解放軍306醫(yī)院4月13日組織了多學科、多中心高端研討會，共同探討研究腸道菌群和肝臟的代謝(互相)作用以及在肥胖、糖尿病、以及消化道腫瘤發(fā)病機制中的影響。美國夏威夷大學終身教授、夏威夷大學癌癥研究中心賈偉教授做了專題演講。中國科學學院生物物理研究所、解放軍306醫(yī)院及空軍總醫(yī)院等多單位的設計消化、代謝、心腦血管、急救、皮膚等專業(yè)的基礎及臨床的學科帶頭人共同參加，進行了深入探討。并將進一步加強代謝疾病的研究工作。顧建文院長、崔彥副院長、王守力主任參加了研討會。

?　　會上賈偉教授作了專題發(fā)言，他從系統(tǒng)生物學的角度闡釋了腸道微生態(tài)系統(tǒng)作為潛在的藥物治療靶點的可能性，并重點提出了基于腸道菌群的藥物治療策略和可能的干預模式。生活在人體腸道內數(shù)以萬億的細菌被統(tǒng)稱為腸道菌群，它們和人體有著密不可分的互利互生關系。腸道菌群的組成影響著每個人的健康，研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群結構紊亂與許多疾病如糖尿病、肥胖癥等有關。盡管腸道菌群能夠參與機體內很多代謝過程已廣為人知，但在數(shù)以萬計的細菌中，究竟哪一些在發(fā)揮重要作用，具體影響哪些代謝通路，人們了解得還很粗略。而以往的研究結果多集中在菌群對脂肪的代謝上。之所以有這樣的認識局限，因為在一個活的人體內觀察人體與菌群之間細微的相互作用十分困難的。一方面，腸道菌群不僅數(shù)量巨大、種類繁多，而且其中絕大部分尚未被人類培養(yǎng);另一方面，對于反映人體代謝變化的尿液中大量代謝物的定量檢測也是一個技術難題。新型研究利用細菌DNA指紋圖譜和基因組標記測序等基因組技術全面深入地刻畫腸道菌群的組成結構。

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　　利用基于核磁共振的代謝組技術分析志愿者尿液中代謝物的組成，可以反映人體的整體代謝狀況。通過比較人們腸道菌群組成變化與他們代謝特征變化的關系，可以發(fā)現(xiàn)了腸道內某些特定細菌與人體尿液中的某些代謝物呈顯著相關關系，這也提示這些腸道細菌對人體健康特別重要。細菌在參與宿主多種代謝過程中有著重要作用。

　　其次賈偉教授針對中藥研究的瓶頸問題——復雜成分中藥的藥代動力學，提出采用代謝組學與生物學分析技術相結合的手段進行多組分中藥藥物代謝動力學研究的新策略，并提出了Poly-PK(polypharmacokinetics)的新概念，文章以普洱茶中多組分的藥代動力學為例子展示和總結了Poly-PK的研究思路和方法。該研究在美國《科學》雜志為中藥研究增設的副刊Science,The Art and Science of Traditional Medicine上發(fā)表綜述文章。

　　普洱茶根據(jù)發(fā)酵工藝不同分為生茶和熟茶兩種，生茶由曬青茶精制而成，熟茶則需經(jīng)過渥堆、發(fā)酵的過程，并且一般認為普洱茶存放時間越長，茶的色澤味越好，生物活性作用也越強。前期的實驗中，研究小組通過對存放1~10年的普洱熟茶成分譜的分析發(fā)現(xiàn)，隨時間的增加，普洱茶的化學成分譜隨之發(fā)生明顯變化。與1年的普洱茶相比，10年的茶中的生物活性成分，如表兒茶素、葡萄糖含量增加，而茶中具有神經(jīng)興奮作用的咖啡因含量則相對減少。對不同工藝制備的茶進行比較后發(fā)現(xiàn)，茶葉中的色素，茶褐素(theabrownin,TB)在普洱茶中含量較高，而立頓紅茶和龍井綠茶則以茶紅素(thearubigin,TR)為主，這可能與普洱茶獨有的渥堆發(fā)酵工藝有關。

　　很多研究表明普洱茶具有降低血脂和血清總膽固醇水平的作用，但對普洱茶中究竟哪些是真正被機體吸收利用的活性成分并不十分清楚。賈偉教授利用代謝組學平臺采用Poly-PK的研究思路對普洱茶中的化學成分進行了藥代動力學研究?！　?p>?

　　對志愿者飲茶后0、1、3、6、9、12、24小時的尿液樣本分別進行收集，然后采用超高效液相色譜四級桿-飛行時間質譜儀和氣相色譜-飛行時間質譜儀對普洱茶提取液中所含化學成分以及人喝茶后尿液中的代謝成分的變化進行了研究。采用多元相似性分析方法，將喝茶后不同時間點的尿液與0點相比較，尋找到喝茶后引起改變的內源性物質118種。將喝茶后不同時間點的尿液與茶提取液相比較，得到尿液中有19種物質成分是從普洱茶中吸收的，還有26種物質成分是從普洱茶吸收并經(jīng)體內代謝產(chǎn)生的，接下來又通過相關性分析研究表明這幾組物質間存在正相關或負相關關系。如發(fā)現(xiàn)咖啡因與它的代謝產(chǎn)物次黃嘌呤、茶堿、馬尿酸、3-羥基苯乙酸呈明顯正相關。而次黃嘌呤與內源性小分子物質鳥氨酸、纈氨酸、酪氨酸等呈明顯正相關，茶堿與2-甲基鳥苷呈正相關而與尿素等呈負相關，升高的3-羥基苯乙酸導致氨基丙二酸二乙酯和2-氨基丁酸的升高。該研究結果闡明了喝茶后能被機體吸收的成分物質以及能產(chǎn)生生物活性作用的物質組成基礎，并以期刊封面論文發(fā)表在2012年的Journal of Proteome Research上。

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　　Poly-PK的研究思路可以針對中藥多組分的特點對復雜成分進入體內后的動態(tài)代謝過程，以及對機體內源性小分子代謝物的影響同時進行評價，闡明多組分藥物在體內的吸收、代謝，清晰的了解復雜成分中藥中哪些可能是具有生物活性的物質成分。

　　其次他談到在中國人群中證實支鏈氨基酸和芳香族氨基酸可預測糖尿病風險。近年來，幾項針對西方人群的研究發(fā)現(xiàn)支鏈氨基酸和一些芳香族氨基酸的血清水平與二型糖尿病患病風險密切相關。最近，賈偉教授開展的一項靶向性代謝組學研究證實這幾個氨基酸能夠預測糖尿病風險的研究結論在中國人群中也同樣成立。

　　這項針對中國人群的研究采用了一個具有十年隨訪信息的樣本集(依據(jù)合作單位上海市第六人民醫(yī)院的糖尿病研究隊列–Shanghai Diabetes Study)，在1250例具有隨訪信息的樣本中精選了213例樣本，其中十年后51例罹患糖尿病，162例仍然保持健康。研究還使用了另一個由5000多例參加者的上海市肥胖病研究隊列(Shanghai Obesity Study)，從中精選了共216例樣本，包括72例健康體瘦者，72例超重/肥胖者和72例糖尿病患者。六院轉化醫(yī)學中心研究人員采用超高效液相-三重串聯(lián)四級桿質譜儀檢測了血清樣本中的氨基酸水平，同時對相應的臨床指標進行了分析，重點探究了支鏈氨基酸、芳香族氨基酸與胰島素抵抗和罹患糖尿病風險的關系。

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　　在對具有十年隨訪信息的樣本集研究中發(fā)現(xiàn)，十年后患糖尿病的與仍然保持健康的相比，血清氨基酸水平在十年前就出現(xiàn)明顯不同，尤其是亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸3個支鏈氨基酸和苯丙氨酸、酪氨酸2個芳香族氨基酸均明顯升高，而兩組的各項常規(guī)臨床指標十年前均未顯示出明顯的異常。這一現(xiàn)象在對橫斷面研究的樣本集中再次被印證，超重/肥胖者和糖尿病患者血清中的5種氨基酸水平明顯高于健康體瘦者。進一步的相關性研究發(fā)現(xiàn)，由5種氨基酸組成的組合變量與血糖、血脂和胰島素抵抗指數(shù)等呈明顯正相關關系，同時組合變量在兩個樣本集的糖尿病和健康對照中均有顯著性差異。因此，該研究證實3個支鏈氨基酸和2個芳香族氨基酸是中國人群糖尿病發(fā)生的風險因素，是早期預測糖尿病發(fā)生的潛在生物標志物。

　　纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等與神經(jīng)遞質合成、蛋白降解和轉化、淋巴細胞生長增殖、糖原合成、能量代謝等密切相關。文獻報道這幾種氨基酸可以早期預測心血管疾病、腎臟疾病、胰腺癌、心源性腦卒中等。目前，對于支鏈氨基酸預測糖尿病發(fā)生的機制尚未完全清楚，但多數(shù)學者認為在高脂飲食或營養(yǎng)過剩的條件下，支鏈氨基酸在全身各組織中尤其是脂肪細胞中的分解代謝受到抑制，導致血液中濃度升高。包括支鏈氨基酸在內的多種氨基酸(尤其是亮氨酸)可以調節(jié)β細胞生長增殖和胰島素分泌;支鏈氨基酸可以促進肝臟、骨骼肌對葡萄糖的攝取及糖原合成等。此外，腸道菌參與支鏈氨基酸的合成和芳香族氨基酸的降解，因此，糖尿病患者血清氨基酸水平的大幅升高可能與腸道菌群的變化存在密切的關系。

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　　進一步研究提示游離脂肪酸可預測糖尿病風險，肥胖是2型糖尿病、心血管病等代謝性疾病的重要危險因素。但流行病學研究表明約25%~40%的肥胖者可以在相當一段時間內保持健康且不發(fā)生任何代謝性疾病，而一部分體重并未達到肥胖標準的人也有較高的代謝綜合征患病風險。目前國際上將良性肥胖人群稱為“代謝健康型肥胖”，而另一類稱為“代謝非健康型肥胖”。但是，如何鑒別肥胖者是“健康型”還是“非健康型”，醫(yī)學界并沒有普遍接受的標準。

　　對此，賈偉教授帶領上海市第六人民醫(yī)院轉化醫(yī)學中心研究人員開展了4項獨立研究，包括一個橫斷面對照(體重正常的健康者、健康肥胖者、肥胖伴糖尿病患者)樣本集、一個對健康肥胖者長達10年隨訪的樣本集、一個代謝手術后隨訪2年的樣本集、一個為期8周低熱量飲食干預的樣本集，共收集452份臨床血清樣本。利用代謝組學平臺，研究人員采用超高效液相飛行時間質譜儀檢測了血清樣本中的40余種游離脂肪酸，并全面分析了其與肥胖人群代謝狀態(tài)的關系。

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　　研究發(fā)現(xiàn)，體重正常的健康者與健康肥胖者血清游離脂肪酸普非常相似，但肥胖伴糖尿病患者血清游離脂肪酸明顯升高，尤其是一些不飽和脂肪酸，如DGLA(C20:3 n6)升高更為突出，并且與糖尿病的臨床指標明顯相關;對健康肥胖者的10年隨訪中發(fā)現(xiàn)，那些未來發(fā)生糖尿病的肥胖者，在基線時血清中的不飽和脂肪酸就出現(xiàn)了顯著變化，這些變化遠遠早于血糖、胰島素等臨床指標的變化;而接受代謝手術治療的患者，這些不飽和脂肪酸在術后明顯下降，且術前這些不飽和脂肪酸水平的高低可以預測術后2年內糖尿病的復發(fā)情況。

　　游離脂肪酸占血液中總脂肪酸的10%，由于含量較低且動態(tài)波動范圍較寬，我們面臨的一個技術難題就是一次性在血液中同時檢測和定量盡可能多的游離脂肪酸。賈教授認為研究發(fā)現(xiàn)的這幾個不飽和脂肪酸可以進一步開發(fā)成具有預測糖尿病風險及評價糖尿病治療效果的生物標志物，目前相關的開發(fā)和技術轉化工作已開始進行。

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　　賈教授還談到腸道菌群與我們的健康息息相關。2008年的三聚氰胺事件在科學上一直是個謎。而賈教授的一項研究成果，終于揭開事件謎底：這些都和人體腸道內一種菌群有關。這一研究成果被美國《科學》雜志評為“2013年世界十大科技突破”之一。

　　發(fā)生于2008年的該起奶制品污染事件，共導致逾五萬名嬰兒因患腎結石而就醫(yī)，其中部分人出現(xiàn)腎衰，有4人死亡。一種用于制造塑料、涂料、化肥等化工產(chǎn)品的工業(yè)原料，本來是不會被人體吸收的，為什么會形成結石并致腎功能衰竭?研究發(fā)現(xiàn)，某些腸道細菌，尤其是克雷伯氏菌，具有代謝含氮化合物(也稱為固氮)的能力，能夠在腸道中代謝三聚氰胺，轉化為三聚氰酸并逐步將其降解。三聚氰胺和三聚氰酸本身毒性極低，但極易互相結合形成晶體，這兩類物質進入血液循環(huán)后，在腎小管中與尿酸結合形成大分子復合物類的結石，堵塞腎小管，導致腎毒性。

　　研究先在大鼠模型上得到了證實，隨后經(jīng)過進一步的體外實驗，發(fā)現(xiàn)三聚氰胺可以被實驗動物的糞便中培養(yǎng)出的腸道細菌所降解。將Klebsiella屬細菌定植于大鼠的腸道中，發(fā)現(xiàn)三聚氰胺的毒性顯著增加，腎臟中的結石數(shù)目增多。

　　據(jù)分析，只有約1%的嬰兒體內具有克雷伯氏菌，而這個百分率與服用嬰兒配方奶后罹患腎毒性的嬰兒比例剛好契合。這一結果提示腸道細菌在因服用配方奶導致腎毒性方面發(fā)揮著至關重要的作用。研究人員指出，這一部分嬰幼兒之所以發(fā)生中毒現(xiàn)象，是由于他們的腸道含有較高豐度的能夠代謝三聚氰胺的細菌如克雷伯氏菌的緣故。

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　　賈偉，現(xiàn)任美國夏威夷大學終身教授、夏威夷大學癌癥研究中心副主任，博士，教授。賈偉教授于1991年和1996年獲美國密蘇里大學放射藥學碩士、博士學位，他和他的研究團隊自2004年起建立了基于質譜的醫(yī)學代謝組學技術平臺以來，其研究一直處于國際領先地位，迄今在國際學術期刊發(fā)表科技論文200余篇，專著5部。擔任9家國際學術期刊編委，目前擔任美國國立衛(wèi)生院多家所的基金項目評委、香港科技署基金、中國國家自然科學基金委評委，曾擔任國家科技部重大科學研究973(2007年蛋白質重大科學計劃項目-代謝性疾病的蛋白質功能和代謝組學研究)首席科學家，現(xiàn)主持美國國立衛(wèi)生研究院等資助的多項基金研究項目。賈偉教授的研究領域為腸道菌群和肝臟的代謝(互相)作用以及在肥胖、糖尿病、以及消化道腫瘤發(fā)病機制中的影響。

　　Dr. Wei Jiais Professor at University of Hawaii at Manoa, and Associate Director for Shared Resources at the University of Hawaii Cancer Center (a National Cancer Institute designated cancer center). Dr. Jia’s M.S. and Ph.D. were completed at the University of Missouri-Columbia in the field of radiopharmaceutical chemistry. Dr. Jia leads a state-of-art metabolomics platform and has been a leader in metabolomics-based translational research. He is the author of over 200 scientific papers and 5 books, and serves on the editorial boards for 9 scientific journals in the fields of -omics sciences and translational research. Professor Jia’s current research focuses on gut microbiome-liver metabolic interactions and defining the molecular mechanisms that link metabolic defects to metabolic disorders such as obesity and diabetes, and gastrointestinal carcinogenesis.

　　作者：婁曉同 譚崇陽 陳曉景 趙晶晶——解放軍306醫(yī)院