo)地位[5]。腸道微生物群構(gòu)成了一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，參與人體的多項(xiàng)重要生命活動(dòng)(包括消化吸收、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持、免疫調(diào)節(jié)等)[6-7]。當(dāng)胃腸道微生物群的種類或數(shù)量改變時(shí)，將導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生，如胃腸道炎癥、腫瘤、免疫相關(guān)疾病及代謝相關(guān)疾病[8]。既往研究表明，胰島素抵抗患者及糖尿病患者的腸道菌群多樣性降低[9]，厚壁菌門/擬桿菌門比例升高，增加食物能量在腸道中的獲取[10]。該比率被認(rèn)為是肥胖和胰島素抵抗中低度全身炎癥的標(biāo)志[11]。Sililas等[12]觀察到GDM患者妊娠晚期的厚壁菌門/擬桿菌門比值高于對(duì)照組。2012年Koren等[13]首次報(bào)道妊娠晚期孕婦腸道中微生物的數(shù)量、比例、種類發(fā)生明顯改變，腸道菌群的失調(diào)與胰島素抵抗、炎癥反應(yīng)、體重增加有著直接的聯(lián)系。此后，多項(xiàng)研究中均證實(shí)了腸道菌群與GDM之間具有密切關(guān)聯(lián)。本文對(duì)腸道菌群的改變導(dǎo)致GDM的發(fā)生發(fā)展相關(guān)研究作一綜述，為其發(fā)病機(jī)制及治療提供新思路。

1 生理妊娠孕婦的腸道菌群

2012年Koren等[13]認(rèn)為妊娠前3個(gè)月孕婦的腸道菌群與正常健康人群無顯著差異，進(jìn)入妊娠晚期后腸道菌群中的放線菌門和變形菌門豐富度增加，而具有抗炎作用的糞桿菌屬含量明顯降低。妊娠早期和晚期糞便中的主要門群為擬桿菌門(56.9%和57.6%)，其次為厚壁菌門(37.9%和36.5%)、變形菌門(2.5%和2.7%)、放線菌門(1.7%和2.1%)和綠弧菌門[14]。妊娠早期至妊娠后期，雙歧桿菌、變形桿菌和產(chǎn)乳酸菌增加，產(chǎn)丁酸菌減少。妊娠晚期孕婦腸道菌群相較于妊娠早期α多樣性下降(即個(gè)體內(nèi)菌群多樣性下降)，而β多樣性增高(即個(gè)體間菌群多樣性差別增加)。認(rèn)為妊娠期腸道黏膜上皮發(fā)生低度炎性改變，致使微生物群失調(diào)，宿主產(chǎn)生相應(yīng)炎性反應(yīng)形成正反饋。將孕婦體內(nèi)的低多樣性微生物群移植到無菌小鼠體內(nèi)，可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。菌群失調(diào)主要表現(xiàn)為變形菌綱水平升高，細(xì)菌負(fù)荷加重。生理妊娠的女性腸道微生物群是易通過飲食及生活習(xí)慣隨之改變的，而患有GDM的女性的腸道菌群則不易受到飲食、生活的改變而改變[14]。孕期體重超重女性腸道內(nèi)雙歧桿菌和擬桿菌數(shù)量明顯下降，而葡萄球菌、腸桿菌科和大腸桿菌的數(shù)量則呈上升趨勢(shì)[15]。Jost等[16]則發(fā)現(xiàn)妊娠晚期及哺乳期腸道菌群以厚壁菌門、擬桿菌門和雙歧桿菌門占主要優(yōu)勢(shì)。

2 GDM孕婦的腸道菌群

2.1GDM孕婦明顯增加的腸道菌群物種 與正常妊娠期間發(fā)生的腸道菌群的廣泛變化相比，GDM婦女從妊娠早期到妊娠中期，腸道菌群的分類和功能變化較少，差異性平衡變化較小[17]。妊娠期高血糖孕婦的腸道微生物群豐富度和多樣性較生理妊娠顯著減少。一項(xiàng)研究表明，擬桿菌門在GDM患者中顯著增加，其中擬桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、副擬桿菌屬、脫硫弧菌屬的豐富度增加，副擬桿菌豐富度明顯高于生理妊娠孕婦[18]。上述菌群的改變也在Kuang等[19]的研究中得到了進(jìn)一步的證實(shí)。腸道中部分種類菌群可產(chǎn)生內(nèi)毒素，在糖尿病中起重要的致病作用，而內(nèi)毒素正是起源于擬桿菌屬，擬桿菌被認(rèn)為是導(dǎo)致胰島素抵抗和葡萄糖不耐受的原因。另一項(xiàng)研究表示GDM孕婦產(chǎn)后仍存在胰島素抵抗，腸道菌群異?？沙掷m(xù)存在，表現(xiàn)為可降解黏液蛋白的普雷沃氏菌科比例增高，而厚壁菌門豐富度降低[20]。與妊娠血糖正常的孕婦相比，GDM婦女產(chǎn)后仍持續(xù)胰島素抵抗則將該風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加，在10年內(nèi)患2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)增高10倍。該研究認(rèn)為富含普雷沃氏菌科的微生物群是GDM產(chǎn)后轉(zhuǎn)變?yōu)?型糖尿病的高危因素之一。Chen等[21]研究認(rèn)為在厚壁菌門中，腸球菌科的2個(gè)屬(小類桿菌屬)和一個(gè)未分配屬是GDM的生物標(biāo)志物。一項(xiàng)關(guān)于日本GDM孕婦的研究再次證實(shí)羅姆布茨菌屬豐富度增加，羅姆布茨菌屬在妊娠期相關(guān)的胰島素抵抗疾病中發(fā)揮著重要作用[22]。

2.2GDM孕婦明顯減少的腸道菌群物種 GDM孕婦的變形菌門、厚壁菌門、放線菌門、疣微菌門、科氏桿菌科、瘤胃球菌科阿克曼氏菌屬、大腸志賀氏菌屬、雙歧桿菌、梭狀芽胞桿菌羅氏菌屬和棒狀桿菌屬的豐富度下降[23-24]。梭狀芽胞桿菌、棒狀桿菌屬及羅氏菌屬的豐富度的下降程度被證實(shí)與空腹血糖、餐后1 h和2 h的血糖水平呈正相關(guān)。阿克曼氏菌屬豐富度也被證實(shí)與1 h血糖呈負(fù)相關(guān)，與胰島素敏感性呈正相關(guān)[18]。梭狀芽胞桿菌科、瘤胃菌屬、羅姆布茨菌屬、毛螺菌屬和韋榮氏球菌屬被認(rèn)為是妊娠期正常葡萄糖的生物標(biāo)記。非肥胖的GDM患者中阿克曼氏菌屬豐富度顯著提高，阿克曼氏菌豐富度易受飲食影響?；颊唢嬍持性黾痈缓稚攀忱w維食物的攝入量，腸道菌群中阿克曼氏菌豐富度便會(huì)顯著提高[22]。在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中添加阿克曼氏菌益生菌可明顯改善胰島素敏感性[25]。GDM孕婦孕中期及孕晚期產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)的糞桿菌屬、糞球菌屬、瘤胃菌群屬、考拉桿菌屬和真桿菌屬相對(duì)豐富度下降[26]。

3 GDM孕婦腸道菌群改變與代謝異常潛在機(jī)制

3.1內(nèi)毒素學(xué)說 細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，又稱內(nèi)毒素，來源于由脂質(zhì)和多糖構(gòu)成的革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的外壁，通過與宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)結(jié)合，激活TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使靶細(xì)胞分泌多種炎性因子[如白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)、IL-8、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等]，從而損傷β細(xì)胞，降低胰島素分泌[27]。既往研究認(rèn)為GDM患者血清中IL-6和CRP水平顯著升高[28]，認(rèn)為胰島素抵抗的啟動(dòng)因素可能是慢性炎癥。有推測(cè)認(rèn)為IL-6可能參與了GDM的發(fā)生[29-30]。IL-6參與炎癥的免疫反應(yīng)，在局部組織損傷和全身免疫反應(yīng)之間起到橋梁作用。同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞凋亡，損傷胰島細(xì)胞，從而加重GDM[31-32]。TNF-α則主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞表面，可直接影響胰島細(xì)胞，導(dǎo)致胰島素抵抗。TNF-α和IL-6相互作用干擾胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致胰島素抵抗，最終發(fā)生GDM[33-34]。研究顯示GDM模型小鼠血漿中TNFα和IL-6的表達(dá)高于健康妊娠小鼠組[35]。有研究表明，GDM的發(fā)生與妊娠晚期孕婦腸道中游離的LPS的增加和血清內(nèi)LPS的升高為特征的腸黏膜損傷有關(guān)[36]。在GDM患者腸道菌群研究中革蘭陰性菌，如脫硫弧菌屬、擬桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、副擬桿菌屬及紡錘鏈桿屬的豐富度增加。脫硫弧菌屬可通過內(nèi)毒素，將硫酸鹽還原成硫化氫，破壞腸道屏障，導(dǎo)致宿主體內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生低級(jí)別炎性反應(yīng)，使CD36表達(dá)上調(diào)增加宿主細(xì)胞對(duì)腸道內(nèi)脂質(zhì)的吸收，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗和肥胖[37]。分泌型免疫球蛋白A(SIgA)與腸道表面黏液一同分泌至黏膜層，覆蓋于腸黏膜外層，SIgA包裹腸道內(nèi)特定共生菌群，促進(jìn)菌群定植，消除致病菌群的過度繁殖。當(dāng)SIgA與人體免疫蛋白A Fc段受體1結(jié)合激活后招募大量炎癥相關(guān)細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的形成。GDM孕婦SIgA結(jié)合菌群較生理妊娠孕婦更具有多樣性。雙歧桿菌、乳酸菌及阿克曼氏菌均是SIgA包裹菌群[38]。雙歧桿菌和乳酸桿菌數(shù)量下降導(dǎo)致SIgA減少，腸道通透性增加，LPS通過腸壁血管進(jìn)入血液循環(huán)。實(shí)驗(yàn)證明SIgA包裹的羅伊氏乳桿菌QS01可降低LPS，進(jìn)一步降低血糖和糖化血紅蛋白水平[36-39]。雙歧桿菌也被證實(shí)與妊娠早期葡萄糖濃度呈負(fù)相關(guān)[14]。

3.2胰島素抵抗學(xué)說 人類腸道微生物主要由兩個(gè)優(yōu)勢(shì)菌門組成：厚壁菌門和擬桿菌門，占腸道菌群的90%。研究表明，體重超重的GDM婦女在妊娠中期及晚期的飲食消耗和腸道微生物對(duì)葡萄糖代謝有直接影響。厚壁菌門/擬桿菌門比值的增高雖仍具爭(zhēng)議，但多數(shù)人認(rèn)為是肥胖和代謝綜合征的生物學(xué)標(biāo)志，并認(rèn)為隨著體重的減少而比例隨之下降[40-42]。厚壁菌門和擬桿菌門通過產(chǎn)生丁酸調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)和肽酪氨酸的分泌來介導(dǎo)胰島素抵抗[43]。GLP-1在體重減輕、葡萄糖穩(wěn)態(tài)和營(yíng)養(yǎng)代謝中發(fā)揮重要作用[44]。GLP-1的缺乏加劇高脂食物誘導(dǎo)的內(nèi)啡肽和肝胰島素信號(hào)通路的抑制，出現(xiàn)肝臟胰島素抵抗。GLP-1是一種因營(yíng)養(yǎng)攝入而分泌的腸促胰島素，I細(xì)胞主要在營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下釋放GLP-1。GLP-1的活性形式調(diào)節(jié)大腦的飽腹感，降低對(duì)高脂食物的偏好，刺激高血糖狀態(tài)下的胰島素釋放和肌肉中的葡萄糖吸收，以維持系統(tǒng)能量穩(wěn)態(tài)，并且產(chǎn)生對(duì)食欲的抑制作用[45-46]。另一項(xiàng)研究表明疣微菌門和毛螺菌門菌群的豐富度影響妊娠期的糖代謝和脂代謝，與瘦素水平呈正相關(guān)[47]。疣微菌門與肥胖女性妊娠誘導(dǎo)的胰島素抵抗相關(guān)，該細(xì)菌可能改變了胰島素信號(hào)通路，導(dǎo)致葡萄糖穩(wěn)態(tài)和炎癥受損[48]。

3.3SCFA的合成與代謝學(xué)說 通過細(xì)菌發(fā)酵難以消化的多糖(即膳食纖維)分解產(chǎn)生SCFA，為結(jié)腸細(xì)胞提供能量底物，緩解炎癥，調(diào)節(jié)飽腹感[49]，包括乙酸、丙酸和丁酸。丁酸被認(rèn)為是第二信使和能量來源，能增加胰島素的敏感性，發(fā)揮抗炎活性，調(diào)節(jié)能量和增加瘦素的基因表達(dá)[41]。GDM患者中產(chǎn)SCFA的瘤胃球菌屬、羅氏菌屬、糞桿菌屬、糞球菌屬、考拉桿菌屬、阿克曼氏菌屬和真桿菌屬的相對(duì)豐度降低[26]。GDM女性妊娠早期及妊娠中期，產(chǎn)丁酸菌球菌和產(chǎn)乳酸菌鏈球菌的相對(duì)豐度下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)生SCFA的微生物水平與葡萄糖不耐受的早期發(fā)展呈負(fù)相關(guān)[50]。SCFA通過抑制組蛋白去乙?；负蛢?nèi)源性G蛋白偶聯(lián)受體(GPR)41和GPR43的長(zhǎng)鏈結(jié)合，GPR43信號(hào)通路調(diào)節(jié)胰島素刺激脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)積累和炎癥反應(yīng)[51]，促進(jìn)腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌肽酪氨酸和GLP-1，從而減少腸道運(yùn)動(dòng)，增加食物通過腸道時(shí)間和SCFA的吸收率，參與調(diào)節(jié)胰島素釋放和促進(jìn)葡萄糖代謝[52]。抑胃肽的水平與糞球菌屬的豐富度呈正相關(guān)[34]。SCFA還通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體通路，在加強(qiáng)腸道屏障、減少炎癥和氧化應(yīng)激方面發(fā)揮重要作用[53-54]。在糖尿病患者中SCFA的作用也得到證實(shí)，在糖尿病個(gè)體中產(chǎn)生丁酸的細(xì)菌水平降低，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中在肥胖、糖尿病前期小鼠中補(bǔ)充丁酸顯著改善胰島素抵抗、高胰島素血癥[55]。

4 結(jié)語

腸道菌群的豐富度和多樣性在GDM的發(fā)病中起到了重要的作用，腸道菌群可作為GDM早期檢測(cè)的生物標(biāo)志物，對(duì)GDM的早期預(yù)防與治療提供了新的方向。目前，腸道菌群在妊娠糖代謝領(lǐng)域的研究及臨床應(yīng)用仍處于起步階段。GDM孕婦腸道菌群較生理妊娠孕婦改變，α多樣性下降，而β多樣性增高，厚壁菌門/擬桿菌門比值增高，產(chǎn)SCFA的菌群減少，與SIgA結(jié)合的菌群種類增多，而雙歧桿菌、乳酸桿菌減少等。腸道菌群失調(diào)參與妊娠期糖代謝異常的潛在發(fā)病機(jī)制，包括內(nèi)毒素入血導(dǎo)致的低級(jí)別炎性反應(yīng)、菌群失調(diào)導(dǎo)致GLP-1失調(diào)胰島素抵抗、SCFA合成和代謝改變等。關(guān)于妊娠孕婦腸道菌群改變與GDM關(guān)系的研究，結(jié)果尚存在不一致性，可能與種族、樣本量、納入標(biāo)準(zhǔn)、飲食習(xí)慣、測(cè)序方法等不同有關(guān)。隨著高通量測(cè)序等研究技術(shù)手段的進(jìn)步及更多研究數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，將進(jìn)一步確定我國(guó)GDM孕婦腸道菌群特有的變化，為GDM的防治提供更準(zhǔn)確的指向。