腸道微生態(tài)與疾病、中藥相互作用的研究進展

夏修文，陳橋橋，丁斗，丁維俊

腸道正常微生物群與其宿主的微環(huán)境（組織、細胞、代謝產(chǎn)物）共同組成微生態(tài)系統(tǒng)[1]。人腸道中定植大量的微生物，其中消化鏈球菌、擬桿菌、螺菌等專性厭氧菌、乳酸菌及雙歧桿菌占優(yōu)勢[2]。在生理功能上，腸道菌群可分解食物中不能被人體直接吸收的成分轉(zhuǎn)化為一些人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)。菌群在其生長代謝過程中會產(chǎn)生多種酶，參與很多的機體反應(yīng)，其中包括參與藥物的代謝。中藥的用藥方式基本為口服，而腸道是口服藥物在體內(nèi)代謝的重要場所，藥物不可避免地與腸道內(nèi)大量細菌發(fā)生復(fù)雜的交互作用[3]。中藥治療疾病過程中，腸道微生態(tài)是重要作用靶點，在證候得到改善的同時腸道微生態(tài)亦得到恢復(fù)。

腸道菌群與疾病的關(guān)系同中醫(yī)理論中提到“體病相關(guān)論”相似之處：由于遺傳背景的差異而出現(xiàn)體質(zhì)上的不同，而產(chǎn)生不同疾病類型。疾病的發(fā)生與否與正氣的強弱有關(guān)，加上先天與后天因素的影響，使不同體質(zhì)對某種疾病具有傾向性。

中醫(yī)理論指出，正邪交爭的結(jié)果引導(dǎo)著疾病的發(fā)生發(fā)展，邪勝正則病發(fā)。微生態(tài)平衡決定著疾病的發(fā)生及發(fā)展，相應(yīng)的治療是使有益菌群起到制衡微生態(tài)的作用,進而抑制致病菌[4]，這與“扶正祛邪”的中醫(yī)理論如出一轍。并且腸道微生態(tài)與中醫(yī)學(xué)中的脾虛證、濕熱證等有著一定的相關(guān)性，對于辨證論治的發(fā)展及證候生物學(xué)基礎(chǔ)研究的深化具有重要意義[5]。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)多種疾病與腸道菌群密切相關(guān)，在疾病的發(fā)生與發(fā)展以及疾病的治療中起到重要的作用。

1 腸道微生態(tài)與疾病

人腸道菌群龐大而豐富，腸道內(nèi)大概有1014個細菌，其所編碼的基因至少150倍于人類本身基因組。腸道內(nèi)菌群基因組總和被譽為“人體第二基因組”，參與人體的正常生理和代謝[6～8]。

許多研究表明，腸道菌群失調(diào)不僅會導(dǎo)致多種胃腸道疾病[9]，還會誘發(fā)肥胖、糖尿病等代謝性疾病[10]和過敏疾病[11]等，甚至腸道菌群失調(diào)可能是導(dǎo)致多發(fā)性硬化癥、阿爾茲海默癥等中樞神經(jīng)性疾病的重要原因。疾病的發(fā)生發(fā)展與個體腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)密切相關(guān)[12]。

1.1 與腸道疾病

腸道微生態(tài)的失衡與胃腸道疾病密切相關(guān)，涉及不同程度的腸道微生態(tài)失調(diào)。

不少研究發(fā)現(xiàn)炎性腸道疾?。↖BD）患者腸道菌群構(gòu)成比起健康人群的多樣性降低，數(shù)量減少[13～14]，同時基因數(shù)量也減少[15]。IBD 患者糞便菌群結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，出現(xiàn)了感染性腸球菌和大腸桿菌增多，而擬球梭菌、擬桿菌和雙歧桿菌減少[16]或者腸桿菌科和擬桿菌門細菌的數(shù)量增多，而厚壁菌門細菌的數(shù)量減少的情況[17]。也存在變形菌門的增和加厚壁菌門的減少[18]。有大量研究報道還顯示柔嫩梭菌明顯減少[19]。

腸易激綜合征（IBS）患者的不適癥狀與小腸細菌的過度增殖(SIBO)相關(guān)[20～22]，SIBO增加腸道產(chǎn)氣，誘發(fā) IBS 的腸道不適癥狀。此外，不少臨床研究認為誘發(fā)IBS的危險因素包括細菌感染性腸道菌群失衡所致的胃腸炎[23～25]。部分的細菌性感染的腸炎患者在感染后繼發(fā)慢性胃腸道疾病，其中有些患者會患上IBS[26～27]。

1.2 與代謝性疾病

腸道菌群參與了肥胖及相關(guān)代謝性疾病的發(fā)生和發(fā)展，而此狀態(tài)可視為機體的一種炎癥狀態(tài)。大量的實驗表明革蘭陰性菌脂多糖（LPS）入血后阻礙周邊組織胰島素信號傳遞產(chǎn)生胰島素抵抗進而引發(fā)全身性低度慢性炎癥而產(chǎn)生肥胖[28～30]。

并且有研究發(fā)現(xiàn)從人腸道中分離的陰溝腸桿菌B29可造成小鼠初起肥[31]。同時，還有一類細菌Akkermansia muciniphila 能夠控制食源性肥胖及降低其并發(fā)癥[32]。Akkermansia spp.在肥胖和Ⅱ型糖尿病小鼠中的數(shù)量非常少，而增加則能改善模型小鼠的代謝失調(diào)[33]。肥胖并發(fā)的非酒精性脂肪肝(nonalcoholicfatty liver disease，NAFLD)是胰島素抵抗所致，其原因是由于腸道菌群的改變誘發(fā)肝臟慢性炎癥產(chǎn)生[34]。脈粥樣硬化也與腸道菌群的改變也有密切關(guān)聯(lián)，用鳥槍法宏基因組測序得出患者腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，羅氏菌屬和真菌屬含量下調(diào)，柯林斯菌屬含量上調(diào)[35]。

1.3 與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)疾病

中樞神經(jīng)細胞和胃腸道有著緊密的聯(lián)系，并且對于調(diào)節(jié)腸道的功能和穩(wěn)態(tài)有著重要作用。

對于發(fā)性硬化（MS）而言腸道菌群是引發(fā)中樞脫髓鞘病變的必要因素。研究發(fā)現(xiàn)MS模型小鼠出現(xiàn)自發(fā)腦脊髓炎，卻對無菌小鼠沒有影響，而具有該模型組的腸道菌群的無菌小鼠出現(xiàn)自發(fā)腦脊髓炎

[36]。臨床研究上，MS患者接受健康人的糞便菌群能夠顯著改善其神經(jīng)癥狀[37]。此外，益生菌可以有效地減緩MS的發(fā)展和提高患者的預(yù)后恢復(fù)狀態(tài)[38]。帕金森（PD）患者和健康人群腸菌對比，發(fā)現(xiàn)PD患者腸道擬桿菌門、普霄沃菌科減少，并發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸減少[39]。性疲勞綜合征(CFS)患者的腸道菌群結(jié)構(gòu)也與健康人群相比發(fā)生不小變化，雙歧桿菌和大腸桿菌數(shù)量減少，而需氧菌與腸球菌數(shù)量增多，并且乳酸菌能夠顯著改善CFS[40～41]。這些都說明了腸道微生態(tài)失調(diào)與神經(jīng)功能紊亂間的密切關(guān)系。

2 腸道菌群與中藥的相互作用

2.1 對中藥的生物轉(zhuǎn)化

近年來，腸道菌群影響中藥有效成分代謝成為了國內(nèi)外研究的熱點，大量研究涌現(xiàn)。天然黃酮類化合物多以苷類形式存在，在腸道菌群代謝過程中，黃酮苷容易被代謝轉(zhuǎn)化為更容易被機體吸收的苷元。生物堿類并非完全在肝臟代謝，腸道菌群也可以代謝轉(zhuǎn)化某些生物堿。蒽醌類中的大黃酸在體內(nèi)的代謝方式是苯環(huán)上的氫化和甲基化取代，而減小了藥物毒性。單萜類例如芍藥苷在體內(nèi)通過腸道菌群代謝轉(zhuǎn)化成芍藥內(nèi)酯苷,變成相對分子質(zhì)量更小、疏水性更強的代謝產(chǎn)物，增加了生物利用率。

2.1.1 糖苷類…皂苷類單體在離體大鼠腸道菌群代謝過程中主要的代謝途徑為脫糖基和脫氫[42]。芪甲苷（AST）在大鼠腸道菌群的水解作用下，發(fā)生糖基水解作用轉(zhuǎn)化為極性更小的皂苷元環(huán)黃芪醇（CGA），而被機體吸收[43]。芪皂苷Ⅰ、黃芪皂苷Ⅱ、黃芪皂苷Ⅲ和黃芪甲苷可經(jīng)人腸道菌群逐步脫糖，轉(zhuǎn)化成環(huán)黃芪醇，更易吸收，而發(fā)揮藥效[44]。羊藿苷在離體培養(yǎng)人腸道菌群可代謝為淫羊藿苷的苷元(icaritin)及其苷元的異戊烯基位置異構(gòu)體。而在大鼠灌服淫羊藿苷后，吸收入血的主要代謝物為寶藿苷(baoliuoside)[45]。

2.1.2 黃酮類…天然黃酮類化合物在腸道菌群代謝過程中，黃酮容易被代謝轉(zhuǎn)化為更容易被機體吸收的苷元。淫羊藿黃酮苷進入體內(nèi)后, 腸道菌群及腸酶作用下轉(zhuǎn)化為次級糖苷，更易于被機體吸收，從而提高淫羊藿藥效[46]。白花蛇舌草總黃酮提取物及相應(yīng)單體蘆丁、異槲皮苷和槲皮苷可被人和正常大鼠腸道菌群代謝，且主要代謝產(chǎn)物為槲皮素，而在偽無菌大鼠腸菌孵育液中卻幾乎沒有代謝。以HPLC-MS法檢測家兔腸道菌群對連翹苷和蘆丁體外實驗代謝產(chǎn)物，其代謝產(chǎn)物可能為連翹脂素和槲皮素[47]。

2.1.3 生物堿類…生物堿類并非完全在肝臟代謝，腸道菌群也可以代謝轉(zhuǎn)化某些生物堿。崔祥等，采用UPLC-Q-TOF/MS技術(shù)得出小檗堿主要被腸道細菌代謝為去甲氧基和氫化產(chǎn)物，使其水溶性增強而易于吸收入血[48]。蔡麗云[49]等，運用高效液相色譜-電噴霧-飛行時間質(zhì)譜與超高效液相技術(shù)，發(fā)現(xiàn)氧化苦參堿(OMT)在大鼠腸道中被代謝，其主要的活性代謝物為苦參堿 (matrine, MT)。王鵬旭等，采用UHPLC/Q-TOF MS技術(shù)發(fā)現(xiàn)異去氫鉤藤堿經(jīng)人和大鼠腸道菌群體外培養(yǎng)后，其中主要的代謝途徑是還原反應(yīng)、氮氧化反應(yīng)和羥基化反應(yīng)，產(chǎn)生的3個代謝產(chǎn)物18,19-二氫去氫毛鉤藤堿、去氫毛鉤藤堿氮氧化物和11-羥基去氫毛鉤藤堿[50]。

2.2 腸道生態(tài)對中藥毒、效作用的影響

腸道微生態(tài)是口服中藥的加工廠，其和藥效的發(fā)揮與毒性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及不良反應(yīng)都和菌群的代謝程度密切相關(guān)。

臨床上香加皮可致心律失常，這現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與腸道菌群個體之間的差異相關(guān)。任曉亮[51]等，發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)的產(chǎn)生是否與杠柳毒苷進入體內(nèi)被腸菌代謝轉(zhuǎn)化為藥效更強的杠柳次苷有關(guān)。杠柳毒苷在腸道菌群作用下，代謝轉(zhuǎn)化生成了強心作用更強的杠柳次苷，在短時間內(nèi)迅速起效，而產(chǎn)生副作用。烏頭的有效成分烏頭堿在腸道菌群代謝作用下轉(zhuǎn)化為其他多種類型生物堿而降低毒性，并保持藥理活性[52～53]。雄黃中可溶性砷在腸道菌群作用下的代謝與腸道菌群中存在還原型谷胱甘肽(GSH)有關(guān)，在無機砷的甲基化代謝過程起到重要的作用，為腸道菌群對砷的生物轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)[54]。

中藥三七的活性成分三七皂苷R1和人參中的活性成分人參皂苷Rg1、Rg2、Re、Rd、Rb1，它們口服后主要在腸道微生態(tài)的作用下被代謝為次級苷或苷元，具有多種生理活性，更易被吸收，提高生物利用度[55～56]。半夏瀉心湯皂苷類成分，全方合理配伍后可以抑制Rb1，Rg1的代謝，促進甘草酸代謝為甘草次酸，利于吸收發(fā)揮藥效[57]。

2.3 中藥對腸道微生態(tài)的影響

腸道微生態(tài)與疾病密切相關(guān)，疾病的發(fā)生與發(fā)展伴隨著腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變，而中藥活性成分可通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，而起到治療疾病的作用。

2.3.1 中藥單體對腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié)作用…生物堿是中藥重要有效成分，具有調(diào)節(jié)機體免疫，抗炎，抗菌的作用，從而調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)。以黃連為例，其有效成分之一的小檗堿可明顯抑制腸球菌和腸桿菌的生長, 促進有雙歧桿菌和乳桿菌的生長[48]。而黃連生物堿能治療高脂飲食引起的腸道菌群失衡，黃連生物堿能夠恢復(fù)由高脂高膽固醇飲食所造成的腸道微生物菌群失衡[62]。

多糖是很多中藥的有效成分之一，可促進雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌增長, 而抑制腸桿菌、腸球菌、類桿菌等致病菌，而維持腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)。納米山藥多糖治療急性肝衰竭模型大鼠，可改善腸道群失調(diào)和細菌易位[63]。蒲公英多糖可改善林可霉素致小鼠腸道菌群紊亂[64]。大黃多糖治療TNBS誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎模型大鼠,可促進益生菌而抑制致病菌增殖，具有逆轉(zhuǎn)腸道菌群失調(diào)的作用[65]。

苷類成分是中藥中的一類重要活性成分。甘草酸是甘草主要活性成分協(xié)同嗜酸乳桿菌,可以提高機體免疫力，改善腸道菌群,并對腸道病毒的感染有一定的抑制作用[66]。人參皂苷使小鼠腸道的菌群結(jié)構(gòu)和數(shù)量發(fā)生明顯改變，尤其使熒光假單胞菌和丁酸梭菌數(shù)量增加[67]。大豆異黃酮糖苷可與腸道菌群相互作用，能夠選擇性地抑制大鼠腸道中大腸桿菌增殖而促進有益菌乳酸桿菌的生長,從而調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的平衡[68]。藤三七皂苷組分能改善代謝綜合征小鼠腸道菌群，使Alloprevotella、Allobaculum豐度升高而葡萄球菌、腸道嗜膽菌、乳球菌、Ruminococcaceae、Anaerotruncus豐度降低[69]。低劑量黃芩苷小鼠組腸道中腸道生態(tài)物種豐度增高，黃芩苷還可促進乳桿菌類的生長。同時建立了更加穩(wěn)定的腸道微生態(tài)[70]。

2.3中藥組方對腸道微生態(tài)的影響

脾虛證、脾胃濕熱證、腎陽虛證、胃腸積熱證等中醫(yī)證候與腸道菌群的結(jié)構(gòu)改變密切相關(guān)。目前證候與腸道微生態(tài)關(guān)性的研究主要以脾虛證為主。

脾虛腹瀉模型大鼠腸道中擬桿菌屬比例增加，而普雷沃菌屬與乳桿菌屬的比例減少。經(jīng)四君子湯治療后通過16S rDNA測序法分析腸道菌群結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬的增長比例最大,與自然恢復(fù)的模型組相比，和西藥組中的腸球菌屬的比例明顯增加[58]。脾虛泄瀉模型小鼠在通過香砂六君子湯治療后，觀察發(fā)現(xiàn)中藥高劑量治療組雙歧桿菌、乳酸桿菌、擬桿菌等均明顯升高；腸桿菌、腸球菌則顯著減少[59]。四君子湯可有效調(diào)節(jié)肝強脾弱型腦癱患兒腸道微生態(tài)，使雙歧桿菌、乳酸桿菌及腸桿菌增多，腸球菌減少，同時可提高機體免疫[60]。多糖是細菌生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)，不同濃度的碳源可影響細菌的生長方式。參苓白術(shù)散中有豐富的多糖，其發(fā)揮藥效可能是通過多糖作為擬桿菌的優(yōu)勢碳源而調(diào)控腸道微生態(tài)的平衡[61]，多糖能影響擬桿菌的體外生長以20%為最佳。低劑量的黃連解毒湯可增加食源性高脂血癥模型小鼠腸道乳酸桿菌、雙歧桿菌比例[71]。

3 小結(jié)

腸道菌群與疾病發(fā)生與進展以及中藥的藥效發(fā)揮密切相關(guān)，對人類健康事業(yè)的發(fā)展有著無限的潛力。一方面，腸道菌群作為人體的“第二基因組”，參與宿主新陳代謝和腸道免疫調(diào)節(jié)，并與環(huán)境因子相互作用決定機體的健康狀態(tài)。而胃腸道疾病，代謝性疾病以及中樞性疾病等都發(fā)現(xiàn)與腸道微生物有著千絲萬縷的聯(lián)系。另一方面，腸道微生物不僅可以產(chǎn)生多種代謝酶,而且還可以為宿主提供多種維生素、氨基酸等多種營養(yǎng)物質(zhì)，參與機體代謝。而中藥主要是通過口服，不可避免地與腸道微生態(tài)發(fā)生交互作用。腸道微生態(tài)的狀態(tài)，在一定程度上不僅決定了中藥的藥效，并且對中藥毒性增加或減弱及副作用的大小有著密切關(guān)系。中藥中富含黃酮類、生物堿、蒽醌類、單萜類等天然化合物，藥物在體內(nèi)代謝過程中，腸道微生態(tài)發(fā)揮著重要的作用。

腸道菌群作為生命科學(xué)重要的分支不僅與人體健康有著密切相，并且微生態(tài)學(xué)與中醫(yī)學(xué)在觀念和理論上具有一定的統(tǒng)一性。腸道微生物源于后天，與中醫(yī)理論中的大腸和脾胃的功能相似，同時又受外在與內(nèi)在的環(huán)境因素影響，構(gòu)成了具有統(tǒng)一性而又具備差異性的個體，在疾病發(fā)生與發(fā)展過程中引導(dǎo)“正”“邪”轉(zhuǎn)化。從中醫(yī)學(xué)的角度去認識腸道微生態(tài)，對腸道菌群的研究提供幫助，同時腸道微生態(tài)為中醫(yī)學(xué)的研究和發(fā)展提供了科學(xué)的思路與方法。