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—— 中国食品杂志社
Introduction
中国、印度和美国是 2019 年糖尿病患者人数最多的国家，分别为 116、77 和 3100 万。中国（1.47 亿）、印度（1.34 亿）和巴基斯坦（3700 万）预计将成为 2045 年糖尿病患者人数最多的前三个国家。据统计，每年有490万人死于糖尿病，相当于每7秒就有1人死亡。特别是，据报道，Ⅱ型糖尿病占所有病例的90%以上。因此，研究评估预防或减缓Ⅱ型糖尿病进展的策略是科学界感兴趣的话题。
Ⅱ型糖尿病常伴有代谢途径紊乱，包括葡萄糖转运、糖原合成、糖异生和相关蛋白质合成。作为Ⅱ型糖尿病的主要原因，胰岛素抵抗被定义为胰岛素敏感性降低，从而导致肝脏、脂肪组织和骨骼肌中胰岛素介导的葡萄糖摄取和利用减少。用于治疗Ⅱ型糖尿病的药物有一定的副作用。如二甲双胍是Ⅱ型糖尿病患者最推荐的初始治疗方法。虽然该药物安全且价格低廉，但经常会出现腹泻、腹部不适、腹胀和胀气等副作用。
许多报道显示，功能性食品也被视为改善Ⅱ型糖尿病的一种策略。最近发现肠道微生物群在Ⅱ型糖尿病中的作用，因此将含有益生元的功能性食品纳入这一类别。功能性食品和膳食补充剂通常富含生物活性肽，它们通常通过酶水解和微生物发酵获得。来自枯草芽孢杆菌的肽可降低糖尿病大鼠的血糖水平和α-淀粉酶活性，并保护β细胞免受损伤。脂肽surfactin对非肥胖糖尿病小鼠的Ⅰ型糖尿病发挥抗糖尿病作用。最近，报道surfactin可降低促炎细胞因子水平并改善肝功能，然而很少有研究关注其对葡萄糖代谢的调节。另外一定浓度的表surfactin对癌细胞或正常细胞是无毒的。尽管如此，缺乏对人类健康肽的临床研究仍然是一个挑战。研究surfactin对Ⅱ型糖尿病小鼠肠道菌群和糖代谢的潜在机制很有意义。
南京农业大学食品科技学院陈晓宇、陆兆新教授等在本文中以Bacillus amyloliquefaciens fmb50所产surfactin为研究对象，并且surfactin能够有效地缓解高脂饮食联合链脲佐菌素导致的Ⅱ型糖尿病，同时探究了surfactin调控糖代谢的机制。
Results and discussion
Surfactin处理显著降低了Ⅱ型糖尿病小鼠的空腹血糖，提高了口服葡萄糖耐受，改善了胰岛素抵抗和提高胰岛素敏感性（图1-2）。
图2 各组小鼠空腹血糖、胰岛素和胰岛素抵抗指数
Surfactin显著降低了血清甘油三酯（TG）含量，增加了血清高密度脂蛋白（HDL-C） 水平（图3）。
Surfactin处理显著降低了小鼠炎症反应，例如（核转录因子κB ，NF-κB，白细胞介素-6，IL-6），同时提高了小鼠抗氧化能力，如增加了抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）的活力（图4）。
利用RT-PCR、Western blot技术以及EILSA试剂盒，进行分析。结果表明surfactin 处理显着上调 AMP依赖的蛋白激酶（AMPK ）mRNA 表达和轻微上调葡萄糖转运蛋白2（GLUT2）mRNA表达。Surfactin 也上调了GLUT2 蛋白水平，增加了p-AMPK 蛋白和p-AMPK/AMPK的比值。Surfactin 也降低了葡萄糖6磷酸酶（G6Pase）蛋白的表达，增加肝糖原合成（图5）。基于这些结果，surfactin 可能通过增加 GLUT2 蛋白表达和糖原产生、抑制 G6Pase 蛋白表达和激活 AMPK 信号通路来调节葡萄糖代谢。
图5 各组小鼠糖代谢相关mRNA和蛋白表达
H&E染色显示， 高脂联合链脲佐菌素处理破坏了结肠上皮层，大部分肠腺体消失，组织间隙较大。Surfactin 处理缓解了这些症状。根据紧密连接蛋白ZO-1的表达量和血清脂多糖（LPS）水平，表明surfactin对肠道屏障的保护作用（图6）。
图6 各组小鼠结肠切片和紧密连接蛋白的表达
来自结肠的粪便样本用于测序分析，以研究 surfactin 对 T2DM 小鼠结肠微生物群的影响。Surfactin增加了菌群α-多样性指数 Chao 1 和 Faith-pd。此外，surfactin还可以从门和属水平上调节结肠内的微生物（图7）。
图7 各组小鼠肠道菌群的组成和丰度
进行 Spearman 相关分析以阐明结肠微生物群与小鼠血清中关键参数之间的相关性。结果表明肠道菌群与空腹血糖、空腹胰岛素、血脂、抗氧化酶SOD、炎症细胞因子、紧密连接蛋白密切相关（图8）。
图8 菌群和理化指标的相关性分析
Conclusion
Surfactin 补充降低了Ⅱ型糖尿病空腹血糖水平、口服葡萄糖耐量和胰岛素抵抗。我们观察到用surfactin处理后肝脏中 GLUT2 蛋白表达的显着上调、G6Pase 表达的显着下调以及 AMPK 信号转导通路的激活。此外，补充 surfactin 后，肠道微生物群落和多样性发生了改变，包括 F/B 比和双歧杆菌丰度增加，以及 SCFAs 水平升高，尤其是乙酸、丙酸和丁酸。根据 Spearman 的相关分析，肠道菌群的结构与血脂积累、抗氧化剂、炎性细胞因子、血糖水平和肠道屏障功能密切相关。总之，surfactin 缓解了高脂/链脲佐菌素诱导的小鼠的高血糖和胰岛素抵抗，可能是通过重塑肠道菌群、调节肝-肠轴的肝脏葡萄糖代谢和解毒、增加氧化活性和抑制炎性细胞因子的产生。
第一作者简介
陈晓宇，女，现为南京农业大学食品科技学院2019级在读博士研究生，主要的研究方向是益生元对糖代谢和脂质代谢的调节机制。目前以第一作者在Food science & nutrition、World Journal of Microbiology and Biotechnology等SCI期刊上发表论文3篇，在南农学报上发表中文核心1篇，另外，申请发明专利1件。
通信作者简介
陆兆新，男，南京农业大学教授（钟山学者首席教授）、博士生导师。1995年3月获日本近畿大学博士学位；1997年9月南京农业大学食品科技学院教授，历任食品科学系主任、副院长、院长、食品与工程学部主任，现任南京农业大学食品生物技术研究所所长。主要从事食品微生物、食品生物技术和酶在农产品加工中的应用基础研究。主持国家自然科学基金、国家科技部“十五”重大科技项目、“863”高技术重点项目和 科技部“农业支撑项目”等研究项目三十余项。研究成果分别获1998年度教育部科技进步二等奖和1999年度农业部科技进步二等奖和2006年度中国高校科技进步二等奖；获发明国家专利70余项，主编教材、专著4部。在国内外主要刊物上发表论文400多篇，其中SCI论文250余篇，H指数47（google scholar），引用8000余次。主持国家精品课程“食品微生物学”，主持教改项目获江苏省高等教育优秀教学成果一等奖和二等奖。2000年获国务院“政府特殊津贴”，2000年江苏省“333人才工程”第二层次培养对象，2007年江苏省“333人才工程中青年科技领军人才”，2008年获得“江苏省有突出贡献的中青年专家”。中国微生物学会理事、江苏省食品科技学会副理事长。曾任省政府参事、江苏省政协委员、常委，“九三”学社江苏省省委委员、常委和省直工委主任委员。
Surfactin alleviated hyperglycaemia in mice with type 2 diabetes induced by a high-fat diet and streptozotocin
Xiaoyu Chena, Hongyuan Zhaoa, Fanqiang Menga,*, Libang Zhoua, Zhaoxin Lua, Yingjian Lub,*
a College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
b College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China
*Corresponding authors.
Abstract
Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is associated with liver dysfunction and intestinal dysbiosis. Bioactive peptides (BAPs) have been reported to ameliorate T2DM by preventing oxidative damage to the liver. Bacillus amyloliquefaciens fmb50 produces the lipopeptide surfactin with a wide range of biological activities. The effects of surfactin on T2DM, on the other hand, have not been studied. In the present study, 80 mg/kg body weight surfactin supplementation lowered fasting blood glucose (FBG) levels by 21.05 % and insulin resistance (IR) by 18.18 % compared with those in the T2DM group, reduced inflammation, and increased antioxidant activity in mice with T2DM induced by a high-fat diet (HFD) and streptozotocin (STZ). According to further research, surfactin administration reduced Firmicutes-to-Bacteroidetes ratios while increasing Bifidobacterium abundance by 20 times and the level of the tight junction protein Occludin by 18.38 % and ZO-1 by 66.60 %. Furthermore, surfactin also improved hepatic glucose metabolism by activating the adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) signalling pathway, increasing glycogen synthesis and glucose transporter 2 (GLUT2) protein expression while reducing glucose-6-phosphatase (G6Pase) protein expression. In addition, the increased Bifidobacterium abundance indirectly reduced the liver burden of the metabolic products indole, cresol and amine produced by saprophytic bacteria. All of these findings revealed that surfactin not only ameliorated HFD/STZ-induced gut dysbiosis and preserved intestinal barrier integrity but also enhanced hepatic glucose metabolism and detoxification function in T2DM mice. The gut microbiota appeared to be important in controlling glucose metabolism, IR, fat accumulation, inflammation and antioxidation, according to Spearman’s correlation coefficients. All data indicated that surfactin alleviated hyperglycaemia in mice with T2DM induced by HFD/STZ.
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