糖尿?。―M）是一種在世界范圍內(nèi)廣泛存在的代謝性疾病，其臨床表現(xiàn)為長期血糖高于標準值。糖尿病及其并發(fā)癥可對患者的眼睛、腎臟、神經(jīng)、心臟、血管等組織器官造成損害，甚至導(dǎo)致死亡。2型糖尿?。═2DM）是一種常見的糖尿病類型，發(fā)病機制是胰島素分泌受損和胰島素敏感性降低，約90%的糖尿病患者被診斷為T2DM。新型藥物治療T2DM的機制包括靶向β細胞和腸促胰島素軸。傳統(tǒng)的降糖藥只能用于控制血糖水平以抑制并發(fā)癥，如二甲雙胍、格列本脲和米格列醇。一些食用菌，如靈芝、灰樹花、猴頭菌等都有潛在的抗糖尿病作用。因此，探索具有良好藥理作用和長期安全性的新型天然活性成分已成為治療T2DM新藥的研究方向。

      蛹蟲草（Cordyceps militaris）是一種具有顯著降血糖作用的食藥用菌，可作為新型資源食品和保健食品的原料。蛹蟲草含有多糖、蟲草素、腺苷及多種微量元素等多種活性成分，在這些活性物質(zhì)中，蟲草素是蛹蟲草特有的活性成分，具有降低血糖、調(diào)節(jié)血脂異常、減輕炎癥、緩解氧化應(yīng)激、促進免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤等作用，同時可以顯著調(diào)節(jié)腸道菌群。然而，蟲草素和蛹蟲草提取物改善T2DM的具體機制尚不完全清楚。

腸道菌群及代謝物是介導(dǎo)T2DM發(fā)生發(fā)展的重要因素，腸道菌群失衡可影響糖脂代謝，從而促進T2DM、非酒精性脂肪性肝病等代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。近年來，大量食用菌被證實通過調(diào)節(jié)腸道菌群來緩解T2DM。一般來說，微生物組學(xué)用于分析腸道菌群的結(jié)構(gòu)，代謝組學(xué)用于分析腸道菌群的代謝物，以探索代謝物與疾病的關(guān)系。腸道菌群的研究主要集中在微生物組學(xué)和代謝組學(xué)方面。本研究旨在從腸道微生物組學(xué)和代謝組學(xué)角度探討蟲草素和蛹蟲草提取物緩解T2DM癥狀的作用機制。

     將小鼠隨機分為對照組（ND）和模型組（T2DM）。對照組飼喂正常飼糧，模型組飼喂60%高脂飼糧（HFD）。4周后，所有小鼠均禁食，但可自由飲水18小時。模型組小鼠腹腔注射STZ，對照組注射等量的檸檬酸緩沖液。注射后第5天測定各組12 h空腹血糖（FBG）水平。隨后，將所有T2DM小鼠隨機分為6組：模型對照組（HFD）、二甲雙胍組（PC, 350 mg/kg）、蟲草素高劑量組（CCSH, 50 mg/kg）、蟲草素低劑量組（CCSL, 25 mg/kg）、蛹蟲草提取物高劑量組（CEH, 1.5 g/kg）、蛹蟲草提取物低劑量組（CEL, 1 g/kg）。在研究結(jié)束前，所有小鼠都被喂食各自的食物。CCS組、CE組、PC組連續(xù)灌胃6周，ND組、HFD組灌胃等量0.9%生理鹽水。每周測定小鼠體重和空腹血糖。在治療的第4周和第6周無菌收集糞便樣本。在實驗結(jié)束時，小鼠禁食一夜，在乙醚麻醉下處死。取眼球血樣，離心后取血清進行生化分析。

     結(jié)果表明，高脂肪飲食導(dǎo)致小鼠體重下降，毛發(fā)光澤度下降，F(xiàn)BG升高。二甲雙胍組、蟲草素（CCS）組和蛹蟲草提取物（CE）組FBG水平均顯著低于模型對照（HFD）組，提示蟲草素和蛹蟲草提取物對T2DM有潛在的降血糖作用。

      與ND組比較，HFD組TC、TG、LDL-C水平顯著升高，HDL-C水平顯著降低，提示T2DM會導(dǎo)致血脂異常。治療組TC、TG、LDL-C水平均低于HFD組，證明CCS、CE可調(diào)節(jié)T2DM脂質(zhì)代謝。HPLC法測定CCSL中蟲草素的含量是CEL的122倍。但CE對TG水平的下調(diào)更為顯著，說明蛹蟲草提取物中存在其他潛在的調(diào)脂活性物質(zhì)。

      與對照組相比，HFD組小鼠具有較高的促炎因子水平和過度的氧化應(yīng)激，蟲草素和蛹蟲草提取物可能通過降低炎癥因子和減輕氧化應(yīng)激發(fā)揮有益作用。T2DM小鼠血清ALT和SOD水平顯著升高，CCS和CE均可緩解T2DM小鼠血清ALT和SOD水平升高，提示蟲草素和蛹蟲草提取物對小鼠抗氧化能力和肝臟保護具有潛在作用。與ND組相比，HFD組IL-6水平升高，而CCS和CE顯著下調(diào)這些炎癥因子，提示CCS和CE在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)方面具有潛在作用。

      近年來的研究表明，許多天然植物成分通過介導(dǎo)激效在模式生物中表現(xiàn)出雙重功能。激效是一種以低劑量刺激和高劑量抑制為特征的雙相劑量-反應(yīng)關(guān)系，通常表現(xiàn)為J型或倒U型曲線。

      CCS高、低劑量組比較，CAT、ALT、IL-6等生化指標均無顯著差異。在低劑量時，它可能已經(jīng)處于劑量-反應(yīng)曲線模型中“J”曲線的后半部分，接近平坦。低劑量已能降低指標，高、低劑量效果差異不顯著，不存在明顯的劑量依賴性。在CE組高、低劑量比較中，低劑量組ALT、CAT生化指標的治療效果較高劑量組明顯，低劑量組IL-6的治療效果也較低。推測其原因可能類似于雙相劑量效應(yīng)，如倒U型曲線在一定范圍內(nèi)，低濃度具有刺激作用，而高濃度則相對減弱這種刺激作用。這表明蟲草素和蛹蟲草提取物的劑量研究是重要的，需要進一步探索。

      通過對16S rRNA基因進行測序，可以直觀地看到CCS組和CE組腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化，從而探討其對T2DM腸道菌群的調(diào)控作用。本研究通過評價各組腸道菌群α-多樣性指數(shù)和β-多樣性指數(shù)來確定樣本選擇的合理性。在基于歐幾里得的PcoA中，可以看到每組樣品都有明顯的聚集。經(jīng)灌胃治療6周后，CCS組和CE組腸道菌群結(jié)構(gòu)趨于ND，提示CCS和CE可改善T2DM腸道菌群紊亂。從灌胃治療4周后的OTU Venn圖可以看出，T2DM降低了腸道菌群的多樣性，CCS和CE均增加了腸道菌群的多樣性。灌胃4周后，在門水平上，與ND組相比，HFD組的厚壁菌門相對豐度顯著降低，CCS組和CE組的厚壁菌門相對豐度升高，且呈劑量依賴趨勢，并結(jié)合厚壁菌門/擬桿菌門比值，說明CCS和CE均能改善T2DM患者腸道菌群組成。

      屬水平的群落結(jié)構(gòu)分布圖顯示，T2DM改變了小鼠腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，HFD組另枝菌、腸鼠桿菌和腸道核心菌的相對豐度高于ND組。與對照組相比，CCS組和CE組的擬芽孢桿菌升高。研究表明，異裂副桿菌是人體核心菌群之一，NAFLD與DM等疾病狀態(tài)呈顯著負相關(guān)，可能對糖脂代謝起到正向調(diào)節(jié)作用。CCS組和CE組的嗜木真桿菌組和大腸桿菌組的相對豐度高于ND組。嗜木真桿菌組可干擾支鏈氨基酸的分解代謝，減輕高脂誘導(dǎo)肥胖小鼠的體重。結(jié)腸桿菌是一種產(chǎn)生肌苷的細菌，可通過調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB信號通路改變腸道微生物結(jié)構(gòu)，改善脂多糖誘導(dǎo)的急性肝損傷和炎癥，提示CCS、CE在預(yù)防肝損傷和減輕肥胖癥狀方面具有一定的積極作用。灌胃6周后，CCSH、CEH、CEL組氏菌屬的相對豐度顯著高于HFD組。氏菌是一種產(chǎn)生丁酸的細菌，在腸道內(nèi)降解膳食纖維木聚糖，腸道菌群分泌的丁酸會促進餐后胰島素分泌，提示CCS和CE可能通過影響腸道菌群來降低T2DM患者的血糖。擬普雷沃氏菌屬短鏈脂肪酸產(chǎn)菌和抗炎菌，CCS組的擬普雷沃氏菌振幅顯著大于HFD組，說明CCS對抗炎和短鏈脂肪酸產(chǎn)有積極作用。CE的治療抑制了HFD誘導(dǎo)Lachnoclastic相對豐度的增加，宏基因組學(xué)顯示Lachnoclastic可以作為診斷結(jié)直腸腺瘤和結(jié)腸癌的標志物，表明CE中的活性成分可以有效地保護和預(yù)防結(jié)直腸癌。值得注意的是，梭狀芽胞桿菌_UCG-014僅在ND組中顯示出較高的相對豐度，迄今為止研究相對較少。

圖1. CCS和CE調(diào)節(jié)腸道菌群的群落結(jié)構(gòu)。（A）各組灌胃4周后的OTUs花瓣圖像。核心OTU代表所有群體共有的OTU，花瓣上的數(shù)字代表每個群體獨有的OTU。（B）稀疏曲線烘焙（C）Shannon指數(shù)（D）PCA主成分分析。

圖2. CCS和CE對T2DM患者腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響。（A）各組灌胃后第4周各處理在門水平上的群落結(jié)構(gòu)分布；（B）各組灌胃第4周和第6周群落結(jié)構(gòu)分布；（C）灌胃第四周腸道微生物屬級差異種的熱圖分析。

     糞便樣本代謝組學(xué)研究表明，CCSH和HFD的差異代謝物富含與DM相關(guān)的一些通路，特別是過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）通路、花生四烯酸通路、PI3K/Akt通路、mTOR信號通路、FOXO信號通路、氧化磷酸化化學(xué)通路、TCA循環(huán)通路、脂肪因子信號通路。這些途徑可能在蟲草素調(diào)節(jié)血糖和血脂異常中發(fā)揮重要作用。

    在CEH組中，PI3K/Akt/mTOR通路、PI3K/Akt/FOXO/ PEPCK通路仍然存在。此外，通過代謝途徑富集分析，發(fā)現(xiàn)CEH處理后一些氨基酸代謝途徑發(fā)生了變化，具體包括色氨酸代謝途徑、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代謝途徑以及D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝途徑。色氨酸已被證明可以轉(zhuǎn)化為血清素，而血清素又可以轉(zhuǎn)化為褪黑素。研究表明，褪黑素與胰島素抵抗有關(guān)，可以改善胰島素抵抗，參與調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)?？梢?，氨基酸代謝在CEH調(diào)節(jié)血糖的過程中發(fā)揮了作用。因此，CEH調(diào)節(jié)血糖的機制可能與氨基酸代謝有關(guān)。

      CCSH和HFD的差異代謝物包括酚類、脂肪酸、苯丙酮、嘧啶核苷、羧酸及其衍生物、吡啶及其衍生物。特別是苯丙酮化合物兒茶素可以降低T2DM的脂質(zhì)積累，增加胰島細胞數(shù)量，在T2DM的治療中具有潛在的作用。CEH和HFD的差異代謝物中有醇類、氨基酸、脂肪酸等。研究表明，一些支鏈氨基酸、芳香氨基酸及其衍生物、脂肪酸與糖尿病的發(fā)生高度相關(guān)。芥酸是一種脂肪酸，與脂質(zhì)、脂蛋白合成和血漿葡萄糖升高有顯著正相關(guān)。芥酸含量高容易導(dǎo)致心肌病和脂肪沉積。與HFD組相比，CE組的芥酸水平顯著降低，說明CE可以改善血糖代謝和血脂代謝。根據(jù)不同糞便樣本的代謝組學(xué)分析結(jié)果，小鼠通過腸道微生物與宿主的相互作用產(chǎn)生了許多不同的代謝物，這些代謝物與許多代謝途徑有關(guān)，主要集中在PI3K/Akt/PPAR、PI3K/Akt/mTOR、PI3K/Akt/FOXO/PEPCK途徑、色氨酸代謝途徑、丙氨酸-谷氨酸代謝途徑、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝途徑、不飽和脂肪酸合成途徑，TCA循環(huán)途徑。由此推測，蟲草素和蛹蟲草提取物可能通過這些途徑影響T2DM的胰島素抵抗、血糖水平、氨基酸代謝、脂肪酸代謝、抗炎能力和能量供應(yīng)，從而緩解T2DM的癥狀。

      綜上所述的研究結(jié)果表明，作為一種食用菌，蛹蟲草可以緩解小鼠T2DM，為利用蛹蟲草改善人類健康提供了科學(xué)依據(jù)。

原文發(fā)表于: Front. Pharmacol. 14:1134429.

doi: 10.3389/fphar.2023.1134429