
糖尿病是目前危害人类健康的首要公共卫生疾病之一,而中国人口的患病率处于全球最高且相关医疗费用支出负担位于全球第二。已有众多研究表明,人们的饮食模式与2型糖尿病的患病率有着显著关联,同时饮食模式也会直接改变肠道微生物的组成。二甲双胍作为糖尿病临床治疗的首选药物因其稳定的安全性而被广泛使用,除治疗糖尿病外,其还具备减重、抗炎、抗肿瘤、抗衰老、改善认知等一系列药理活性,近些年的临床研究发现,服用二甲双胍后可改善糖尿病患者和老年小鼠肠道微生物群落结构,增加乳酸菌和嗜黏蛋白阿克曼菌(Akk)及一些产丙酸、丁酸盐的有益菌的丰度。有实验证明,二甲双胍治疗慢性约束压力模型下的小鼠后,小鼠抑郁行为减弱的同时肠道粪便内容物中的Akk丰度也显著提高。天然食物蛋白中的精氨酸,是一种强大的内分泌系统调节剂,可诱导胰岛素和胰高血糖素样肽-1的分泌,且近期有动物实验证明了精氨酸对糖尿病的显著调控作用。本团队在前期研究中发现Akk具备产生精氨酸的能力,这也从侧面诠释了Akk辅助改善糖尿病的部分科学机制。随着Akk在治疗糖尿病、肥胖、抗衰老等方面的研究逐渐增多,二甲双胍与Akk协同治疗糖尿病或许可成为潜在治疗策略和新靶点。Akk除了以黏蛋白为主要营养来源外,还可利用某些益生元(膳食纤维多糖、糖蛋白等)或特殊生长因子(维生素、矿物元素、药物)促进增殖并影响自身代谢产物,增强调控疾病的效果。虽然当前部分体内研究(包括临床样本分析与动物模型)已观察到在二甲双胍干预下Akk丰度的提升及其对多种疾病的潜在有益影响,但二甲双胍是否可作为特异性生长促进因子尚缺乏直接证据。同时,其促进Akk生长的分子机制及由此介导的代谢特性变化仍未被充分揭示,亟需进一步深入研究。
东北农业大学食品学院的张晏维、徐远志和许晓曦*等人在前期研究的基础上,使用标准菌株Akk JCM30893,探究二甲双胍对其生长及代谢产物等功能特性的影响,及二者是否具有协同作用及其相关机制,旨在为二甲双胍与Akk协同治疗、正向调控疾病提供科学理论基础。

01

二甲双胍对Akk的生长特征及代谢产物的影响
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02

二甲双胍对Akk代谢产物和代谢通路的影响
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2.3.1 单变量统计分析
差异代谢物筛选采用单变量统计策略,针对Akk在M组与C组发酵上清液采用差异倍数(FC)分析与T检验/非参数检验。基于正、负离子模式的检测数据,采用FC>1.5或<0.67且P<0.05的标准共筛选出252 种显著差异代谢物,其中正离子模式有122 种,负离子模式有130 种。这些代谢物以火山图的形式呈现,结果如图10所示。
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2.3.2 多维统计分析
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OPLS-DA通过滤除非分类相关噪声并提升模型解析效能,其得分图如图12所示,通过预测主成分t[1]与正交主成分to[1]分别表征组间与组内代谢差异。为评估模型稳定性并防止过拟合,本研究通过七折交叉验证联合置换检验进行验证。结果表明,随着置换保留度降低,随机模型的R2和Q2呈现显著衰减趋势,该响应规律证实原模型未发生过拟合,且具有统计稳健性。模型评价参数显示,正、负离子模式下R2X(模型对X变量解释率)分别为0.632和0.586,R2Y(对Y变量解释率)均为1,Q2(预测能力)分别达0.969和0.951,均高于0.5的可靠性阈值。PCA与OPLS-DA结果一致,组间样本分离显著(t[1]差异明显),组内样本聚集紧密(to[1]变异度低),表明数据稳定性及模型可靠性符合分析要求。
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2.3.3 差异代谢物的筛选
OPLS-DA 模型中变量投影重要性(VIP)反映代谢物对组间分类的 贡献强度,其值越高表明代谢物在模型中的解释作用越关键。本研究以VIP>1且P<0.05为筛选标准,正离子模式鉴定122 种差异代谢物,负离子模式鉴定130 种,所有差异代谢物详细信息列于表1、2中。

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2.3.4 差异代谢物聚类分析
基于距离矩阵计算的层次聚类分析(VIP>1的前50差异代谢物),能够可视化呈现样本间的关联性及代谢物表达模式的差异,并且样本共簇可反映出样本的高相似性,代谢物共簇还可显示出差异代谢产物的潜在功能与涉及到的代谢通路。
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差异代谢物聚类分析结果如图15所示,每行与每列分别对应VIP前50代谢物与样本分组,红色和蓝色块表征代谢物上调和下调的趋势,色度梯度反映表达丰度差异程度。左侧聚类簇内代谢物呈现相似表达模式,因此由显著性差异代谢物层次聚类热图可知,二甲双胍对Akk菌的代谢产物有显著影响。
2.3.5 差异代谢物通路注释及分析
KEGG数据库整合代谢通路及其互作网络并支撑代谢产物功能解析。本研究整合M组与C组间Akk代谢产物数据,合并正、负离子模式差异代谢物(VIP>1、P<0.05)进行KEGG通路富集分析,通路注释结果详见表3。




03

二甲双胍提高Akk产精氨酸能力


04

结论
作者简介


许晓曦,东北农业大学教授,博士生导师,教育部乳品重点实验室骨干教师,中国食品药品监督管理局保健食品审评中心特殊医学食品审评专家、热心肠智库专家、中国认证机构国家认可委员会乳业技术专家、中国民主同盟黑龙江省第十三届委员会农业委员会委员,中国认证机构国家认可委员会食品安全管理体系审核员、良好农业规范(GAP)高级检查员、乳制品企业良好生产规范(GMP)认证高级审核员。
一直从事畜产品加工和食品安全方向的教学和科研工作,近年来专注于乳成分分子营养学及益生菌益生元功能与肠道健康等方面研究。发表文章110余篇(SCI文章28 篇、EI文章22 篇),主编和参加编写了中国农业出版社出版的《中国奶业史》及《奶业科普百问》《动动奶酪又何妨》2 部农业部科普类专业书籍,申请专利14 项、获得授权专利1 项及实用新型专利9 项。主持/参加多项国家科技攻关、“十一五”“十二五”科技支撑项目和省重大专项(子课题)等,并主持多项企业横向研究课题。多项研究成果获得省、市及国家级奖励。
张晏维(2002—)(ORCID: 0009-0000-8378-2367),男,硕士研究生,研究方向为益生菌、益生元与肠道菌群及稳态。E-mail: 64160652@qq.com。
引文格式:
张晏维, 徐远志, 孙宏骁, 等. 二甲双胍与嗜黏蛋白阿克曼菌体外协同作用机制[J]. 食品科学, 2026, 47(5): 115-128. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250826-181.
点击下方阅读原文即可查看全文。
实习编辑:俞逸岚;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向,推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级,由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟(IUFoST)、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办,湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室协办,中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造,AI赋能科技进步”,将于2026年9月19-20日(9月18日会议报到)在中国 湖南 长沙召开。

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