糖尿病因其复杂的发病机制，在世界范围内仍然是主要的健康威胁。虽然有研究提示维生素K2对血糖的益处，但目前没有足够的证据表明维生素K2能够通过调节肠道微生物组成来改善2型糖尿病症状。

近日，哈尔滨医科大学李颖教授团队在《BMC Medicine》杂志上发表的文章，旨在证明补充维生素K2可以通过肠道微生物组和粪便代谢改善2型糖尿病患者受损的血糖稳态和胰岛素敏感性。

研究方法

人群实验：对60名2型糖尿病参与者进行了为期6个月的随机对照实验，实验组(VK组)30人，每天饮用添加90μg MK-7(维生素K2的一种天然形式)的酸奶1杯(100g)；对照组(NC组)30人，每天仅饮用酸奶1杯。

动物实验：在饮食诱导的肥胖小鼠中进行了4周的MK-7

调节微生物群的移植，以探究维生素K2调节后的肠道菌群是否具有调节宿主血糖代谢的能力。

两个研究阶段均利用16S rRNA测序、粪便代谢组学和转录组学测序来阐明潜在的机制。

研究结果

1、MK-7干预对于血糖指标的改善

维生素K2干预6个月后，观察到2型糖尿病参与者循环维生素K2的营养状态提升(VKchange=-165.10±25.30pmol/L,NCchange=-46.58±12.29 pmol/L,P<0.001)。

VK组参与者的空腹血糖(VKchange=-1.08±0.49mmol/L,NCchange=0.12±0.32mmol/L,P=0.048)、血清胰岛素(VKchange=-3.15±0.39μU/mL,NCchange=-0.92±0.64μU/mL,P=0.005)和糖化血红蛋白水平(VKchange=-0.57±0.23%,NCchange=0.14±0.18 %,P=0.019)相较对照组明显改善，HOMA-IR(P=0.003)、HOMA-IS指数(P=0.001)和血清总胆固醇(P=0.012)也呈现显著改善的趋势(图1)。

图1  所有受试者(NC组=30,VK组=30)在MK-7干预0、3和6个月时 B空腹血糖、C空腹胰岛素、D Hb1Ac的动态变化

2、MK-7干预促进肠道微生物和粪便代谢产物的差异性改变

VK组参与者肠道菌群结构与对照组出现显著分离，其中维生素K2干预显著延缓了Barnesiella、Paraprevotella 和Dielma 这些菌属相对丰度的降低。Firmicutes和Bacteroidetes菌门(Phylum)下的Clostridiales、Bacteroidales和Erysipelotrichales菌目(Orde)的总相对丰度也在维生素K2干预6个月后相比对照组显著增加(P<0.05或lda>3)。

研究还观察到粪便共代谢产物中石胆酸、短链脂肪酸在维生素K2干预后浓度显著增加，而支链氨基酸和组氨酸的浓度显著下降(P<0.05或VIP>1)。在相关性分析中发现VK6month组中相对丰度较NC6month组高的菌属，如Dilma、Serratia与空腹血糖，Anaerofilum、Peptoniphilus与空腹胰岛素，Faecalibacterium、Intestinimonas与胰岛素敏感性指数均呈负相关趋势(P均<0.05)，浓度较高的共代谢产物谷氨酸、乙酸与体脂率, 醋酸，丁酸，甲基琥珀酸与臀围，石胆酸与血清低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）呈负相关趋势(P均<0.05)。

接受粪菌移植后，与未移植菌群的HFABX组(高脂+混合抗生素组)小鼠相比，VKR组（高脂+混合抗生素+粪便移植实验组）小鼠和NCR组（高脂+混合抗生素+粪便移植对照组）小鼠显示出体重增加的幅度减缓(图2)，口服葡萄糖耐量实验显示出糖耐量的改善。与HFABX组相比，维生素K2调节的微生物群能明显降低小鼠血清空腹血糖、甘油三酯和脂联素水平(P均<0.05)，改善作用与NC组小鼠的肠道微生物群的效果相当(p均>0.05)(图3)。

图2 第一次粪便微生物群移植(FMT)后体重增加的总体趋势和相对变化

图3 z评分测定的供、受体小鼠的生化指标

在转录组基因集富集分析中，与HFABX组小鼠相比，VKR组在肝脏、结肠和胰腺中分别有22、20和14条路径被显著富集(P<0.05)，多数与甘油代谢、脂质代谢、类固醇生物合成和多糖生物合成的通路活性上调(标准化富集得分>0)有关，以及氨基酸代谢 和免疫炎症反应的通路活性下调(标准化富集得分<0)有关。

肝组织的HE染色中，VKR组小鼠的肝脏脂肪变性程度明显较HFABX组减轻，炎性细胞数量也明显减少，与NCR小鼠的变化无明显差异。结肠PAS染色也观察到VKR组小鼠的结肠杯状细胞密度和正常杯状细胞的数量得到了部分恢复(图4)。

图4 肝、胰腺、结肠HE和PAS染色组织病理学表现

通过对移植的微生物群进行鉴定，与高脂喂养的HF(高脂)组相比，维生素K2补充的HFVK(高脂+MK-7)组中属于疣微菌门的Akkermansia、变形菌门的Bilophila和拟杆菌门的Alloprevotella的相对丰度显著升高(P均<0.05且LDA得分>3)。通过对共代谢产物进行鉴定，与HF组相比，HFVK组中石胆酸、7-酮石胆酸、牛磺脱氧胆酸、乙酸、丁酸和戊酸呈现显著的上升趋势(P<0.05或VIP>1)，三组(HF、HFVK、NC组)间维生素K2的两种主要形式MK-4与MK-7的浓度并未有明显差异。另外，与HFABX组相比，VKR组回盲部样本的RT-qPCR结果显示肠道胆汁酸受体TGR5和Vdr的基因相对表达量升高，抗炎细胞因子IL2r、IL11和IL13也出现显著性的变化，并且循环中胰高血糖素样肽-1的浓度也显著增加(P<0.05)，而骨钙素的浓度并未显示出差异(图5)。

图5 MK-7通过肠道微生物群和共同代谢物改善糖尿病患者的血糖控制和胰岛素敏感性的机制概述

研究结论

维生素K2干预能够显著调节2型糖尿病患者的肠道菌群结构，并主要通过增加肠道次级胆汁酸激活肠道胆汁酸受体，提高宿主循环中胰高血糖素样肽-1的浓度进而改善宿主受损的血糖稳态和胰岛素敏感性。

专家观点

近年来，2型糖尿病通过多种机制与肠道微生物群失调密切相关，包括通过肠道微生物群对碳水分解或蛋白分解产生的代谢物的能力改变、肠道通透性增加和胆汁酸代谢的扰乱等。在2型糖尿病患者和糖尿病前期，现有研究已经观察到该人群中肠道微生物群组成的改变，而从健康供体到代谢综合征患者的粪便微生物群移植可以改善代谢综合征患者的血糖和胰岛素敏感性。但需要注意的是，现有的微生物群和宿主已经通过长期的相互作用建立了高度的适应性，这对现有的粪菌移植技术和益生菌补充方法的长期有效性是一个不可忽略的障碍。由于现有的移植方法几乎都涉及到口服，补充的微生物在穿过消化道之前必须保持活性，这是一件很困难的操作。相比之下，能够优化肠道微环境的物质，如益生元或后生元可能是糖尿病管理中更有效、更经济的选择。

 我们通过肠道菌群的发现结果为维生素K2将来作为广义意义上的益生元，对血糖平衡的调节作用提供了全新的证据，这对未来维生素K2补充纳入糖尿病管理的临床实施具有重要意义，下一步研究首先需要在本研究的基础上探索更为合适的维生素K2摄入剂量，以及开发与维生素K2可以协同配伍的肠道菌群制剂，来优化维生素K2在血糖管理上的应用策略。

作者简介

李颖教授，哈尔滨医科大学公共卫生学院院长、博士生导师。兼任中国营养学会常务理事，中国营养学会营养与组学技术分会主任委员，黑龙江省营养学会副理事长兼秘书长等。主要研究方向为膳食营养干预与慢性病及食品安全。作为负责人先后主持科研课题26项，并在Cell Metabolism、Diabetes Care、BMC Medicine等期刊以第一或通讯作者身份发表学术论文110余篇。

参考文献

Yuntao Zhang, Lin Liu, Chunbo Wei, et al. Vitamin K2 supplementation improves impaired glycemic homeostasis and insulin sensitivity for type 2 diabetes through gut microbiome and fecal metabolites[J]. BMJ Medicine, 2023;21(1):174.

doi: 10.1186/s12916-023-02880-0.