中国发表 | 孕早期肠道菌群-脂质轴与后续妊娠期糖尿病风险相关

筛查窗口滞后于生物学改变

妊娠期糖尿病（GDM）是最常见的妊娠代谢并发症之一。有GDM病史的女性日后发生2型糖尿病（T2DM）的风险增加约10倍，其子代对代谢紊乱的易感性也更高。现行路径下，GDM通常在妊娠24～28周经75 g口服葡萄糖耐量试验（OGTT）确诊，而基于母亲年龄、体质指数（BMI）和家族史的风险评估判别力有限。代谢失调可能在孕早期即已开始累积，筛查手段却滞后于这一生物学过程，早期干预的窗口因此被压缩。

近日，复旦大学郑琰团队、四川大学华西第二医院潘雄飞团队、复旦大学洪尚宇团队、暨南大学陈达团队于iMeta发表一项研究，在同济-华西-双流出生队列中对784名孕妇进行了孕早期粪便宏基因组与血浆脂质组的整合检测，并围绕优先筛选出的菌群-脂质轴开展了功能实验。

诊断之前，菌群已经改变

该研究为队列内巢式病例对照设计：最初按母亲年龄（±3岁）和入组孕周（±4周）以1:2匹配336例GDM与672名对照，剔除既往T2DM诊断或孕早期粪便样本缺失者后，最终纳入222例后续确诊GDM的孕妇（平均年龄27.7±3.9岁）和562名全程维持正常血糖者。GDM按国际糖尿病与妊娠研究组（IADPSG）标准于孕中期确诊。粪便样本鸟枪法宏基因组测序平均每个样本产出5870万条高质量读长，质控后保留163个菌种和327条功能通路。

与血糖正常者相比，后续发生GDM的女性在孕早期即表现为肠道菌群α多样性降低（Shannon与Gini-Simpson指数均P<0.01），群落整体结构差异幅度虽小但具有统计学意义（Adonis R²=0.01，P<0.001）。多变量校正后，26个菌种与GDM风险相关（错误发现率[FDR]<0.05），其中18个呈负向关联、8个呈正向关联：具有明确代谢 相关性的Ruminococcus bromii、Blautia wexlerae等厚壁菌减少，Bacteroides caccae等菌增多。基线菌群组成对GDM状态方差的解释比例高于包括低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）在内的常规临床变量；菌群组成对孕中期OGTT血糖性状的方差解释率为1.2%～2.0%，对糖化血红蛋白（HbA1c）不足0.2%，而基线脂质性状呈相反模式（对HbA1c超过6.0%），提示菌群与宿主脂质谱反映的是后续血糖失调的互补维度。

在与外部8117份T2DM宏基因组数据（含1851例患者、来自10个队列）的对照中，7个菌种与T2DM呈方向一致的关联，其中Fusicatenibacter saccharivorans、Ruminococcus bicirculans和Anaerostipes hadrus效应量相对较大。这部分菌群特征可能反映更广泛的糖尿病相关代谢失调模式，而非妊娠特有的现象。

功能层面，22条微生物通路与GDM独立相关（FDR<0.05），整体呈现脂肪酸与脂质生物合成能力升高、发酵及碳水化合物和核苷酸代谢能力降低的组合，其中脂肪酸生物合成通路与GDM风险的正向关联最强，关键酶主要由Bacteroides plebeius等GDM相关菌种贡献。但在对应的循环脂肪酸中，仅硬脂酸与GDM风险呈正相关（OR=1.29，P=0.003），棕榈油酸和油酸均无显著关联。这种功能潜能与血浆水平的不一致，促使研究者将观察范围扩展至更完整的血浆脂质组。

脂质组重塑与中介效应

738份血浆样本的靶向脂质组学检测经质控后纳入328种脂质代谢物。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）显示两组整体脂质谱差异显著（999次置换检验P=0.001）；多变量校正后，17个类别/亚类的165种脂质与GDM风险相关（FDR<0.05），方向上以甘油三酯（TG）、二酰甘油（DG）和溶血磷脂酰胆碱（LPC）升高、部分磷脂酰胆碱（PC）和鞘磷脂（SM）降低为特征。关联强度随酰基链碳数呈U形变化：双己糖基神经酰胺（DHC）和胆固醇酯（CE）的OR随碳数增加而降低，TG则相反，提示相关代谢扰动是特定脂质的选择性重塑，而非总体脂质负荷的改变。

跨组学分析共识别970对显著的菌群-脂质关联（FDR<0.25），涉及26个菌种、22条通路和126种脂质代谢物，TG和DG贡献了最大比例，Intestinibacter bartlettii及发酵相关通路是主要的微生物贡献者。双向中介分析显示，整体层面血浆脂质组变异可解释菌群组成与GDM风险关联的47.5%（正向P=0.02，反向P=0.35）；单特征层面共优选出259条正向中介链，其中DHC 24:1是最突出的中介物，串联了13对微生物-GDM关联。R. bicirculans经整体脂质组和DHC 24:1的中介信号最为一致，该"R. bicirculans-糖鞘脂"轴被优先送入实验验证。

从关联到机制的三层功能实验

DHC 24:1为类别水平注释，可能包含多种结构异构体，研究者选择在哺乳动物糖鞘脂代谢中生物学关联明确且可商业获得的乳糖神经酰胺（LacCer）24:1作为代表性候选物。体外厌氧培养证实，在葡萄糖神经酰胺（GlcCer）24:1底物与D-半乳糖共底物存在下，R. bicirculans于48 h产生大量LacCer 24:1，产量随GlcCer 24:1浓度（10～100 μM）增加而上升。

体内实验采用高脂饮食联合链脲佐菌素（STZ）诱导的雄性小鼠糖尿病模型，经抗生素清除内源性菌群后随机分4组干预（每组10只）：LacCer 24:1腹腔注射（10 μg/只，每3天1次）与R. bicirculans灌胃（约10⁸ CFU，每3天1次）均持续4周，两种干预都改善了胰岛素耐量，胰岛素耐量试验（ITT）中血糖水平和曲线下面积较对照降低，而体重和多数循环血脂参数在干预期间基本不变，代谢效应难以归因于整体脂肪量或全身脂质水平的变化。细胞层面，10 μM LacCer 24:1预处理的原代肝细胞在胰岛素刺激后，AKT的Thr308和Ser473位点磷酸化随时间增强，总AKT蛋白量不变。这些实验尚未构成完整的因果链，但为"菌群-糖鞘脂-宿主胰岛素信号"轴提供了功能层面的支持。

多组学风险分层的增量预测价值

基于孕早期数据构建随机森林模型预测后续GDM，经重复五折交叉验证（100次）评估：脂质组模型在单层模型中受试者工作特征曲线下面积（AUROC）最高（0.80，95%CI 0.72～0.87），优于菌群模型（0.68，0.59～0.78）和传统临床因素模型（0.59，0.25～0.92）（P差异均<0.05）；在脂质组基础上加入菌群特征后AUROC升至0.82（0.75～0.89）；整合菌群、脂质组、遗传与临床因素的全联合模型达0.84（0.77～0.92）。联合模型的主要微生物贡献者（B. wexlerae、A. hadrus、F. saccharivorans）与菌群-脂质关联分析中的特征相互重叠。

研究进一步基于所选特征构建了微生物、脂质和遗传风险评分。微生物与脂质风险评分同时升高的女性，后续发生GDM的OR为19.19（95%CI 10.63～36.81），且两评分间存在显著的相加交互作用（交互作用超额相对危险度RERI=11.83，P交互=0.003），联合效应超过各自贡献之和。