中醫(yī)藥治療潰瘍性結(jié)腸炎的腸道菌群調(diào)節(jié)機(jī)制研究

馬 琳 王 彧,3 劉 陶 趙 鑫 陳 璐

(1 天津中醫(yī)藥大學(xué)方劑學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，301617； 2 天津中醫(yī)藥大學(xué)組分中藥國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，301617； 3 天津中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，天津，301617)

潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative Colitis，UC)是一種全球發(fā)病率較高的炎癥性腸病(Inflammatory Bowel Disease，IBD)[1]，其主要發(fā)病群體為30～40歲的患者[2]。UC患者患結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)比正常人高出1～10倍[3]，此外，UC對(duì)患者的身體和心理都有很大的影響，進(jìn)而增加抑郁和焦慮的風(fēng)險(xiǎn)。UC的病因和發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，與遺傳因素、宿主免疫系統(tǒng)紊亂、腸道微生物群失調(diào)和環(huán)境因素等密切相關(guān)[4]。目前，UC的治療以激素和免疫抑制劑為主，但不良反應(yīng)大，且停藥后易反復(fù)。值得注意的是，腸道微生物群介導(dǎo)黏膜免疫應(yīng)答，如個(gè)體對(duì)腸道共生細(xì)菌的異常免疫反應(yīng)導(dǎo)致了腸道炎癥過度而引發(fā)UC[5]。因此，調(diào)節(jié)腸道微生物群與免疫平衡是控制UC發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵靶點(diǎn)之一[6]。

中藥不僅具有“多成分、多靶點(diǎn)、多途徑、整體調(diào)節(jié)”等特點(diǎn)，在調(diào)節(jié)免疫炎癥和腸道微生物方面也有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為近年來(lái)治療UC藥物的研究熱點(diǎn)之一。因此，本文概述了UC個(gè)體的腸道菌群特征和基于腸道微生物群的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，并探討了中醫(yī)藥在治療UC的現(xiàn)狀以及未來(lái)應(yīng)用中的前景。

1 UC與腸道微生物密切相關(guān)

眾所周知，腸道微生物群在UC的發(fā)病機(jī)制和發(fā)展中起著重要作用。腸道微生物群的失衡是促進(jìn)UC發(fā)展的最大影響因素之一，失調(diào)的腸道微生物群與宿主相互作用，可引起腸上皮細(xì)胞通透性增加，觸發(fā)UC相關(guān)的黏膜免疫炎癥反應(yīng)。在UC患者中，炎癥嚴(yán)重程度則與腸黏膜的細(xì)菌密度直接相關(guān)，炎癥多發(fā)生在細(xì)菌密度較高的區(qū)域，如結(jié)腸和遠(yuǎn)端回腸。UC的患者腸道微生物群的改變伴隨相關(guān)代謝物的改變，如內(nèi)毒素、氨基酸和短鏈脂肪酸(Short-chain Fatty Acids，SCFAs)[7]，進(jìn)一步影響UC的發(fā)生發(fā)展。因此，調(diào)節(jié)腸道微生物被認(rèn)為是UC患者的治療策略之一[8]。

1.1 UC導(dǎo)致腸道微生物組成改變 UC患者腸道微生物組成與健康個(gè)體不同，在活躍的炎癥區(qū)域，盡管細(xì)菌總數(shù)增加，但多樣性較正常組降低[9]。有益菌如乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和阿克曼菌(Akkermansia)在UC中幾乎不存在，擬桿菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)也大量減少[10]。而大腸桿菌(EscherichiaColi)、鏈球菌(Streptococcus)、變形菌(Proteobacteria)和艱難梭菌(Clostridiumdifficile)等致病菌比例增加。Liu等[11]發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)腸菌紊亂模型中乳酸桿菌和另枝菌屬(Alistipes)的豐度顯著下降，而鏈球菌、大腸桿菌和志賀菌(Shigella)的豐度明顯增加。Zhang等[12]發(fā)現(xiàn)在UC小鼠模型中，擬桿菌(Bacteroides)、螺桿菌(Helicobacter)、Turicibacter的比例增加，有益菌群乳酸桿菌、毛螺菌科(Lacetospiraceae)、阿克曼菌的比例顯著下降。Zhang等[13]通過分析DSS誘導(dǎo)的UC小鼠腸道微生物，結(jié)果得出等致病菌比例增加，厚壁菌、乳酸桿菌和芽孢桿菌(Bacillus)等有益菌比例顯著下降。綜上所述，UC導(dǎo)致腸道菌群的改變，主要體現(xiàn)在鏈球菌、大腸桿菌、志賀菌、擬桿菌、螺桿菌等致病菌的增多，和乳酸桿菌、阿克曼菌、梭菌和另枝菌等有益菌的減少。

1.2 菌群代謝物參與UC的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制 革蘭氏陰性菌如大腸桿菌的腸道豐度上調(diào)而脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)過度產(chǎn)生，直接破壞上皮屏障，導(dǎo)致全身性炎癥介質(zhì)水平升高，如腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-1α(Interleukin-1α，IL-1α)、白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-12(Interleukin-12,IL-12)、CXC趨化因子配體9[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 9，CXCL9]和CXC趨化因子配體10[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 10，CXCL10]等，進(jìn)一步參與UC的病情發(fā)展機(jī)制。在長(zhǎng)期暴露于高水平LPS模型中，不僅可能發(fā)現(xiàn)LPS水平升高，引起巨噬細(xì)胞極化，Toll樣受體4(Toll-like Receptor 4，TLR4)/核因子κB(Nuclear Factor-kappa B，NF-κB)和兩面神激酶(Janus Kinase，JAK)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(Signal Transduction and Activator of Transcription 3，STAT3)信號(hào)通路在這種情況下被激活，導(dǎo)致腸上皮屏障受損，腸道通透性增加。體外研究也表明，阻斷LPS信號(hào)通路可通過抑制核因子κB改善炎癥上皮屏障[14]。

色氨酸(Tryptophan，Trp)經(jīng)菌群代謝后作為轉(zhuǎn)錄因子作用于免疫細(xì)胞。研究表明，Trp代謝物可以激活內(nèi)源性芳香烴受體(Aryl Hydrocarbon Receptor，AHR)，并緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥。犬尿氨酸是Trp代謝物之一，也是AHR配體，它參與調(diào)節(jié)上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞、固有淋巴細(xì)胞擴(kuò)張、炎癥和免疫反應(yīng)，并有助于維持腸道的正常黏膜功能。此外，吲哚可上調(diào)與AHR相互作用的緊密連接蛋白的表達(dá)，維護(hù)腸黏膜屏障。腸道共生細(xì)菌利用Trp作為能量物質(zhì)并產(chǎn)生吲哚-3-醛，它進(jìn)一步激活固有淋巴細(xì)胞(Innate Lymphoid Cell,ILC)中的AHR，誘導(dǎo)IL-22分泌，發(fā)揮抗炎作用[15]。

SCFAs不僅具有抑制炎癥的作用，也為結(jié)腸上皮細(xì)胞提供能量。SCFAs在UC患者腸道中顯著減少，其產(chǎn)生梭菌、擬桿菌等的豐度也有所降低。在此研究已證明SCFAs/GPCR(G蛋白偶聯(lián)受體)通路在UC中的重要性[16]。葡聚糖硫酸鈉鹽(Dextran Sulfate Sodium Salt，DSS)誘導(dǎo)的急性和慢性結(jié)腸炎導(dǎo)致GPR43(G蛋白偶聯(lián)受體43)基因敲除小鼠與野生型同窩小鼠相比疾病活動(dòng)性和結(jié)腸炎癥更高，其特征是組織學(xué)評(píng)分增加，結(jié)腸黏膜的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)以及TNF-α和白細(xì)胞介素-17(Interleukin-17,IL-17)蛋白水平升高。此外，單羧酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體(Monocarboxylate Transporter 1，MCT1)被認(rèn)為是腸上皮細(xì)胞攝取丁酸鹽的主要轉(zhuǎn)運(yùn)體，由丁酸鹽誘導(dǎo)表達(dá)，MCT1的胃腸道水平增強(qiáng)，特別是在結(jié)腸黏膜的頂膜中，并增加丁酸酯的跨上皮通量，參與UC的防治作用[17]。

2 中醫(yī)藥利用腸道菌群對(duì)UC的相關(guān)治療

UC在中醫(yī)學(xué)歸屬于“久痢”“腸澼”“痢疾”“腸風(fēng)”“臟毒”“滯下”等范疇。中醫(yī)學(xué)采取辨證與辨病相結(jié)合的方法，清熱利濕解毒、益氣活血，進(jìn)行個(gè)體化治療，在UC的研究與治療上取得了顯著的進(jìn)展。中醫(yī)藥具有安全、有效和低毒的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療以激素、免疫抑制劑和抗炎藥為主，但其不良反應(yīng)較多且長(zhǎng)期使用敏感性下降，病情易反復(fù)，中醫(yī)藥通過多途徑多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)腸道微生物群，達(dá)到治療UC的效果，作用溫和，不良反應(yīng)小且療效穩(wěn)定。此外，中醫(yī)藥可在辨證論治的基礎(chǔ)上靶向給藥，從而達(dá)到調(diào)控腸道菌群進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)治療UC的效果。

中醫(yī)藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群治療UC的機(jī)制主要有:首先通過調(diào)節(jié)腸道微生物群，對(duì)腸道內(nèi)的有益菌和致病菌進(jìn)行良性調(diào)整，防止細(xì)菌移位并修復(fù)腸黏膜屏障，進(jìn)而發(fā)揮其調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的作用[18-19]。此外中醫(yī)藥通過刺激腸道菌群相關(guān)代謝物的產(chǎn)生發(fā)揮調(diào)節(jié)免疫的功能而治療UC，表現(xiàn)為通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞亞群、細(xì)胞因子和炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如TLR/NF-κB信號(hào)通路見圖1。

圖1 中藥調(diào)節(jié)腸道菌群治療UC相關(guān)機(jī)制

2.1 中藥調(diào)節(jié)UC腸道菌群治療UC 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，中醫(yī)藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)揮治療UC的治療作用研究逐漸深入。例如，Chen等[20]研究了傳統(tǒng)經(jīng)方白頭翁湯對(duì)UC的調(diào)節(jié)作用，結(jié)果可得白頭翁湯明顯具有治療UC的功效，可顯著改善腸道菌群多樣性，表現(xiàn)為致病菌變形桿菌和志賀氏菌減少，乳酸桿菌和阿克曼菌的相對(duì)豐度增加。傳統(tǒng)復(fù)方三黃熟艾湯，幾千年來(lái)一直被安全地用于治療腹瀉、痢疾和其他炎癥性疾病，Wu等[21]通過對(duì)此方治療UC的研究，得出口服三黃熟艾湯可有效改善UC癥狀，降低益生菌乳酸桿菌的減少，調(diào)節(jié)腸道菌群豐度。Hu等[22]發(fā)現(xiàn)Nigella A是一種可從多種中藥中提取出來(lái)的一類三萜皂苷，具有潛在的鎮(zhèn)痛、抗炎、抗腫瘤和抗氧化活性。與柳氮磺胺吡啶聯(lián)合應(yīng)用后，不僅顯著改善了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥和病理?yè)p傷，還對(duì)與炎癥相關(guān)的菌屬有調(diào)節(jié)作用，如乳酸桿菌、卟啉單胞菌、擬桿菌和埃希氏菌。梁金花等[23]采用黃芪多糖對(duì)UC大鼠進(jìn)行灌胃處理后，發(fā)現(xiàn)治療后黃芪多糖組與模型組相比，所含的雙歧桿菌(Bifidobacterium)和乳酸桿菌數(shù)量顯著性增多，進(jìn)而證明了黃芪多糖對(duì)UC腸道菌群失衡有較好的調(diào)整作用。Qu等[24]通過對(duì)一種來(lái)自多種藥用植物的抗炎抗氧化類黃酮，山柰酚的研究，發(fā)現(xiàn)其可以通過抑制LPS-TLR4-NF-κB軸并且恢復(fù)腸道微生物群來(lái)緩解小鼠實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎，在DSS誘導(dǎo)的UC小鼠模型中，山柰酚可通過增加緊密連接蛋白-1、密封蛋白-1和閉合蛋白的表達(dá)改善破壞的腸道屏障，降低炎癥介質(zhì)水平，維持小鼠腸道菌群穩(wěn)態(tài)，如提高厚壁菌和擬桿菌的比例，減少變形菌的豐度。Zhang等[25]研究發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)方平胃散可通過降低血清LPS水平和IL-17A、IFN-γ mRNA水平，改善腸道微生物豐富度和水平，來(lái)發(fā)揮治療UC的作用。Tang等[26]應(yīng)用黃芪與黨參多糖聯(lián)合改善UC小鼠癥狀，通過上調(diào)SCFAs丁酸和異戊酸，重建免疫平衡，并通過促進(jìn)黏液分泌來(lái)維持腸上皮屏障。中藥復(fù)方及其有效成分通過調(diào)節(jié)腸道微生物治療UC作用見表1。

表1 中藥復(fù)方及其有效成分調(diào)節(jié)UC腸道微生物

2.2 基于腸道微生物的其他中醫(yī)藥干預(yù)策略 中醫(yī)藥灌腸療法也是治療UC的有效手段之一。早在東漢時(shí)期張仲景(張機(jī))的《傷寒論》，之后在《醫(yī)宗金鑒》《備急下金要方》等就有明確的文字記載[27]。灌腸療法作為UC患者必要的中醫(yī)治療，也具有調(diào)節(jié)腸道微生物的作用。于姣等[28]應(yīng)用美沙拉嗪和中藥聯(lián)合進(jìn)行治療，與單用美沙拉嗪組比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中藥聯(lián)合治療后較對(duì)照組腸道菌群明顯改善。韓玉娜等[29]也證明改良愈殤方灌腸給藥組進(jìn)行治療后，腸系膜淋巴結(jié)細(xì)菌移位率較模型組明顯改善，再次證明了中藥灌腸可通過調(diào)節(jié)UC小鼠的腸道微生態(tài)進(jìn)而發(fā)揮治療作用。針灸聯(lián)合中藥治療是緩解UC患者治療的重要方式。韓曉霞等[30]給予觀察組大鼠電針治療，發(fā)現(xiàn)電針治療不僅能改善病理狀態(tài)，還能提高微生物多樣性。

腸道菌群移植(Fecal Microbiota Transplantation，F(xiàn)MT)，是指將健康個(gè)體的糞便菌群通過上下消化的道途徑注入患者的腸道，并在患者的腸道內(nèi)定植和繁殖，重構(gòu)異常的腸道菌群，治療腸道菌群紊亂導(dǎo)致的相關(guān)疾病[31]。我國(guó)晉代葛洪的《肘后備急方》中記載了菌群移植的文字：“并善，又絞糞汁，飲數(shù)合至一二升，謂之黃龍湯，陳久者佳?！蔽鞣阶钤绲呐R床應(yīng)用是在1989年，1例UC患者在進(jìn)行了6個(gè)月的FMT治療后，其癥狀得到緩解。近年來(lái)，隨著FMT治療艱難梭菌感染取得的成功，以及對(duì)于腸道菌群研究的興起，使得FMT治療UC成為新的探索領(lǐng)域。FMT促進(jìn)了通過成功移植供體的活細(xì)菌類細(xì)胞來(lái)改善UC患者的腸道生物失調(diào)的微生物學(xué)研究。健康的微生物群可以有效地抑制入侵致病物種如艱難梭菌和白色念珠菌的定落和過度生長(zhǎng)，F(xiàn)MT能誘導(dǎo)一些細(xì)菌的有益變化，這也是臨床癥狀改善的關(guān)鍵因素之一[26]。FMT作為UC一種新的治療方式，受到越來(lái)越多的研究者的關(guān)注，從目前已知的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，具有一定的療效，但仍需要大量的臨床和基礎(chǔ)研究去探索和規(guī)范化。

Lin等[32]提出中草藥多糖的開發(fā)：作為次代益生菌以及后生素治療多種疾病。中草藥多糖作為益生菌可促進(jìn)其他益生菌和次代益生菌(Next-generation Probiotics，NGP)的生長(zhǎng)，此外，通過NGP的轉(zhuǎn)化形成后生素，進(jìn)一步發(fā)揮臨床應(yīng)用價(jià)值。例如冬蟲夏草多糖可減輕肝臟氧化應(yīng)激[13]，并通過改善組織學(xué)改變減少肝臟脂質(zhì)積累[33]。靈芝多糖可通過調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)減肥，并提出靈芝多糖可以作為一種益生元來(lái)對(duì)抗肥胖和與肥胖相關(guān)的代謝障礙[34]。中藥多糖的開發(fā)及其對(duì)UC的治療作用還需更多研究去進(jìn)行探索和驗(yàn)證。

3 討論與展望

腸道菌群與UC的發(fā)生和發(fā)展密不可分，腸道微生物失調(diào)會(huì)引起人體代謝，消化和免疫等多方面平衡，進(jìn)而引發(fā)結(jié)腸炎等多種腸道疾病。具體是哪種特定細(xì)菌導(dǎo)致了UC疾病的發(fā)生目前尚無(wú)法定論，通常認(rèn)為是由于多種菌群豐度的失衡和多樣性的改變共同導(dǎo)致的，還需進(jìn)一步探索研究。中醫(yī)藥通過改善腸道菌群治療UC近年來(lái)取得較大進(jìn)展，主要通過對(duì)UC患者腸道微生物進(jìn)行良性調(diào)整、防止細(xì)菌易位并修復(fù)黏膜屏障，多途徑多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)腸道微生物群，達(dá)到治療UC的效果。然而其研究也具有一定局限性，例如治療劑量和療程的規(guī)范性，且研究多以成方較多，其組分單體相關(guān)研究較少，未來(lái)研究可多關(guān)注中藥有效活性單體的藥效學(xué)及藥代動(dòng)力研究，透過菌群宏觀層面明確起關(guān)鍵作用的菌(屬)，建立更為科學(xué)的藥效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將現(xiàn)代科學(xué)研究手段和中醫(yī)藥理論結(jié)合運(yùn)用，更加深入地研究中醫(yī)藥調(diào)節(jié)腸道菌群治療UC的機(jī)制和靶點(diǎn)，為臨床治療提供新的方向。