展望微生態理論和技術在中藥研究中的應用

嚴鑄云，何冬梅，王海

展望微生態理論和技術在中藥研究中的應用

嚴鑄云，何冬梅，王海

分析了微生態學與中藥學結合的理論基礎，對微生態理論和技術在中藥研究中的應用進行了展望，認為從微生態角度闡釋中藥品質形成、變化和作用機制等，將形成系列中藥研究、生產和應用的新理念、新方法和新技術，在保證中藥安全有效地用藥和優質藥材供給等方面有著廣泛的前景，提出了中藥微生態學（Herbal Microecology）的概念。

微生態學；中藥學；中藥微生態學

中藥學是研究如何保證中醫臨床用藥安全、有效和有藥可用的一門科學，涉及中藥理論和具體藥物的來源、生產、采集加工、炮制、物質基礎、性能、功效、適應證，及其使用和制備方法等多方面內容；并隨著其他科學技術的發展而發展，不斷融入現代科學技術成果的新技術和新方法?？梢姡兴帉W的主要研究對象有兩類生物，即以植物（動物）為起點，人為終點。而微生物、植物、動物和人類是一個超有機體[1]。迄今微生態理論和技術日趨成熟，且已廣泛用于生命科學的各個領域，改變了人們對生命本質的認識，那么它是否能在中藥學方面得到應用，揭示中藥研究中長期懸而未決的問題呢？答案是肯定的，即中藥科學就是研究植物（動物）微生態系統的產物對人體微生態系統的影響。本文就微生態理論和技術在中藥研究中的運用進行了展望。

1 在藥材道地性成因方面的應用

道地藥材是中藥的精髓，是優質藥材的代名詞；中醫藥界歷來重視藥材的產地，講究道地性。如《黃帝內經》謂：“歲物者，天地之專精好。非同歲物則氣散，質同而異等也”，《神農本草經》謂：“土地所出，真偽新陳，并各有法”，《本草經集注》謂：“諸藥所生，皆有境界”，《新修本草》謂：“竊以動植形生，因方舛性，春秋節變，感氣殊功。離其本土，則質同而效異?！标U述了臨床療效、藥材質量與產地密切相關?！侗静菅芰x》提出：“凡用藥必須擇州土所宜者，則藥力具用之可據。如上黨人參、川蜀當歸、齊州半夏、華州細辛……”，明確指出選擇適宜生長地所產的藥材，是保證臨床用藥安全有效的基礎。20世紀80年代開啟了道地藥材的現代研究[2,3]，從歷史文獻、地質背景、生態環境、遺傳特性、次生代謝產物等方面就道地藥材形成機理及科學內涵等方面展開研究和討論，如肖小河等[4]將道地藥材形成模式分為生態環境主導型、生物物種主導型、生產技術主導型、人文傳統主導型、多因子關聯決定型；黃璐琦等[5-8]認為道地藥材的表型是基因型與生境之間相互作用的產物，即表型=基因型+生境飾變；提出“道地藥材的道地性越明顯，其基因特化越明顯”、“邊緣效應能促進道地藥材的形成”、“道地藥材的化學組成有其獨特的自適應特征”等道地藥材形成的三個假說。目前，內生菌對藥材質量的影響得到廣泛的關注[9～11]，植物種子內部和表面有著豐富的微生物群落，種子萌發過程中的種子際（Spermosphere）微生物和土壤微生物相互作用影響著植物的健康生長和土壤肥力，同時影響根際微生態系統、植物內生菌組成，以及有害微生物的浸染過程[12～14]，即植物種際微生態系統與土壤微生態系統相互作用形成藥用植物微生態系統。藥用植物存在眾多的共棲微生物（內生菌、根際、葉際微生物和叢枝菌等）是如何影響植物營養吸收、生長發育、代謝和防御過程？因此，揭示藥用植物微生態與藥材品質形成的關系，可為藥材品質形成與調控提供了新的線索和手段，這種利用植物共棲微生物調控藥材品質的形成可稱“藥用植物微生態調控技術”。

2 在資源培育方面的應用

中藥資源已成為限制中醫藥發展的瓶頸問題，資源人工培育（栽培、野生撫育等）是解決資源短缺主要途徑。藥用植物引種栽培后，隨栽培面積的不斷擴大，連作障礙問題也日益突出，藥材中重金屬和農殘超標，藥材質量下降等現象嚴峻，嚴重危害著藥材的產量和品質，極大影響了中醫臨床安全和有效性。連作障礙機制研究是可持續生產的熱點課題之一[15]，其發生機理主要是土壤理化性質惡化、化感自毒作用和微生物區系失衡[16,17]，本質是“植物-土壤-微生物”組成的微生態系統發生改變，引起植物對土壤物質的轉運變化，從而引起的植物生長發育和代謝特征的改變[18]，輪作生產方式是土壤微生態系統恢復的過程[19,20]?！爸参?土壤-微生物”組成的微生態系統中，微生物是影響土壤物質循環，修復土壤微生態系統，影響植物物質吸收、生長發育和生理代謝活動的主導驅動因子。目前根際有益微生物的研究主要集中在叢枝菌根真菌（AM）和根際促生菌（PGPR）兩方面，AM真菌能促進宿主植物對營養物質、土壤水分等的吸收，提高其耐鹽、耐旱、耐重金屬和抗病的能力，進而促進植物生長發育[21,22]，影響植物的次生代謝過程[23,24]，張華[25]和曾理[26]等對AM真菌對植物次生代謝產物影響進行了綜述，趙萌[27]和李亮[28]等綜述AM真菌緩解連作障礙的研究進展。根際促生菌 (PGPR) 包括誘導體系抗性 (induced systemic resistance，ISR)[29]和誘導體系忍受力(induced systemic tolerance,IST)[30]；ISR能產生抵抗多種能產生抑制多種病原菌的抗生素類物質或毒素，幫助植物抵御生物類（包括病原細菌、真菌、病毒及線蟲等）侵害；IST 能幫助植物耐受多種非生物脅迫，包括重金屬、干旱、鹽分、肥力低下或過剩等[31,32]。喬卿梅等[33]分析了根際微生物在克服藥用植物連作障礙中的潛力，龍偉文等[34]和胡江春等[35]分別就 PGPR與叢枝菌根真菌(AMF)的相互作用關系、PGPR的應用前景等方面進行綜述[31]。相對而言，AMF和PGPR在緩解連作障礙和促進植物生長的研究報道較多，同時開發出多種微生物肥料[36～38]；但PGPR在促進種子明發、緩解重金屬和農殘污染的研究報道較少，但有成為研究熱點的趨勢。植物處于眾多的土壤微生物環境，它們如何影響植物營養吸收、生長發育和代謝，以及重金屬和農殘進入植物體內的過程，這些為肥料和土地的持續高效利用，實現藥用植物的高效和安全生產提供了新的線索和技術手段，這種利用土壤有益微生物實現優質藥材高效生產的過程可稱“藥用植物根際微生態調控技術”。

3 在藥材加工和貯運方面的應用

藥材加工干燥是保證中藥材質量的重要環節，藥材產地加工干燥不僅是去除非藥用部位和便于貯藏運輸的過程，也是調整藥材中次生代謝產物的過程。已有的研究表明，不同的干燥方法干燥的藥材中活性成分和有害成分存在差異[39～43]，也影響著中藥的安全性和有效性。周銅水[44]認為其機理是新鮮采收的植物體在干燥加工過程中，植物體受干旱脅迫，誘導相關化學成分的變化，提高了丹酚酸B的含量。內生菌與植物次生代謝產物有著密切的聯系[9,10]，而在藥材干燥過程內生菌的種群變化對藥材質量和貯藏的影響目前仍缺乏研究，但有可能成為研究熱點的趨勢。這些研究將為保證干燥、貯藏過程中藥材的品質，實現藥材高效和安全生產提供新的線索和技術手段，這種控制內生菌的變化實現優質藥材高效生產的過程可稱“藥材加工微生態技術”。

中藥貯藏運輸過程中易受空氣、溫度、濕度、光線、微生物等的影響，常出現蟲蛀（藥谷盜、米肉蟲、谷蛾、米象、玉米螟、黃粉蟲和螨等害蟲）、霉變（黃曲霉、黑曲霉、產黃青霉、桔青霉、長枝木霉、根霉、毛霉、互隔交鏈孢霉、茄病鐮刀菌酵母或細菌等）等，而蛀蟲又傳播霉菌，導致藥材發霉，使藥材外觀性狀和化學成分發生變化，影響中藥質量和臨床安全有效用藥。中藥材蟲蛀或霉變不僅造成直接經濟損失，且部分霉菌能產生耐高溫的毒素，在炮制、煎煮等處理過程中不會被破壞，會引起真菌毒素中毒癥、降低機體免疫功能、中樞神經系統的損害、甚至引起突變、導致畸形和致癌等嚴重的安全隱患[45,46]。目前，中藥材倉儲養護的方法有自然通風法、干燥法、對抗貯藏法、密封吸濕法、炒米茴香養護法、化學藥物熏蒸法、醇或生物堿類等噴灑養護、冷凍殺蟲法、干沙埋藏法、谷糠貯藏法、密閉貯藏方法、氣調貯藏技術、低溫冷藏技術、氣幕防潮技術、氣體滅菌技術、輻射滅菌技術、揮發油熏蒸防霉技術等[47]。蟲害防治上常采用密封養護的方法，其次是磷化鋁熏蒸，少部分采用硫磺熏蒸；處理霉變最常用翻曬/攤晾的方法，仍有少量商戶通過熏硫處理霉變[48]；而殺菌防霉新技術如輻射滅菌技術和氣調養護技術、超高壓處理技術、微波和遠紅外應用并不充分[49,50]。大多藥材陳放時間過長都會出現發霉、蟲蛀、變色、散失氣味等變質問題，降低藥材品質，而產生變質的真菌和蟲卵多為土壤傳播，部分來自加工、儲運環境。同時，有些藥材要求一定的陳放時間，傳統有“六陳”的認識，已有研究認為陳皮引起揮發性組份變化和黃酮類成分升高[51,52]，這種變化與藥材中的真菌相關[53]?？梢姡幉牡淖冑|現象和陳放增效等過程都伴隨著藥材中微生物菌群結構的變化。但這方面的研究薄弱，加強研究有可能為藥材安全生產提供了新的線索和技術手段，這種利用藥材中微生態功能實現藥材防變質和改善藥材品質，可稱“藥材養護微生態技術”。

4 在藥材生產區劃和產地溯源方面的應用

道地藥材是中醫藥的精髓，中醫藥界長期信賴道地產區所產的藥材，并以其產出地作為控制藥材質量的方法。然而，產地的地理尺度有多大？如何辨識流通中藥材的產地？一直都是懸而未決的問題。因此，回答產地的地理尺度范圍，是制定生產區劃、發展道地藥材生產，實現藥材產地溯源的基礎。

藥材生產區劃常以氣象因子和土壤元素和水分等進行分析等進行確定，事實上，長期氣象觀察站點有限，短時間對氣象因子的觀察又難以獲得數據規律；常規的土壤元素分析關注土壤大量、中量和微量元素，以致于小環境之間存在的生態差異常常被忽視。同時，植物微生態系統具有自穩性，即微生態系統中各微生物的生態位的占位和互補現象，無機元素之間的共吸收和功能替代等現象，共同維持了植物生命過程的相對穩定。另一方面，植物的代謝成分多樣，結構復雜、異構體廣泛存在，小環境差異引起的植物代謝差異被掩蓋，但不同產地藥材的質量差異又是臨床觀察客觀存在的事實。可見，以小環境的氣象因子、常規土壤元素，以及藥材中的次生代謝產物解決產地的標識仍然具有一定難度。而土壤微生物是小環境的氣候、土壤元素和營養條件的綜合表征，也是土壤生態系統的主要驅動因子[18]。因此，可利用土壤微生態系統的組成和功能特征更精確表征藥用植物所處的微生態環境，實現基于小環境特征的藥材生產區劃。同時植物藥用部位的內生菌存在地域特性[10]，利用內生真菌群落結構地域性差異可進行藥材的產地鑒別，實現藥材的產地溯源。

5 在中藥作用機制方面的應用

人類機體是一個由大量原核細胞、真核細胞組成的異常復雜的“超有機體” （Superorganism）[54,1]。人類腸道微生物發揮著能量代謝調控、異源物質代謝、腸道上皮細胞修復、腸道黏膜免疫激活、宿主行為調控等重要作用，與肥胖、糖尿病、肝代謝異常、慢性肝炎、腸癌、腸易激綜合征、心血管系統和神經系統等疾病均有關[55]。只有當人體自身基因組、人體共生微生物基因組及所處環境三者之間處于一個動態平衡狀態，才能保持人體的健康狀態，腸道細菌基因組是控制人體健康的“人類第二基因組”[56]?？诜侵兴幍闹饕o藥途徑，中藥被腸道微生物轉化，減弱或者增強藥效，腸道微生物對中藥有效成分轉化作用與腸道微生態平衡關系的研究，將是解釋中藥作用機制不可忽略的一條途徑[57]。同時，中藥具有維持腸道微生態的平衡，調節腸道菌群，中藥對腸道微生態的調節作用，也揭示中藥治療作用的腸道微生態本質[58,59]。如Ashley L. Steed等發現天然植物中的黃酮類化合物，經過腸道微生物的降解，產生的代謝物被吸收后，能夠上調I型干擾素信號通路，進而增強機體抗病毒免疫反應[60]。但這方面的研究薄弱，隨著測序技術的發展，將為中藥在腸道中的生物轉化和腸道微生態的關系，以及中藥與腸道微生態平衡的關系提供了有利的技術支撐，加強這方面的研究有可能為中藥安全有效用藥，以及闡釋中藥的作用機制提供新的線索和技術手段。研究與腸道微生態和藥效的關系，用以闡釋中藥作用機制和實現安全有效用藥，可稱“中藥微生態機制”研究。

綜上可見，微生態問題貫穿在中藥生產和應用的各環節，微生態研究勢必成為中藥研究的另外一個窗口。微生態理論和技術運用到中藥研究中，從微生態角度闡釋中藥品質形成、變化和作用機制等，將出現中藥培育的新理念和技術、提升中藥貯運技術，以及中藥作用機制研究的新方法和新技術，形成中藥控制安全性和有效性的新觀念和新方法、新技術。將使中藥的研究、生產和應用進入到一個嶄新的發展階段，并由此產生一門新的學科——中藥微生態學（Herbal Microecology）。

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Prospect of micro ecological theory and technology in the application of traditional Chinese medicine research

/YAN Zhu-yun, HE Dong-mei, WANG Hai//( School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources, Chengdu 611137, Sichuan)

The theoretical basis of combination of micro ecology and Chinese materia medica is analyzed. The prospect of the application of micro ecology theory and technology in traditional Chinese medicine research is discussed. It is believed that exploration of traditional Chinese medicine quality change and formation mechanism from the perspective of micro ecology will form a series of new ideas, new methods and new technologies of traditional Chinese medicine research, production and application which effectively ensures the safe application of traditional Chinese medicine and the quality of medicinal materials and etc. And the paper also puts forward the concept of traditional Chinese medicine ( TCM ) micro ecology ( Herbal Microecology ).

Micro ecology; TCM; Herbal Microecology

R 28; Q 938

A

1674-926X(2017)05-005-05

國家自然科學基金（81573537）

成都中醫藥大學藥學院，中藥材標準化教育部重點實驗室，四川省中藥資源系統研究與開發利用重點實驗室，省部共建國家重點實驗室培育基地，四川 成都 611137

嚴鑄云（1964-），男，教授，主要從事道地藥材形成機制和微生資源的開發利用方面的研究Tel:028-61800231 Email: cdtcmyan@126.com

2017-01-12

（責任編輯：蔣淼）