基于“腸道菌群-SCFAs-Th17/Treg細(xì)胞軸”探討果上葉對(duì)COPD的影響

劉春艷,牛建均,柴藝匯,馬四補(bǔ),陳云志,王煥珍,文琴琴,張永紅,曾凡勇,晏朝操*

1.德江縣民族中醫(yī)院(貴州 銅仁 565200) 2.貴州中醫(yī)藥大學(xué)(貴州 貴陽(yáng) 550025)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種以持續(xù)氣流受限并伴隨有肺氣腫、慢性氣管炎等癥狀和小氣道重塑、肺泡異常等主要病理特征的慢性疾病[1]。其發(fā)病率高、致死率高是全球第三大死亡原因,世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)慢阻肺的患病率將在未來40年內(nèi)繼續(xù)上升,到2060年,每年可能有540萬(wàn)人死于該疾病[2]。COPD發(fā)病機(jī)制主要由肺部慢性炎癥及免疫紊亂,導(dǎo)致肺氣腫的形成,肺泡功能進(jìn)一步降低[3]。目前,COPD西醫(yī)治療主要使用支氣管舒張劑、糖皮質(zhì)激素和抗生素類等藥物治療,但不良反應(yīng)及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重等問題日益凸顯[4]。因此,對(duì)COPD疾病的防治研究亟待挖掘出新的治療方向。目前,肺腸理論在臨床的運(yùn)用非常廣泛,拓寬了肺系、腸道疾病的治療思路。腸道菌群是長(zhǎng)期存在于人體腸道內(nèi)的微生物群落,其正常狀態(tài)可對(duì)宿主保證腸道黏膜屏障完整、營(yíng)養(yǎng)及藥物代謝、病原體抵御及免疫調(diào)節(jié)等諸多方面有特殊作用及功能[5]。文獻(xiàn)顯示[6],呼吸系統(tǒng)慢性疾病患者常有腸道菌群的改變,腸道菌群可經(jīng)腸-肺軸從而對(duì)呼吸系統(tǒng)慢性疾病的免疫方面產(chǎn)生影響。中醫(yī)理論中“肺與大腸相表里”是從臟腑、經(jīng)絡(luò)的聯(lián)系上,強(qiáng)調(diào)了呼吸系統(tǒng)與消化系統(tǒng)生理上相互協(xié)調(diào)、病理上相互影響。腸道菌群微生態(tài)失衡是引發(fā)慢性炎癥,導(dǎo)致COPD病理的重要機(jī)制之一,腸道菌群微生態(tài)失衡與COPD病理演變本質(zhì)間存在密切關(guān)聯(lián),可能為COPD干預(yù)藥物新的作用靶點(diǎn)?；诖?本文擬從“肺與大腸相表里”這一中醫(yī)學(xué)理論角度出發(fā),探討腸道菌群及其代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(SCFAs)調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞平衡對(duì)COPD的影響,以期為該疾病的防治提供理論依據(jù)。

1 “肺與大腸相表里”的中醫(yī)學(xué)內(nèi)涵及COPD的中醫(yī)認(rèn)識(shí)

1.1 “肺與大腸相表里”生理內(nèi)涵“肺與大腸相表里”是中醫(yī)的重要理論學(xué)術(shù)觀點(diǎn),起源于中醫(yī)經(jīng)典古籍《黃帝內(nèi)經(jīng)》,《靈樞》曰:“肺合大腸,大腸者,傳導(dǎo)之腑?！背醮翁岢隽耸痔幹}下絡(luò)大腸的觀點(diǎn),表明了肺與大腸的表里絡(luò)屬關(guān)系[7]。肺與大腸通過經(jīng)絡(luò)相連、陰陽(yáng)表里、氣機(jī)調(diào)節(jié)、臟腑通守以及水液代謝等多方面聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)二者功能上的協(xié)同促進(jìn)。在生理上,肺與大腸相互為用,相輔相成。肺主氣,主宣發(fā)肅降,主氣而吐故納新;大腸傳導(dǎo)糟粕,主排泄糟粕而推陳出新,以通降為主,兩者氣機(jī)升降相輔相成,共同推動(dòng)全身氣機(jī)的運(yùn)行;肺為“水上之源”,將津液輸布于大腸,大腸主津濡養(yǎng)腸道,使腑氣通暢則肺主通調(diào)水道功能正常發(fā)揮,兩者在調(diào)節(jié)機(jī)體津液代謝方面起著重要作用[8]。

1.2 “肺與大腸相表里”病理內(nèi)涵在病理上,肺腸在病理轉(zhuǎn)變方面存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián),《素問·咳論》曰:“肺咳不已,則大腸受之。大腸咳狀,咳而遺矢。”表明了肺部疾病會(huì)導(dǎo)致大腸功能失調(diào)?！饵S帝內(nèi)經(jīng)·靈樞集注》卷五曰:“大腸為肺之腑而主大便,邪痹于大腸,故上則為氣喘爭(zhēng)。故大腸之病,亦能上逆而反遺于肺?！北砻鞔竽c疾病亦可影響肺臟功能[9]。由于肺與大腸在病理上的相互影響,古代醫(yī)家在臨床診治肺腸疾病時(shí),審慎疾病本源,并配合腸病治肺、肺病治腸。《金匱要略淺注》“大抵腸中積聚,則肺氣不行;肺有所積,大腸亦不固,二害互為病。大腸病而氣塞于肺者痛;肺有積者亦痛,痛必通用?！薄吨形鲄R通醫(yī)經(jīng)精義·臟腑之官》曰:“凡大腸之病皆從肺來”大腸所以能傳道者,以其為肺之腑,肺氣下達(dá),故能傳道,是以理大便必須調(diào)肺氣也。由此可見,古代醫(yī)家關(guān)于肺與大腸在經(jīng)絡(luò)、生理、病理以及治療之間的相關(guān)性已有較為深入的認(rèn)識(shí),證實(shí)了肺與大腸之間關(guān)系極為密切。

1.3COPD發(fā)病機(jī)制及中醫(yī)認(rèn)識(shí)目前,COPD的發(fā)病機(jī)制不甚明確,主要包括氣道慢性炎癥、氧化和抗氧化失衡、蛋白酶和抗蛋白酶失衡、腸道微生態(tài)失衡[10]。其中,腸道菌群微生態(tài)失衡已成為COPD病理演變認(rèn)識(shí)的新途徑,腸道菌群微生態(tài)失衡是引發(fā)慢性炎癥,導(dǎo)致COPD病理的重要機(jī)制之一[11]。中醫(yī)認(rèn)為COPD屬于“喘證”“肺脹”等范疇,其誘因?yàn)橥飧辛嬍呈б?、勞倦過度、情志失調(diào)等,由外感風(fēng)寒為主,其病多由久咳、久喘、久哮等導(dǎo)致。肺病反復(fù)發(fā)作,不易愈,重在肺、脾、腎三臟的陽(yáng)氣衰弱,陽(yáng)氣虛衰作為發(fā)病首要因素。陽(yáng)氣衰弱,痰濁內(nèi)伏于肺部,使氣機(jī)不利,血行不暢瘀阻于體內(nèi),瘀痰互生,痰瘀互結(jié)為發(fā)病的宿根,痰瘀伏肺、肺氣壅塞為病發(fā)的病機(jī)。該病機(jī)屬本虛標(biāo)實(shí),在治療上采取扶正祛邪的治則[12]。

2 SCFAs、Th17/Treg與COPD關(guān)系

2.1 腸道菌群通過調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物SCFAs與COPD發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)“肺-腸軸”是肺部和腸道有機(jī)聯(lián)系起來的雙向軸,肺與腸胚胎學(xué)起源的同源性及組織結(jié)構(gòu)的相似性為“肺-腸軸”理論提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),其腸道菌群及其代謝產(chǎn)物SCFAs是肺腸軸的關(guān)鍵介質(zhì)[13]。腸道菌群是人體內(nèi)重要的免疫器官,能夠通過與宿主間的相互作用調(diào)控腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),為人體提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),調(diào)節(jié)代謝,腸道菌群的平衡對(duì)維持人體健康有十分重要的影響[14]。研究表明[15],腸道菌群與慢性肺病等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),COPD患者由于腸道菌群失調(diào)會(huì)使腸道黏膜免疫功能下降,細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物大量移位至腸外器官,過度激活機(jī)體免疫系統(tǒng),引起機(jī)體異常的免疫反應(yīng),導(dǎo)致全身黏膜免疫受到影響,加速肺功能的惡化。而SCFAs是不可消化碳水化合物發(fā)酵的主要最終產(chǎn)物,由結(jié)腸微生物通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生,可供腸道微生物群使用,包括乙酸、丙酸、丁酸等,其在腸道菌群扮演重要角色,可抑制細(xì)胞內(nèi)炎癥因子形成,維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[16]。腸道菌群通過SCFAs來維持局部免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài),當(dāng)機(jī)體受到炎癥因子侵襲,造成局部組織細(xì)胞功能障礙,SCFAs通過影響免疫調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子的釋放而發(fā)揮免疫功能[17]。腸道菌群和COPD關(guān)系密切,其能夠通過細(xì)菌脂多糖、短鏈脂肪酸、免疫細(xì)胞等調(diào)節(jié)肺部免疫反應(yīng)[18]。肺功能較差患者的SCFAs水平較低,SCFAs可能在COPD的致病中發(fā)揮積極作用,腸道中的主要產(chǎn)物SCFAs具有抗炎特性,是結(jié)腸細(xì)胞的能量來源,可改善腸道屏障功能并調(diào)節(jié)脂肪酸和宿主中的脂質(zhì)合成[19]。文獻(xiàn)報(bào)道[20]在大鼠飲食中添加SCFAs可減輕COPD模型大鼠炎性反應(yīng);中藥復(fù)方能夠改善COPD模型大鼠肺部和腸道炎癥,提高SCFAs的含量,具有調(diào)節(jié)COPD模型大鼠肺-腸微生態(tài)平衡的作用[6]。上述可知,腸道菌群可直接通過調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物SCFAs修復(fù)腸道生態(tài)失調(diào)參與COPD發(fā)生發(fā)展。

2.2Th17/Treg細(xì)胞失衡是COPD發(fā)病機(jī)制中的重要免疫因素COPD的發(fā)生發(fā)展與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)、輔助性T細(xì)胞17(Th17)介導(dǎo)的免疫失衡密切相關(guān)。Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞都來源于初始T細(xì)胞,二者比例平衡對(duì)維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起重要作用,失衡則會(huì)引起全身或局部免疫應(yīng)答異常,導(dǎo)致自身免疫性疾病、持續(xù)感染等疾病[21]。Th17細(xì)胞是一種新發(fā)現(xiàn)的CD4輔助T細(xì)胞亞群,參與免疫炎癥反應(yīng)等病理生理過程,其在核轉(zhuǎn)錄因子維甲酸相關(guān)孤核受體(ROR-γt)調(diào)控下分泌白細(xì)胞介素-17(IL-17)可誘導(dǎo)IL-6、TNF-α的表達(dá),介導(dǎo)免疫應(yīng)答反應(yīng)[22]。Treg是免疫系統(tǒng)內(nèi)的一種調(diào)節(jié)作用的T細(xì)胞亞群,通過特異性叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子3(Foxp3)選擇性分泌TGF-β、IL-10等細(xì)胞因子,介導(dǎo)免疫抑制[23]。Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞兩者在分化上互相制衡,Treg細(xì)胞分泌的IL-10可抑制Th17細(xì)胞的分化;而Th17細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子抑制Foxp3的表達(dá),從而抑制Treg在外周的分化[24-25]。多項(xiàng)文獻(xiàn)報(bào)道,Th17 /Treg在慢性炎癥性肺部疾病發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[26]。在COPD穩(wěn)定期外周血Th17/Treg及IL-17水平明顯升高,Treg細(xì)胞含量明顯下降,可見Th17/Treg及IL-17在COPD的發(fā)病過程中起著重要的作用,與COPD癥狀嚴(yán)重程度密切相關(guān)[27]。另通過對(duì)COPD大鼠肺組織中轉(zhuǎn)錄因子RORγt和Foxp3的調(diào)節(jié),增加Treg細(xì)胞表達(dá),降低Th17細(xì)胞表達(dá),從而抑制肺組織炎性浸潤(rùn),改善肺功能[28]。綜上所述,Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞分別分泌相應(yīng)的細(xì)胞因子參與COPD病理生理過程,調(diào)節(jié)Th17/ Treg細(xì)胞平衡是COPD免疫調(diào)節(jié)治療的重點(diǎn)靶標(biāo)。

3 腸道菌群代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞的平衡干預(yù)COPD

腸道菌群對(duì)人體T淋巴細(xì)胞的分化具有重要作用,人體中Th17與Treg在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫耐受、維持局部組織微環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFAs可調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞的發(fā)育和分化,而Th17和Treg細(xì)胞是連接腸道菌群和肺的免疫功能的關(guān)鍵細(xì)胞亞群[29]。腸道菌群與肺部免疫處于動(dòng)態(tài)平衡,在此平衡中主要由Treg及TGF-β等主導(dǎo)的抑炎反應(yīng)為主,當(dāng)動(dòng)態(tài)平衡被破壞,導(dǎo)致腸道菌群多樣性下降啟動(dòng)免疫應(yīng)答,Th17/Treg失衡產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[30]。在體外Treg細(xì)胞誘導(dǎo)條件下,與菌群缺陷的小鼠糞便提取物相比,具有特定菌群的小鼠糞便提取物能增加CD4+T細(xì)胞表達(dá)Foxp3,菌群缺陷小鼠的糞便提取物中丁酸和丙酸的水平較低,提示共生菌產(chǎn)生的SCFAs具有誘導(dǎo)外周Treg細(xì)胞分化的作用[31-32]。SCFAs通過血液循環(huán)到達(dá)腸道以外的器官,影響肺組織炎性細(xì)胞因子發(fā)育,激活肺部的免疫炎癥反應(yīng)[33]。SCFAs可通過TGF-β1作用于腸上皮黏膜細(xì)胞進(jìn)而促進(jìn)向Treg細(xì)胞的分化;產(chǎn)生抑炎因子,以此來使機(jī)體產(chǎn)生免疫耐受,影響COPD炎癥的疾病進(jìn)程[34]。研究顯示[35],SCFAs可體內(nèi)調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞分化(Th17/Treg)凋亡、分泌細(xì)胞因子如IL-6、IL-10,進(jìn)入細(xì)胞后抑制組蛋白去乙?；赴l(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控。在香煙煙霧暴露COPD大鼠模型中,通過腸道益生菌改變下調(diào)Th17的免疫反應(yīng),增加SCFA含量,提高Treg細(xì)胞的數(shù)量及功能,從而抑制COPD的炎癥反應(yīng)[36]。綜上所述,腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFAs調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞平衡進(jìn)而提高機(jī)體免疫功能可能是防治COPD的新靶點(diǎn)。

4 果上葉調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞平衡干預(yù)

果上葉為《貴州省中藥材、民族藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(2003年版)收載品種,來源于蘭科植物云南石仙桃PholidotayunnanensisRolfe的干燥根狀莖和假鱗莖。最早記載于清代《生草藥性備要》:“果上葉味甘、微苦,性涼,歸肺經(jīng),具有養(yǎng)陰清肺,利濕消瘀,清熱解毒等功效?！迸R床用于肺熱咳嗽、支氣管炎、胃腸炎[38]?，F(xiàn)代藥理學(xué)表明[37]果上葉具有抗炎、抗腫瘤,抗氧化等作用,其開發(fā)的產(chǎn)品復(fù)方果上葉糖漿在治療急、慢性支氣管炎中治愈率達(dá)80%,療效顯著。文獻(xiàn)顯示,果上葉有效成分能降低IL-1β、IL-6和TNF-a mRNA的表達(dá)水平,抑制NF-κB的活性產(chǎn)生抗炎作用。果上葉能調(diào)節(jié)Th1和Th2平衡,有效減輕哮喘大鼠炎癥反應(yīng)[38-39]。前期課題組研究,果上葉可降低COPD模型大鼠血清及肺組織IL-6、IL-1β、TNF-α的等炎性因子表達(dá)水平,改善大鼠肺組織病理學(xué)變化,可顯著降低肺組織中TLR4、NF-κB、MMP-9 mRNA及蛋白表達(dá)。綜上,果上葉在治療呼吸系統(tǒng)疾病效果明顯,尤其在防治COPD中療效顯著。

目前,腸道和肺之間的相互作用被稱為“肺-腸軸”,是“肺與大腸相表里”理論的現(xiàn)代延伸,它強(qiáng)調(diào)了腸道和肺功能之間的相互聯(lián)系,更好地說明了中醫(yī)“肺病治腸”“腸病治肺”和“肺腸同治”的生物學(xué)基礎(chǔ),中醫(yī)認(rèn)為“正氣于內(nèi),邪不可干”,慢阻肺反復(fù)發(fā)作是肺-腸微生態(tài)失衡、人體“正氣”“變虛”“邪氣”變強(qiáng)的過程,基于此,治療時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮中醫(yī)藥多靶點(diǎn)作用的優(yōu)勢(shì),從恢復(fù)肺-腸微生態(tài)平衡的角度來增強(qiáng)體內(nèi)“正氣”,使正勝于邪,則邪去病除。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可能是肺-腸聯(lián)系的物質(zhì)基礎(chǔ)之一,腸道菌群及菌群代謝產(chǎn)物與宿主免疫之間的相互作用在COPD發(fā)病及調(diào)控中扮演重要角色。腸道菌群、SCFAs和Th17/Treg細(xì)胞參與COPD的發(fā)生發(fā)展及其三者的密切關(guān)系,而果上葉具有抗炎作用,恢復(fù)肺部功能的作用?；谝陨险J(rèn)識(shí),提出科學(xué)假說,果上葉可通過調(diào)節(jié)腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFAs,調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞平衡干預(yù)COPD,從分子水平探討果上葉通過調(diào)節(jié)腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFAs,調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞平衡作用,詮釋中醫(yī) “肺與大腸相表里”理論觀點(diǎn)在COPD防治中的科學(xué)內(nèi)涵,以期為中醫(yī)藥干預(yù)COPD提供科學(xué)依據(jù)和新思路。