腸道菌決定運動防治糖尿病成效

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運動一直是預防糖尿病的不二法門,但有些人成效明顯,有些人卻成效不彰,甚至令身體的代謝機能變得更差,香港大學一項研究顯示,腸道菌的組成及其功能與肥胖的關係更加密切。

港大學醫學院領導的研究團隊(包括港大醫學院內科學系、港大運動中心、德國漢斯諾爾研究所以及中國廣東藥科大學)透過對本地糖尿病前期病人所作的運動治療進行研究,發現腸道菌群及其代謝產物是決定運動對於改善人體代謝健康的重要因素。透過分析不同人士於運動前的腸道菌群特徵,可預測在從事高強度運動治療中所獲得的成效,並評估是否需要通過調節腸道菌群,提升運動介入治療對糖代謝功能的改善效果。研究結果或有助建立個人化糖尿病早期防治措施。相關研究結果已於國際醫學期刊《細胞代謝》發表。

腸道菌群與糖尿病

腸道菌群是寄居在人體腸道內微生物群落的總稱。腸道菌群與人體健康息息相關,在維持腸黏膜屏障、參與免疫調節、合成重要維生素、利用未消化的碳水化合物發酵以產生短鏈脂肪酸等多方面,均有重要作用。腸道菌群的組成及其功能失調,與肥胖及糖尿病等代謝性疾病的發病關係密切。

過去數十年間,二型糖尿病的患病率在全球顯著上升,已成為危害人類健康的主要疾病之一。糖尿病不僅是引發心腦血管疾病主要危險因素,亦與多種惡性腫瘤的發病有密切關係,為患者家庭和社會造成沉重的醫療及經濟負擔。透過健康膳食、增加運動量及定期進行篩查,可避免或延緩糖尿病及其併發症的出現。

一直以來,運動治療是成本效益最高的糖尿病早期防治方法。對於糖代謝異常的病人而言,運動的益處主要體現於體重減輕,以及改善糖脂代謝的情況。然而,臨床研究發現,運動對於改善代謝情況的效果在個別患者中具有巨大的差異性,單純運動並不能顯著改善部分人的身體代謝機能,甚至有少部分人的情況會因運動而變得更差。這現象通稱為「運動抵抗」,病理機制至今尚未明確,極大地限制了運動療法的推廣和應用。

研究方法及結果

研究團隊從本地社區中招募了771名志願者,經過篩選後,對其中39名超重且糖耐量受損(Impaired Glucose Metabolism,IGM)的糖尿病前期(Prediabetes)患者展開了為期12周一對一的高強度運動介入治療。經過為期12周的運動治療後,在沒有任何藥物和膳食調節的前提下,雖然所有參與者的體重和體脂肪比例均有大致相同程度的下降,然而,糖代謝指標的改善程度卻有巨大差異。當中70%參與者血糖水平顯著下降(「運動有效者」),其餘30%參與者血糖水平則幾乎沒有變化(「運動無效者」)。透過綜合分析,研究團隊發現,「運動有效者」和「運動無效者」的腸道菌群變化存在顯著差異。經過高強度運動治療後,「運動有效者」的腸道菌群在合成短鏈脂肪酸(Short-chain Fatty Acids)及分解支鏈氨基酸等功能上均有顯著增強;而「運動無效者」的腸道菌群則會合成大量不利於糖代謝的產物。

研究團隊將「運動有效者」的腸道菌群移植到肥胖的小鼠中進行測試,小鼠的胰島素敏感性顯著提升;將「運動無效者」的腸道菌群移植至小鼠身上,卻無法改善小鼠的血糖水平。有趣的是,如果向移植了「運動無效者」菌群的小鼠提供額外的短鏈脂肪酸,小鼠糖代謝紊亂的狀態卻可得到有效的逆轉。

研究團隊亦發現,於運動治療前透過對不同參與者的腸道菌群特徵進行評測,可準確預測運動治療對糖尿病前期病人的成效。針對另一批30名糖尿病前期的病人,研究人員透過人工智能技術,利用腸道菌群及其代謝產物構建預測模型,可準確預測運動對患者的糖代謝改善效果。腸道菌群及其代謝產物可望成為評估和預測運動干預療效的生物標誌物。

調節腸道菌群幫助糖尿病

研究發現腸道菌群及其代謝產物對於運動治療在改善代謝情況的成效有重大影響,並揭示了部分糖尿病前期病人在接受運動治療後,其改善代謝情況成效不佳的原因是由於腸道菌群適應不良所致。這項針對運動治療,結合隨機對照的人體實驗以及小鼠模型的研究,首次為腸道菌群對於運動治療在改善身體代謝機能的情況,提供了直接的因果證據。

目前運動介入治療已被廣泛應用於預防多種疾病上,腸道菌群及其代謝物或可成為運動介入治療成效的監測指標。通過監測腸道菌群的變化,臨床醫生和運動專家將能更有效地評估個別人士在運動治療中獲益的程度,並可通過調節腸道菌群來幫助運動治療效果不佳的患者。3

 

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