中藥與腸道菌群相互作用的研究進展

1.廣西醫科大學生命科學研究院，廣西 南寧 530021；2.廣西醫科大學藥學院藥物分析教研室,廣西 南寧 530021

作為人體內一個復雜的微生態系統，人類腸道菌群被視為一個由1013～1014個微生物組成的“超級有機體”，這些微生物的基因組至少是我們人體基因組的100倍以上[1]。中藥是中華民族的瑰寶，在中華民族五千年生生不息的歷史長河中為本民族的健康繁衍起著保駕護航的作用。大多數中藥以口服的形式給藥，在腸道中選擇性地被腸道分泌的酶代謝成為活性成分或者可吸收的成分從而發揮治療作用。因此腸道菌群與中藥的藥效關系及藥效物質基礎存在著密切的聯系。近年來，腸道菌群的相關研究成為熱點，本文系統地歸納總結了腸道菌群調節宿主代謝和宿主—共代謝作用，腸道菌群對不同中藥成分的代謝和腸道菌群對不同疾病腸道菌群的調節作用以及腸道菌群和中藥相互作用的研究方法。

1 腸道菌群調節宿主代謝

1.1 宿主腸道菌群的多樣性組成 腸道菌群組成復雜，擬桿菌、螺菌和消化鏈球菌等專性厭氧菌及雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬占了腸道菌群的99%，專性厭氧菌達97%，腸道菌群結構相對穩定。不同個體腸道內類群的組成各有不同。宿主的基因型是決定腸道菌群多樣性的宿主特異性的重要因素之一，種類繁多的腸道菌群與宿主一同進化，在維持宿主生理功能上起到非常重要的作用[2]。

1.2 宿主腸道菌群功能

1.2.1 宿主—共生腸道菌群的共代謝作用 腸道菌群對宿主的代謝影響涉及多種器官，包括腸道、肝臟、肌肉和大腦，共同構成一個宿主—微生物代謝軸[3]。腸道細菌具有大量人體自身缺乏的能代謝植物多糖的基因，能夠將大分子植物多糖轉化為代謝終產物—短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)，為宿主提供能量及細菌生長和繁殖所需的營養物質。

腸道細菌還能參與宿主的代謝，與宿主發生共代謝，如膽汁酸代謝。在肝臟內，膽固醇通過多級酶促反應轉化為初級游離型膽汁酸(膽酸、鵝脫氧膽酸)，初級游離膽汁酸在肝臟中結合牛磺酸和甘氨酸，轉變為結合型膽汁酸，并經過膽道，排入腸道中，在腸道菌群的去共扼作用下，脫去牛磺酸或甘氨酸，變成次級膽汁酸(脫氧膽酸、石膽酸)，次級膽汁酸又通過門脈系統再回到肝臟中繼續結合，此循環為腸肝循環[4]。很多外源性復合物例如食物中的膽堿、綠原酸、芳香族化合物等以及藥物的代謝都是由宿主和腸道菌群通過腸肝循環這一重要的代謝途徑共同協作完成的。過去狹義的認為宿主代謝僅由自身基因調節控制,如今擴展為宿主-共生腸道菌群的共代謝(host-symbiotic microbial co-metabolism)，這種共代謝關系為今后以腸道菌群為藥物靶點，實行個性化醫療提供了依據[3]。

1.2.2 營養和免疫作用 腸道菌群除了能夠幫助宿主消化吸收食物中宿主自身不能代謝的物質，提供營養和能量外，還有促進腸道發育的作用。腸道中的益生菌可激活巨噬細胞從而提高非特異性及特異性免疫反應、自然殺傷細胞的活力，促進免分泌性的 IgA 的表達，提高宿主的抗病能力[5-6]。小腸上皮中的潘氏細胞是腸道先天性防御系統的重要影響因子，它能夠產生抗菌素-血管生成素，腸道細菌與潘氏細胞之間的相互作用對于腸道先天性免疫系統的建立起了重要作用。

1.2.3 保護作用 腸道內定植的共生菌能夠通過與腸源性病原菌競爭腸上皮的粘附位點而抵制病原菌侵入腸上皮[7]。抗生素治療破環腸道菌群平衡導致機會致病菌相對比例上升，其產生的毒素能夠增加腸上皮的通透性而導致腸道細菌移位。一些益生菌如雙歧桿菌能夠產生抑菌物質，抑制致病菌的生長，減少內毒素血癥的發生。

1.2.4 分泌神經遞質的作用 腸道中的枸櫞酸桿菌可通過迷走神經通路的激活, 介導刺激內臟感覺和焦慮的大腦區域，同時神經系統可以感知腸道的急性變化和識別病原體的存在。腸道菌群可通過下丘腦-垂體-腎上腺軸影響中樞神經，某些特殊的腸道菌被發現可以分泌神經遞質, 如γ-氨基丁酸(GABA)、5-HT, 兒茶酚胺和組胺，通過腸嗜鉻細胞瘤、迷走神經逐步傳遞到中樞神經系統[8]。

2 中藥調節腸道菌群的治療作用

腸道菌群的穩態對人體健康至關重要。腸道菌群的生態平衡是決定機體健康的重要因素，正常的菌群結構能夠促進機體健康，而菌群失調必定會造成疾病的發生，且發病部位不僅僅只限于腸道內,也可引起非腸道疾病的發生。通過調節腸道菌群紊亂的狀態，促進益生菌的生長，抑制致病菌的繁殖，平衡體內的腸道菌群，達到扶正驅邪的作用，可能是中藥治療疾病的生物學作用機制之一。

2.1 腸道疾病 潰瘍性結腸炎是一類非特異性腸道免疫功能紊亂的炎癥性疾病，其發生和菌群結構失調相關。八味錫類散[9]能顯著改善葡聚糖硫酸鈉誘導的小鼠潰瘍性結腸炎，提高乳酸桿菌水平，修復結腸組織損傷。黃芪多糖[10]對潰瘍性結腸炎大鼠腸道微生態失調具有很好的調整作用,經黃芪多糖治療7d后,模型大鼠腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌含量明顯上升,腸球菌、腸桿菌含量下降,大鼠腸道菌群比例恢復正常,大鼠結腸內揮發性脂肪酸的含量升高。中藥結腸寧能改善腸黏膜通透性,誘導臨床潰瘍性結腸炎緩解,恢復腸道菌群平衡及促進益生菌增殖[11]。中藥復方人參烏梅湯加味治療后大鼠腸道厚壁菌門類細菌含量顯著增加(P<0.01),而腸道擬桿菌門類細菌含量顯著降低(P<0.01)，較之西藥對腸道菌群平衡更具有良性的調控作用，其可能通過影響腸道菌群結構糾正菌群紊亂，進而發揮生津止瀉效應[12]。

腸道內類桿菌和梭菌屬細菌增加會增加結腸癌的發生率及生長速度，而乳桿菌和雙歧桿菌能阻止癌癥的發生。代謝組學研究發現人參[13]顯著降低氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸鈉誘導的大鼠結腸癌/結腸炎的發生，其主要機制是減輕了炎性因子水平，恢復了失調的菌群結構。

2.2 非腸道疾病

2.2.1 肥胖 早期多種因素導致的腸道菌群的紊亂，腸粘液層發生變化，腸免疫和腸微結構改變，增加了不良微生物的侵入，打破了宿主和微生物的平衡，宿主維持負能量平衡，而微生物通過腦-腸軸影響宿主的自主和中樞神經系統促進和維持這一進程，最終導致異位脂肪的積累發生肥胖[14-16]。大黃酸[17]、發酵白術[18]、升降散[19]、靈芝多糖[20]均可以改變腸道微生物結構，減少有害菌，增加雙歧桿菌和乳桿菌，顯著改善高脂誘導的大鼠肥胖，改善血清甘油三脂水平，恢復高密度脂蛋白水平。苦瓜通過減少致病菌、增加丁酸產生菌，減少內毒素產生，可以降低肥胖大鼠的空腹血糖、血脂水平，減小脂肪細胞大小[21]。

2.2.2 肝臟疾病 腸道菌群可通過“腸—肝軸”參與非酒精性脂肪肝的發生發展，以腸道菌群為靶點的中藥治療取得了較好的效果。沒食子酸可以改善高脂誘導的大鼠非酒精性脂肪肝，部分逆轉了高脂飲食引起的脂代謝、糖代謝、氨基酸代謝、膽堿代謝和腸道菌群代謝的紊亂[22]。小檗堿[23]恢復非酒精性脂肪肝小鼠雙歧桿菌水平，升高擬桿菌/厚壁菌門比例，顯著降低體重、血脂、血糖、胰島素水平，降低胰島素抵抗，下調炎癥因子表達。納米山藥多糖[24]有改善急性肝衰竭模型大鼠菌群失調和細菌易位作用，增加雙歧桿菌、乳酸桿菌數量，降低腸球菌、腸桿菌、類桿菌數量，降低大鼠肝臟指數，從而改善肝衰竭癥狀。SU[25]采用代謝組學核磁共振技術發現巖黃連生物堿對慢性肝損傷有較好的治療作用，可能是通過對脂質代謝、三羧酸循環、糖酵解和腸道菌群的調節而起效的。

2.2.3 免疫性疾病和神經系統疾病 神經—內分泌—免疫體系相關疾病與腸道菌群的研究也日益增加。腸道菌群的紊亂會導致免疫系統紊亂，引發免疫系統疾病。羅蘭等[26]研究發現用香菇多糖對腸道微生態失調小鼠進行治療后，小鼠腸道雙歧桿菌、乳酸桿菌數量顯著增加，而腸桿菌和腸球菌的數量顯著降低，脾臟指數明顯增加，對胸腺指數無影響，顯著增強了淋巴細胞轉化率，表明香菇多糖能調整小鼠腸道菌群及免疫功能。SU[27]通過核磁共振技術研究了當歸四逆湯干預類風濕性關節炎模型大鼠后的代謝通路，發現其對腸道菌群的調節是藥物起效的靶點。

腸道菌群也通過腦-腸軸的這種雙向系統作用于中樞神經系統,從而對全身的代謝和行為產生影響，調節腸道菌群也可治療中樞系統疾病。消遙散[28]對抑郁大鼠的治療效果顯著，其抗抑郁機制可能與對能量代謝紊亂，氨基酸代謝的調節和腸道菌群的調整有關。六味地黃丸[29]能改善阿爾海默茨大鼠認知功能障礙，包括空間學習和記憶能力，主動回避反應，和物體識別記憶能力。

3 腸道菌群對中藥有效成分和中藥復方的代謝作用

消化道是藥物代謝轉化的主要場所，傳統中藥的特色是以多成分的中藥復方口服給藥，口服吸收的生物利用度不高，但實際上方劑卻表現出很好的療效，腸道菌群在其中起了很大的作用。腸道菌群對中藥多種成分的生物轉化以水解為主，氧化和還原為輔，不同種類的細菌含不同的藥物代謝酶，這些代謝酶參與不同類型的藥物代謝。中藥有效成分在特定代謝酶的作用下，才能轉化成具有藥理或毒理作用的活性成分。中藥含有的大多數糖苷類成分在腸道內吸收差、生物利用度低、滯留時間長，經腸道菌群代謝后主要以相應的苷元形式被吸收，發揮藥效。

熊果苷是一種常見的存在于多種食品性植物中的化合物。熊果苷可以在腸道中雙歧桿菌的代謝作用下生成其代謝產物對苯二酚，對肝癌細胞具有抑制作用，促進其凋亡，但原型成分熊果苷并無此活性[30]。代謝組學顯示小檗堿口服生物利用率低，半衰期短，其在腸道微生物的作用下可以轉換成二氫小檗堿，腸道吸收率提高5倍[31]。李夢[32]通過體內及體外研究初步證實了腸道菌群是小檗堿發揮某些藥理作用的靶點。通過體外條件下對健康大鼠的腸道菌群和小檗堿進行共培養，通過測序鑒定出能夠代謝小檗堿的兩株菌，均為變形菌屬的細菌，再通過UPLC-Q-TOF-MS/MS技術鑒定出被2個菌株生物轉化的小檗紅堿、藥根堿、非洲防己堿、唐松草分定和去亞甲基小檗堿等5種代謝產物。

中藥復方是中醫整體觀念、辨證論治的重要體現，中藥經合理配伍后，其作用于機體的藥效與單味藥相比大有不同，且并非是各個單味藥的簡單疊加。中藥復方在腸道內經過腸內菌群的作用，各味藥的生物轉化過程和藥-藥的協同作用過程同樣會發生變化。腸道菌群能夠調節中草藥多組分的協同和拮抗作用，是中藥起效的重要靶點。

王曦燁等[33]利用電噴霧多級串聯質譜法分析了大鼠腸內菌群作用下制川烏分別與浙貝母、法半夏和白蘞配伍后共煎液的中烏頭類生物堿的含量變化，結果表明，浙貝母可增加雙酯型生物堿含量,法半夏可降低雙酯型生物堿含量,而白蘞對雙酯型生物堿含量影響不大;大鼠腸內菌群能夠進一步降低雙酯型生物堿的毒性并增加毒性較小的脂型生物堿的含量，腸內菌的生物轉化過程對中藥復方起到了明顯的減毒增效作用。陶偉偉等[34]研究發現千金子與甘草合用可在腸黏膜損傷、腸道菌群結構、腸道菌群代謝功能等層面表現出合用增毒的配伍禁忌現象，千金子與甘草合用增加了有害菌屬的含量，同時增強腸道菌群代謝芳香氨基酸的能力，使吲哚、對甲酚等有毒物質含量增加，同時增強 LPS合成，將進一步增加腸道損傷。

4 中藥與腸道菌群相互作用的研究方法

傳統的糞便和離體消化道內容物溫孵法費時耗力，而且腸道內絕大多數微生物通過傳統方法也難以培養，對于研究腸道菌群的多樣性有著很大的局限。因此，研究腸道微生態需要采用一些快速、準確、高通量的分子生物學技術，提高對腸道菌群的鑒定能力。

4.1 基于測序的技術 16S rRNA基因測序是目前微生物群落多樣性研究中最常用的方法。用16S rRNA基因測序技術分析口服中藥或中藥復方前后腸道內容物或糞便中腸道菌的變化，以此來了解中藥對機體的腸道菌群組成造成的影響。宏基因組是指一個微生物群落內所有成員的基因組的總和，是一種不需要分離培養微生物而直接發現和利用其基因的新的技術策略，能夠更加全面而深入的解析微生物群落的結構和組成，挖掘更多未知的功能基因和功能菌。宏基因組學方法有明顯的優勢，綜合分析了復雜微生物群落的系統、物理和功能特性，充分了解了微生物的動態變化，但目前對于微生物群落的實際活動或生理條件下與宿主的相互作用仍然有待深入研究。

4.2 代謝組學 基于宿主和菌群之間進行著活躍的代謝交換以及“共代謝”過程，通過全基因組測序和宏基因組方法能夠獲得腸道菌群基因組的信息，但并不能闡明腸道菌群如何影響宿主代謝譜，其作用模式如何。基于基因功能的復雜性和生物系統的完整性，需要建立從整體層面來連續動態研究腸道菌群的方法。代謝組學采用色譜-質譜聯用技術或核磁共振等技術，對口服中藥或中藥復方后動物模型的腸道內容物、糞便、血、尿和膽汁中的轉化代謝產物進行定量分析，可以確定中藥在體內的轉化途徑和腸道菌群對宿主的代謝作用。

5 展望

腸道是人體微生物種類數目最高的器官，腸道菌群被譽為“人體的第二基因組”，對人類健康的影響已經越來越受到重視，腸道菌群與中藥的關系已經成為研究熱點。從腸道菌群結構改變和調節目標菌群/株的角度探討中藥對于菌群失衡的轉歸作用將會進一步闡釋中藥發揮藥效的生物學機制。基于多組學技術研究中藥作用機制的策略，宏基因組學、蛋白質組學與代謝組學技術的結合有助于發現腸道菌群與中藥代謝及宿主代謝的密切關系，發現腸道菌群與中藥多成分之間相互作用，尋找潛在的共代謝標志物，鑒定與中藥代謝相關的功能菌，從而理解中藥多成分多靶點多層次的作用機制。中藥及中藥復方起效的藥效物質基礎不明確是中藥現代化的 “瓶頸”，制約了其發展和應用，多組學的關聯分析將有助于進一步闡明中藥發揮藥效的作用物質基礎及作用的分子機制，開發以腸道菌群為靶點的個性化中藥并進行臨床個性化治療。