中藥多糖對腸道菌群作用的研究進展

周 欣， 付志飛， 謝 燕， 王曉明， 李 楠， 張 鵬

（天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津市現(xiàn)代中藥重點實驗室，天津300193）

多糖又稱多聚糖，為10個以上單糖通過糖苷鍵聚合而成的生物大分子，廣泛存在動植物和微生物中，傳統(tǒng)中藥大多采用水煎煮口服的給藥方式，可溶性多糖在中藥水煎液中往往占較大的比重。近年來，隨著 “糖生物學(xué)”的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)多糖不僅參與各種生理活動，并且具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等廣泛的生物活性［1］，可能是許多中藥發(fā)揮療效的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

由于人體缺乏多糖水解酶，大部分多糖不能被人體直接消化和吸收。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群是多糖與人體相互作用過程中的重要橋梁，一方面可降解多糖，促進人體對其吸收和利用，并產(chǎn)生具有藥理作用的活性代謝產(chǎn)物；另一方面可通過調(diào)節(jié)腸道菌群的比例，增加有益菌，減少有害菌，從而改善機體的健康水平。

腸道菌群是人體內(nèi)最大的微生態(tài)系統(tǒng)，主要由厚壁菌門 （60%～65%）、擬桿菌門 （20%～25%）、變形菌門（5%～10%）、放線菌門 （3%）組成，其中雙歧桿菌、乳酸菌等為有益菌，而腸球菌、梭桿菌等為有害菌。腸道菌群比例的改變與各種疾病發(fā)生密切相關(guān)，研究表明2型糖尿病患者乳酸菌數(shù)量明顯增多，雙歧桿菌顯著較少［2］；肥胖群體腸道內(nèi)厚壁菌門／擬桿菌門較高［3］；對健康體檢者及炎癥性腸病患者新鮮糞便稀釋進行接種培養(yǎng)，并檢測患者血清中的炎性因子，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌、腸球菌與炎性細胞因子呈正相關(guān)，乳酸桿菌、雙歧桿菌與其呈負(fù)相關(guān)［4］。

腸道菌群分泌糖苷水解酶、裂解酶和酯酶等來切割糖鏈［5］獲取能量，多糖酵解產(chǎn)生的一類重要產(chǎn)物是短鏈脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等，這些短鏈脂肪酸具有廣泛的生理功能［6］。短鏈脂肪酸種類、含有量與腸道菌群種類、比例直接相關(guān)：乙酸為大多數(shù)腸道菌群分解多糖的產(chǎn)物，擬桿菌屬和梭菌屬Ⅸ及其他一些丙酸菌屬酵解多糖產(chǎn)生丙酸，乙酸鹽和丙酸鹽是肝臟糖異生的底物，同時可抑制膽固醇合成［7-8］；梭菌屬ΧⅣa、Ⅳ分解多糖的代謝產(chǎn)物丁酸鹽是腸道上皮細胞的主要能量來源，可抑制腸癌和炎癥發(fā)生［9-10］，同時短鏈脂肪酸還可降低腸道pH、抑制部分有害菌的繁衍，增強腸黏膜免疫功能［11］。本文從中藥多糖對腸道菌群的調(diào)節(jié)及通過腸道菌群對疾病的調(diào)節(jié)2個角度綜述了5年來中藥多糖與腸道菌群相互作用的研究文獻，為中藥作用機理及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供新的思路和途徑。

1 中藥多糖對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

1.1 正常腸菌 高啟禹等［12］用 100、 200、 400 mg／kg山藥多糖灌胃健康小鼠一段時間后，發(fā)現(xiàn)小鼠盲結(jié)腸內(nèi)的雙歧桿菌、乳酸菌均增殖，腸桿菌、腸球菌數(shù)量均減少，高劑量組與空白對照組存在顯著差異。Jasso-Padilla等［13］將龍舌蘭中菊粉等果聚糖添加到正常小鼠飲食中，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)乳酸菌、雙歧桿菌數(shù)量增加，血清膽固醇、甘油三酯濃度降低，糞便pH也下降。谷物纖維中阿拉伯木聚糖的水解產(chǎn)物低聚木糖能顯著增加肉雞回腸絨毛長度與盲腸的乳酸菌及結(jié)腸的梭菌屬ΧⅣa的數(shù)量，刺激產(chǎn)生丁酸的細菌生長，從而發(fā)揮丁酸對胃腸功能的改善作用［14］。孫浩等［15］分別用發(fā)酵、未發(fā)酵玉屏風(fēng)多糖飼養(yǎng)斷奶獺兔，檢測到兔空腸和回腸內(nèi)擬桿菌門、厚壁菌門及梭菌屬等豐度增加，腸球菌屬豐度下降；空腸和盲腸內(nèi)的乳桿菌屬豐度增加；盲腸內(nèi)的腸球菌及盲腸和回腸內(nèi)的鏈球菌屬豐度下降；其中發(fā)酵玉屏風(fēng)多糖調(diào)節(jié)菌群作用更顯著。

1.2 紊亂腸菌 郭健壯等［16］用鹽酸林可霉素誘導(dǎo)小鼠腸道菌群失調(diào)，檢測到石斛多糖較麗珠腸樂能明顯提高菌群豐度與均勻度。石丹等［17］研究發(fā)現(xiàn)，7組不同分子量段的蒲公英多糖均能改善林可霉素灌胃導(dǎo)致的小鼠菌群失調(diào)，顯著增加雙歧桿菌和乳酸桿菌數(shù)量、減少腸桿菌和腸球菌數(shù)量，其中相對分子質(zhì)量＞100 000、6 000～10 000者作用最明顯。張宇等［18］發(fā)現(xiàn)，7組黃芪多糖 （相對分子量＜6、6～10、 10～20、 20～50、 50～100、 100～150、 150 kDa以上）均可使林可霉素灌胃導(dǎo)致的微生態(tài)失調(diào)小鼠體內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌含量上升，腸桿菌、腸球菌含量下降，其中6～10 kDa的調(diào)節(jié)效果最好。王艷等［19］采用相同模型，發(fā)現(xiàn)50、100、150 g／kg山茱萸多糖對小鼠腸道菌群也有類似的調(diào)節(jié)效果，但并無量效關(guān)系，150 g／kg下反而會抑制失調(diào)小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)。金櫻根多糖可有效恢復(fù)鹽酸林可霉素導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)小鼠體內(nèi)主要菌群的數(shù)量，使腸球菌、腸桿菌、雙歧桿菌數(shù)量明顯高于自然恢復(fù)組；而金櫻莖多糖僅使模型小鼠體內(nèi)雙歧桿菌的數(shù)量高于自然恢復(fù)組［20］。 陳漣昊等［21］研究相對分子量 1.12×105～ 1.22×105桑葉多糖對鹽酸林可霉素誘導(dǎo)的腸道菌群失調(diào)小鼠的作用，采用變性梯度凝膠電泳 （DGGE）法發(fā)現(xiàn)桑葉多糖組及乳酶生組菌群落結(jié)構(gòu)與空白對照組菌群結(jié)構(gòu)較接近，表明該成分對腸道菌群有一定調(diào)節(jié)作用。

1.3 體外培養(yǎng)腸菌 張海燕［22］對腸道菌群進行體外培養(yǎng)，并添加不同濃度山藥多糖，發(fā)現(xiàn)在12.5%下雙歧桿菌數(shù)量增加最顯著，25%下乳酸桿菌數(shù)量增加最顯著，50%下抑制大腸桿菌、糞腸球菌生長效果最明顯。

2 中藥多糖通過腸道菌群對不同疾病的調(diào)節(jié)

2.1 肥胖動物腸道菌群 在肥胖發(fā)展過程中，腸道菌群作為環(huán)境因素發(fā)揮重要作用。研究表明，肥胖患者體內(nèi)厚壁菌門比健康受試者多20%以上，而擬桿菌門少近90%；將肥胖大鼠腸道菌群移植至裸鼠腸道中時，肥胖表型隨腸道菌群發(fā)生轉(zhuǎn)移［23］。何旭云等［24］研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖能增加小鼠擬桿菌與厚壁門菌的相對豐度，減少變形菌門相對豐度，使脂肪細胞體積減小，并降低小鼠性腺周圍白色脂肪質(zhì)量及比例，同時降低肝臟甘油三酯 （TG）水平，改善高脂飲食所致肝臟脂肪變性程度；黃芪多糖的減肥作用可通過腸道菌群移植轉(zhuǎn)移給高脂喂養(yǎng)受體小鼠。姜婷婷等［25］發(fā)現(xiàn)，高脂飲食組小鼠體內(nèi)擬桿菌門數(shù)量下降、厚壁菌門數(shù)量和體質(zhì)量上升；高脂飲食添加蘋果多糖組小鼠菌群接近正常小鼠菌群，腸壁通透性增加、血清中脂多糖 （LPS）降低，TNF-α、IL-6水平下降，IL-10水平上升，血清總膽固醇、甘油三酯、血糖水平均下降，體質(zhì)量明顯減輕。靈芝菌絲水提物中分離得到的＞300 kDa高分子量多糖能更好降低高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠體質(zhì)量與肝臟質(zhì)量，并減少附睪脂肪和皮下脂肪；10～300 kDa分子量效果次之［26］。石林林等［27］應(yīng)用傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法及聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳 （PCR-DGGE）技術(shù)等分子鑒定手段，檢測到不同濃度麥冬多糖MDG-1（均一分子質(zhì)量的β-D-果聚糖）對膳食誘導(dǎo)型肥胖小鼠腸道益生菌群均有扶植作用，尤其是一些鼠乳桿菌和臺灣乳桿菌，而且隨著多糖濃度增加其扶植作用逐漸增強；另有研究表明，MDG-1能使肥胖小鼠腸道中厚壁菌門降低15%，擬桿菌門增加28%，同時可降低乳酸菌代謝產(chǎn)物中D-半乳糖胺水平，提高?；撬?、短鏈脂肪酸及其相關(guān)代謝物的水平，有利于降糖降脂［28］。

2.2 結(jié)腸炎動物腸道菌群 結(jié)腸炎患者疾病活動度與腸道菌群失調(diào)程度呈正相關(guān)，一般表現(xiàn)為雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌明顯下降，腸桿菌、腸球菌等有害菌明顯增多，而菌群失調(diào)也會影響腸道免疫功能異常［29］。馮瀾等［30］用馬齒莧多糖治療硫酸葡聚糖鈉 （DSS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠盲腸中雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌明顯增多，腸桿菌、腸球菌等有害菌明顯下降，同時小鼠體內(nèi)抗炎細胞因子IL-10的水平提高，促炎細胞因子TNF-α、IL-6水平降低。周正等［31］進一步檢測到，馬齒莧多糖可降低模型小鼠體內(nèi)外周血內(nèi)毒素含有量。Wilczak等［32］用LPS誘導(dǎo)雄性SD大鼠復(fù)制腸炎動物模型，發(fā)現(xiàn)分子量218 0000、70 000的燕麥β-葡聚糖均能有效改善腸炎大鼠乳酸菌數(shù)量減少；低分子量燕麥β-葡聚糖能較好增加結(jié)腸組織中淋巴細胞 （IELs，LPLs）數(shù)量、提高谷胱甘肽 （GSH）水平，降低IL-12、TNF-α水平；高分子量燕麥β-葡聚糖可使腸炎大鼠IL-10降至正常水平。梁金花等［33］用黃芪多糖灌胃潰瘍性結(jié)腸炎大鼠，檢測到大鼠體內(nèi)雙歧桿菌、乳酸菌數(shù)量增加，腸桿菌、腸球菌數(shù)量降低；厭氧菌代謝產(chǎn)生的乙酸含有量升高，肝臟細菌易位 （指腸道內(nèi)細菌擴散或轉(zhuǎn)移至肝）下降，腸道微生態(tài)得到有效調(diào)節(jié)。劉瑞雪等［34］研究魔芋低聚糖對三硝基苯磺酸 （TNBS）誘導(dǎo)潰瘍性結(jié)腸炎大鼠的保護機制，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸內(nèi)乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量增多，大腸桿菌和腸球菌數(shù)量下降，乙酸、丙酸、丁酸數(shù)量明顯增多；結(jié)腸組織中炎癥相關(guān)因子TNF-α、IL-1β及丙二醛（MDA）水平下降，環(huán)氧化酶-2（COX-2）、一氧化氮合酶（iNOS）表達下降；潰瘍性結(jié)腸炎癥狀得到有效緩解。陳新君［35］分別用黨參多糖、四君子湯、酵母與多糖＋酵母對結(jié)腸炎小鼠進行預(yù)防治療，發(fā)現(xiàn)給予黨參多糖的小鼠厚壁菌門、擬桿菌門豐度比值回升，雙歧桿菌屬含有量明顯升高，與短鏈脂肪酸產(chǎn)生相關(guān)的7種益生菌如優(yōu)桿菌屬等均增殖；小鼠結(jié)腸長度均小幅上升，糞球菌屬含有量均降低。2.3 胰腺炎動物腸道菌群 腸道菌群與胰腺相關(guān)疾病的關(guān)系復(fù)雜，腸道菌群失衡、移位及代謝產(chǎn)物參與慢性胰腺炎的發(fā)生發(fā)展的過程尚不明確，其關(guān)系及作用機制還需進一步證實［36］。李蔻蔻等［37］分析靈芝菌絲多糖對二乙基二硫氨基甲酸酯 （DDC）損傷胰腺炎小鼠的作用，發(fā)現(xiàn)腸道中厚壁門菌、擬桿菌比值相對提高，擬桿菌、梭菌比值相對降低，腸道菌群多樣性明顯增加；羥脯氨酸水平下降，淀粉酶、脂肪酶水平上升，TNF-α、IFN-γ水平恢復(fù)至接近正常水平，總抗氧化能力 （TAOC）增強。

2.4 脾虛腹瀉動物腸道菌群 中醫(yī)認(rèn)為，脾主濕，濕性類水，脾虛濕盛則使機體出現(xiàn)消化吸收障礙，出現(xiàn)納差、便溏、消瘦等癥狀，機體各臟器間的平衡遭到破壞進而導(dǎo)致菌群失調(diào)，而腸道菌群的失調(diào)又會加重脾虛腹瀉；多糖可通過調(diào)節(jié)腸道菌群顯著治療脾虛證動物模型的腹瀉，提高脾虛腹瀉動物的免疫力［38］。吳秀等［39］用番瀉葉水煎液灌胃加饑飽失常造小鼠脾虛腹瀉模型，發(fā)現(xiàn)四君子總多糖可改善脾虛狀態(tài)，使小鼠體質(zhì)量逐漸上升，提升雙歧桿菌／大腸桿菌比值至接近正常，同時可使外周血白細胞、紅細胞數(shù)及血紅蛋白含有量增加、SIgA分泌水平上升，而且高劑量下作用更明顯。孟良艷等［40］用利血平構(gòu)造大鼠脾虛腹瀉模型，發(fā)現(xiàn)四君子湯可有效改善腹瀉，阻止優(yōu)勢菌群流失，乳桿菌屬比例增長大，菌群多樣性比造模前增加。唐華羽等［41］用番瀉葉水煎液灌胃構(gòu)造小鼠脾虛腹瀉模型，發(fā)現(xiàn)與模型組相比1 g／（kg·d）四君子總多糖組乳酸桿菌數(shù)量降低，2 g／（kg·d）組乳酸桿菌、大腸桿菌數(shù)量均明顯降低，2組SIgA含有量顯著升高，淋巴結(jié)、胸腺指數(shù)、脾臟細胞刺激指數(shù)明顯升高，中性細胞、單核細胞構(gòu)成比顯著降低，T淋巴細胞構(gòu)成比顯著升高，高劑量組外周血紅細胞、血紅蛋白、白細胞水平顯著上升。

2.5 潛在免疫低下動物腸道菌群 腸道菌群是機體腸道屏障作用的重要組成部分，可通過影響腸道內(nèi)免疫細胞的數(shù)量及腸道上皮細胞的數(shù)量，進而影響免疫球蛋白SIgA及IL-1α、IL-2等細胞因子分泌，在黏膜免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。克里斯等［42］用皮下注射D-半乳糖建立衰老小鼠模型，發(fā)現(xiàn)馬齒莧多糖可使衰老小鼠腸道雙歧桿菌及乳酸桿菌數(shù)量增加，腸桿菌及腸球菌數(shù)量減少，并可降低血內(nèi)毒素。香菇多糖可增加老年小鼠腸道菌群的多樣性，降低厚壁菌門與擬桿菌門之間的比例，增加脾指數(shù)、促進脾淋巴細胞體外增殖，提升TNF-α、IL-1α、IL-2水平，增強免疫力［43］；羅蘭等［44］發(fā)現(xiàn)它可明顯改善小鼠鹽酸林可霉素灌胃導(dǎo)致微生態(tài)失調(diào)，升高脾臟指數(shù)，對免疫器官有一定增重效應(yīng)，另外增加淋巴細胞轉(zhuǎn)化率，增強細胞免疫功能。馬齒莧多糖一方面可調(diào)節(jié)小鼠紊亂的腸道菌群，而另一方面又能降低血清TNF-α、血內(nèi)毒素含有量，促進HGF表達，從而改善肝功能，對肝細胞的再生有重要影響［45］。靈芝多糖能明顯提高小鼠腸道微生物豐度，降低厚壁菌門與擬桿菌門的比例， 同時下調(diào) IκB， 上調(diào) p-IκB、 NF-κB、SIgA、緊密蛋白的表達；提高IFN-γ、IL-2、IL-4等血清細胞因子水平，從而加強腸道屏障［46］。Paturi等［47］研究馬鈴薯多糖對長期食用高蛋白飲食大鼠的結(jié)腸的保護作用，發(fā)現(xiàn)該成分作用下雙歧桿菌數(shù)量、短鏈脂肪酸濃度比較高，盲腸中腸球菌屬菌群數(shù)量與苯酚、p-甲酚濃度相對較少；盲腸絨毛偏長及杯狀細胞數(shù)量較多，糞便量及糞便中未消化的多糖量較少，而且沒有DNA損傷。張圣方等［48］研究泰山蛹蟲草多糖對環(huán)磷酰胺 （CY）免疫抑制小鼠的作用，發(fā)現(xiàn)多糖組雙歧桿菌、乳酸菌數(shù)量均較CY模型組增加，腸球菌、大腸桿菌數(shù)量均減少，菌群紊亂得到緩解；與空白對照組相比，中劑量 （200 mg／kg）多糖組小鼠黏膜SIgA含有量顯著增加，腸黏膜屏障功能增強。

3 結(jié)語與展望

隨著對多糖與腸道菌群研究的不斷開展，人們逐漸認(rèn)識到中藥多糖在調(diào)節(jié)腸道菌群治療疾病中的重要性，目前相關(guān)研究大多采用傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)、PCR-DGGE等分子鑒定手段分析腸道微生物的多樣性以及種群結(jié)構(gòu)，有時通過GC法測定腸道中短鏈脂肪酸濃度的方法間接反映給藥后腸道菌群的變化。一般情況下，中藥多糖可增加擬桿菌、厚壁菌、乳酸菌等有益菌數(shù)量，減少腸球菌、梭桿菌等有害菌數(shù)量，在一些研究中也檢測到中藥多糖可影響TNF-α、sIgA、NF-κB等疾病相關(guān)生化指標(biāo)的變化。另外，對四君子總多糖、馬齒莧多糖通過調(diào)節(jié)腸道菌群治療脾虛腹瀉、結(jié)腸炎等疾病的研究已相當(dāng)深入。

然而，這些研究仍處于起步階段，存在很多不足。例如，研究對象大多為粗多糖，其分子量、單糖組成、連接方式等結(jié)構(gòu)信息較少，所用藥材產(chǎn)地、基源植物、提取方式不同，從而缺乏質(zhì)量控制指標(biāo)，將影響實驗的重復(fù)性，并且給后續(xù)相關(guān)藥物開發(fā)帶來困難；中藥多糖治療疾病的作用機理研究不夠深入，大多僅測試腸道菌群組成或比例及幾個簡單的生化指標(biāo)，缺乏治療疾病作用途徑、相關(guān)通路的深入探索；很多研究缺乏中醫(yī)理論的指導(dǎo)和闡釋，如麥冬治療肥胖并無傳統(tǒng)中醫(yī)理論支持，臨床上也無相關(guān)應(yīng)用，對肥胖相關(guān)指標(biāo)的檢測較少，雖然多糖對腸道菌群確實有調(diào)節(jié)作用，但所采用動物模型及理論依據(jù)值得商榷。因此，科研工作者今后應(yīng)加強對中藥多糖結(jié)構(gòu)研究與活性的探索考察。

隨著基因組學(xué)、代謝組學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，可有助于深入探索腸道菌群對人體健康的影響途徑，從而更好理解中藥多糖作用機制，全面認(rèn)識中藥多糖與腸道菌群的作用及關(guān)系，為更好地開發(fā)利用該成分、建立其質(zhì)量控制方法提供依據(jù)。