短鏈脂肪酸(SCFA)抑制糖尿病的發生發展

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短鏈脂肪酸(SCFA)是由腸道菌群發酵膳食纖維或抗性淀粉等益生元產生的代謝產物,飲食結構變化通過改變腸道菌群結構與功能,影響SCFA的產生,進而產生一定的生理及病理功能的改變。近來研究發現,SCFA可以通過多種途徑對糖尿病產生有益的影響,通過對胃腸道激素分泌、胰島素敏感性及糖脂代謝的調節,對食欲和能量平衡的調節以及調節腸道免疫功能等方面,參與了2型及1型糖尿病的發生、發展。因此,對SCFA的深入研究可以為闡明糖尿病發病機制及其預防和治療提供新的思路和靶點。

越來越多的證據表明,腸道微生物群與糖尿病的發展密切相關,其在宿主免疫系統、飲食中的能量攝入以及人類基因表達的改變方面都起著至關重要的作用。在腸道中膳食纖維被腸道細菌(如擬桿菌屬等)發酵產生短鏈脂肪酸,而反過來短鏈脂肪酸可使具有疾病調節功能的細菌富集,通過調節腸道微生物進而對機體產生有益影響。因此,對腸道菌群與SCFA間的復雜相互作用的研究更有利于對糖尿病的深入研究。

短鏈脂肪酸對2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)代謝狀況的改善主要是通過直接或間接地調節胰島β細胞功能及胰島素釋放(圖1)。短鏈脂肪酸是包含少于或等于6個碳的脂肪酸,包括甲酸(C1)、乙酸(C2)、丙酸(C3)、丁酸及異丁酸(C4)、戊酸及異戊酸(C5)、己酸(C6)。腸道中的SCFAs主要是乙酸、丙酸和丁酸,約占所有SCFAs的95%以上。研究表明,膳食纖維攝入不足以及攝入較多加工的碳水化合物被認為是糖尿病的主要危險因素[1]。流行病學研究顯示,膳食纖維攝入量與糖尿病、炎癥性腸病和結腸癌發病風險呈負相關。

膳食纖維包括可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維,人類干預研究結果顯示,膳食纖維和全谷物攝入會增加腸道微生物多樣性。膳食纖維或SCFAs會改變腸道共生菌,使某些細菌具有疾病的調節作用[2]。例如,丁酸(C4)能激活胚胎干細胞中調控胰腺早期發育的基因,從而增加胰島β細胞分化和胰島素基因的表達[3]。Sabbir等報道丁酸鹽作為組蛋白去乙酰化酶的抑制劑,可促進β細胞分化與增殖,防止β細胞凋亡并改善葡萄糖穩態[4],因此有學者認為丁酸鹽可能是治療糖尿病的最有希望的一種化合物。同時,腸腔內的SCFAs會被腸細胞吸收,最終到達血液循環。血液循環中的SCFAs會影響葡萄糖在肌肉、肝臟和脂肪中的儲存。例如,乙酸(C2)進入大腦后,會降低食欲以減少食物攝入。所有這些作用都可以對T2D產生有益的影響。

圖1.SCFAs對T2D代謝功能的改善[5]

此外,膳食纖維和抗性淀粉可以豐富某些腸道共生菌群從而抑制1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)的發生,其內在調控機制仍不清楚。SCFAs可通過促進細胞保護因子的分泌以及緊密連接蛋白的表達,加強上皮屏障功能。腸道微生物群與先天性腸道免疫系統之間的相互作用被認為是可以改變T1D易感性的表觀遺傳因素[6]。此外,SCFAs可以直接調節免疫細胞,促進Th1和Th17細胞的生成,從而有效介導組織的炎癥反應[7]。研究人員通過1型糖尿病實驗小鼠模型(NOD小鼠)發現,通過一種對識別及清除腸道微生物至關重要的蛋白—MyD88蛋白, SCFA能夠抑制T細胞的過免疫反應,并且也因此能夠控制T1D的癥狀,進而降低由于基因缺陷引起的T1D[8]。

近年來越來越多的研究提示,SCFAs可能通過與腸道菌群的交互作用來抑制糖尿病的發生;而其確切的作用方式、作用機制還有待于進一步研究證實。

 

參考文獻:

[1] Trowell HC. Dietary-fiber Hypothesis of the Etiology of Diabetes Mellitus. Diabetes. 1975;24:762-5.

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