湖南农业大学园艺学院刘东波教授（通讯作者）在国际期刊《Food Research International》（JCR一区，IF=6.475）上发表题为“A Chinese medical nutrition therapy diet accompanied by intermittent energy restriction alleviates type 2 diabetes by enhancing pancreatic islet function and regulating gut microbiota composition”的高水平研究论文。Wu Luo为第一作者。
研究背景
2型糖尿病（T2D）因高患病率、发病率和死亡率而成为一项日益严重的公共卫生问题；据估计，到2045年，T2D患病率将从2021年的5.366亿人增加到7.832亿人。T2D的主要特征是胰岛β细胞分泌胰岛素不足，导致慢性高血糖症。同时，肠道微生物群在功能上与饮食和宿主生理学和病理学直接相关；肠道微生物的改变已被确定为T2D的一个促成因素。因此，增强β细胞功能和恢复正常肠道菌群对于逆转T2D至关重要。随着营养干预在T2D中的作用越来越被接受，可以作为营养保健品、食品补充剂和功能性食品原材料的药食同源（MFH）植物和全谷物，因其具有一定的抗糖尿病作用和极小的副作用，而备受关注。MFH植物如罗汉果、山药、桑叶和枸杞富含多糖、类黄酮和生物碱等生物活性营养素，具有修复受损胰腺、促进胰岛素的分泌和调节T2D肠道菌群的作用。
此外，大量摄入小麦、大麦、大米、黑麦和燕麦等全谷物与T2D发病风险反相关。然而，由于它们的降血糖作用不如临床药物出色和迅速，目前大多数研究仅将MFH植物和全谷物作为营养支持，而不是专门针对T2D的诱导疗法，如何合理使用MFH植物和全谷物作为T2D营养疗法，这仍是一个挑战。此外，除了饮食成分外，禁食、热量限制（CR）、间歇性禁食（IF）和间歇性能量限制（IER）等营养限制方案也具有缓解T2D的巨大潜力。虽然不同研究之间的营养限制方案差异很大，但最显著的共同特征是激素、代谢物和生长因子例如胰岛素、葡萄糖和IGF-1的系统性变化。与禁食和CR相比，IER是短期严重的能量限制，然后是更长时间的习惯性进食，减轻了能量限制的负担。因此，受试者接受度高、长期依从好和风险低。因此，刘东波教授团队开发了一种中医营养治疗（CMNT）方案，其中，提供以MFH植物和全谷物为主的特定代餐食品（被设计成一种低热量密度的药膳）并与IER结合使用。研究人员探究了CMNT的降血糖作用和从糖尿病小鼠的胰岛功能和肠道微生物方面试着揭示这些有益作用背后的相关机制。另外，研究人员也评估了CMNT对T2D患者血糖控制和肠道菌群组成改变的影响。
结论与展望
10周大糖尿病db/db小鼠随机分为CMNT组（每个循环中前1-4天饲喂低热量CMNT饮食，后面7天普通饲料）和对照组（饲喂普通饲料）。CMNT可降低db/db小鼠空腹血糖，改善糖耐量，增加胰岛素分泌，减弱巨噬细胞浸润，促进胰岛β细胞增殖，并增加可改善糖尿病的微生物群(Bacteroides, Rikenellaceae_RC9_gut_group and Coprococcus_1)。同时在39名没有肥胖症的T2D患者中进行了为期90天的评估CMNT的试点研究；T2D患者随机分为两组：CMNT组(每个循环中前5天连续低热量CMNT饮食，后10天习惯性普通饮食，试验进行90天)和对照组(连续普通饮食)。研究人员观察到CMNT组的血糖控制得到改善，糖化血红蛋白(HbA1c)、空腹血糖、餐后2小时血糖显著降低，但对照组不受影响。此外，CMNT干预后，拟杆菌门、拟杆菌属、副拟杆菌属和罗斯氏菌属的丰度相比T2D患者基线显著增加，这与血糖控制密切相关。因此，CMNT是糖尿病管理中一种很有前景的营养干预方法。
缩写：T2D，2型糖尿病；MFH，药食同源；CMNT，中医营养疗法；BMI，身体质量指数；FBG，空腹血糖；PBG，餐后血糖；WT，野生型；HOMA，稳态模型；MNT，医学营养治疗；CR，热量限制；IER，间歇性能量限制；IF，间歇性禁食；OGTT，口服葡萄糖耐量试验；H&E，染色试剂盒；BSA，牛血清白蛋白；GLP-1，胰高血糖素样肽；SCFAs，短链脂肪酸；T1D，1型糖尿病；CER，持续能量限制。
摘要图
文中图表
表1.患者的基线特征
图1. CMNT通过增强db/db小鼠的β细胞功能来改善葡萄糖稳态。（A）研究设计-实验方案概述以确定CMNT在db/db小鼠中的作用。十周大的雄性db/db小鼠被分配到两组：db/db_Control组（n=10）和db/db_CMNT组（n=10）。年龄匹配的宽型雄性小鼠（n=10）用作正常对照组。每个CMNT周期需要4天的低热量饮食和7天的自由采食。在再喂养期间，小鼠可以自由进食与对照组相同的常规食物。（B）食物摄入量。（C）体重。（D）空腹血糖水平。（E）7个周期的平均空腹血糖水平。（F）空腹胰岛素水平。（G）稳态β细胞功能（%B）的稳态模型评估（HOMA）。（H）曲线下面积的葡萄糖耐量试验（第73天）。数据表示为平均值±SEM。（BG）db/db_Control组，n=8-10只小鼠；db/db_CMNT组，n=8-10只小鼠；WT_对照组，n=7-10只小鼠。（H）n=7/组。使用用于多组比较（A-F）的Tukey检验的双向ANOVA或Tukey多重比较检验（G）的单向ANOVA进行统计分析。与db/db_Control组相比，*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。
图2. CMNT通过促进db/db小鼠胰岛的β细胞增殖来逆转β细胞衰竭。（A）有或没有CMNT干预的db/db小鼠和年龄匹配的正常野生型小鼠胰腺切片的代表性免疫染色。胰腺切片对胰岛素和胰高血糖素进行联合免疫染色。细胞核用DAPI标记。比例尺：50 μm。（B）基于免疫荧光染色量化每个胰岛的β细胞（胰岛素+）和α细胞（胰高血糖素+）的百分比。（C）有或没有CMNT干预的db/db小鼠和年龄匹配的正常野生型小鼠胰腺切片的代表性免疫染色。胰腺切片对胰岛素和PCNA进行联合免疫染色。细胞核用DAPI标记。比例尺：50 μm。（D）β细胞（胰岛素+）、增殖细胞（PCNA+）的百分比和β细胞（胰岛素+，基于免疫荧光染色的每个胰岛的PCNA+）。数据表示为平均值±SEM，每组n=4只小鼠。使用带有Tukey多重比较检验的单向ANOVA进行统计分析。与db/db_Control组相比，*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。
图3. 响应CMNT干预的肠道微生物组组成的改变。（A）alpha多样性的变化由香农指数评估。（B）基于欧几里得指标的PCoA得分图。（C）基于Jackknifed-Euclidean度量的小鼠肠道微生物群样本树。（D）肠道细菌门水平的细菌分类学分析。（E）厚壁菌门与拟杆菌门的比例。（F）厚壁菌门与拟杆菌门的比例与体重之间的斯皮尔曼相关性。（G）肠道细菌属水平的细菌分类学分析。（G）Rikenellaceae_RC9_gut_group、Bacteroides和Coprococcus_1的相对丰度。（H）Rikenellaceae_RC9_gut_group、Bacteroides和Coprococcus_1之间的Spearman相关性，以及两组的空腹血糖或HOMA-B指数。蓝点表示带有db/db_Control组的样本，红点表示带有db/db_CMNT组的样本。数据显示为平均值±SEM（n=5）。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，与db/db_Control组相比。（E,G）平均值之间的显著差异由双尾学生t检验确定。（I）使用R软件（版本3.6.3）进行分析。
图4. CMNT在临床试验试验中对T2D患者的影响。（A）研究设计。参与者被随机分配到CMNT组或对照组。CMNT组的参与者每15天连续5天食用低热量CMNT饮食，共90天（6个周期），并在CMNT饮食之间恢复正常饮食。在CMNT饮食（基线）之前和第六个周期（结束）之后的干预结束之前进行测量。对照组的参与者继续他们的常规饮食并在同一时间范围内进行评估。蓝色表示磨合期；绿色表示CMNT饮食；红色表示正常饮食。（B-E）每位T2D患者在对照组和CMNT组前后HbA1c（%）、BMI、空腹血糖（mmol/l）、餐后血糖（mmol/l）的个体变化。（F-H）HbA1c（%）、BMI、空腹血糖（mmol/l）的90天变化，对照组与CMNT组餐后血糖（mmol/l）。（I）BMI变化与HbA1c之间的相关性。使用Spearman相关系数（r）评估相关性。（J）CMNT组和对照组之间降糖药物使用的变化。双边χ2检验，p=0.028。对照组：n=17，CMNT组：n=16。使用R软件（版本3.6.3）进行分析。
图5. 2型糖尿病患者CMNT干预前后肠道微生物组成比较。（A）alpha多样性的变化由香农指数评估。（B）基于加权UniFrac指标的PCoA得分图。（C）T2D患者肠道细菌门水平的细菌分类学分析。（D）CMNT干预基线和结束时拟杆菌门的相对丰度。（E）T2D患者肠道细菌属水平的细菌分类学分析。（F）CMNT干预基线和结束时拟杆菌属、副拟杆菌属和罗氏菌属的相对丰度。（G）拟杆菌门与空腹血糖或HbA1c之间的Spearman相关性；拟杆菌属和空腹血糖或HbA1c；副杆菌属和空腹血糖；罗氏菌属和餐后血糖。蓝点表示具有基线的样本，红点表示干预结束的样本。数据显示为平均值±SEM（n=5）。*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，与db/db_Control组相比。（D,F）平均值之间的显著差异由双尾学生t检验确定。（G）使用R软件（3.6.3版）进行分析。
参考文献
Wu Luo, Jiali Zhou, Dongbo Liu*, etal.A Chinese medical nutrition therapy diet accompanied by intermittent energy restriction alleviates type 2 diabetes by enhancing pancreatic islet function and regulating gut microbiota composition. Food Research International, 161,（2022）, 111744.
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111744
作者简介
刘东波(通讯作者)，教授，博导，比利时布鲁塞尔自由大学生物医药博士，国家中医药管理局亚健康干预技术实验室主任、联合国亚太亚健康干预技术联盟主席、湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室常务副主任，湖南欧美同学会?湖南留学人员联合会副会长，长沙海外高层次人才联谊会会长。先后入选教育部新世纪优秀人才、湖南省海外高端人才引进百人计划和长沙市高端人才“313”计划、长沙市科技创新创业领军人才、湖南“十大同心人物”、长沙人才新政代言人。1991年毕业于武汉大学生物系并进入湖南省药品检验所从事药物质量控制与新药研发工作。1998年获得欧盟ABOS奖学金至比利时布鲁塞尔自由大学留学，先后取得医药学硕士学位和生物医药博士学位。创建了病毒模拟物双链RNA（dsRNA）诱导I型糖尿病细胞模型，应用基因芯片等系统生物学方法，率先提出了病毒诱导型I型糖尿病发病机理模型，以主要研究者身份参与了多项国际项目，包括“the Juvenile Diabetes Research Foundation Center for Prevention of β- cell Destruction in Europe”、“a European Foundation for the Study of Diabetes”、“Actions de Recherche Concertees of Belgium French Community”、“Lilly European Diabetes Research Program”“the Deutsche Forschungsgemeinschaft Grant”及“National Institutes of Health Grant”等。回国后致力于系统生物学在大健康领域的研究，建立了基因组学和代谢组学研究平台。主持了灵芝基因组测序工作，发布了全球首个灵芝全基因组精细图，是第一个由中国人独立完成的中药全基因组；发布了野生冬虫夏草虫体与子座的线粒体基因组，首次绘制了真菌线粒体基因组的DNA修饰图谱；首次以代谢组学为技术手段揭示了亚健康的物质组基础。先后以首席科学家身份主持国家973计划项目“生物种质创新与遗传改良的基础理论研究”，主持了国家“十二五”科技支撑计划课题“调节脂代谢功能食品及功能性油脂开发关键技术研究与示范”，国家自然科学基金面上项目“基于比较基因组学的蛇足石杉内生真菌合成石杉碱甲机制研究”，农业科技成果转化资金项目“珍稀药用菌深加工及高效综合利用集成与示范”，科技部国际合作项目“亚健康干预产品功能因子开发关键技术合作研究”、“博落回总生物碱中抗肝纤维化成分研究”，教育部新世纪人才支持计划项目“人参皂甙对胰岛β细胞凋亡基因表达谱的影响”以及人事部留学生重点资助项目“人源化单克隆抗体治疗和预防糖尿病”，参加了湖南省科技重大专项“糖尿病全病程防治协同创新工程及成果转化”，国家科技支撑计划“中药产业区域发展及特色产品研究开发”等项目的研究。通过省级鉴定的研究成果2项，作为第一完成人选育通过省级审定的新品种2个，作为第一完成人获湖南省科技进步奖1项，湖南省技术发明奖1项，长沙科技进步奖1项，获得国家发明专利授权12项（申请国家发明专利17项），以第一作者（含通讯作者）在《Diabetologia》、《Endocrinology》、《Diabetes》《PLoS ONE》、《Analytical and Bioanalytical Chemistry》、《Biological and Pharmaceutical Bulletin》等杂志发表论文50余篇，累计影响因子70，SCI总他引用次数325次，单篇最大他引次数147次。
来源 / 食品放大镜