条文本

原始研究
人类肠道微生物群在减肥手术后改变肠道形态和独立于肥胖小鼠的葡萄糖吸收
  1. 费尔南多·F暗褐1,
  2. Soumaya Zlitni2,
  3. 宋洋张3,
  4. 比阿特丽斯So-Yun崔4,
  5. 卡桑德拉Y陈1,
  6. 凯文·P·弗利1,
  7. 妮可G Barra1,
  8. 迈克尔·克瑟特5,
  9. Laurent Biertho4,
  10. 丹尼斯理查4,
  11. 安德烈Tchernof4,6,
  12. 托尼·K T林3,
  13. 安德烈Marette4,
  14. 乔纳森Schertzer1
  1. 1生物化学和生物医学科学,Farncombe家庭消化健康研究所和代谢中心,肥胖和糖尿病的研究,麦克马斯特大学,汉密尔顿,安大略、加拿大
  2. 2遗传学和医学,斯坦福大学,斯坦福大学,加州美国
  3. 3多伦多综合医院研究所,大学健康网络,多伦多,安大略、加拿大
  4. 4魁北克拉瓦尔大学心肺研究所研究中心,魁北克,魁北克、加拿大
  5. 5医学系,Farncombe家庭消化健康研究所和代谢中心,肥胖和糖尿病的研究,麦克马斯特大学,汉密尔顿,安大略、加拿大
  6. 6拉瓦尔大学的营养,魁北克,魁北克、加拿大
  1. 对应到乔纳森Schertzer博士,生物化学和生物医学科学系的,汉密尔顿,汉密尔顿,加拿大;schertze在{}mcmaster.ca

文摘

客观的减肥手术是一种有效的治疗2型糖尿病(T2D)改变肠道微生物组成。我们决定是否在人类肠道微生物群的限制或malabsorptive减肥手术足以降低血糖。

设计女性肥胖和T2D与十二指肠胆胰分流开关(BPD-DS)或腹腔镜袖胃切除术(汉莎天厨)。粪便样本相同的病人之前和之后的每一个手术来殖民的啮齿动物,和血糖控制的决定因素进行了评估。

结果葡萄糖耐量改善在无菌鼠口头殖民7周后与人类微生物群BPD-DS或者汉莎天厨,而食物摄入,脂肪量、胰岛素抵抗、分泌和间隙不变。老鼠殖民与微生物群post-BPD-DS绒毛高度/宽度和隐窝深度较低的远端空肠和降低肠道葡萄糖吸收。抑制sodium-glucose转运蛋白1 (Sglt)废除microbiota-transmissible小鼠的血糖控制的改善。在特定的无菌(SPF)老鼠,intrajejunal殖民与微生物群4周post-BPD-DS足以改善血糖控制,后否定intrajejunal Sglt-1抑制。更高的Parabacteroides和更低的Blautia恰逢改善血糖控制后殖民与人类细菌post-BPD-DS和汉莎天厨。

结论暴露的啮齿动物对人类肠道微生物群在限制性或malabsorptive减肥手术改善血糖控制。减肥手术后肠道微生物群是一个独立的因素,改变上层肠道肠道形态和降低Sglt1-mediated肠道葡萄糖吸收,可以改善血糖控制的变化独立于肥胖,胰岛素或胰岛素抵抗。

  • 葡萄糖代谢
  • 肥胖手术
  • 肠道微生物
  • 糖尿病
  • 肠道吸收

数据可用性声明

合理的请求数据。

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

这是一个开放的分布式条依照创作共用署名非商业性(4.0 CC通过数控)许可证,允许别人分发,混音,适应,建立这个工作非商业化,和许可他们的衍生产品在不同的协议,提供了最初的工作是正确地引用,给出合适的信用,任何更改表示,非商业使用。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

来自Altmetric.com的统计

请求的权限

如果你想重用任何或所有本文的请使用下面的链接,这将带你到版权税计算中心的RightsLink服务。你将能够获得快速的价格和即时允许重用内容在许多不同的方式。

已知关于这个主题是什么呢?

  • 减肥手术是最有效的长期治疗2型糖尿病(T2D)。

  • 减肥手术减肥前降低血糖。

  • 血糖降低malabsorptive而严格的减肥手术后更大。

  • 减肥手术改变肠道微生物群的构成。

  • 肠道微生物群可以影响肥胖和血糖。

  • 还不知道是否改变肠道微生物群在人类减肥手术后是一个独立的因素,降低血糖。

这项研究增加了什么?

  • 微生物与人类malabsorptive和严格的减肥手术后能够提高小鼠的血糖控制。

  • 微生物群介导传输所需的较低的血糖长期(7周)殖民的无菌鼠口腔填喂法和SPF老鼠(4周),管腔内的交货。

  • 微生物群介导改善血糖控制的传播不需要脂肪量的改变,胰岛素抵抗,分泌或间隙。

  • 微生物群降低血糖低是由于sodium-dependent肠道葡萄糖吸收。

  • 减肥手术后的一个子集细菌恰逢改变肠道形态和降低小鼠的肠道葡萄糖吸收。

这项研究可能会如何影响研究、实践或政策?

  • 减肥手术后人类微生物群足以降低肠道葡萄糖吸收和血糖。

  • 开发的益生菌或postbiotics模仿减肥手术,降低肠道的微生物效应可以促进葡萄糖吸收耐用血糖降低的好处在T2D减肥手术的缺点。

介绍

肥胖预测2型糖尿病的进展(T2D),它的特点是血糖升高,葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。1 2减肥手术促进持久的减肥和更有效比传统医学干预T2D的长期控制。3血糖高是一个全因死亡率的独立危险因素,与肥胖和减肥手术可以增加个人的生存。4个5减肥手术快速降低血糖和胰岛素抵抗在任何明显的体重下降。6 7然而,目前尚不清楚如何减肥手术促进快速和持久的血糖降低促进T2D缓解。

腹腔镜袖胃切除术(汉莎天厨)和胆胰分流与十二指肠开关(BPD-DS)跨度减肥手术的光谱。汉莎天厨是一个限制性的手术,减少胃的大小。BPD-DS malabsorptive和严格的手术,因为它创建了一个胃袋除了长旁路的小肠。7与汉莎天厨相比,BPD-DS产生一种更健壮的和持续的降低血糖,包括大T2D缓解,付出的成本更频繁的副作用。7 8

减肥手术改变肠道菌群的组成和功能。6 7守恒的肠道微生物群的变化在人类胃旁路手术后可以促进减肥,减肥时转移到无菌鼠。9有证据表明因果作用肠道微生物在降低脂肪减肥手术在一些临床前模型。9 - 11众所周知,影响肠道微生物宿主代谢,有助于代谢综合征的特点在肥胖之外,包括胰岛素抵抗和血糖控制。12日13有一个缺乏信息减肥手术后肠道微生物的因果作用作为一个独立的因素降低血糖。6日14

这里,我们殖民小鼠和大鼠的粪便微生物群从同一病人汉莎天厨或BPD-DS测试之前和之后的肠道微生物之间的因果关系和血糖降低血糖的减肥手术和定义机制降低肠道微生物群。

材料和方法

动物

女性C57BL6 / N小鼠16岁−24周最初来自泰康利和中央动物饲养设施(CAF),麦克马斯特大学,在特定的无菌(SPF)或无菌(GF)条件。老鼠接受饮食(Teklad全球18%的蛋白质啮齿动物的饮食,Envigo,猫# 2918)和水随意。岁女性Sprague-Dawley老鼠10周(查尔斯河实验室)被安置在单个笼子SPF的房间在一个标准的12小时光暗周期与随意获得饮用水和食物(哈伦实验室Teklad饮食7012年,麦迪逊,威斯康辛州,美国)。

减肥手术

参加减肥手术的患者护理中心的魁北克心肺研究所根据制度批准程序。减肥手术的详细描述在线补充材料

病人和公众参与

许多参与者被邀请参加演讲由临床医生和研究人员在病人的支持小组会议。两个视频参与者分享他们的经验。

捐赠病人和粪便泥浆

我们选择三个典型女性患者体重和血糖的变化特点参与(12个月表1)。收集粪便样本,从同一病人之前和12个月后BPD-DS汉莎天厨,或立即冷冻储存在−−20°C和随后80°C。粪便后来在冰上融化,resuspended磷酸盐(1:10 (w: v))整除在−1.5毫升管和存储80°C到使用。这些病人服用抗生素前至少1个月每个粪便收集。药物使用和热量摄取所示在线补充表1和2

表1

供病人特点

Human-to-mouse粪便移植

GF老鼠从SPF的无菌设备出口的房间在封闭无菌容器,打开消毒下的生物安全柜(BSC)。刚解冻的粪便泥浆从捐赠者患者口服填喂法随机分配SPF(200µL /鼠标/每周3次)和GF(200µL /鼠标/ 2次)小鼠总共9周。病人粪便泥浆从一个捐赠者被用来殖民两到五老鼠,和单独的老鼠的粪便用于测试相同的病人手术前后。在最初的殖民之后,女朋友老鼠(single-housed)转移到无菌笼与无菌水,每周更新。SPF小鼠保持每笼与水和四只老鼠笼每周更新。处理殖民GF老鼠进行二元同步通信。所有老鼠都保存在通风笼在正压模式。

肠道葡萄糖的吸收

体内肠道葡萄糖吸收测量在GF 6小时禁食后小鼠的肠道微生物群殖民BPD-DS病人7周。non-metabolisable葡萄糖模拟(3-O-methyl-D-glucopyranose (3-OMG), 4毫克/鼠标)和对乙酰氨基酚(1毫克/鼠标)填喂法在小鼠和量化在流通的高压液相色谱配有三重四极质谱计(见在线补充材料为进一步的细节)。

肠道和血管手术

老鼠犀牛(氯胺酮,60毫克/公斤;甲苯噻嗪,手术前8毫克/公斤)。肠导管进入腔室6厘米和幽门括约肌在18到22岁的厘米远,因此定位在小肠上部(USI)和中间空肠,分别。另外,中间空肠导管取而代之的是更多的远端管子放在中间回肠(见在线补充方法详情)。血管外科,导管植入左颈动脉和右颈静脉的血液抽样。手术后的食物摄入量和体重每天监测5天前的实验。老鼠没有达到至少85%的pre-USI /空肠和血管外科体重被排除在外。

Human-to-rat粪便移植小肠上部和葡萄糖耐量试验

等量的粪便样本汇集来自BPD-DS供者患者为每个计算(即presurgery和参与)。粪便泥浆从联合手术前后凳子捐赠者中描述患者和粪便泥浆。一天后空肠的管子,新鲜解冻泥浆直接注入到空肠的插管目标的远端空肠和回肠SPF小鼠(1.5毫升/老鼠,3次/周4周)。3周的殖民化,老鼠接受了USI手术和血管管子。复苏后5天(通过空肠的插管期间殖民化是维护),老鼠禁食过夜(16个小时,从4点到8小时),根皮苷的丸(P3449 Sigma-Aldrich, 0.04克/公斤)或车辆(10%二甲亚砜和10%乙醇0.9%生理盐水)是通过空肠的插管注入(针对远端空肠和回肠)和立即随后丸的葡萄糖(G8769 Sigma-Aldrich, 4 g / kg)注入到USI插管(针对几乎整个小肠)。血糖监测0、5、10、20、30、40分钟后USI葡萄糖输液。

看到在线补充方法有关代谢表型出现、细菌分析组织学分析,信使核糖核酸(mRNA)提取、rt - pcr分析,免疫印迹和短链脂肪酸的决心。

统计分析

分析微生物种群的方差是在r .分区进行置换的微生物群是多元方差分析从相对于它们之间Bray-Curtis计算扩增子序列变异(ASV)丰度。的Wilcoxon rank-sum测试是用于成对比较。调整的错误发现率与Benjamini-Hochberg计算方法。15R包用于数据分析和可视化包括phyloseq,16素食主义者,17UpsetR,18ggplot2,19tidyr,20.dplyr,21ggtree22和corrplot。23意义被接受在p < 0.05。其他变量的统计分析使用未配对的双尾GraphPad棱镜V.9学生的学习任务。

数据可用性:所有数据和R脚本生成合理的请求在这项研究中是可用的。16 s rRNA基因测序数据存入美国国立卫生研究院的序列读取存档(临时ID 124400)。

结果

减肥手术后肠道微生物群改善血糖控制

女性患者空腹血糖较低汉莎天厨或BPD-DS(12个月后图1一个,表1)。粪便泥浆从一个捐赠者病人之前(presurgery)或12个月之后(参与)每种类型的减肥手术是用来殖民两到五老鼠,和单独的老鼠的粪便用于测试相同的病人手术前后(图1 b)。GF老鼠,但不是SPF同行,血糖较低和较低的曲线下的面积(AUC)葡萄糖耐量试验(GTT)后长期(7周)接触患者的粪便样本post-BPD-DS比老鼠暴露在相同的时间之前病人粪便泥浆BPD-DS (图1 c, D)。我们观察到类似的结果当汉莎天厨患者粪便样本用于移植小鼠7周,期间和下AUC,降低血液葡萄糖耐量GTT观察女朋友,但不是SPF小鼠,收到病人粪便post-LSG与小鼠暴露于病人排泄物汉莎天厨(之前图1 e, F)。这microbiota-transmissible改善葡萄糖耐量使用粪便材料后BPD-DS汉莎天厨无关和与食物摄入量的变化或在GF老鼠身体成分(在线补充图1)。我们发现human-to-mouse粪便微生物群的传播改善葡萄糖耐量postbariatric手术并不是由一个特定的人类患者(图1 d, F查查在顶部的传说在捐助者的p值比较的AUC在老鼠GTT)。这些数据表明,减肥surgery-induced变化在人类微生物群在同一病人可以传输改善葡萄糖耐量GF老鼠没有食物摄入量的变化或脂肪量。

图1

小鼠的糖耐量殖民与病人的粪便微生物群之前和之后的不同类型的减肥手术。12个月(A)空腹血糖变化与十二指肠bioliopancreatic转移后开关(BPD-DS)或腹腔镜袖胃切除术(汉莎天厨)女性捐赠者的病人。(B)殖民策略和时间表的身体特性评估和代谢剖析女性无菌(GF)和特定的无菌小鼠(SPF)殖民女性患者的粪便泥浆前后不同类型的减肥手术。葡萄糖偏移曲线和曲线下面积(AUC)口服葡萄糖耐量试验(GTT)在SPF和GF老鼠殖民前后病人的粪便微生物群(C, D) BPD-DS和汉莎天厨(E, F)。数据均值±SEM。未配对的学生的学习任务是用来计算p值,这被认为是重大* p < 0.05用。每个正方形、三角形和圆代表了生物复制(n = 10 - 12)。AUC的情节,每个符号的颜色代表一个捐赠者病人,在捐助者和p值比较的AUC受体小鼠presurgery与时间均被描述在每个面板旁边的传奇。

减肥手术后肠道微生物群降低肠道葡萄糖吸收

获得机械了解肠道microbiota-mediated human-to-mouse传播改善血糖控制,我们首先评估分子胰岛素/ c -肽分泌(GSIS)和胰岛素敏感性与粪便GF老鼠殖民BPD-DS(之前和之后图2一个)。Pre-BPD-DS和post-BPD-DS殖民小鼠类似GSIS期间血浆胰岛素和c -肽水平(图2中)和类似胰岛素的间隙,以胰岛素/ c -肽比(图2 f, G)。此外,pre-BPD-DS和post-BPD-DS接受者的老鼠表现出类似的胰岛素抵抗指数,以胰岛素抵抗指数(GTT)和内稳态模型assessment-estimated胰岛素抵抗(图2 h,我)。同样,GF与微生物群老鼠殖民之前或之后BPD-DS显示类似血糖和葡萄糖胰岛素耐量试验期间消失率(图2 j, K)。没有发现差异在收到了SPF小鼠粪便微生物群pre-BPD-DS或post-BPD-DS (在线补充图2)。这些数据表明,改善血糖控制在GF殖民后与微生物BPD-DS与胰岛素分泌的变化,没有联系间隙或灵敏度。

图2

分子生物学胰岛素和c -肽水平和胰岛素敏感性与病人的粪便微生物群老鼠殖民之前和之后bioliopancreatic转移与十二指肠开关(BPD-DS)。(A)的代谢分析女性无菌小鼠(GF)殖民女性患者的粪便泥浆BPD-DS之前和之后。(B, C)血浆胰岛素、C -肽(D, E)和(F, G)胰岛素/ C -肽比在分子生物学胰岛素分泌(GSIS)测试和曲线下面积(AUC)殖民老鼠。(H)胰岛素抵抗指数(I) assessment-estimated体内稳态模型胰岛素抵抗(HOMA-IR)、葡萄糖(J)偏移曲线胰岛素耐量测试期间(ITT)和葡萄糖(K)消失率在殖民ITT老鼠。数据均值±SEM。未配对的学生的学习任务是用来计算p值,它被认为是显著p < 0.05。每个正方形和三角形代表一个生物复制(b - h n = 11 - 12;J, K, n = 16 - 17)。

先前的研究已经记录肠道葡萄糖吸收的变化与改善血糖稳态roux - en - y胃分流术(RYGB)和汉莎天厨。- 28然而,它是未知的,如果减肥surgery-induced葡萄糖吸收的变化都与肠道微生物群的变化。我们提出,降低血糖在GF小鼠口服葡萄糖负荷后殖民的微生物群患者BPD-DS低是由于肠道葡萄糖吸收。我们填喂法另一群女朋友老鼠侵入的微生物群BPD-DS患者手术前后non-metabolisable葡萄糖模拟(3-OMG),评估肠道葡萄糖吸收,和扑热息痛,评估胃排空(图3一)。符合降低肠道葡萄糖吸收,GF老鼠殖民与后的微生物群BPD-DS 3-OMG在流通的出现率较低和更低的峰值3-OMG血清浓度与小鼠相比殖民presurgery微生物(图3 b, C)。GF老鼠殖民presurgery或微生物没有改变胃排空时间均以同样的速度表示的外观和峰值水平的血清中对乙酰氨基酚(图3 d, E)。

图3

小鼠肠道葡萄糖吸收殖民前后病人的粪便微生物群bioliopancreatic转移与十二指肠开关(BPD-DS)。(A)时间表和肠道葡萄糖吸收的研究设计测试中执行女无菌小鼠(GF)殖民女性患者的粪便泥浆BPD-DS之前和之后。出现在循环率和血浆峰浓度(B, C) 3-O-methyl-D-glucopyranose (3-OMG)和(D, E)对乙酰氨基酚在肠道葡萄糖吸收测试。数据均值±SEM。未配对的学生的学习任务是用来计算p值,它被认为是显著p < 0.05。每个正方形和三角形代表一个生物复制(中n = 10 - 11)。

sodium-glucose转运蛋白1 (Sglt)是主要的葡萄糖载体的肠上皮细胞腔。我们下一个药物抑制小鼠Sglt1殖民与肠道微生物pre-LSG或post-LSG (图4一)。我们首先表现在天真的SPF小鼠口服GTT确定的根皮苷剂量减少(但不是消除)肠道葡萄糖吸收(在线补充图3 a e)。我们表明,0.04 g根皮苷/公斤显著降低葡萄糖条目通过肠道在口服葡萄糖负荷,但不是血糖间隙,因为vehicle-treated和phloridzin-treated小鼠腹腔内GTT可比葡萄糖耐量(显示在线补充图3 f, G)。然后我们殖民额外的女朋友小鼠粪便泥浆pre-LSG post-LSG和执行口服GTT 1小时后车辆管理局或根皮苷。我们确认weight-matched vehicle-treated老鼠殖民与粪便泥浆post-LSG比pre-LSG殖民小鼠血糖较低(图4 b, C图1 f);然而,在Sglt1抑制,这种差异被淘汰(图4 d, E)。这些数据表明,Sglt1-mediated肠道葡萄糖吸收的行列式肠道微生物post-LSG的降糖效果。

图4

抑制sodium-glucose转运蛋白1 (Sglt)否定改善小鼠的糖耐量殖民腹腔镜袖胃切除术后病人的粪便微生物群(汉莎天厨)。(一)女性无菌(GF)老鼠殖民女性患者的粪便微生物群汉莎天厨之后和之前或之后进行口服葡萄糖耐量试验(GTT)对根皮苷抑制Sglt1 (0.04 g / kg)。体重,葡萄糖偏移曲线和曲线下面积(AUC)口服GTT在老鼠身上注射(B, C)车辆和根皮苷(D, E)。数据均值±SEM。未配对的学生的学习任务是用来计算p值,它被认为是显著p < 0.05。每个圆圈都代表一个生物复制(n = 5)。

在受体小鼠肠道微生物群post-BPD-DS改变肠道形态

我们没有发现任何变化Slc5a1(Sglt1),无论是Slc2a1(Glut1)和Slc2a2(Glut2) mRNA表达的近端和远端小肠GF老鼠殖民与肠道微生物pre-BPD-DS汉莎天厨(或post-BPD-DS在线补充图4)。令人惊讶的是,形态分析表明,GF老鼠殖民与后的微生物群BPD-DS绒毛高度较低,绒毛宽度和远端小肠隐窝深度(图5 a, B),但不是在近端小肠(在线补充图5),相比之下,GF老鼠殖民pre-BPD-DS微生物群。

图5

形态特征在老鼠的远端小肠殖民bioliopancreatic转移前后病人的粪便微生物群与十二指肠开关(BPD-DS)。(A)的示意图表示方法用于分离和收获不同肠段老鼠。(B)代表图像的形态学分析H&E-stained远端小肠部分是从女性无菌小鼠(GF)殖民女性患者的粪便微生物群BPD-DS之前和之后。每个点代表一个绒毛或隐窝(即技术复制,n = 115 - 324)。

肠道微生物群post-BPD-DS继电器信号主机通过Wnt /β-catenin通路

我们接下来试图确定可能的机制调解绒毛高度较低,绒毛宽度和远端小肠隐窝深度观察到的女朋友小鼠肠道微生物pre-BPD-DS窝藏或post-BPD-DS。短链脂肪酸(SCFAs)是关键细菌产品参与宿主的生理控制,包括肠上皮细胞内稳态。虽然BPD-DS捐助者汉莎天厨捐赠者有更高水平的粪便丁酸和显示低水平的粪便醋酸参与,这些特性没有一再殖民小鼠盲肠的内容(中在线补充图6),这表明SCFA不是主要球员肠道结构的变化、肠道吸收或小鼠的血糖。

Wnt /β-catenin通路被集成信号来控制通过激活β-catenin肠上皮细胞增殖(在线补充图7)。活动/活动的水平β-catenin在小鼠的小肠远端低殖民与泥浆post-BPD-DS可比的远端小肠GF老鼠pre-BPD-DS (在线补充图7中),但小鼠微生物post-BPD-DS显示更高水平的活性比同行窝藏β-catenin微生物群pre-BPD-DS (在线补充图7 b)。这些发现表明,肠道微生物群在BPD-DS可以传递信号,主机和改变β-catenin的激活状态,这可能会抑制细胞增殖,可能有助于降低肠道吸收表面在减肥手术后肠道细胞暴露于微生物群。

有针对性的殖民化的远端小肠肠道微生物群病人post-BPD-DS降低血糖的老鼠Sglt1-dependent的方式

测试直接在远端小肠肠道microbial-related变化另一个模型已经港口微生物群,我们殖民女性SPF老鼠通过直接注入粪便泥浆从女性患者BPD-DS之前或之后向老鼠的远端小肠紧随其后USI GTT (图6)。在weight-matched SPF小鼠(图6 b),远端小肠殖民与后患者的肠道微生物群BPD-DS足以降低血糖auc USI-GTT与老鼠相比,获得了粪便泥浆pre-BPD-DS (图6 c)。与可比pre-experimental体重(图6 d),这种效应被intrajejunal否定政府的根皮苷(图6 e)。评估是否远端小肠葡萄糖吸收发生在回肠,葡萄糖被注入到回肠,USI,而是通过回肠中空的老鼠。我们发现回肠葡萄糖输液未能提升血糖(在线补充图8)。BPD-DS后这些数据表明,肠道微生物可以改善葡萄糖耐量本地主机的远端空肠降低葡萄糖的吸收,但不是回肠,防晒指数的老鼠。

Targeted colonisation of the distal small intestine with gut microbes from patients after bioliopancreatic diversion with duodenal switch (BPD-DS) lowers blood glucose in rats in a sodium-glucose cotransporter (Sglt)1-dependent manner. (A) Gut catheters were placed into the luminal compartment of specific pathogen-free (SPF) female rats 6 cm and 18–22 cm distal to the pyloric sphincter and therefore positioned at the upper small intestine (USI) and middle jejunum, respectively. Next, 1 day after jejunal cannulation, equivalent amounts of faecal slurries from female patients before or after BPD-DS were pooled together and infused into the jejunal cannula 3 times a week for 4 weeks to target the distal jejunum and ileum of SPF rats. On 3 weeks (ie, 21 days) of colonisation, rats underwent surgery for USI and vascular cannulation. After 5 days of recovery, rats were fasted overnight, infused with vehicle or phloridzin via jejunal cannula (targeting the distal jejunum and ileum) and then immediately infused with glucose through the USI cannula (targeting almost the entire small intestine). Blood glucose was monitored at different time points (0, 5, 10, 20, 30, 40 min) after USI glucose infusion. Body weight, glucose excursion curves and area under the curves (AUC) of USI GTT in rats infused with (B, C) vehicle and (D, E) phloridzin. Data are presented as the mean±SEM. Unpaired Student’s t-test was used to calculate p values, which were considered significant at p<0.05. Each square or triangle represents a biological replicate (n=6–8).
" data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图6
图6

有针对性的殖民化的远端小肠肠道微生物从患者与十二指肠bioliopancreatic转移后开关(BPD-DS)降低血糖在老鼠sodium-glucose转运蛋白(Sglt) 1-dependent方式。(一)肠导管置于特定无菌的腔室(SPF)雌性老鼠6厘米和幽门括约肌在18到22岁的厘米远,因此定位在小肠上部(USI)和中间空肠,分别。接下来,一天后空肠的管子,等量的粪便泥浆从女性患者之前或之后BPD-DS汇集在一起,注入到空肠的插管为4周每周3次目标的远端空肠和回肠SPF老鼠。在3周(21天)的殖民化,老鼠接受了USI手术和血管管子。复苏的5天后,老鼠禁食一夜之间,充满车辆或根皮苷通过空肠的套管(针对远端空肠和回肠),然后立即通过USI插管注入了葡萄糖(针对几乎整个小肠)。血糖监测在不同时间点(0、5、10、20、30、40分钟)后USI葡萄糖输液。体重,葡萄糖偏移曲线和曲线下面积(AUC) USI GTT的老鼠注射了(B, C)车辆和根皮苷(D, E)。数据均值±SEM。未配对的学生的学习任务是用来计算p值,它被认为是显著p < 0.05。每个正方形或三角形代表一个生物复制(n = 6 - 8)。

特定的受体小鼠post-BPD-DS分类学特性和post-LSG与microbiota-transmissible改善血糖控制

确定细菌社区传播特点从减肥手术病人到老鼠,我们应用16 s rRNA粪便样本的基于基因测序分析微生物群的GF殖民汉莎天厨和BPD-DS之前和之后。在我们的模型中,7.3%和18.7%的asv确认凳子的捐赠者病人BPD-DS汉莎天厨,分别传送到接受者GF老鼠(在线补充图9)。传播类群代表13.1%和20%的asv BPD-DS和汉莎天厨受体小鼠,分别为(在线补充图9)。与先前的报道一致,29 30BPD-DS倾向于降低α-diversity捐赠患者(在线补充图10汉莎天厨(后),未见在线补充图10 b)。我们发现α-diversity不是女朋友老鼠不同的殖民与人类粪便汉莎天厨患者(从BPD-DS和在线补充图10 c, D),这表明微生物α-diversity粪便样本不是关键特性在人类鼠标microbiota-mediated血糖变化的传播。这些发现符合报告显示,改善血糖控制postbariatric手术与更高的细菌多样性没有联系。30 31

主成分分析的Bray-Curtis不同小鼠粪便样本的分类组成的殖民与汉莎天厨病人粪便从BPD-DS或没有分离的微生物群落组成pre-BPD-DS和post-BPD-DS (图7)。相反,粪便样本的微生物组成隔离pre-LSG post-LSG, 46.2%的样本之间的差异解释为第一个两个轴(图7 b)。我们进一步研究了丰富的类群presurgery和对象,发现post-LSG接受者凳子有更高水平的Parabacteroides和几个成员类的梭状芽胞杆菌(如Caproiciproducens,Robinsoniella,gca - 900066575)与pre-LSG接受者(图7 c在线补充图11)。Blautia类梭状芽胞杆菌的另一个成员,是一个例外,显示低丰度在post-LSG接受者(图7 c在线补充图11)。BPD-DS收件人,我们发现了一个更微妙的扩张的梭状芽胞杆菌的特点是高存在三个类群:Robinsoniella高gca - 900066575(也post-LSG接受者)Anaerostignum(图7 c在线补充图11)。类似于女朋友老鼠殖民与汉莎天厨后的微生物群,低Blautia和高水平的Parabacteroides女朋友也发现了老鼠殖民post-BPD-DS微生物群(图7 c在线补充图11)。我们的研究结果强调分类特性post-BPD-DS和post-LSG microbiota-transmissible改善血糖控制。

图7

小鼠的粪便细菌组成的殖民与前后病人的粪便微生物群bioliopancreatic转移与十二指肠开关(BPD-DS)或腹腔镜袖胃切除术(汉莎天厨)。(A, B)主坐标分析(PCoA) Bray-Curtis不同指数比较女性无菌的粪便细菌组成(GF)老鼠殖民前后病人的粪便微生物群BPD-DS或汉莎天厨。样品由病人粪便微生物群的捐助者分层。置换多元方差分析被用来统计显著性分配给集群之间的距离(presurgery vs参与)PCoA散点图。(C)热量地图描绘presurgery之间的平均类群明显不同的复制和参与组织(p < 0.05, Wilcoxon rank-sum测试)。asv聚集在99%相似性和倒塌属水平。类群的相对多度是表示为日志10褶皱的变化在整个队列的平均水平(两个手术结合)。0的所有元素丰度值被分配1×10−6,一个数量级低于最低可检测的相对丰度数据,允许折叠的对数转换改变。每个正方形、三角形和圆代表了生物复制(n = 11 - 12)。

讨论

我们的数据表明,肠道微生物的一个子集从两个不同的减肥手术后病人与更好的葡萄糖耐量独立于小鼠的脂肪量的变化。我们发现肠道微生物群在人类包含限制性和malabsorptive手术后微生物(或微生物因素),能降低血糖。然而,我们发现的微生物群要么减肥手术后并没有改变胰岛素分泌、胰岛素间隙或胰岛素抵抗。我们发现,降低血糖的机制造成的微生物群减肥手术后较低的远端小肠肠道葡萄糖吸收。这很重要,因为病态肥胖患者增加了肠道葡萄糖吸收。32人们已经知道,减肥手术,如BPD-DS,促进葡萄糖排泄到肠内腔28并增加肠上皮细胞增生肥大和糖酵解,使肠道血糖的主要网站处理。25日- 27日33然而,尽管这些适应性变化的典型malabsorptive汉莎天厨患者,手术中没有降低肠道葡萄糖吸收后还见过严格的程序。26日27日在这里,我们表明,细菌在减肥手术是一个独立的因素,可以降低主机的肠吸收表面,并降低餐后葡萄糖在肠道吸收。有先例的肠道微生物和饮食调节肠道形态。益生菌可以修改肠道形态学的鱼,34和高fat-fed小鼠肠道吸收表面较低。35是诱人的推测,某些肠道微生物在人类减肥手术后,可能施加反调节压力来弥补malabsorptive手术后肠上皮细胞增生、肥大,25根据我们的研究,这可能与Wnt /β-catenin通道继电器信号到主机上肠。

减肥手术后微生物群组成快速变化。6我们最初提出,改变微生物将参与减肥手术后早期血糖降低,比如前几天前重要的减肥。然而,我们的数据让人不得不怀疑微生物的功能可以提高长期的血糖控制,而不是减肥手术的立竿见影的效果。在我们的研究中,我们使用无菌鼠殖民至少7周以来充分曝光时间(即> 45天)和多个灌注物填喂法所需微生物影响血糖的女朋友老鼠。36 37适度提高葡萄糖稳态从老鼠粪便微生物移植到老鼠后接受RYGB已报告后很短的时间。14虽然这可以部分解释为人类的差异BPD-DS与鼠RYGB相比,8曝光时间主机特定的微生物改变血糖似乎是一个关键因素。

在我们的手中,通过口服填喂法殖民的SPF小鼠肠道微生物群之前和之后的减肥手术未能传输更好的葡萄糖耐量。然而,我们发现,长期(3次/周4周)直接管腔内的微生物移植到远端小肠的SPF老鼠可以绕过这个限制,传输降低血糖在减肥手术后使用粪便细菌。这些发现创造条件提高微生物移植协议可以改变宿主的代谢。总的来说,我们的工作职位microbiota-induced肠道形态学变化和葡萄糖吸收的因素,可能导致持久降低血糖和长期T2D缓解。

Amplicon-based方法,比如使用,不允许深入升值殖民效率,也不是strain-level决议微生物群的定位。局限性,殖民统治我们的模型估计的效率在7%和20%之间变化,低于此前报道。12 37我们承认,只有一小部分预计捐赠微生物群生存样本集合,准备/存储(例如,freeze-and-thaw周期,暴露于氧气)和交付在我们殖民模型。但最重要的是,我们发现一个相对较小的子集的细菌来自两种不同类型的减肥手术后肠道微生物群足以降低不同的啮齿动物模型的血糖。是很重要的考虑,人类接种物(i)手术前后都来自同一个病人,同样处理,(2)microbiota-transmissible改善葡萄糖耐量被认为在多个群GF在SPF小鼠和大鼠和(iii)老鼠和老鼠研究由不同运营商不同动物设施。虽然我们可以利用这个相对较小的殖民效率来缩小细菌可能与降低血液中葡萄糖主机,重要的是要承认我们的捐赠者群体是不够大,允许更精确的识别受体小鼠细菌性签名。每个鼠标殖民排泄物从一个捐赠,因此接收者老鼠群反映了高个人间变化通常出现在人类个体的微生物群。重要的是,我们表明,改善葡萄糖耐量的传播通过微生物群转移不是供体特异性,表明不同的微生物群落,可以发生在人类的减肥手术后不同类型包含功能冗余,可以降低肠道葡萄糖吸收,血糖在宿主体内。

更高的Parabacteroides和更低的Blautia是传播的关键分类特征共享限制和malabsorptive程序后,恰逢更好的血糖控制在受体小鼠。我们强调这些类群,因为他们在前20位最丰富的在受体小鼠的粪便中,因为先前的发现增加有关Parabacteroidesspp在肥胖与代谢功能改善。38我们的结果同意Ridaura,微生物在精益/ normoglycaemic人类可以覆盖一个肥胖表现型GF老鼠殖民与粪便物质从双胞胎不和谐的肥胖。特别是,拟杆菌spp和Parabacteroidesspp lean-associated微生物群可以移植小鼠窝藏与肥胖相关的微生物群。12使用双胞胎的另一种方法是使用within-patient比较之前和之后的减肥手术,因为我们所做的,在一个健壮的减少体重和血糖是观察(表1)。我们的结果扩大这一概念,表明微生物群传播改变宿主代谢有关Parabacteroidesspp没有降低体重可以降低血糖。值得注意的是Parabacteroidesspp和属密切相关拟杆菌展览underacylated脂多糖(LPS),可以抵销toll样受体439-41和多糖与耐受性的潜力,39 41 42这可能有助于改善葡萄糖耐量接受者老鼠参与。我们的数据还指出Blautia作为一种常见的微生物群属改善血糖控制postbariatric手术。的确,Blautia被发现在糖尿病患者的粪便43 44减肥手术后和较低。6 29总体而言,我们的研究结果强调小组与传输相关的细菌都改善的两种类型的减肥手术后血液葡萄糖耐量。因为postbiotics可以改善葡萄糖在宿主体内平衡,45-48我们相信我们的工作提供基础研究证据支持postbiotics能降低肠道葡萄糖吸收和血糖。作为视角,探索之间的联系是诱人的粘膜的5 -羟色胺和microbiota-related降糖减肥手术在后续研究的影响。Gut-derived 5 -羟色胺分泌microbiota-influenced特质49已被证明会影响血糖调节50和肠道形态。51此外,我们表明,人类微生物群从女性可以传输雌性小鼠的血糖的变化,任何男性sex-dependent效果还不知道。

减肥手术后我们得出这样的结论:在人类粪便中微生物是一个独立的因素,降低Sglt1-mediated肠道葡萄糖的吸收,从而改善血糖控制转移到啮齿动物。这种microbiota-driven效应与结构变化的绒毛远端小肠。我们提出一个模型,其中的微生物群的变化导致长期降糖减肥手术的影响,独立于microbiota-related肥胖和胰岛素抵抗的变化。微生物和/或他们的组件,可以降低葡萄糖的吸收应该开采因素导致持久降低血糖的限制葡萄糖进入主机。

数据可用性声明

合理的请求数据。

伦理语句

病人同意出版

伦理批准

本研究通过魁北克心肺研究所研究伦理委员会(协议n 2015 - 2466°、21160年和21181年,mp - 10 - 2015 - 2489)。所有动物程序批准的麦克马斯特大学动物伦理审查委员会(AREB,裁判# 200103)和机构动物保健和使用委员会大学健康网络(UHN,裁判# 5884.16)按照加拿大动物保护协会的指导方针。参与者给知情同意参与这项研究之前的部分。

确认

我们感谢梅丽莎Pelletier和梅勒妮Nadeau技术援助与人类的数据和样本,并与质谱技术援助Nicola第24位。

引用

补充材料

  • 补充数据

    仅这个web文件已经由英国医学杂志出版集团从一个电子文件提供的作者(年代)和没有对内容进行编辑。

脚注

  • 推特@fernando_anhe、@BeatriceSY_Choi @TKTLam @SchertzerLab

  • 贡献者FFA、JS, TKTL派生假设和研究数据。FFA进行实验,分析数据,并写了手稿。深圳和S-YZ进行实验和分析数据。BS-YC和NGB进行实验。本体和KPF帮助实验。磅进行手术。JS是TKTL编辑稿件。所有作者的贡献与数据的讨论和批准之前提交的手稿。JS是担保人。

  • 资金这项研究是由一个团队由加拿大卫生研究院的研究(CIHR)减肥保健(tb2 - 138776),一个研究者发起的研究拨款强生医疗公司(格兰特eth - 14 - 610)和加拿大CIHR微生物项目2 (CMI2)团队格兰特(捷运- 168045)。

  • 免责声明资金来源的审判没有参与设计、行为或管理的研究中,在数据收集、分析和解释数据,或在准备出版的手稿和决策。

  • 相互竞争的利益FFA和S-YZ加拿大卫生研究院的研究(CIHR)博士后奖学金。在科研资助和磅接受者强生医疗公司的支持,Bodynov减肥手术,美敦力公司研究和研究椅子在肥胖和代谢手术IUCPQ和拉瓦尔大学。TKTL持有加拿大研究主席在糖尿病和肥胖和JK。McIvor赋予椅子在糖尿病研究。JS持有加拿大研究主席代谢炎症。我被CIHR /支持辉瑞研究椅子在胰岛素抵抗的发病机制和心血管疾病。JS是担保人的研究,因此,假定充满责任感的工作,开展研究。

  • 病人和公众参与病人和/或公众参与设计,或行为,或报告,或传播本研究计划。请参考“方法”部分进一步的细节。

  • 出处和同行评议不是委托;外部同行评议。

  • 补充材料此内容已由作者(年代)。尚未审查由BMJ出版集团有限公司(BMJ)和可能没有被同行评议。任何意见或建议讨论仅代表作者(年代)和不了BMJ的支持。和责任起源于BMJ概不负责任何依赖的内容。内容包括任何翻译材料,BMJ并不保证翻译的准确性和可靠性(包括但不限于当地法规、临床指南,术语,药物名称和药物剂量),和不负责任何错误或遗漏引起的翻译和改编或否则。