Gut microbial carbohydrate metabolism contributes to insulin resistance

胰岛素抵抗 碳水化合物代谢 生物 代谢组学 基因组 胰岛素 微生物群 肠道菌群 微生物代谢 细菌 微生物学 生物信息学 生物化学 遗传学 生物技术 基因
作者
Tadashi Takeuchi,Tetsuya Kubota,Yumiko Nakanishi,Hiroshi Tsugawa,Wataru Suda,Andrew T. Kwon,Junshi Yazaki,Kazutaka Ikeda,Shino Nemoto,Yoshiki Mochizuki,Toshimori Kitami,Katsuyuki Yugi,Yoshiko Mizuno,Nobutake Yamamichi,Tsutomu Yamazaki,Iseki Takamoto,Naoto Kubota,Takashi Kadowaki,Erik Arner,Piero Carninci,Osamu Ohara,Makoto Arita,Masahira Hattori,Shigeo Koyasu,Hiroshi Ohno
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:621 (7978): 389-395 被引量:123
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06466-x
摘要

Abstract Insulin resistance is the primary pathophysiology underlying metabolic syndrome and type 2 diabetes 1,2 . Previous metagenomic studies have described the characteristics of gut microbiota and their roles in metabolizing major nutrients in insulin resistance 3–9 . In particular, carbohydrate metabolism of commensals has been proposed to contribute up to 10% of the host’s overall energy extraction 10 , thereby playing a role in the pathogenesis of obesity and prediabetes 3,4,6 . Nevertheless, the underlying mechanism remains unclear. Here we investigate this relationship using a comprehensive multi-omics strategy in humans. We combine unbiased faecal metabolomics with metagenomics, host metabolomics and transcriptomics data to profile the involvement of the microbiome in insulin resistance. These data reveal that faecal carbohydrates, particularly host-accessible monosaccharides, are increased in individuals with insulin resistance and are associated with microbial carbohydrate metabolisms and host inflammatory cytokines. We identify gut bacteria associated with insulin resistance and insulin sensitivity that show a distinct pattern of carbohydrate metabolism, and demonstrate that insulin-sensitivity-associated bacteria ameliorate host phenotypes of insulin resistance in a mouse model. Our study, which provides a comprehensive view of the host–microorganism relationships in insulin resistance, reveals the impact of carbohydrate metabolism by microbiota, suggesting a potential therapeutic target for ameliorating insulin resistance.
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