肠道菌决定运动防治糖尿病成效

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运动一直是预防糖尿病的不二法门,但有些人成效明显,有些人却成效不彰,甚至令身体的代谢机能变得更差,香港大学一项研究显示,肠道菌的组成及其功能与肥胖的关系更加密切。

港大学医学院领导的研究团队(包括港大医学院内科学系、港大运动中心、德国汉斯诺尔研究所以及中国广东药科大学)透过对本地糖尿病前期病人所作的运动治疗进行研究,发现肠道菌群及其代谢产物是决定运动对于改善人体代谢健康的重要因素。透过分析不同人士于运动前的肠道菌群特征,可预测在从事高强度运动治疗中所获得的成效,并评估是否需要通过调节肠道菌群,提升运动介入治疗对糖代谢功能的改善效果。研究结果或有助建立个人化糖尿病早期防治措施。相关研究结果已于国际医学期刊《细胞代谢》发表。

肠道菌群与糖尿病

肠道菌群是寄居在人体肠道内微生物群落的总称。肠道菌群与人体健康息息相关,在维持肠黏膜屏障、参与免疫调节、合成重要维生素、利用未消化的碳水化合物发酵以产生短链脂肪酸等多方面,均有重要作用。肠道菌群的组成及其功能失调,与肥胖及糖尿病等代谢性疾病的发病关系密切。

过去数十年间,二型糖尿病的患病率在全球显著上升,已成为危害人类健康的主要疾病之一。糖尿病不仅是引发心脑血管疾病主要危险因素,亦与多种恶性肿瘤的发病有密切关系,为患者家庭和社会造成沉重的医疗及经济负担。透过健康膳食、增加运动量及定期进行筛查,可避免或延缓糖尿病及其并发症的出现。

一直以来,运动治疗是成本效益最高的糖尿病早期防治方法。对于糖代谢异常的病人而言,运动的益处主要体现于体重减轻,以及改善糖脂代谢的情况。然而,临床研究发现,运动对于改善代谢情况的效果在个别患者中具有巨大的差异性,单纯运动并不能显著改善部分人的身体代谢机能,甚至有少部分人的情况会因运动而变得更差。这现象通称为「运动抵抗」,病理机制至今尚未明确,极大地限制了运动疗法的推广和应用。

研究方法及结果

研究团队从本地社区中招募了771名志愿者,经过筛选后,对其中39名超重且糖耐量受损(Impaired Glucose Metabolism,IGM)的糖尿病前期(Prediabetes)患者展开了为期12周一对一的高强度运动介入治疗。经过为期12周的运动治疗后,在没有任何药物和膳食调节的前提下,虽然所有参与者的体重和体脂肪比例均有大致相同程度的下降,然而,糖代谢指标的改善程度却有巨大差异。当中70%参与者血糖水平显著下降(「运动有效者」),其余30%参与者血糖水平则几乎没有变化(「运动无效者」)。透过综合分析,研究团队发现,「运动有效者」和「运动无效者」的肠道菌群变化存在显著差异。经过高强度运动治疗后,「运动有效者」的肠道菌群在合成短链脂肪酸(Short-chain Fatty Acids)及分解支链氨基酸等功能上均有显著增强;而「运动无效者」的肠道菌群则会合成大量不利于糖代谢的产物。

研究团队将「运动有效者」的肠道菌群移植到肥胖的小鼠中进行测试,小鼠的胰岛素敏感性显著提升;将「运动无效者」的肠道菌群移植至小鼠身上,却无法改善小鼠的血糖水平。有趣的是,如果向移植了「运动无效者」菌群的小鼠提供额外的短链脂肪酸,小鼠糖代谢紊乱的状态却可得到有效的逆转。

研究团队亦发现,于运动治疗前透过对不同参与者的肠道菌群特征进行评测,可准确预测运动治疗对糖尿病前期病人的成效。针对另一批30名糖尿病前期的病人,研究人员透过人工智能技术,利用肠道菌群及其代谢产物构建预测模型,可准确预测运动对患者的糖代谢改善效果。肠道菌群及其代谢产物可望成为评估和预测运动干预疗效的生物标志物。

调节肠道菌群帮助糖尿病

研究发现肠道菌群及其代谢产物对于运动治疗在改善代谢情况的成效有重大影响,并揭示了部分糖尿病前期病人在接受运动治疗后,其改善代谢情况成效不佳的原因是由于肠道菌群适应不良所致。这项针对运动治疗,结合随机对照的人体实验以及小鼠模型的研究,首次为肠道菌群对于运动治疗在改善身体代谢机能的情况,提供了直接的因果证据。

目前运动介入治疗已被广泛应用于预防多种疾病上,肠道菌群及其代谢物或可成为运动介入治疗成效的监测指标。通过监测肠道菌群的变化,临床医生和运动专家将能更有效地评估个别人士在运动治疗中获益的程度,并可通过调节肠道菌群来帮助运动治疗效果不佳的患者。3

 

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