一项新的研究揭示了肠道细菌和血液代谢物如何早期预警糖尿病风险，并且通过定制饮食和锻炼可以逆转这一趋势。
研究人员使用空腹血糖（FBG）和口服葡萄糖耐量试验（OGTT）来筛查不同程度的葡萄糖不耐受个体。梯度提升决策树（GBDT）算法用于基于从食物频率问卷（FFQ）、临床测试和肠道微生物组分析收集的数据预测血浆代谢物。n表示两个队列的样本量，或饮食、临床、肠道微生物组和血浆代谢组数据集中的特征数量。
在《自然医学》杂志上的一项最新研究中，研究人员进行了一项代谢组学分析，以研究微生物代谢物在糖尿病前期和2型糖尿病（T2D）中的作用。他们使用了两个瑞典队列，包括1,167名年龄在50至64岁之间的参与者进行分析。
研究发现，存在502种与受损的葡萄糖稳态相关的血液代谢物，其中143种与人体肠道微生物组相关。该研究强调了微生物-代谢组动态在糖尿病前期和T2D病理生理学中的作用，以及短期生活方式改变（饮食和锻炼）在调节这些动态中的作用。
背景
2型糖尿病（T2D）是一个全球公共卫生问题，估计影响超过8.3亿成年人。这种慢性疾病的特点是身体无法充分调节葡萄糖代谢，导致血糖水平过高，可能引发并发症，包括心血管疾病（CVD）、肾脏疾病、神经损伤和增加的死亡风险。
令人担忧的是，T2D的患病率正在以前所未有的速度增长，从1990年的2亿人增加到2022年的8.3亿多人。研究表明，T2D的病理生理学非常复杂，由遗传和环境因素相互作用引起。最近的研究表明，饮食和肠道微生物组在T2D发病机制中起着重要作用，估计70%的T2D发病率归因于不良饮食及其对肠道细菌的不利影响。
不幸的是，肠道微生物代谢物对T2D发病机制和进展的影响机制仍不清楚。
研究内容
本研究旨在通过识别调节宿主（人类）血糖控制并进而导致糖尿病前期和T2D的肠道微生物代谢物来填补文献中的空白。研究数据来自两个瑞典糖尿病前期队列——葡萄糖耐量受损（IGT；n = 697）队列，作为“发现”队列，以及瑞典心血管生物影像研究（SCAPIS；n = 470），作为“验证”队列。
研究数据收集包括早晨空腹血糖测量、75克口服葡萄糖耐量试验（OGTT）和空腹静脉血样采集。这些测试结果结合1999年世界卫生组织的标准，将研究参与者分为五个亚组：1. 正常葡萄糖耐量（NGT），2. 单纯空腹血糖受损（IFG），3. 葡萄糖耐量受损（IGT），4. 综合性葡萄糖不耐受（CGI），5. T2D。
收集的血样通过Metabolon平台进行血浆代谢组学分析。利用梯度提升决策树和随机森林机器学习（ML）模型识别与微生物相关的代谢物。
此外，参与者还需完成FINDRISC问卷（反映胰岛素抵抗比血糖更强）并提供粪便样本，后者通过宏基因组测序进行粪便微生物谱分析。
研究发现
研究参与者年龄在50至64岁之间，基于OGTT的亚组分类显示，有220名参与者为正常葡萄糖耐量（NGT），185名为单纯空腹血糖受损（IFG），173名为葡萄糖耐量受损（IGT），74名为综合性葡萄糖不耐受（CGI），45名为筛查检测出的T2D。参与者的血浆代谢组学分析显示，共获得978种血浆代谢物，主要来源于脂质（45.4%）和氨基酸（22.1%）的代谢。
梯度提升决策树（GBDT）模型显示，在发现队列中有645种代谢物与IFG、IGT、CGI或T2D显著相关。其中，502种代谢物在验证队列中也具有显著性，表明它们作为血糖控制（糖尿病前期和T2D生物标志物）潜在生物标志物的作用。值得注意的是，这143种代谢物与微生物组数据相关，272种与饮食数据相关。
“这些发现表明，糖尿病前期和T2D中存在持续的潜在决定因素，肠道微生物组单独解释了近三分之一的血液代谢物变异，这是健康个体的两倍。”
已鉴定的代谢组学特征与先前确定的糖尿病前期、T2D、急性冠状动脉综合征（ACS）、心力衰竭（HF）和肾病（KD）的特征重叠。这证实了微生物-代谢组动态在心血管疾病发生前就已经被扰乱，从而提出了针对心血管代谢疾病发病率的早期干预目标。例如，代谢物 hippurate 介导了特定肠道细菌（Hominifimenecus microfluidus 和 Blautia wexlerae）之间的相互作用，观察到了双向中介效应（21.1% 的 H. microfluidus 对 B. wexlerae 的影响由 hippurate 介导）。
生活方式和代谢组数据的共同分析显示，约65.9%的已鉴定代谢物生物标志物与可逆的生活方式变化相关，突显了监测运动或饮食干预效果在成功预防或治疗糖尿病结局方面的潜力。瑞典队列中常见的高咖啡摄入量减少了饮食相关的代谢物变异性，强调了特定人群的微生物组适应性。值得注意的是，代谢物 imidazole propionate 在IGT中升高，但在SCAPIS队列中未得到验证，表明存在人群特异性变异性。
结论和未来方向
本研究表明，微生物-代谢组动态在改变人类葡萄糖稳态、触发糖尿病前期和T2D方面的作用。它强调了生活方式改变（特别是饮食和锻炼）在调整和监测这些动态以实现最佳健康结果的重要性。这些发现进一步在GF/CONV-R小鼠和外部队列（以色列、TwinsUK）中得到验证，增强了其稳健性。最佳效益可能需要结合饮食和锻炼干预，正如生活方式特异性代谢物调节所展示的那样（例如，支链脂肪酸通过锻炼改善，7-HOCA通过饮食改善）。
“了解饮食、肠道微生物群和临床因素之间的联系为T2D提供了宝贵的见解，并强调了多样化干预策略的必要性。这一资源可能有助于更好地理解肠道微生物群如何影响T2D，并帮助确定糖尿病管理的新靶点。”
研究作者开发了一个开放访问的网络服务器（
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