中醫(yī)藥對(duì)AD腸道菌群調(diào)控及炎性反應(yīng)相關(guān)性的研究進(jìn)展

馮麗娜，王 杰，張馨月，王 琦，黎明全，王慶偉

（1.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，長(zhǎng)春 130117；2.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，長(zhǎng)春 130117；3.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三臨床醫(yī)院腦病科，長(zhǎng)春 130117）

隨著AD機(jī)制研究的不斷深入，國(guó)內(nèi)外研究[1]發(fā)現(xiàn) Aβ在腦內(nèi)的異常沉積只是冰山一角，它既是致病因素也是病理產(chǎn)物，其并非始發(fā)因素，不斷在腦內(nèi)聚集、沉淀的諸多因素才是關(guān)鍵。近年來(lái)研究[2]認(rèn)為炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致Aβ在腦內(nèi)異常聚集的重要因素之一，而炎癥反應(yīng)與腸道微生物群落失調(diào)密切相關(guān)[3]。對(duì)于阿爾茨海默病機(jī)制的研究以往主要集中在腦部，但是隨著近10年腸道菌群（Gut microbiota，GM）對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)影響的不斷深入研究，發(fā)現(xiàn)AD患者的GM與正常人群相比其構(gòu)成的豐度、多樣性及代謝產(chǎn)物的含量有明顯差異，而通過(guò)重建腸道菌群的藥物可減輕大腦中的神經(jīng)炎癥，在改善AD患者認(rèn)知方面有明顯的療效，這些現(xiàn)象說(shuō)明了微生物-腸-腦軸是影響AD的發(fā)生發(fā)展的重要病理途徑。

1 GM與AD相關(guān)性研究

機(jī)體與GM是一種互利共生關(guān)系。AD的發(fā)生與GM失調(diào)關(guān)系密切。微生物-腸-腦軸反映了中樞神經(jīng)系統(tǒng)與胃腸道之間的雙向持續(xù)溝通[4]。大腦可通過(guò)調(diào)節(jié)自主神經(jīng)功能影響腸道的代謝和分泌，反之，GM也通過(guò)影響代謝產(chǎn)物、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、神經(jīng)遞質(zhì)傳遞和免疫調(diào)節(jié)來(lái)參與AD的發(fā)生發(fā)展[5]。

研究[6]表明，在AD患者GM中的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）與對(duì)照組比較明顯減少，SCFA可經(jīng)透過(guò)腸道黏膜屏障進(jìn)入血液循環(huán)，并依靠單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體透過(guò)血腦屏障（blood-brainbarrier，BBB）直接影響大腦的神經(jīng)細(xì)胞功能[7]。而胃腸道中革蘭陰性菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)成分的脂多糖（lipopolysaccharides，LPS），可激活氧化應(yīng)激而產(chǎn)生活性氧，破壞BBB，導(dǎo)致神經(jīng)元破壞和丟失，促使神經(jīng)元變性[8]，腸道內(nèi)鼠傷寒沙門(mén)菌、金黃色葡萄球菌等細(xì)菌也可產(chǎn)生Aβ[9]，AD患者腸道黏膜屏障和BBB都具有高通透性[10]，腸道中Aβ蓄積后可進(jìn)入血液并在腦內(nèi)積累，造成神經(jīng)損傷，加速AD發(fā)病進(jìn)程。GM也可以通過(guò)氧化應(yīng)激、胰島素抵抗來(lái)影響tau蛋白磷酸化。腸道內(nèi)存在的革蘭氏陽(yáng)性菌可以產(chǎn)生γ-氨基丁酸（GABA），GABA 是人類(lèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的重要的抑制神經(jīng)遞質(zhì)[11]，GM可通過(guò)GABA途徑拮抗AD。研究表明大量攝入益生菌和益生元，能提高神經(jīng)認(rèn)知能力并降低AD病發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[12]。糞菌移植（fecal microbiota transplantion，F(xiàn)MT）是將正常菌群移植到菌群失調(diào)個(gè)體腸道中以達(dá)到平衡菌群的目的[13]，F(xiàn)MT的治療手段在AD實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上取得了很好療效。

2 炎癥（神經(jīng)炎性、機(jī)體炎性）與AD相關(guān)性研究

AD的典型組織病理學(xué)改變?yōu)锳β異常沉積和tau蛋白過(guò)度磷酸化[14]，除此之外，神經(jīng)炎癥已被一系列研究證實(shí)為AD患者腦組織的另一個(gè)特征。當(dāng)前通過(guò)正電子發(fā)射斷層掃描（PET）檢測(cè)到的18 kda轉(zhuǎn)位蛋白（TSPO）水平已被確定為神經(jīng)炎癥最常見(jiàn)的成像生物標(biāo)志物[15]。

2.1 神經(jīng)炎性

神經(jīng)炎癥主要由小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)為主。在AD患者的大腦中，小膠質(zhì)細(xì)胞可被可溶性Aβ寡聚物或與PRRs（Toll樣受體家族）結(jié)合的LPS激活[16-18]。AD早期M1亞型促炎小膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)IκB/NF-κB、MAPK/AP-1信號(hào)通路持續(xù)分泌各種促炎細(xì)胞因子[19]并上調(diào)BACE1、APP和γ-分泌酶復(fù)合物的表達(dá)來(lái)促使Aβ的生成[20]。同時(shí)，激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）信號(hào)通路，將M1亞型轉(zhuǎn)化為分泌抗炎因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的M2亞型，對(duì)神經(jīng)元和吞噬異常蛋白的修復(fù)起到代償作用[21]。而在AD的中晚期失代償過(guò)程中，調(diào)控存在由抗炎“M2”表型向促炎“M1”表型的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程[22]，M1表型調(diào)控多種神經(jīng)免疫炎性因子如：TNF-α，IL-1β及NO[23]，使得神經(jīng)元受損后釋放Aβ等毒性物質(zhì)，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向M1表型轉(zhuǎn)化形成惡性循環(huán)。星形膠質(zhì)細(xì)胞是分布最廣的膠質(zhì)細(xì)胞。不僅與氧化應(yīng)激和Aβ清除有關(guān)，更參與調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥功能[24]。星形膠質(zhì)細(xì)胞可被誘導(dǎo)成兩種表型：具有神經(jīng)毒性的促炎A1亞型，具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)及保護(hù)的抗炎A2亞型[25]。此外，Aβ和促炎細(xì)胞因子也可激活星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1亞型轉(zhuǎn)化。激活NF-kB信號(hào)通路，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生和分泌，加劇了Aβ的產(chǎn)生、小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙以及神經(jīng)元損傷，加速AD的進(jìn)展[26]。

2.2 機(jī)體炎性

除神經(jīng)炎癥外，感染誘導(dǎo)的機(jī)體炎癥是AD進(jìn)展的潛在驅(qū)動(dòng)因素。首先，機(jī)體炎癥可通過(guò)修飾毛細(xì)血管緊密鏈接的內(nèi)皮細(xì)胞層和星形膠質(zhì)細(xì)胞足突破壞BBB[27]。其次，促炎物質(zhì)也可以通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)BBB進(jìn)入大腦[28]。最后，周?chē)窠?jīng)通過(guò)感知機(jī)體炎癥信號(hào)并將其傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)[29]。迷走神經(jīng)是大腦與機(jī)體之間的主要通信媒介[30]。迷走神經(jīng)由20%的傳出纖維和80%的傳入纖維組成。傳入神經(jīng)元表達(dá)IL-1β、TNF、TLR4和外周炎癥分子等細(xì)胞因子相關(guān)受體，相關(guān)受體激活后將炎癥信號(hào)傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，直接或間接使小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞活化為M1和A1表型[31]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，LPS注射引起的機(jī)體炎癥通過(guò)激活NLRP3炎癥小體降低了小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的清除[32]。綜上所述，機(jī)體炎癥是AD發(fā)病機(jī)制的重要組成部分。

3 GM介導(dǎo)的阿爾茨海默病的炎癥途徑研究進(jìn)展

GM與AD之間已有多種途徑相互影響，同時(shí)炎癥（神經(jīng)炎性、機(jī)體炎性）也已被證明在AD的進(jìn)展和發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。近年來(lái)，微生物—腸—腦軸是一個(gè)熱門(mén)話題。炎癥途徑是兩者之間重要的橋梁之一。研究[33]表明，在AD患者檢測(cè)出的微生物或其碎片不僅存在于血液中而且存在于腦組織中，如LPS、腸毒素、微生物來(lái)源的淀粉樣蛋白。在各種腸道粘膜屏障和BBB的防御下，通過(guò)強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和促炎作用推動(dòng)著AD的進(jìn)程[34]。

3.1 脂多糖（LPS）

LPS是革蘭陰性菌的大部分外膜成分。研究發(fā)現(xiàn)，AD患者大腦灰質(zhì)和白質(zhì)中LPS水平明顯高于對(duì)照組[35]，且晚期AD患者海馬病例樣本中的LPS超過(guò)對(duì)照組的26倍，由此可見(jiàn)LPS的增多與AD病理密切關(guān)系[36]。此外，從AD患者的血清中也檢測(cè)到較高濃度的LPS，同時(shí)伴有較高的NO2激活[37]，有研究提示腹腔注射LPS（10 mg·kg-1）可激活經(jīng)典補(bǔ)體通路和小膠質(zhì)細(xì)胞M1型，導(dǎo)致突出丟失及神經(jīng)元損傷從而影響學(xué)習(xí)和記憶[38]。此外，暴露于脆弱擬桿菌LPS后，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的突觸前和突觸后膜蛋白均明顯降低[39]，進(jìn)一步的研究證實(shí)了突觸前破壞與小膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的IL-1β相關(guān)[40]。正常情況下，血液中僅有極少量的LPS，當(dāng)細(xì)菌感染期間腸道通透性增加，LPS以高濃度存在于腸道、牙齦和皮膚以及其他組織中[41]，出現(xiàn)“腸源性炎癥反應(yīng)”，使腸道屏障和BBB功能受損[42]。另一方面，透過(guò)BBB進(jìn)入腦內(nèi)，并與小膠質(zhì)細(xì)胞的Toll樣受體（Toll-likereceptors，TLRs）結(jié)合釋放促炎因子，導(dǎo)致AD發(fā)生和發(fā)展。在Aβ的產(chǎn)生方面，LPS通過(guò)與TLR4受體結(jié)合，激活下游的NF-kB通路，釋放炎性細(xì)胞因子IL-1、IL-6和TNF[43]。同時(shí)上調(diào)淀粉樣前體蛋白（β-APP）mRNA水平和β-分泌酶1（BACE1）活性促進(jìn)Aβ的生成[44]。在清除Aβ方面，LPS增加BBB的通透性促使促炎物質(zhì)更容易進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，減少Aβ清除[8]。在tau的病理方面，LPS通過(guò)炎癥因子誘導(dǎo)GSK-3β磷酸化，而加劇tau的超磷酸化[45]。綜上所述，LPS通過(guò)炎癥反應(yīng)、Aβ清除以及tau磷酸化對(duì)AD的發(fā)生發(fā)展有不同的影響。

3.2 GM來(lái)源的淀粉樣蛋白

人體中的大多數(shù)微生物，包括芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、鏈霉菌屬、葡萄球菌屬和大腸桿菌等都會(huì)分泌淀粉樣蛋白[46]。這可能是AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)淀粉樣蛋白過(guò)程的潛在提供者[47]，目前，微生物源淀粉樣蛋白在AD病理過(guò)程中的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，微生物來(lái)源的淀粉樣蛋白可能啟動(dòng)類(lèi)似朊病毒的繁殖[48]，AD患者血液中存在淀粉樣變性真菌蛋白和彌漫性真菌[49]，可見(jiàn)朊病毒樣折疊行為的蛋白質(zhì)[50]。推測(cè)腸道內(nèi)的淀粉樣蛋白通過(guò)與濾泡樹(shù)突狀細(xì)胞相互作用而進(jìn)入腸道神經(jīng)系統(tǒng)，最終擴(kuò)散到中樞神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)AD[51]。另一方面，微生物源性淀粉樣蛋白誘導(dǎo)炎癥導(dǎo)致AD[52]。微生物源淀粉樣蛋白作為PAMPS，激活TLR2、NF-κB、CD14和促炎癥的microRNA-34a[53]。大腸桿菌分泌的淀粉樣蛋白與Aβ42的結(jié)構(gòu)和免疫原性相似，可結(jié)合小膠質(zhì)細(xì)胞表面的TLR2受體，激活并釋放炎癥因子，加重AD[54]，此外，細(xì)菌淀粉樣蛋白也引起NLRP3炎癥小體的激活，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞，釋放IL-1β和IL-18，并減少Aβ的清除，使Aβ和p-tau的聚集增多[55]。

3.3 短鏈脂肪酸（SCFAs）

SCFAs是GM將膳食纖維水解并發(fā)酵的產(chǎn)物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等。SCFAs具有調(diào)節(jié)GM平衡、免疫系統(tǒng)和促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放等功能，且對(duì)腸道黏膜屏障的完整性發(fā)揮著重要作用。丁酸鹽是一種SCFAs，而丁酸鈉在小膠質(zhì)細(xì)胞中具有抗炎的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，雙轉(zhuǎn)基因AD小鼠經(jīng)丁酸鹽治療后聯(lián)想記憶得以改善[56]。研究[57]證實(shí)，SCFAs在tau蛋白磷酸化和神經(jīng)炎癥中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在生理病理狀態(tài)下其對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育起著調(diào)節(jié)作用，Erny等首次報(bào)道了SCFAs可以修復(fù)FFAR2小鼠無(wú)菌腸道引起的小膠質(zhì)細(xì)胞損傷[58]。這一研究提示了SCFAs的作用可促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和成熟。且小膠質(zhì)細(xì)胞可清除Aβ沉積，補(bǔ)充SCFAs可改善小膠質(zhì)細(xì)胞異?；罨泳廇D進(jìn)程。此外，研究表明，SCFAs通過(guò)抑制衰老小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥作用，發(fā)揮抗炎功能[59]。近期有報(bào)道稱，單用或聯(lián)合使用SCFAs可以調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和細(xì)胞毒素的分泌、小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬活動(dòng)[60]。

GM直接或間接參與了機(jī)體和中樞炎癥的調(diào)節(jié)，因此，在AD的發(fā)展和發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。目前，針對(duì)GM抗炎治療研究的干預(yù)措施主要有益生菌、益生元等。益生菌可使GM由促炎向抗炎轉(zhuǎn)化。益生菌-4由嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、兩歧雙歧桿菌和乳酸雙歧桿菌組成。有研究發(fā)現(xiàn)，使用益生菌-4不僅可以改善記憶功能、神經(jīng)元和突觸損傷、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化，而且還能減少因衰老引發(fā)的腸道屏障和BBB的破壞[61]。

4 中醫(yī)藥通過(guò)調(diào)節(jié)GM治療AD

4.1 中藥單體對(duì)GM的調(diào)節(jié)

在治療AD過(guò)程中，中醫(yī)藥通過(guò)調(diào)節(jié)GM優(yōu)勢(shì)逐漸被發(fā)現(xiàn)。巴戟天低聚果糖通過(guò)提升有益菌豐度、多樣性與穩(wěn)定性，影響腸道形態(tài)、黏蛋白和腸道黏膜通透性，改善氧化應(yīng)激、下調(diào)Aβ1-42表達(dá)，延緩AD病理過(guò)程[62]。對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠運(yùn)用淫羊藿苷聯(lián)合三七總皂苷治療可顯著改善GM的多樣性及記憶功能[63]。大黃酸可通過(guò)調(diào)節(jié)微生物群穩(wěn)態(tài)、抑制巨噬細(xì)胞積聚、抗神經(jīng)炎癥和BDNF表達(dá)來(lái)治療高脂血癥模型鼠認(rèn)知功能障礙[64]。實(shí)驗(yàn)表明槲皮素可明顯改善低維生素D狀態(tài)下的認(rèn)知功能。這可能與提高GM多樣性及豐度有關(guān)，進(jìn)而減少Aβ沉積、tau磷酸化及神經(jīng)炎癥[65]。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)矢車(chē)菊素-3-O-葡萄糖苷治療的PAP小鼠模型可以逆轉(zhuǎn)部分由AD引起的菌群種類(lèi)及結(jié)構(gòu)失調(diào)，促進(jìn)腸黏膜結(jié)構(gòu)完整性的恢復(fù)，改善認(rèn)知功能[66]。而代謝功能障礙也會(huì)加劇AD的進(jìn)程已被證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)菊粉可增加小鼠GM中有益微生物群減少有害微生物群，提升盲腸、外周和大腦的新陳代謝，降低了海馬中的炎癥基因表達(dá)，這為調(diào)整膳食及益生元來(lái)治療AD提供一定的參考價(jià)值[67]。基于“GM-腸-腦軸”軸的銀杏酮酯治療AD實(shí)驗(yàn)研究中[68]，當(dāng)AD發(fā)生時(shí)，GM的豐富度及多樣性遭到破壞，進(jìn)而影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，而當(dāng)給予銀杏酮酯治療后，相應(yīng)GM穩(wěn)態(tài)失調(diào)及神經(jīng)毒性得以改善。有研究者發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用石菖蒲水提取物治療3xTg-AD小鼠模型可改變GM結(jié)構(gòu)，且明顯改善學(xué)習(xí)記憶能力[69]。此外，有研究證實(shí)[70]，天麻水提取物可以改善AD模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶及空間探索能力。抑制小鼠海馬體中P-Tau蛋白的表達(dá)，且提高GM的豐度變化。

4.2 中藥復(fù)方對(duì)GM的調(diào)節(jié)

研究發(fā)現(xiàn)，解毒化瘀湯可以通過(guò)調(diào)控N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）/腺苷三磷酸酶（ATPase）/腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信號(hào)通路并上調(diào)AD模型小鼠海馬腺苷和GM結(jié)構(gòu)來(lái)改善AD模型小鼠的學(xué)習(xí)、記憶障礙[71]。此外，研究發(fā)現(xiàn)柴胡舒肝散能夠改變APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因GM結(jié)構(gòu)，提高小鼠學(xué)習(xí)和記憶能力，恢復(fù)其菌群多樣性[72]。LW-AFC是由經(jīng)典中醫(yī)方劑六味地黃湯衍生而成的新方劑，研究發(fā)現(xiàn)LW-AFC可以通過(guò)調(diào)節(jié)GM來(lái)改善空間學(xué)習(xí)和記憶能力、回避反應(yīng)能力、物體識(shí)別記憶能力等認(rèn)知行為[73]。另外，芍藥當(dāng)歸散可增加APP/PS1轉(zhuǎn)基因GM中的乳酸桿菌科的豐度，降低幽門(mén)螺桿菌屬、黏液性細(xì)菌相對(duì)豐度，升高5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）與 GABA 水平[74]，此外，當(dāng)歸芍藥散可以激活TLR4/NF-κB信號(hào)通路，降低IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS釋放，從而抑制細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

5 解毒益智方的提出及研究進(jìn)展

課題組傳承國(guó)醫(yī)大師任繼學(xué)的“腦髓理論”，結(jié)合《靈樞·大惑論》內(nèi)容，同時(shí)綜合李杲、葉天士等先賢的醫(yī)學(xué)理論，創(chuàng)新提出“髓虛毒損”是本病的病機(jī)關(guān)鍵[75]，認(rèn)為腎精不足，腦髓失養(yǎng)，加之脂膏壅塞，水津血互滲，聚為痰涎，毒自內(nèi)生，神機(jī)失用，故應(yīng)用“上下交損，當(dāng)治其中”治療理念，確立解毒益智方。

在臨床研究方面，課題組前期證實(shí)[76]，運(yùn)用解毒益智方治療非癡呆型血管性認(rèn)知功能障礙（VCIND）72例6個(gè)月后，MMSE、MoCA、ADL評(píng)分變化明顯優(yōu)于對(duì)照組（口服尼莫地平片）。前期亦證實(shí)，解毒益智方中黃連多糖（coptis chinensis polysaccharide，CCP）通過(guò)抑制MAPK/JNK調(diào)控的凋亡信號(hào)通路，對(duì)Aβ25-35誘導(dǎo)的PC12神經(jīng)毒性起到保護(hù)作用[77]。課題組進(jìn)行進(jìn)一步深入探究，在解毒益智方干預(yù)Aβ25-35模型大鼠的GM實(shí)驗(yàn)分析證實(shí)：解毒益智方明顯提升腸道多樣性，尤以以AD相關(guān)乳酸菌種、普雷沃氏菌、約氏乳酸桿菌和羅伊氏乳桿菌屬上最為明顯，并通過(guò)下調(diào)焦亡通路上相關(guān)蛋白，抑制了AD大鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，起到神經(jīng)毒性保護(hù)作用并提高認(rèn)知功能。

6 小結(jié)

綜上所述，課題組在大量前期工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，圍繞AD的最新發(fā)病機(jī)制和主要病理改變，提出了“具有多途徑、多靶點(diǎn)治療作用的解毒益智方通過(guò)調(diào)整消化道微生態(tài)，直接或間接的抑制炎癥反應(yīng)，激活腦部免疫反應(yīng)促進(jìn)腦內(nèi)Aβ消解，從而治療AD”科學(xué)假說(shuō)，將會(huì)在后續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。