合作單位：上海交通大學附屬第一人民醫院

樣本類型：臨床樣本 人的血清，小鼠血清和腸組織

技術方法：靶向代謝組學，RT-qPCR，ELISA，Western blot，siRNA介導的基因沉默等

研究思路

1）納入15名糖尿病腎?。―N）住院患者和42名健康受試者，血清靶向代謝組學分析

2）檢測db/db模型小鼠血清丁酸水平進行驗證

3）飲食添加丁酸探究其作用：炎癥因子水平、骨骼肌萎縮、腸屏障功能

4）體內和體外實驗探討丁酸的作用機制

研究結果：血清代謝物靶向定量檢測發現，DN組丁酸鹽水平顯著降低；小鼠模型實驗進一步證實，血清丁酸鹽水平與DN和DN誘導的肌肉萎縮顯著相關。丁酸鹽可減輕db/db小鼠炎癥，降低LPS水平，減輕骨骼肌萎縮，而這一效應是通過改善腸屏障功能實現。體內/體外實驗結果顯示，丁酸鹽抑制自噬和氧化應激，并激活PI3K/Akt/mTOR通路，抑制了db/db小鼠和HG/脂多糖暴露的C2C12成肌細胞中FFA2受體的減少。FFA2受體激活通過抑制氧化應激和自噬，并激活PI3K/Akt/mTOR通路來減輕肌肉萎縮，而丁酸抑制氧化應激介導的PI3K/Akt/mTOR通路，可能是通過上調FFA2的表達。

10. 滋補脾陰方藥可通過微生物–腸–腦軸改善糖尿病相關認知功能的下降

文獻名稱：ZiBuPiYin Recipe Prevented and Treated Cognitive Decline in ZDF Rats With Diabetes-Associated Cognitive Decline via Microbiota–Gut–Brain Axis Dialogue

發表期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology，IF=6.684

發表時間：2021.08

合作單位：南京中醫藥大學

樣本類型：大鼠腸內容物和海馬體

技術方法：靶向代謝組學，16S rRNA測序，關聯分析等

研究思路：

研究結果：利用滋補脾陰方藥（ZBPYR）干預ZDF大鼠模型發現，ZBPYR可改善ZDF大鼠葡萄糖代謝紊亂且存在劑量依賴性，此外，ZBPYR可改善ZDF大鼠認知功能障礙且存在劑量依賴性，降低ZDF大鼠大腦中Aβ淀粉樣斑塊，改善大腦胰島素抵抗。腸內容物16S rRNA測序顯示，從T2DM到糖尿病相關認知能力下降過程中，腸道菌群表現出時間動態變化，厚壁菌門和擬桿菌是主要變化者，而ZBPYR可調節腸道微生物群的整體組成和關鍵細菌種類，這種作用可能與認知功能改善有關。代謝組學及相關性分析表明，ZBPYR治療對腸道菌群及代謝物產生持久影響，并影響海馬體代謝變化，從而改善ZDF大鼠大腦中β-淀粉樣蛋白沉積和胰島素抵抗。相關代謝改變包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝、支鏈氨基酸代謝、短鏈脂肪酸代謝、亞油酸/不飽和脂肪酸代謝。

四、血糖調控研究方向

11. SIRT2缺乏可降低糖酵解通量抑制葡萄糖誘導的胰島素分泌

文獻名稱：SIRT2 ablation inhibits glucose-stimulated insulin secretion through decreasing glycolytic flux

發表期刊：Theranostics，IF=11.556

發表時間：2021.03

合作單位：上海交通大學附屬瑞金醫院

樣本類型：大鼠胰島細胞

技術方法：非靶向代謝組學，CRISPR/Cas 9，Western blot，RT-qPCR等

研究思路

1）構建SIRT2 敲除(KO)大鼠評估SIRT2在葡萄糖穩態中的作用

2）利用胰島細胞評估SIRT2敲除對胰島功能的影響

3）胰島細胞非靶向代謝組學分析SIRT2調控的分子途徑

4）深入探究SIRT2的作用機制

研究結果：首先，SIRT2-KO大鼠表現出糖耐量和葡萄糖刺激的胰島素分泌（GSIS）受損，胰島素敏感性未改變。SIRT2缺失或AGK2抑制使離體大鼠胰島GSIS降低，耗氧率降低；SIRT2過表達可增加胰島素分泌。代謝組學分析顯示，與對照組相比，SIRT2-KO胰島的糖酵解和TCA循環代謝產物減少。進一步研究證實，葡萄糖激酶調節蛋白(GKRP，葡萄糖激酶GCK的內源性抑制劑)在大鼠胰島中表達，SIRT2過表達使INS-1 β-細胞中GKRP去乙?；?；敲除或抑制SIRT2可提高胰島β細胞中GKRP蛋白的穩定性，導致GKRP和GCK的相互作用增加。相反，抑制SIRT2促進了糖酵解酶ALDOA的蛋白質降解。因此，SIRT2缺乏可通過阻斷GKRP蛋白降解和促進ALDOA蛋白降解抑制GSIS，從而降低糖酵解通量。

12. ADP通過上調NADH促進肝臟糖異生來調節血糖

文獻名稱：ADP Induces Blood Glucose Through Direct and Indirect Mechanisms in Promotion of Hepatic Gluconeogenesis by Elevation of NADH

發表期刊：Frontiers in Endocrinology，IF=5.555

發表時間：2021.04

合作單位：上海交通大學附屬第六人民醫院

樣本類型：小鼠血漿和肝臟

技術方法：靶向代謝組學，qRT-PCR，Western Blot，等

研究思路

1）小鼠腹腔注射ADP分析其在胰島素抵抗中的作用

2）為確定ADP作用位點，對肝臟基因表達、丙酮酸耐受和糖原含量進行分析

3）肝臟能量代謝相關代謝物進行靶向定量檢測

4）檢測小鼠血漿糖異生相關激素來確定ADP的間接作用

5）對DIO小鼠注射ADP進行胰島素耐受測試

研究結果：ADP可誘導小鼠（瘦型）血糖顯著升高，在1h后達到峰值，并呈現劑量依賴性。ADP通過促進肝臟糖異生來誘導血糖升高，而ADP可能通過影響胰高血糖素促進糖異生。肝臟代謝組學分析顯示，ADP注射1h后，ATP未增加，而其他嘌呤衍生物包括ADP, AMP, GTP和GMP均增加，此外，NADH和cAMP，以及葡萄糖相關中間產物水平升高，即ADP增加了糖異生途徑的中間產物；體外實驗表明，ADP與肝細胞表面P2Y13受體相互作用，激活cAMP/PKA（蛋白激酶A）信號通路，誘導肝糖異生。ADP處理后，胰高血糖素和皮質酮升高，可能是通過作用于胰腺和腎上腺，從而調節血漿中激素的升高和分泌。最后，ADP加劇了DIO小鼠胰島素抵抗；對DIO小鼠肝臟、腎臟和結腸中的NADH和NAD+進行靶向定量檢測，其中NADH在肝臟中升高，而在腎臟和結腸中降低，NADH/NAD+比值在肝臟中升高，肌肉組織中降低，表明NADH和NADH/NAD+比值可作為DIO小鼠肝臟糖異生的特征性代謝標志物。

其他肥胖/糖尿病相關研究成果：

1. Wang H, Fang J, Chen F, et al. Metabolomic profile of diabetic retinopathy: a GC-TOFMS-based approach using vitreous and aqueous humor.Acta Diabetologica, 2019 May, 57(1):41-51.
2. Zhang L, Zhou W, Zhan L, et al. Fecal microbiota transplantation alters the susceptibility of obese rats to type 2 diabetes mellitus.Aging. 2020 Sep 12;12(17):17480-17502.
3. Lu W, Luo M, Fang X, et al. Discovery of metabolic biomarkers for gestational diabetes mellitus in a Chinese population.Nutr Metab. 2021 Aug 21;18(1):79.
4. Zhao T, Zhan L, Zhou W, et al. The Effects of Erchen Decoction on Gut Microbiota and Lipid Metabolism Disorders in Zucker Diabetic Fatty Rats.Front Pharmacol. 2021 Jul 22;12:647529.
5. Li Y, Hou H, Wang X, et al. Diammonium Glycyrrhizinate Ameliorates Obesity Through Modulation of Gut Microbiota-Conjugated BAs-FXR Signaling.Front Pharmacol. 2021 Dec 21;12:796590.
6. Liu J, Zhu L, Liao J, Liu X. Effects of Extreme Weight Loss on Cardiometabolic Health in Children With Metabolic Syndrome: A Metabolomic Study. Front Physiol. 2021 Sep 24;12:731762.
7. Bi T, Zhang L, Zhan L, et al. Integrated Analyses of Microbiomics and Metabolomics Explore the Effect of Gut Microbiota Transplantation on Diabetes-Associated Cognitive Decline in Zucker Diabetic Fatty Rats.Front Aging Neurosci. 2022 Jun 3;14:913002.
8. Luo M, Guo J, Lu W, et al. The mediating role of maternal metabolites between lipids and adverse pregnancy outcomes of gestational diabetes mellitus.Front Med. 2022 Aug 10;9:925602.

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截至2022年9月，麥特繪譜已協助客戶發表糖尿病/肥胖相關研究SCI文章近30篇，平均影響因子IF>8，涵蓋2型糖尿病、肥胖/減肥、糖尿病腎病、糖尿病相關認知障礙、血糖調控、妊娠期糖尿病、糖尿病視網膜病變等多個研究方向。繪譜君按照上述研究方向整理了其中代表性的文章思路，希望能為您的科研課題設計拓展思路。

一、2型糖尿病研究方向

1. 運動調控腸道菌群與代謝物預防糖尿病

文獻名稱：Gut Microbiome Fermentation Determines the Efficacy of Exercise for Diabetes Prevention

發表期刊：Cell Metabolism，IF= 22.415

發表時間：2019.11

合作單位：香港大學

樣本類型：人的糞便，小鼠糞便

技術方法：靶向代謝組學，宏基因組學，糞菌移植等

研究思路

1）受試者分為久坐不動的對照組或12周運動的訓練組，分析糖尿病前期患者對運動的血糖異質性反應

2）糞便宏基因組學分析運動對腸道菌群的改變

3）運動引起的腸道菌群變化與臨床指標關聯分析

4）運動響應者和無響應者之間腸道菌群不同功能分析

5）糞便代謝組學分析運動響應者和非響應者之間菌群代謝產物差異

6）糞菌移植驗證運動干預后腸道菌群與葡萄糖代謝、胰島素敏感性之間的因果關系

研究結果：對未經藥物治療的糖尿病前期個體進行運動干預研究，結果顯示腸道菌群是葡萄糖代謝和胰島素敏感性方面運動異質性的重要介質。腸道菌群功能差異進而產生不同菌群代謝產物可能導致運動個體差異性。運動響應者的微生物組具有較強的短鏈脂肪酸生物合成和支鏈氨基酸分解代謝能力，而非響應者的微生物組則具有有害化合物生成增加的特點。糞菌移植等動物研究進一步證實菌群及代謝物對葡萄糖穩態、胰島素敏感性在運動異質性中的重要性。綜上結果提示非侵入性檢測技術（代謝組學、宏基因組學等）在預測運動反應性方面的可行性。

2.腸道抗生素抗性基因可能影響糖尿病進展

文獻名稱：Human Gut Antibiotic Resistome and Progression of Diabetes

發表期刊：Advanced Science，IF=17.521

發表時間：2022.02

合作單位：西湖大學

樣本類型：大隊列樣本 人的糞便和血漿

技術方法：靶向代謝組學，宏基因組學，全基因組關聯化分析、孟德爾隨機化分析等

研究思路：

研究結果：研究發現腸道中19個抗生素抗性基因（ARGs）主型及805個亞型，其中核心ARG亞型與糖尿病進展（健康對照、糖尿病前期、2型糖尿?。═2D））存在緊密相關?；贚ASSO模型分析，鑒定出25個ARGs及27個菌種與T2D相關，其中Vancomycin_vanX（萬古霉素抗性基因）、Multidrug_emrE（多重抗性基因）、MLS_ermX（大環內酯、林可霉素類和鏈陽霉素類抗性基因）和 Quinolone_norB（氟喹諾酮類抗性基因）與T2D呈顯著正相關；腸道ARG豐富度、Multidrug_emrE及MLS_ermX與T2D具有正相關關系。通過一個新的與T2D呈正相關的糖尿病-ARG評分（DAS），縱向模型驗證了DAS與糖穩態指標表型具有正向關系，并以胰島素抵抗改變為主要特征。最后，DAS和Vancomycin_vanX與異亮氨酸、亮氨酸具有顯著正相關關聯，DAS和Multidrug_emrE與10-反式十七碳烯酸及8,11,14-二十碳三烯酸呈正相關，而與丁酸呈負相關。

3. AKK菌的減少或可導致瘦型糖尿病胰島素分泌和葡萄糖穩態的損害

文獻名稱：Decreased Abundance of Akkermansia muciniphila Leads to the Impairment of Insulin Secretion and Glucose Homeostasis in Lean Type 2 Diabetes

發表期刊：Advanced Science，IF=16.806

發表時間：2021.08

合作單位：上海交通大學附屬第六人民醫院

樣本類型：人的糞便和血漿，小鼠血清

技術方法：靶向代謝組學，宏基因組學等

研究思路：

研究結果：對四組受試者腸道菌群分析發現一個標志菌種Akkermansia muciniphila（AKK菌）在T2D-NO組中的豐度顯著低于NGT-NO 組，而肥胖兩組中沒有顯著差異，且AKK菌與胰島素分泌呈正相關。進一步分析發現，βCDCA與AKK和胰島素分泌呈負相關，參與膽汁酸合成酶基因（baiB）與AKK菌呈正相關，與βCDCA呈負相關。體內和體外試驗結果表明，胰島素分泌明顯受損而非胰島素抵抗的小鼠模型中AKK菌數量減少，通過補充活的AKK菌能夠恢復胰島素分泌并改善葡萄糖耐受，降低βCDCA 水平；AKK可能通過限制βCDCA的可用性，增強FGF15/19的表達，進而刺激糖原合成，抑制糖異生。

4. 利用機器學習方法揭示2型糖尿病的腸道菌群特征

文獻名稱：Interpretable Machine Learning Framework Reveals Robust Gut Microbiome Features Associated With Type 2 Diabetes

發表期刊：Diabetes Care，IF=16.019

發表時間：2020.12

合作單位：西湖大學

樣本類型：大隊列樣本 人的血清和糞便，

技術方法：靶向代謝組學，宏基因組學，16S rRNA測序，糞菌移植等

研究思路：

研究結果：基于機器學習模型LightGBM構建預測模型，發現特征菌群能更好地預測T2D的發病風險，并在內部獨立測試集及外部獨立隊列中都得到有效驗證。構建回歸模型校驗發現，微生物風險評分（MRS）與T2D的發病風險呈顯著正相關，該結果在另外兩個獨立驗證隊列得到有效重復。進一步對249名基線空腹血糖正常（空腹血糖<7 mmol/L）的參與者進行前瞻性調查，發現MRS與未來血糖增量呈顯著正相關。血清靶向代謝組學分析顯示，隊列中6個代謝物（包括2-苯丙酸、肉桂酸、吲哚-3-丙酸和馬尿酸以及膽汁酸DCA、TDCA）與MRS相關。最后對無菌小鼠進行菌群移植實驗，三組供體分別為高MRS+T2D、高MRS+非T2D、低MRS，另一組無菌小鼠作為對照，結果證實了所確定的特征菌群對T2D發展的影響。

5. 近萬人隊列研究揭示多攝入水果可調節菌群并降低2型糖尿病風險

文獻名稱：Dietary fruit and vegetable intake, gut microbiota, and type 2 diabetes: results from two large human cohort studies

發表期刊：BMC Medicine，IF=6.782

發表時間：2020.12

合作單位：西湖大學

樣本類型：大隊列樣本 人的糞便

技術方法：靶向代謝組學，16S rRNA測序等

研究思路

1）納入1879名中國中年人進行水果和蔬菜攝入情況評估

2）糞便樣本進行腸道菌群及相關性分析

3）糞便代謝物及相關性分析

研究結果：研究發現習慣性水果攝入與腸道菌群多樣性顯著相關，而蔬菜攝入未顯示出相關性。對兩個隊列近萬人的參與者分析水果-菌群指數（FMI），發現水果攝入與FMI呈正相關，這些水果包括芒果、香蕉、蘋果、葡萄和榴蓮，且FMI與糖化血紅蛋白和β細胞功能均呈負相關。糞便代謝物主要富集的通路是膽汁酸合成、脂肪酸合成和脂肪酸代謝途徑，其中與FMI正相關的代謝物（癸二酸）與T2D風險呈負相關，而與FMI負相關的幾個代謝物（膽酸、3-脫氫膽酸、油酸肉堿、亞油基肉堿、棕櫚酰肉堿和2-羥基戊二酸）與T2D風險呈正相關。

二、肥胖/減肥相關研究方向