腸道微生態在中醫藥研究中的現狀與展望

吳美平，魏慶雙，陳 婷，畢明剛

(1. 上海中醫藥大學附屬上海市中醫醫院，上海 201203； 2. 黑龍江中醫藥大學，哈爾濱 150040；3. 中國中醫科學院西苑醫院，北京 100091； 4. 國家自然基金委，北京 100085)

人體的腸道菌群及其生存的腸道環境構成了腸道微生態，是人體最主要最復雜的微生態，其中腸道菌群占據腸道微生態的核心地位。在相當長的一段時間內，人們對腸道菌群的認識局限于與人體的共生關系。近百年來逐漸發現，其復雜而重要的功能如代謝功能，包括給宿主提供能量、維生素及部分電解質，免疫功能包括生成免疫球蛋白，增強宿主抵抗力等，宿主的感染防御，如內毒素移位引起的腸源性內毒素血癥。

1 腸道菌群與疾病

現代醫學關于腸道菌群公認的報道開始于1958年美國科羅拉多大學Ben Eiseman報道的4例嚴重偽膜性腸炎(當時死亡率75%)經糞菌移植治療治愈3例的報道[1]，其后直至20世紀80年代，腸道菌群與消化系統疾病的關系不斷被發現[2-3]。進入21世紀，特別是近5年來腸道菌群逐漸成為熱點，其與健康、疾病的發生發展及治療的關系逐漸被認識、確證。得益于基因組學方法的不斷發展與普及應用，科學家對腸道菌群的認識越來越深入，以微生物組(microbiome，指人體微生物及微生物基因組的總和，也包含微生物與宿主相互作用關系，Joshua Lederberg于2001年提出此概念)為關鍵詞搜索Pubmed，發現近5年來相關文章急劇上升，反映了該領域受關注的程度。

因為絕大多數腸道菌群集中在大腸，科學家最早關注腸道菌群與疾病的關系也局限在腸病或者消化系統疾病如肝病等[4-6]。近年來，越來越多的疾病被發現與腸道菌群相關[7]，包括代謝性疾病如糖尿病及肥胖、呼吸系統疾病、自身免疫性疾病如關節炎及多發性硬化，中樞神經系統疾病如帕金森和阿爾茲海默病、精神性疾病抑郁癥及應激等。特別是2017年集中發表的腸道菌群與抑郁癥、高血壓、糖尿病、黑色素瘤及腸癌等文章[8-12]有2個顯著特征，一是因為這些文章對疾病的認識是顛覆性的且影響深遠，所以大多發表于cell、nature、science或其子刊并常見于封面；二是已經由以前的相關性報道深入到邏輯性病理機制的研究，對于疾病診斷及治療的認識打開了一個全新的視野。

圖1顯示，科學家最早關注腸道菌群與疾病的關系局限在腸病或者消化系統疾病，直至近5年來，科學家發現腸道菌群與消化道外疾病的關聯，特別是近2年來， cell、nature、science或其子刊重點或者封面介紹腸道菌群在多系統疾病中的作用。

圖1 腸道菌群研究發展史

縱觀對腸道菌群的認識，現代醫學從消化系統相關性疾病開始逐步深入至其他既往認為關系較遠的疾病，與疾病關系從相關性逐步過渡到因果關系?？梢灶A測，腸道菌群將在多系統多疾病革命性地改善醫學既往對疾病的認識。

2 腸道菌群與中醫藥

圖2顯示， 近年來不但現代醫學研究中腸道菌群越來越熱，中醫藥研究中腸道菌群也越來越多，圖2顯示，2014年至2018年的5年中，國家自然科學基金委中醫學科(H27)自由申請的面上、青年和地區基金項目中，與腸道菌群相關的申請項目數逐年大幅度增加，而當年該學科總申報項目比例也逐年上升，作為自由申請的國內權威科研項目類別，國家自然科學基金的申請趨勢反映了目前科學家科研的興趣和熱點。本文將主要從中醫診斷與治療兩方面對近年來腸道菌群研究作一述評。

圖2 2014～2018年國家自然基金委中醫學科(H27)腸道菌群相關申請項目數(A)及所占當年項目比例(B)

2.1 中醫證候與腸道菌群

辨證論治是中醫的核心，對于患者證候把握的準確性是治療的前提和療效的根本。但中醫判斷證型是基于“望聞問切”所獲得患者情況來判斷的，主觀判斷多，客觀指標少，證據水平相對較差，在現代研究中尋找與中醫證候相關的客觀化指標尤為迫切。中醫證候客觀化的研究是目前中醫基礎和臨床研究的重點和難點，而腸道菌群的相關研究可能會給中醫辨證提供一些客觀化證據。目前中醫證候與菌群相關的研究體現在以下兩個方面。

一是舌部菌群與舌苔的相關性研究。舌診是判斷中醫證型非常重要的依據，目前菌群與舌診相關主要集中在舌苔與舌部菌群，多數以某一疾病不同證型舌苔菌群比較[13-14]。如有研究證實，慢性胃炎膩苔、非膩苔及健康對照患者舌苔微生物分析發現，胃炎患者膩苔與非膩苔組舌苔微生物種類具有顯著差異[15]，另一方面，不同疾病相同舌苔的舌苔菌群亦不同。如有研究證實，食管癌和反流性食管炎黃厚膩苔的舌苔菌群并不一樣[16]。這些研究提示隨著研究數據的不斷豐富，將來舌苔不僅僅可以靠醫生眼睛觀察，還可以增加這些客觀指標來判斷，但舌質與菌群的相關性研究較少。

二是腸道菌群與不同疾病、不同證型的相關性研究。這也是目前證型客觀化與菌群研究的重點，研究的循證醫學證據水平較高，很多為多中心、隨機、雙盲的臨床研究。如唐旭東課題組關于脾虛型功能性腹瀉和肝郁脾虛型腸易激綜合征的RCT研究，其所得出腸道菌群的結果為脾虛證證候客觀化提供了一些令人信服的證據[17]。仝小林課題組對224例初發糖尿病屬于濕熱證(以臭黏便、黃膩苔為證候特征)的研究，通過進行腸道菌群和臨床生化指標的相關性分析，發現Faecali和雙歧桿菌等短鏈脂肪酸產生菌在對照組和濕熱證型糖尿病患者中差異明顯，通過清熱化濕治療后這些細菌顯著富集，與糖化血紅蛋白、空腹血糖等相關，從治療前關聯性分析和治療后反證均證實，濕熱證與腸道菌群的確實證據[18]。這一結果發表于國際頂級刊物The International Society for Microbial Ecology journal(The ISME journal，國際微生物生態學會會刊)。除了脾胃相關疾病外，近來關于腸道菌群與其他疾病中醫證候類型亦有報道。溫成平課題組[19]對97例健康對照患者和114例強直性脊柱炎中醫屬于濕濁困脾型患者腸道菌群分析發現，2組腸道菌群在各個種屬水平、基因水平甚至菌株方面出現差異。陳孝銀課題組[20]對流行性感冒常濕型和濕熱型比較發現，同樣流行性感冒的小鼠濕熱環境下感染流感病毒后，腸道乳酸桿菌和厭氧總菌相對于常濕型病毒模型組下降明顯，進一步研究發現其通過腸道微小RNA進而影響到天然免疫通路，導致機體的促炎反應增強，而抑制炎性反應減弱，免疫識別機制下調，因而致使肺部疾病遷延不愈。當前證型與腸道菌群的研究大多集中于菌群與證型的相關性方面，進一步病理機制研究相比較。張衛東課題組[21]在腸道菌群與脾陽虛證相關關系的基礎上，進一步對脾陽虛證候患者與健康對照組的血漿、尿液和糞便進行了代謝組學分析，發現脾陽虛患者和能量相關的TCA循環和碳水化合物代謝、鞘脂代謝和腸道菌群介導的色氨酸代謝紊亂，這種將代謝組學與腸道菌群結合的辦法為進一步理解腸道菌群與證型的關系提供了新的研究思路。

這些研究為中醫證候客觀化研究提供了有益的借鑒，但多數還是集中于脾胃相關證候，對于其他證候的研究還有待于深入。

2.2 中藥與腸道菌群

因為傳統的中藥絕大多數是口服給藥進入體內，首先與之接觸的是胃腸道，中藥進入腸道后與腸道菌群的相互作用非常令人感興趣；加之中藥特別是復方的作用機制一直不明，其多靶點復合作用與腸道菌群類似，同時中醫藥研究的規律是先有療效再探討機制，與腸道菌群的研究規律有一定的相似性(腸道菌群亦是始于1958年4例糞菌移植治療腸炎有效，直至本世紀各種新技術如高通量測序和大數據分析不斷成熟后對它的機制研究才如火如荼)，所以很多人認為腸道菌群可能會成為認識中藥作用機制的新突破口。

目前關于中藥體內與腸道菌群相互作用主要集中于兩個方面，中藥在腸道影響腸道菌群種類和數量，進而發揮治療作用；另一個是腸道菌群代謝中藥組分產生新的次生代謝物進入體內發揮治療作用。

2.2.1 中藥對腸道菌群結構變化的作用 中藥通過腸道菌群發揮治療作用類似的文獻記載非常早，1600余年前葛洪的《肘后備急方》中記載的黃龍湯實際上是中醫藥不自覺的一種糞菌移植的治療方法，其后直至清·葉天士記載的“金汁”，還有一些動物糞便如五靈脂(鼯鼠)、夜明砂(蝙蝠)、蠶砂(家蠶)、龍涎香(鯨)[22]。當然，中醫使用這些糞便入藥并未考慮腸道菌群，只是長期經驗積累發現這些糞便對某些疾病有效。

真正有關中藥作用于腸道菌群的研究，是本世紀現代醫學基礎研究關于腸道菌群研究深入以后。比較經典的是黃連素的研究，近30年前臨床就發現中藥黃連里面的黃連素具有降血糖作用，但是藥代動力學發現，口服劑量是毫克級的黃連素在血液中含量是納克級[24-25]，絕大多數原型從糞便排出，按照經典的藥理學原理，沒有入血的藥物是沒有生物效應的，所以很長時間對黃連素的作用存在爭議。直到2012年趙立平課題組關于黃連素對腸道菌群的干預作用，才使得人們對黃連素的機制認識往前深入了一大步，他們從大鼠服用黃連素前后腸道6000余種細菌中篩選出268種發生變化的細菌，其中175種減少甚至消失(多數為有害菌)，93種增加(多數為有益菌，特別是產生短鏈脂肪酸的細菌)，同時血清中內毒素及炎癥指標下降[23]，有力地證實了黃連素通過腸道菌群發揮藥理學作用。另外，譚周進課題組研究發現，四磨湯通過增加腸道細菌總數、減少乳酸菌數量、增加雙歧桿菌數量治療脾虛性便秘，也證實了復方中藥治療疾病的可能機制[26]。

目前既有如黃連素之類的單體作用于腸道菌群進而發揮藥理作用的研究，也有復方如仝小林[18]課題組使用葛根芩連湯治療初發糖尿病的多中心、隨機、雙盲的臨床研究，同樣是仝小林課題組與趙立平課題組合作對450例糖尿病合并脂代謝紊亂患者的多中心、隨機、雙盲、二甲雙胍陽性對照的臨床研究提示，降糖調脂復方(黃連、苦瓜、知母、蘆薈、干姜、丹參、紅曲、五味子)與二甲雙胍對比，2種藥物都可以顯著富集Blautia spp，且降糖調脂方還能富集Faecalibacterium spp，它們與血糖和血脂的改善顯著相關，提示著2種藥物可能都是通過調節腸道菌群結構來改善血糖和血脂的代謝[27]。這些研究都證明了中藥復方或其組分改變了腸道菌群，進而改善病理產物并治療疾病。

2.2.2 腸道菌群對中藥化學成分的影響作用 中藥復方進入腸道以后，特別是結腸的腸道菌群首先對中藥的不同組分吸收代謝，這些中藥有效成分被腸道菌群的特定代謝酶代謝轉化后生成新的活性代謝產物，進而對機體產生不同的生物學效應，這可能是為什么很多中藥必須口服經過腸道以后才能起作用的原因。就有益的方面而言，腸道菌群可以增加藥物的吸收，減輕毒性并產生新的活性成分。

一是增加吸收。腸道菌群增加藥物吸收這方面的典型代表是人參皂苷Rb1[28]，它的生物利用度非常低，經腸道菌群代謝后去糖基化 (deglycosylation)，最終經化合物K形成20(S)原人參二醇，這種化合物能很好地被腸道吸收，增加生物利用度[29]；很多中藥如五倍子、石榴皮、仙鶴草中鞣花單寧(Ellagitannins)的生物利用度很低，經哺乳動物腸道菌群代謝后形成尿石素(urolithins)，最終吸收入血發揮抗氧化、抗衰老作用[30]。

二是減輕毒性。這方面研究比較透徹的是烏頭堿，烏頭堿是川烏、草烏、附子等藥用植物中的主要有毒成分(神經、心血管)，同時也是其消炎、止痛的有效成分，口服烏頭堿在腸內菌群代謝作用下經過一系列反應產生新的脂類生物堿，如苯甲酰烏頭原堿(Benzoylaconine)降低了烏頭堿的體內含量，同時這些新堿具有與烏頭堿同樣的藥理活性，但其毒性明顯低于烏頭堿[31]。

三是產生新的活性成分。中藥大黃和番瀉葉中都含有蒽酮苷類化合物番瀉苷，番瀉苷本身無瀉下作用，口服的番瀉苷經腸道菌群代謝后產生的番瀉苷元是瀉下作用的主要活性成分[32]，同樣中藥蘆薈中所含有的大黃素苷本身也沒有瀉下作用，經腸道菌群代謝后產物大黃酸蒽酮具有顯著的瀉下作用[33]。

2017年發表于Science上的1篇研究[34]在流感小鼠腸道中發現一種梭狀芽胞桿菌(clostridium orbiscindens)，此菌能將類黃酮(flavonoids)代謝成為脫氨基酪胺酸(desaminotyrosine，DAT)，后者能大幅降低流感病毒引發的肺部傷害。類黃酮廣泛存在于植物和多種常見中藥如葛根、黃芩、槲寄生、桑白皮、銀杏葉等，這篇研究一方面部分解答了清熱解毒中藥抗流感的機制，另一方面也是對中醫“肺與大腸相表里”的現代分子生物學解釋，該研究也為中藥腸道代謝后產生新的活性成分研究提供了非常好的思路。

圖3 腸道菌群在中醫學和現代醫學中的比較分析

圖3顯示，二者都是從治療開始，直至最近20年的研究發現，腸道菌群在病因病機及診斷中的重要地位，都是從胃腸疾病逐漸過渡到多系統疾病。

3 總結與展望

綜上所述，腸道菌群自從1958年報道糞菌移植治療偽膜性腸炎開始，隨著基因組學技術的不斷發展，近20年來關于腸道菌群在疾病發生發展過程中的重要作用不斷被揭示，從消化道相關性疾病開始，逐步擴散至代謝性疾病、免疫性疾病，直至神經精神類疾病以及呼吸、心血管、腫瘤，這些顛覆性的發現對于疾病的認識打開了一個新的廣闊視野；中醫學與腸道菌群有相似的科學發展規律，都是先由療效引導機制研究，目前關于機制研究也多從消化系統起步，而且中藥絕大多數是口服制劑，與腸道菌群的相互作用密切，所以腸道菌群與中醫學診斷、治療研究前景廣闊。