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肠外营养（Parenteral nutrition,PN）是因各种疾病或病理因素导致的胃肠道功能障碍病人的首要营养支持治疗方式,挽救了数以万计病人的生命。PN长期实施可导致糖代谢紊乱,主要表现是血糖稳定下降,高血糖和低血糖发生率均显著增加,严重影响病人的预后。传统观念认为PN时高血糖和低血糖分别是由于机械性输注含糖物质和胰岛素不当使用、PN突然停用所致。然而,PN糖代谢紊乱缺乏进一步的机制探索。肠道菌群色氨酸代谢产物在代谢紊乱综合征和胰岛素抵抗中扮演重要角色,同时我们前期研究发现PN时肠道菌群紊乱。我们推测PN时紊乱的菌群所致的色氨酸代谢障碍可能通过诱导胰岛素抵抗引发糖代谢紊乱。本课题包括临床研究和机制研究两大部分。首先,临床研究在长期PN依赖的慢性肠衰竭（Chronic intestinal failure,CIF）病人中探索PN与胰岛素抵抗的相关性,并进一步分析胰岛素抵抗与CIF病人临床预后之间的关系。机制研究通过构建全肠外营养（Total parenteral nutrition,TPN）小鼠模型,在动物和分子水平明确TPN时胰岛素抵抗的表型,肝糖原合成通路变化和糖原储备情况;并进一步通过检测肠道菌群、肠内容物代谢谱的变化、外源性干预芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor,Ah R）,明确TPN时胰岛素抵抗和糖原合成障碍的上游机制,为从根本上防治TPN相关糖代谢紊乱并发症提供理论依据。第一部分:慢性肠衰竭病人肠外营养支持与胰岛素抵抗相关目的:PN可诱导糖代谢紊乱,胰岛素抵抗是糖代谢紊乱最常见的机制。然而PN应用与胰岛素抵抗的临床研究未见报道。该部分目的在于探究PN应用与胰岛素抵抗的相关性,以及胰岛素抵抗程度与PN依赖病人临床预后和瘦体重之间的关系。方法:收集自2013年8月到2018年8月在南京大学附属金陵医院普通外科接受PN支持治疗的成年CIF病人。病人分为两组:TPN组,PN供能占总能量摄入80%以上;PN联合EN组（PEN组）,PN供能比例10%-80%。用胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）评估病人的胰岛素抵抗程度。比较两组间胰岛素抵抗程度、院内并发症发生率及瘦体重率的差异,并进一步分析HOMA-IR与PN能量比例,院内并发症发生率及瘦体重之间的相关性。结果:256例CIF病人纳入最终分析。HOMA-IR与PN能量比例呈显著正相关（r=0.6019,P<0.001）。与PEN组病人相比,TPN组病人平均空腹血糖水平（6.27±1.46 vs.5.14±1.10,P<0.001）,HOMA-IR值明显升高（3.23±1.75 vs.1.37±1.12,P<0.001）;院内并发症发生率显著升高,包括ICU转入率,肝功能损伤,肾功能不全,院内感染,发热和肺炎;住院时长和住院花费也显著升高。HOMA-IR值与ICU转入率,肝功能损伤,肾功能不全,院内感染,肺炎和发热发生率均成显著正相关关系,与瘦体重率呈显著负相关关系（所有P<0.05）。身体质量指数,性别,HOMA-IR,血清C反应蛋白和血胆固醇是蛋白体重比,去脂体重比和骨骼肌体重比的独立危险因素。结论:CIF病人PN应用与胰岛素抵抗呈剂量相关关系。PN相关胰岛素抵抗与CIF病人不良预后相关。第二部分:全肠外营养小鼠模型中胰岛素抵抗和肝糖原合成障碍目的:临床研究结果证明PN与胰岛素抵抗显著相关。该部分目的在于（1）探究TPN与胰岛素抵抗的因果关系;（2）探究TPN时肝糖原的变化。方法:12周龄体重25-30g的C57BL/6雄鼠随机分为两组:TPN组（n=8,自由饮水,禁食,营养液输注）和Chow组（n=8,自由饮食,生理盐水输注）。营养干预7天后行腹腔糖耐量和胰岛素耐量试验。重复上述模型,比较两组小鼠的空腹血糖,HOMA-IR值,肝脏胰岛素信号通路变化,肝脏糖原储备水平。结果:两组体重变化无明显差异。与Chow组相比,TPN组小鼠肝酶AST、ALT水平升高（P<0.05）,糖耐量明显受损,机体对胰岛素敏感性显著下降;肝内胰岛依赖的糖原合成信号通路（IRS1-Akt-GSK3β）磷酸化修饰水平下调,肝内糖原储备量明显减少（48.25±3.17 vs.9.50±1.66 mg/g,P<0.001）。结论:TPN可诱导系统性和肝脏胰岛素抵抗,并伴随肝糖原合成障碍。第三部分:全肠外营养小鼠模型中肠道菌群紊乱及色氨酸代谢障碍目的:紊乱的菌群及其代谢产物在代谢调节中扮演重要角色。本部分的目的在于探究TPN时肠道菌群及肠道内容物中细菌代谢产物改变,并分析差异代谢物与肠道菌群的相关性。方法:12周龄体重25-30g的雄鼠随机分为两组:TPN组（n=5,自由饮水,禁食,营养液输注）和Chow组（n=5,自由饮食,生理盐水输注）。7天后处死小鼠取新鲜盲肠内容物液氮速冻,采用16s高通量测序比较两组肠道菌群的丰度,多样性及菌群结构;非靶向代谢组学分析比较两组肠内容物中差异代谢产物和差异代谢通路;并分析差异代谢产物与差异菌群的相关性。结果:与Chow组小鼠相比,TPN组小鼠肠道菌群和菌群代谢产物均发生明显偏移。两组菌群丰度在门、纲、目、属水平序列数无明显差异。TPN组较Chow组菌群多样性低,但无统计学差异。与Chow组相比,TPN组小鼠肠道乳杆菌科、鼠杆菌科、乳杆菌属、鼠杆菌属减少,疣微菌科、毛螺旋菌科增加（所有P<0.05）。TPN组小鼠色氨酸代谢产物显著减少,包括吲哚、羟基吲哚、吲哚甲醛、吲哚-3-乙酸、吲哚乙酸盐、吲哚-3-乳酸、5-甲氧基吲（所有P<0.05）。KEGG分析提示色氨酸代谢通路是两组间主要的差异代谢通路之一。相关性分析显示乳杆菌属与吲哚类代谢产物呈显著正相关,包括5-甲氧基吲哚（r=0.9405 P<0.001）、吲哚-3-乳酸（r=0.6721 P=0.0333）、吲哚-3-乙酸（r=0.9611 P<0.001）和吲哚乙酸盐（r=0.9833 P<0.001）。结论:TPN时乳杆菌属丰度降低,色氨酸代谢障碍,吲哚类代谢产物减少。第四部分:外源性干预芳香烃受体对肠外营养相关胰岛素抵抗的影响目的:TPN时色氨酸代谢障碍。色氨酸代谢产物是Ah R重要的内源性配体。Ah R激活障碍可导致GLP-1分泌减少进而诱发胰岛素抵抗和代谢紊乱综合征。本部分探究外源性干预Ah R对TPN相关胰岛素抵抗的影响。方法:12周龄体重25-30g的C57BL/6雄鼠随机分为四组:Chow+DMSO组（n=8,腹腔注射DMSO）,Chow+CH223191组（n=8,腹腔注DMSO+CH223191）,TPN+DMSO组（n=8,腹腔注射DMSO）,TPN+Ficz组（n=8,腹腔注射DMSO+Ficz）。营养干预7天后行腹腔糖耐量和胰岛素耐量试验。同样的模型比较4组肝脏胰岛素信号通路变化,肝脏糖原储备水平。结果:与Chow+DMSO组相比,TPN+DMSO组小鼠GLP-1显著下降（154.3±50.78 vs.62.51±37.00 pmol/L,P=0.001）,糖耐量和胰岛素耐量受损,肝糖原储备明显减少（49.38±13.43 vs.9.83±7.37 mg/g,P<0.001）。在接受TPN的小鼠中,施加Ficz外源性激动Ah R可显著改善TPN时受损的GLP-1水平（62.51±37.00vs.109.3±44.13 pmol/L,P=0.038）,胰岛素敏感性和糖原含量（9.83±7.37 vs.38.60±8.76 mg/g,P<0.001）。而在肠内饮食小鼠中,施加CH223191抑制Ah R可诱导出类似TPN的表型,GLP-1呈下降趋势（154.3±50.78 vs.105.9±51.82pmol/L,P=0.08）,胰岛素抵抗和糖原储备减少（49.38±13.43 vs.27.5±14.82 mg/g,P=0.008）。外源性激动或抑制Ah R对血清肝酶无显著影响。结论:外源性干预Ah R可能通过GLP-1调节TPN时胰岛素抵抗。Ah R可能是TPN相关糖代谢紊乱的潜在的治疗靶点。