百趣代謝組學文獻分享，糖尿病已經成為一個全球問題，國際糖尿病聯盟（IDF）發布的全球糖尿病地圖（第9版）[1]顯示，全球糖尿病患者人數不斷上升，全球平均增長率為51%，目前有4.63億糖尿病患者，預測到2045年全球將有7億糖尿病患者。糖尿病可引起多種并發癥，其中包括神經疾?。黄洳∫蛑饕ù竽X胰島素抵抗、大腦微血管損傷和神經炎癥等。

間歇性禁食（IF）是一種周期性的禁食方法，研究發現IF可延長壽命、促進能量代謝和有效降低與年齡相關疾病的發生風險；代謝組學文獻分享，也有研究發現IF能改善代謝、減輕胰島素抵抗等T2D癥狀，在一些動物模型中也顯示出神經保護和改善認知的作用，但對T2D相關認知障礙的影響仍缺乏研究。

西北農林科技大學劉志剛和劉學波等團隊合作[2]，以28天IF飲食小鼠模型為研究對象，基于腸道菌群、血漿代謝組和大腦轉錄組3個組學平臺結合行為測試等方法，對微生物菌群-代謝物-腦軸改善認知障礙進行研究。

1.代謝組學分享—文章整體思路

整個文章研究思路清晰，以4批小鼠（分別為db/m正常對照+正常飲食，db/db二型糖尿病+正常飲食，db/db+IF二型糖尿病+間接性飲食3個group）為研究對象，收集血清、組織、糞便等樣本，進行生理生化、多組學及微生物和代謝物驗證研究；逐步揭曉菌群-代謝物-腦軸與認知障礙的關系以及IF如何改善認知障礙。

Fig1. 文章整體思路

2.代謝組學分享—IF對胰島耐受、認知障礙和胰島信號等的影響

研究發現，IF能在不改變小鼠總體能量攝入的情況下降低db/db小鼠體重，同時能減少db/db小鼠每日攝水量；胰島耐受方面，IF能通過抑制空腹血糖和空腹血胰島水平增加db/db小鼠的胰島素敏感性，胰島耐受性水平也有所降低；水迷宮實驗表明，IF能減少小鼠逃避潛伏期，進而表明db/db小鼠的認知障礙有一定改善。代謝組學文獻分享，此外，IF能增加PSD的長度和寬度；海馬區胰島素信號通路在進食后被激活，在維持神經生存和突觸功能方面有重要作用的神經營養因子BDNF的表達也有所增加等。

Fig 2. IF與生理生化相關指標關系結果

3.代謝組學分享—IF對線粒體功能相關基因、腸道菌群和代謝物的影響

RNA-seq分析發現1181個在db/db-IF組中增加的基因，這些基因中大部分富集于線粒體相關的GO；KEGG通路分析發現，IF通過調節線粒體基因表達增加與氧化磷酸化相關基因的表達；進一步的WGCNA分析發現與IF相關的49個hub基因，而這些基因大部分富集于線粒體和代謝相關GO、氧化磷酸化相關的KEGG通路和一些神經性疾病（如亨廷頓氏舞蹈病和帕金森）相關的通路；之后的qPCR實驗也進一步驗證了IF能有效增加db/db小鼠線粒體和代謝相關基因的表達。

對腸道屏障完整性研究表明，IF能增加糖尿病小鼠腸壁絨毛長度和黏膜肌層厚度，但不影響杯狀細胞；此外，IF也能有效阻止腸漏，從而降低血液中LPS含量。代謝組學文獻分享，16S rRNA研究發現，28天間斷性節食后，在保持OUT不變的情況下能顯著增加腸道菌群α-多樣性，同時也能改變菌的β-多樣性；乳酸菌和丁酸鹽產生菌Odoribacter在IF干預后升高，而腸球菌、鏈球菌和腸球菌科的某個未知菌均降低；同時也發現了一些與肥胖、血糖和體重相關的菌（如：Candidatus Arthromitus，某未知Enterococcaceae等）。PICRUSt分析發現11個與IF相關的KEGG基因通路，其中初級/次級膽汁酸生物合成在干預后升高。

代謝組學文獻分享，非靶向代謝組學研究進一步發現干預后代謝物的改變，為研究IF干預與腸道菌群與代謝物的影響，選取23個與腸道菌相關的代謝物進行進一步研究，結果表明，血液中五羥色胺（5-HT）、色氨酸、p-羥基苯、N-乙酰色氨酸、3-吲哚丙酸（IPA）和膽汁酸等物質上升，而酪氨酸、苯乙基甘氨酸、p-甲酚和12-HEPE等幾個物質降低；此外還對糞便樣本中有保護腸道屏障功能和提高胰島敏感性的短鏈脂肪酸含量進行研究，結果表明乙酸、丙酸鹽和丁酸鹽含量在IF干預后升高。

最后，將與IF相關的36個hub基因、17個OTUs和26個代謝物（包括23個與腸道菌群相關的代謝物和3個短鏈脂肪酸）進行關聯分析，發現彼此相關性都較高的標志物（乳酸菌、擬桿菌、膽汁酸、IPA、5-HT、線粒體和核糖體相關的GO等）。

Fig3. 多組學關聯分析結果

4.代謝組學分享—菌和代謝物驗證

為驗證微生物在介導糖尿病認知缺陷及IF干預中的作用，從正式開始干預前開始在飲用水中加入抗生素，并始終貫穿于整個實驗過程。結果發現，抗生素處理IF干預在不影響eWAT體重的情況下降低小鼠的體重，增加肝臟和盲腸重量；IF和抗生素處理均能減少db/db小鼠的飲食和攝水量，但不影響IF干預對胰島抵抗的有益影響；IF在改善認知方面的功能在抗生素處理后被破壞；同時IF小鼠能提升db/db小鼠線粒體合成功能在抗生素處理后也受到破壞。代謝組學文獻分享，從而發現抗生素處理能降低IF對db/db小鼠認知缺陷的保護作用。此外，抗生物處理后，db/db小鼠血液中的IPA和糞便中的SCFAs含量均降低。

最后，為驗證IPA和短鏈脂肪酸這些微生物來源的代謝物尤其是5-HT和TUDCA在認知缺陷中的作用，對db/db小鼠喂食干預這些代謝物一段時間，代謝組學文獻分享，結果發現，db/db小鼠的認知功能和胰島敏感性均得到改善，同時線粒體生物合成功能得到提升。

Fig 4. 部分驗證結果

5.代謝組學分享—總結

文章首次創新性的發現28天間斷性節食通過腸道菌群-代謝物-腦軸改善糖尿病小鼠的認知，為營養干預和改善代謝相關機體健康問題提供了新啟示。代謝組學文獻分享，但具體什么菌在改善小鼠認知方面有效果、間斷性飲食改善小鼠認知功能的分子和通路機制及在人群中作用和臨床效果仍需進一步的研究探討。