《自然医学》：惊喜！NIH、川大、山大、南大联合发现，遍地都是的甘露糖竟然可以缓解I型糖尿病等自身免疫疾病 | 科学大发现

一说起食物中的糖，我们首先想到的通常是葡萄糖、果糖和蔗糖等等。这些对于糖尿病患者来说，真的是冤家一般的存在，不过，奇点糕要是跟大家说，有一种“糖”可以抑制I型糖尿病的发展，大家敢不敢信？

这个神奇的“糖”就是葡萄糖的“异构体姐妹”——D-甘露糖。D-甘露糖天然存在于许多水果中，比如因为“保健”效果被炒得火热的蔓越莓。D-甘露糖在我们血液中的水平还不到葡萄糖的1/5，也没有葡萄糖那么受到重视。不过，来自中美两国的研究人员通力合作，首次揭示出了D-甘露糖对T细胞的调节作用，以及通过饮水补充居然还可以抑制I型糖尿病等自身免疫性疾病的发生和发展[1]！

这项研究发表在今天的《自然医学》杂志上，研究由美国国立卫生研究院（NIH）、四川大学华西医院、山东大学和南京大学医学院附属鼓楼医院的研究人员共同完成[1]。研究的通讯作者是NIH的陈万军教授，陈教授硕士毕业于山东大学医学院，目前是NIH的终身教授[2]。研究的第一作者是来自华西医院，目前是陈教授实验室一员的Dunfang Zhang博士。

陈万军教授

陈教授曾在2003年时首次发现了我们体内初始T细胞转化为调节性T细胞（Treg）的一个机制——由TGF-β蛋白介导，增加了初始T细胞中Foxp3基因的表达，促进它转化为Treg[3]。这项研究改变了过去大家对Treg的认识。

在这次的新研究中，D-甘露糖对自身免疫性疾病的抑制作用也正是通过这位Treg实现的。首先研究人员在培养基中对D-甘露糖和T细胞进行了共同培养，结果显示，D-甘露糖增加了Foxp3的表达，抑制了初始T细胞的增殖，增强了它向Treg的转化。在接下来的小鼠体内实验中，研究人员同样观察到了这个现象。这意味着，D-甘露糖可以提高体内Treg的水平。

Treg作为维持体内免疫稳态的一个免疫细胞，也被科学界“寄予厚望”。它可以抑制效应T细胞的活化和增殖，调控不适当或者过强的免疫应答。科学家也发现，在一些自身免疫性疾病中，Treg功能丧失[4]，因此，有不少研究都希望通过注射外源Treg或是激活体内的Treg来治疗自身免疫性疾病。

既然D-甘露糖能够增加Treg的水平，那么是不是也意味着有可能治疗自身免疫性疾病呢？为了验证这个想法，研究人员首先构建了Treg缺陷的I型糖尿病小鼠模型，在它们7.5周龄的时候开始在饮水中添加20%的D-甘露糖，此时小鼠处于血糖水平正常，胰岛刚刚开始出现炎症的糖尿病前期阶段[5]。

不出研究人员所料，不补充D-甘露糖的对照组小鼠在12-13周的时候开始出现一些糖尿病症状，到了第23周，80-90%的对照组小鼠都成了真正的“糖尿病鼠”。反观补充了D-甘露糖的小鼠，只有不到10%最终真的患上了糖尿病！在受益于D-甘露糖的小鼠中，研究人员发现它们的胰岛炎症减轻了，胰岛细胞的数量也明显要多得多。

a：D-甘露糖补充小鼠（黑色圆形）和对照组小鼠（白色圆形）未患糖尿病的数量变化

b：D-甘露糖补充小鼠（下）和对照组小鼠（上）胰岛细胞数量的对比（箭头所指位置）

通过追踪，研究人员发现补充D-甘露糖的小鼠Treg的“活动频率”明显高于对照组小鼠，这说明D-甘露糖激活了Treg，让它们在小鼠的体内发挥了抑制作用。那么除了预防外，对于已经发生了糖尿病的小鼠，D-甘露糖还能有这样的抑制作用吗？

于是，研究人员又准备了两组小鼠，一组血糖在140–160 mg/dL之间，另一组更是高达200–230 mg/dL。研究人员将它们再分别分为两组，其中一组饮水中加入了D-甘露糖，一段时间后，他们发现，不额外进行任何治疗的情况下，D-甘露糖组小鼠的血糖水平基本保持不变化，而对照组的血糖分别飙升到了400-600mg/dL和500-600mg/dL！

血糖在140–160 mg/dL之间的D-甘露糖补充小鼠（黑色圆形）和对照组小鼠（白色圆形）在30天内血糖变化情况

在I型糖尿病上获得了成功的研究人员决定“趁热打铁”，再试试其他的自身免疫性疾病，于是他们创建了卵清蛋白诱导的气道炎症小鼠，在人体中，气道炎症通常是由哮喘等疾病引起的。在这些小鼠中，饮水中D-甘露糖的添加同样引起了Treg细胞的激活，抑制了肺部气道炎症的发展，减少了气道中粘液的产生，显著降低了嗜酸性粒细胞（哮喘中引起气道炎症的主要原因）的水平。

看来D-甘露糖的补充确实是可以治疗自身免疫性疾病的，不过除了观察到疗效外，研究人员当然也想知道，这背后的机制究竟是什么。鉴于在最初的体外和体内实验中都发现了Foxp3基因的表达，因此他们怀疑，D-甘露糖促进Treg水平的增加可能也是由TGF-β蛋白介导的。

事实证明，这个猜想是正确的！研究人员发现，D-甘露糖通过上调两个基因的表达增强了TGF-β的信号转导，而当TGF-β被人为阻断时，无论如何添加D-甘露糖都不能够使Foxp3基因表达量增加，也不能使培养基中和小鼠体内Treg的水平增加。并且，在TGF-β受体缺失的小鼠体内，补充D-甘露糖也不能够让初始T细胞转化为Treg。

更加值得注意的是，这个机制并不只在小鼠体内存在，研究人员还取得了人的T细胞，通过体外培养，也验证了D-甘露糖的补充通过TGF-β蛋白促进了初始T细胞向Treg的转化。

过去的一项研究证明，小鼠血液中D-甘露糖的水平增加至本来水平的9倍（从100到900µM）依然是安全的[6]，这次的研究所使用的量与当年一样，研究人员同样没有观察到副作用。对于人来说，不超过2mM都是可以良好耐受的[7]，而研究人员发现，只需要1mM的D-甘露糖，Treg的水平就可以有不小的提升，这意味着，如果这个方法能够进入临床，那么患者的安全性是有一定保障的。

总而言之，这个研究为我们揭示了一个过去从未发现的D-甘露糖对T细胞的调节机制，从临床应用上来看，它在治疗包括I型糖尿病在内的自身免疫性疾病上可能大有用武之地[1]，加上D-甘露糖也非常容易获取，奇点糕想，这个研究可能为自身免疫性疾病这个“老大难”的治疗提供新的思路。

参考文献：

[1] Dunfang Zhang, et al. D-mannoseinduces regulatory T cells and suppresses immunopathology. Nature Medicine, 2017, doi:10.1038/nm.4375

[2] https://www.nidcr.nih.gov/research/NIDCRLaboratories/OralPharyngeal/WanjunChen.htm

[3] Chen W J, Jin W, Hardegen N, et al. Conversion of peripheral CD4+ CD25− naive T cells to CD4+ CD25+ regulatory T cells by TGF-β induction of transcription factor Foxp3[J]. Journal of Experimental Medicine, 2003, 198(12): 1875-1886.

[4] Miyara M, Ito Y, Sakaguchi S. TREG-cell therapies for autoimmune rheumatic diseases[J]. Nature Reviews Rheumatology, 2014, 10(9): 543-551.

[5] Anderson, M.S. & Bluestone, J.A. The NOD mouse: a model of immune dysregulation. Annu. Rev. Immunol. 23, 447–485 (2005).

[6] Davis J A, Freeze H H. Studies of mannose metabolism and effects of long-term mannose ingestion in the mouse[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 2001, 1528(2): 116-126.

[7] Mayatepek, E., Schröder, M., Kohlmüller, D., Bieger, W.P. & Nützenadel, W. Continuous mannose infusion in carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome type I. Acta Paediatr. 86, 1138–1140 (1997)