糖尿病是危害人类生命健康的最主要疾病之一,但传统治疗方案治疗效果不佳。减重手术虽然可以迅速、显著的缓解2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM),但其长期效果仍不明确。部分接受减重手术的患者在术后初期T2DM缓解后逐渐复发。随着减重手术被国际糖尿病联盟正式纳入T2DM的治疗指南,越来越多的患者进行减重手术的首要目的可能不再仅是为了减轻体重,而是更好的控制T2DM。因此如何解决减重术后T2DM的复发是减重外科医生必须要面对的问题。从临床实际问题出发,探索减重术后T2DM复发的机制及预防措施是本研究最本质的研究目的。在本研究中我们利用术后持续的高脂喂养诱导T2DM的复发,成功建立了“T2DM-减重术后T2DM缓解-复发”的动物模型体系。基于此动物模型体系,本研究第一部分利用本课题组相对成熟的实验性减重手术模型——十二指肠空肠旁路术(Duodenal-jejunal bypass,DJB),着重探讨减重术后T2DM复发的机制,并发现肠道菌群、胆汁酸代谢、全身炎症水平等可能参与减重术后T2DM的复发；第二部分是从加强术后管理的角度出发,选择近年来兴起的、目前临床应用最为广泛的减重手术方式——袖状胃切除术(sleeve gastrectomy,SG)作为手术模型,并证明了富含低聚果糖的饮食可以通过影响第一部分研究中发现的术后可能导致T2DM复发的因素,有效的减少高脂饮食导致的术后T2DM复发：第三部分则是从手术方式改良的角度出发,在SG的基础上,联合了空肠-空肠环路术(G with jejuno-jejunal loop,SG-JJ)或空肠-回肠环路术(SG with jejuno-ileal loop,SG-JI),证明了相对于SG,SG-JJ和SG-JI能够更为有效的、持久的改善糖脂代谢。现将各部分研究简要介绍如下：第一部分肠道菌群在T2DM发病、十二指肠空肠旁路术后T2DM缓解和复发中的改变及其作用机制的研究背景糖尿病是目前严重损害人类生命健康的疾病之一,其中2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)占90%以上。国际糖尿病联盟(IDF)最新统计数据显示：2015年全世界范围内成人糖尿病患者约有4.15亿人,预计到2040年,该数据将达到6.42亿。我国及印度等发展中国家已成为糖尿病发病的重灾区。传统的T2DM治疗方案包括药物治疗、血糖监测、饮食控制和锻炼等。但是,由于该方案依赖定期随访、长期坚持和患者良好的依从性,因此其对血糖控制的效果并不理想。目前,我国仅有约10%的糖尿病患者血糖控制达标。大量研究发现,减重手术可以迅速的缓解T2DM。Meta分析显示,其治愈率为78.1%、改善率(包括治愈)为86.6%。但减重手术的长期T2DM缓解率随时间推移逐渐衰减。部分患者在术后早期T2DM缓解后逐渐复发。术后T2DM的复发是减重外科医生不得不面对的问题。近期研究证明,肠道菌群与宿主的能量代谢密切相关。其可通过调节宿主的能量摄入、脂质代谢、胆汁酸的合成和代谢以及炎症水平等途径调节宿主的代谢水平。已有研究证实,减重术后,患者肠道菌群发生显著变化,并和宿主糖代谢的改善存在因果关系。但在减重术后T2DM复发患者中,肠道菌群的变化及其可能的作用机制尚未有研究。目 的本研究以高脂饮食(high-fat diet diet,HFD)联合小剂量链脲佐霉素(streptozotocin,STZ)腹腔注射诱导建立T2DM大鼠模型,分别行假手术(SHAM)十二指肠-空肠旁路术(Duodenal-jejunal bypass,DJB)。术后继续给予大鼠HFD,以诱导T2DM复发。在此动物模型的基础上,研究以下内容：(1)T2DM发病、DJB术后T2DM缓解及复发中肠道菌群的改变；(2)初步探讨肠道菌群改变在T2DM发病、DJB术后T2DM缓解及复发中的可能作用。方法在本研究中,我们以HFD联合小计量STZ(30 mg/kg)腹腔注射的方法建立T2DM大鼠模型,将T2DM大鼠随机分为SHAM组和DJB组,分别施以假手术(SHAM)口DJB术,并以同种同源的正常Wistar大鼠为正常对照组。术后SHAM组和DJB组大鼠继续给予HFD。术后12周,根据口服葡萄糖耐量试验(oral glucose tolerance test,OGTT)将DJB组分为DJB-缓解组(DJB-RM)和DJB-复发组(DJB-RC)。在术前及预定的术后时间点检测各组大鼠的能量摄入、体重、口服葡萄糖耐量、胰岛素抵抗指数稳态模型评估(Homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)、血清胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide 1,GLP-1)、胰岛素、总胆汁酸和脂多糖。在术后12周处死实验动物,取结肠内容物,以16S rDNA技术检测结肠菌群。结果1、术前、术后各时间点,正常对照组大鼠的体重和能量摄入均低于其余三组。且SHAM组、DJB-RM组及DJB-RC组大鼠的体重和能量摄入在各时间点均无统计学差异。2、术前,正常对照组大鼠的AUCOCTT(OGTT试验中血糖/时间曲线的曲线下面积,Area under the curves for oral glucose tolerance test)显著低于其余三组；在术后4周,DJB-RM组和DJB-RC组大鼠的AUC(?)显著降低且低于SHAM组大鼠,并与正常对照组无明显差异；在术后12周,DJB-RC组大鼠的AUC(XiTT升高,与SHAM组大鼠相当,且上述两组的AUGOGTT均高于DJB-RM组及正常对照组。3、术后4周,SHAM组大鼠的HOMA-IR显著高于其余三组；在术后12周,DJB-RC组大鼠的HOMA-IR显著高于DJB-RM组。4、术后4周及12周,四组间胰岛素分泌曲线未见显著差异。5、正常对照组、DJB-RM组和DJB-RC组大鼠灌胃后的GLP-1分泌曲线在术后4周及12周均无显著差异且均高于SHAM组。6、术后4周,正常对照组和SHAM组大鼠的血清总胆汁酸水平低于DJB-RM组和DJB-RC组；而术后12周,DJB-RM组大鼠的总胆汁酸水平显著高于DJB-RC组。7、术后4周,正常对照组、DJB-RM组、DJB-RC组血清脂多糖水平均低于SHAM组大鼠；术后12周,DJB-RC组大鼠血清脂多糖水平升高,与SHAM组大鼠相当,且上述两组血清脂多糖水平均高于DJB-RM组和正常对照组。8、术后12周,处死实验动物,取结肠内容物进行肠道菌群分类检测,发现在正常对照组和DJB-RM组大鼠中,厚壁菌门的相对丰度明显高于SHAM组和DJB-RC组,而拟杆菌门和大肠杆菌的相对丰度明显低于SHAM组和DJB-RC组。结论1、DJB可显著缓解T2DM,但术后持续的HFD可导致部分大鼠术后T2DM缓解后复发。2、肠道菌群在T2DM发病、DJB术后T2DM缓解及复发中发生显著变化,并在上述过程中可能起到关键作用。3、血清总胆汁酸和脂多糖在术后T2DM缓解及复发中起一定作用,并可能参与肠道菌群的改变对宿主糖代谢调节。4、在术后T2DM的缓解和复发中,主要表现为胰岛素敏感性的改变,而非胰岛素分泌的改变。GLP-1的升高在DJB术后T2DM的缓解中起重要所用,但与T2DM的复发无关。第二部分口服低聚果糖在袖状胃切除术后对T2DM控制的作用及其机制的研究背景减重手术可有效的缓解2型糖尿病(T2DM)。在过去的十年中,全球减重手术的手术量逐年增加,以袖状胃切除术(sleeve gastrectomy,SG)曾长速度最快。目前,袖状胃切除术在美国、加拿大及亚太地区已成为开展最为广泛的减重手术方式。虽然减重手术可以迅速的改善T2DM,但其长期缓解率随着术后时间的增加而不断减少。SG作为一种新近兴起的减重手术方式,其具有手术时间短、技术要求低、并发症少及术后营养不良发生率低等特点。而也正是因为这些优势,其手术量近年来增长迅猛。早年,Roux-en-Y胃旁路术(RYGB)是减重手术中治疗T2DM的金标准术式。虽然有些研究者认为SG与RYGB具有相似的治疗T2DM的效果,但关于SG与RYGB治疗T2DM长期效果的随机对照实验却非常罕见。SG治疗T2DM的长期效果尚存在疑问。甚至有些研究者认为SG可作为减重术后T2DM复发的一个独立条件。如何减少或推迟SG术后T2DM的复发成为临床医生需要解决的问题。临床观察发现术后饮食控制、生活习惯、多余体重降低及体重反弹、术前体重指数、患者年龄、T2DM的病程及严重程度等因素与减重术后T2DM的复发相关。本课题组前期研究发现,高脂饮食(HFD)可在十二指肠空肠旁路术缓解T2DM后诱导糖耐量的再次恶化。另有研究发现,HFD是肥胖和T2DM的首要因素之一。并且在减重手术各种术式中,SG对术后的饮食控制更为依赖。益生元是一类不易消化的低聚糖,主要包括低聚果糖、低聚半乳糖、乳果糖和菊粉等。在人体和啮齿类动物实验中,益生元已被证实具有降低体重和改善糖脂代谢的作用。这些作用可能通过减少能量摄入、调节肠道菌群、降低全身低度炎症水平、增加胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)和酪酪肽(peptide YY)等肠道激素分泌而实现。益生元的这些生理作用提示我们,其是否可以作为减少或推迟SG术后T2DM复发的一种术后管理措施。目 的本研究以HFD/Nicotinamide/STZ联合诱导的T2DM大鼠为动物模型,分别行假手术(SHAM)及袖状胃切除术(SG)。术后继续给予大鼠HFD。术后2周,部分接受SG手术的T2DM大鼠给予含有10%低聚果糖的HFD,并研究以下内容：(1)口服低聚果糖在袖状胃切除术后HFD诱导的代谢损害中的保护作用；(2)探讨低聚果糖在SG术后改善糖脂代谢的可能作用机制。方法在本研究中,我们给予Wistar大鼠4周的HFD,以诱导胰岛素抵抗,后顺序给予Nicotinamide(170 mg/kg)和STZ(65 mg/kg)注射以诱导T2DM状态。并分别给予T2DM大鼠假手术和SG手术。术后继续给予大鼠HFD,以模拟术后饮食控制不佳的患者。术后2周,将接受SG手术的大鼠随机分成两组,一组继续给予HFD(SG组),另一组给予含有10%低聚果糖的HFD(SG-OF组)。在术前及术后2周、12周、24周检测三组大鼠的能量摄入、体重、口服葡萄糖耐量试验、胰岛素抵抗指数稳态模型评估(Homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)、血清甘油三酯、胆固醇、胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide 1,GLP-1)、胰岛素、总胆汁酸和脂多糖。在术后24周处死实验动物,取结肠内容物,检测结肠菌群。结果1、术前,三组间糖脂代谢指标及各项血清学指标均无显著差异。2、术后各时间点,SG组和SG-OF组大鼠AUCOGTT(OGTT试验中血糖/时间曲线的曲线下面积,Area under the curves for oral glucose tolerance test)均低于SHAM组大鼠；SG组大鼠在术后AUC(?)逐渐升高,自术后24周,明显高于SG-OF组大鼠。3、术后2周及12周,SG组和SG-OF组大鼠的HOMA-IR无明显差异,且均低于SHAM组大鼠；术后24周SG组大鼠HOMA-IR与SHAM组大鼠相当,且均高于SG-OF组大鼠。4、术后各时间点,SG组和SG-OF组大鼠灌胃后胰岛素分泌曲线均高于SHAM组大鼠；术后12周起,SG-OF组大鼠灌胃后胰岛素分泌曲线高于SG组。5、术后各时间点,SG组和SG-OF组血清甘油三脂水平均低于SHAM组,自术后12周开始,SG-OF组血清甘油三脂水平均明显低于SG组；血清总胆固醇水平与甘油三脂趋势相似。不同的是,SG组与SG-OF组血清总胆固醇水平差异至术后24周方才出现,且此时SG组与SHAM组已无显著差异。6、术后各时间点,SG组和SG-OF组体重和能量摄入均低于SHAM组,自术后12周开始,SG-OF组较SG组表现出了更低的体重和更少的能量摄入。7、术后各时间点,较SHAM组,SG组和SG-OF组均表现出了更高的空腹总胆汁酸水平及灌胃后GLP-1分泌曲线。不同的是,自术后12周起,SG-OF组较SG组的GLP-1分泌增强,但二组的空腹胆汁酸水平始终无显著差异。8、术后各时间点,SG组和SG-OF组的血清脂多糖水平均低于SHAM组,且自术后12周开始,SG-OF组较SG组表现出了更低的血清脂多糖水平。9、在SG组和SG-OF组中厚壁菌门占主导地位,而在SHAM组中拟杆菌门占主导地位;SG-OF组双歧杆菌属、乳酸杆菌属及Akkermansia muciniphila的相对丰度高于SG组和SHAM组；SG组乳酸杆菌属的相对丰度高于SHAM组。结论1、SG可迅速缓解T2DM,且口服低聚果糖可有效的对抗SG术后持续HFD导致的糖脂代谢再损害。2、口服低聚果糖的保护作用可能通过提高胰岛素、GLP-1的分泌,减轻体重,减少能量摄入,减轻全身炎症水平以及调节肠道菌群而实现。3、血清总胆汁酸的升高虽在SG术后T2DM的缓解中起重要作用,但口服低聚果糖的保护作用并非通过其实现。第三部分袖状胃切除联合空肠-空肠环路术或空肠-回肠环路术在糖尿病大鼠中改善糖脂代谢的作用研究背景近期,世界糖尿病组织在Diabetes Care上发表联合声明,该声明指出不仅是Ⅲ度肥胖和Ⅱ度肥胖的2型糖尿病(T2DM)患者可以选择减重手术,口服或注射药物后T2DM仍控制不良的Ⅰ型肥胖患者也可考虑减重手术作为治疗手段。目前,袖状胃切除术(sleeve gastrectomy,SG)在美国、加拿大及亚太地区已成为应用最为广泛的减重手术方式。然而,作为一种新的减重手术方式,SG的长期抗T2DM效果仍存疑问。甚至有研究者认为SG是减重术后T2DM复发的一个独立因素。为强化SG的减重及抗T2DM的效果,外科医生们在进行SG手术的同时,分别联合了十二指肠空肠旁路术、胃回肠环路术、空肠回肠旁路术、十二指肠回肠旁路术等。这些手术旷置了不同的小肠节段或形成了不同的小肠环路,并在多余体重的减轻及T2DM的控制方面展现了一定的积极作用。但由于临床研究的限制,这些研究多停留于临床观察,其中并没有随机对照试验,甚至有些并没有设立SG对照组,实验设计并不完善。目的本研究以HFD/Nicotinamide/STZ联合诱导的T2DM大鼠为动物模型,分别行假手术(SHAM)、袖状胃切除术(SG)、袖状胃切除联合空肠-空肠环路术(SG with jejuno-jejunal loop,SG-JJ)及袖状胃切除联合空肠-回肠旁路术(SG with jejuno-ileal loop, SG-JI)。通过随机对照试验,研究一下内容：(1)对比SG、SG-JJ、SG-JI三种手术方式改善糖脂代谢作用的不同；(2)探讨上述三种手术方式改善糖脂代谢作用的可能机制。方法本课题组将HFD/Nicotinamide/STZ联合诱导的T2DM大鼠随机分为四组：SHAM组、SG组、SG-JJ组和SG-JI组。分别施以假手术、SG、SG-JJ和SG-JI四种手术。术后继续给予高脂饮食(HFD)。术前、术后2周、12周、24周分别检测AUCOGTT(OGTT试验中血糖／时间曲线的曲线下面积,area under the curve for the results of oral glucose tolerance test)、血清甘油三脂及总胆固醇水平、空腹胃饥饿素水平、胰岛素抵抗指数(homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)、体重、能量摄入、胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide 1,GLP-1)、胰岛素等相关指标。结果1、术后各时间点,SG组、SG-JJ组和SG-JI组的AUCOGTT和HOMA-IR均低于SHAM组；术后24周,SG-JJ组和SG-JI组上述糖代谢指标低于SG组；而SG-JJ组和SG-JI组间始终未发现显著差异。2、作为评价脂代谢的指标,血清甘油三酯和总胆固醇表现出了与AUCOGTT、HOMA-IR相似的趋势。不同的是,术后24周,SG-JI的上述两个脂代谢指标均低于SG-JJ组。3、术后各时间点,SG组、SG-JJ组和SG-JI组的体重和能量摄入均低于SHAM组。术后12周,SG组的体重开始明显高于SG-JJ组和SG-JI组,且SG-JJ组的体重显著高于SG-JI组；而能量摄入方面,SG组、SG-JJ组和SG-JI组始终无显著差异。4、术前,各组间胰岛素和GLP-1分泌曲线无明显差异。术后SG组、SG-JJ组和SG-JI组的胰岛素和GLP-1分泌始终显著高于SHAM组。术后24周,SG-JJ组和SG-JI组的胰岛素分泌高于SG组,而SG-JJ组和SG-JI组并无差异。术后12周开始,SG-JJ组和SG-JI组的GLP-1分泌开始高于SG组,术后24周,SG-JI组GLP-1分泌高于SG-JJ组。5、术前四组间空腹血清胃饥饿素水平无显著差异。术后SG组、SG-JJ组和SG-J1组始终显著低于SHAM组,但三组间并无显著差异。结论1、在T2DM大鼠中,SG、SG-JJ和SG-JI三种手术方式均能有效的降低体重和改善糖脂代谢,且SG-JJ和SG-JI的减重和改善糖脂代谢的作用较SG更为有效、持久。2、相对于SG-JJ,SG-JI能够更好的改善脂代谢。3、胰岛素和GLP-1分泌的增加在SG、SG-JJ和SG-JI三种手术方式减重及改善糖脂代谢过程中起重要作用。相较于SG,SG-JJ口SG-JI增加胰岛素和GLP-1分泌作用更明显,这可能与此两种术式较之SG在减重及改善糖脂代谢方面的优势相关。4、胃饥饿素虽然也在SG、SG-JJ和SG-JI术后体重降低及糖脂代谢改善过程中起重要作用,但其对于上述三种术式来说并无显著差异。