ถอดรหัสโรคเบาหวาน: จุลินทรีย์ในลำไส้ส่งผลต่อความเสี่ยงต่อโรคอย่างไร

ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Medicineทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบลำดับเมตาจีโนมมากกว่า 8,000 ลำดับจากผู้ป่วยเบาหวานในระยะก่อนเกิด เบาหวานประเภท 2 และมีระดับน้ำตาลในเลือดปกติ เพื่อพิจารณาว่าลักษณะและหน้าที่ของจุลินทรีย์เฉพาะชนิดย่อยและสายพันธุ์มีส่วนสนับสนุนกลไกทางพยาธิวิทยาของโรคเบาหวานประเภท 2 อย่างไร

โรคเบาหวานชนิดที่ 2 เป็นปัญหาสุขภาพระดับโลกที่เติบโตอย่างรวดเร็ว โดยส่งผลกระทบต่อผู้คนมากกว่า 500 ล้านคนทั่วโลก มวลและการทำงานของเซลล์เบต้าของตับอ่อนจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปในผู้ป่วยโรคเบาหวานชนิดที่ 2 โดยภาวะดื้อต่ออินซูลินมักมาพร้อมกับอาการอักเสบของระบบในระดับต่ำ

มีหลักฐานว่าไมโครไบโอมในลำไส้มีบทบาทสำคัญต่อกระบวนการเผาผลาญและสุขภาพของมนุษย์ โดยมักโต้ตอบกับปัจจัยทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม การวิจัยยังระบุลายเซ็นของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่แตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานประเภท 2 อีกด้วย

อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้จำนวนมากดำเนินการในกลุ่มตัวอย่างขนาดเล็กหรือไม่ได้ควบคุมปัจจัย เช่น โรคอ้วนหรือการใช้เมตฟอร์มิน

การทำความเข้าใจบทบาทของฟังก์ชันไมโครไบโอมในลำไส้เฉพาะชนิดย่อยและสายพันธุ์ในระดับโมเลกุลในพยาธิวิทยาของโรคเบาหวานประเภท 2 ต้องมีข้อมูลมาตรฐานจากประชากรจำนวนมาก

ในการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัยได้วิเคราะห์ข้อมูลเมตาจีโนมจากกลุ่มตัวอย่าง 10 กลุ่มจากยุโรป สหรัฐอเมริกา และจีนที่มีระดับน้ำตาลในเลือดปกติ เบาหวานในระยะก่อนเกิด หรือเบาหวานประเภท 2 เพื่อถอดรหัสฟังก์ชันเฉพาะสายพันธุ์และคุณลักษณะทางโมเลกุลของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่ส่งผลต่อพยาธิสภาพของโรคเบาหวานประเภท 2

แม้ว่าการศึกษาครั้งก่อนจะระบุสายพันธุ์จุลินทรีย์และชุมชนจุลินทรีย์เฉพาะที่เพิ่มความเสี่ยงต่อการเผาผลาญของโรคเบาหวานประเภท 2 ได้ แต่การศึกษาดังกล่าวไม่ได้คำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่ากลไกการก่อโรคของจุลินทรีย์นั้นจำเพาะสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ K12 ของ Escherichia coli ไม่เป็นอันตราย ในขณะที่สายพันธุ์ O157 ก่อโรคได้

นักวิจัยได้รับข้อมูลการจัดลำดับเมตาจีโนมมากกว่า 8,000 รายการจากชุดข้อมูลที่เผยแพร่ 6 ชุดและข้อมูลชุดใหม่ 4 ชุดซึ่งครอบคลุมกลุ่มผู้คน 10 คนที่มีสถานะน้ำตาลในเลือดต่างกัน

ก่อนอื่น ข้อมูลฟีโนไทป์จากกลุ่มตัวอย่างและลำดับเมตาจีโนมได้รับการประมวลผลเพื่อการปรับมาตรฐาน และประชากรในการศึกษาขั้นสุดท้ายประกอบด้วยผู้ป่วยโรคเบาหวานชนิดที่ 2 จำนวน 1,851 ราย ผู้ป่วยเบาหวานระยะก่อนเบาหวาน 2,770 ราย และผู้เข้าร่วม 2,277 คนที่มีสถานะน้ำตาลในเลือดปกติ

เกณฑ์การวินิจฉัยของสมาคมเบาหวานแห่งสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้แก่ การทดสอบระดับกลูโคสในเลือดขณะอดอาหาร ระดับกลูโคสในพลาสมา การใช้ยา และปัจจัยเสี่ยง เช่น ดัชนีมวลกาย รวมถึงการทดสอบในห้องปฏิบัติการสำหรับปัจจัยการอักเสบและการเผาผลาญ ถูกนำมาใช้เพื่อประสานชุดข้อมูล

ก่อนอื่น เราจะประเมินความสัมพันธ์ระหว่างสถานะของเบาหวานประเภท 2 และการกำหนดค่าไมโครไบโอมในลำไส้โดยรวม จากนั้นจึงใช้แบบจำลองการถดถอยเพื่อระบุลายเซ็นในระดับสปีชีส์และความแตกต่างในการกระจายของลักษณะจุลินทรีย์ระหว่างกลุ่มตามสถานะน้ำตาลในเลือด

นักวิจัยยังดำเนินการวิเคราะห์ข้อมูลรวมเฉพาะกลุ่มเพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการทำงานของจุลินทรีย์ในระดับชุมชน เช่น เอนไซม์และวิถีทางชีวเคมี กับโรคเบาหวานประเภท 2

นอกจากนี้ ยังมีการดำเนินการวิเคราะห์ที่ละเอียดอ่อนเพื่อให้แน่ใจว่าลายเซ็นจุลินทรีย์ที่ระบุซึ่งเกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานประเภท 2 ไม่ได้เกิดจากโรคร่วมเพียงบางส่วน

การศึกษาพบสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน 19 สายพันธุ์ใน dysbiosis ในผู้ป่วยเบาหวานประเภท 2 ไมโครไบโอมในลำไส้ของผู้ป่วยเบาหวานประเภท 2 แสดงให้เห็นว่ามี Clostridium bolteae ในปริมาณที่สูงกว่าและมี Butyrivibrio crossotus ในปริมาณที่น้อยกว่า

นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงทางการทำงานที่เกิดขึ้นในระดับชุมชนจุลินทรีย์อันเนื่องมาจาก dysbiosis นี้ยังเชื่อมโยงกับความผิดปกติของการเผาผลาญกลูโคสและพยาธิสภาพของเบาหวานชนิดที่ 2

ทางเดินอื่นที่เกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานประเภท 2 ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการทำงานในระดับชุมชนจุลินทรีย์ ได้แก่ การลดลงของการหมักบิวทิเรตและการสังเคราะห์ส่วนประกอบโครงสร้างภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียที่เพิ่มขึ้น

เมื่อวิเคราะห์สายพันธุ์แบคทีเรียเฉพาะแล้ว การศึกษาพบว่าความสัมพันธ์ระหว่างพยาธิวิทยาของเบาหวานชนิดที่ 2 และไมโครไบโอมในลำไส้แสดงให้เห็นถึงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันภายในสายพันธุ์

ฟังก์ชันเฉพาะสายพันธุ์ เช่น การถ่ายโอนยีนในแนวนอน การสังเคราะห์กรดอะมิโนโซ่กิ่ง และฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบและความเครียดออกซิเดชัน ล้วนมีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันนี้

ความแตกต่างในความเสี่ยงต่อโรคเบาหวานชนิดที่ 2 ในแต่ละบุคคลยังเกี่ยวข้องกับความหลากหลายภายในสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ในลำไส้ 27 สายพันธุ์ ซึ่งรวมถึง Eubacterium rectale ซึ่งแสดงความจำเพาะของสายพันธุ์ที่ระดับประชากร

โดยรวมแล้ว การศึกษาแสดงให้เห็นว่าภาวะ dysbiosis ของไมโครไบโอมในลำไส้มีบทบาทในการก่อให้เกิดโรคเบาหวานประเภท 2 โดยเกี่ยวข้องโดยตรงกับกลไกต่างๆ เช่น การเผาผลาญกลูโคสและการหมักบิวทิเรต

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ยังแสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันเฉพาะสายพันธุ์มีความสัมพันธ์แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันกับพยาธิสภาพของโรคเบาหวานชนิดที่ 2 ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับกลไกที่ไมโครไบโอมในลำไส้เกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานชนิดที่ 2