中醫藥調節腸道菌群治療神經退行性疾病研究進展＊

楊玉芳，何建成

（上海中醫藥大學基礎醫學院 上海 201203）

人體腸道定殖著數以萬計的微生物群落，即腸道菌群。近年來許多前沿研究都在關注腸道系統及寄居腸道的微生物群對機體的影響，隨著腦-腸-軸概念的提出和深化[1]，腸道菌群和神經系統相互作用的科學研究進展飛速。腸道被稱為第二神經系統，腸道微生物參與了代謝系統、免疫系統、神經系統相關的多種疾病的發病機制，尤其在多發性硬化（multiple sclerosis，MS）阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）、帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）甚至罕見病多系統萎縮（multiple system atrophy，MSA）等神經退行性疾病中，腸道菌群發揮著重要作用。

隨著人口老齡化的加劇，神經退行性疾病的發病率日漸增高，迄今尚未有長期有效的治療藥物。中醫理論認為，“要想長壽，腸道長清”，提示腸道健康與老年健康密切相關。近年來現代醫學的相關研究，為腸道系統和老年疾病尤其是老年神經退行性疾病之間的相關性提供了實驗證據和理論依據。本文對近年來報道的中醫藥以調節腸道菌群為主要機制治療神經退行性疾病的研究結果進行綜述，以期為神經退行性疾病的機制研究和中醫藥治療策略提供新的思路。

1 腸道菌群作用中樞神經系統的主要機制

腸道微生物已被證實能夠調節機體免疫系統的功能，并能夠調節神經系統的發育，影響機體的行為表現[2]。多種免疫細胞群的分型、遷移和功能都受到腸道菌群的影響[3]。外周和中樞免疫系統之間的免疫細胞通路是協調微生物作用于腦功能和行為變化的主要機制[4,5]。中樞神經系統的免疫反應主要由小膠質細胞和星形膠質細胞介導。腸道菌群可通過其代謝物，如短鏈脂肪酸SCFAs[6]、色氨酸[7,8]等，影響中樞神經系統內的小膠質細胞和星形膠質細胞的激活，從而調控大腦內的炎癥反應，影響疾病進程。

腸道來源的小分子也可以通過免疫系統影響中樞神經系統的功能。機體應對微生物分子入侵時通過模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）激活固有免疫反應，最常見的PRR 即Toll 樣受體家族（Toll-like receptors，TLRs），在固有免疫細胞和中樞神經系統的神經元和膠質細胞中均有表達[9]。比如革蘭氏陰性細菌細胞壁外壁主要成分為脂多糖，系統性注射脂多糖可以激活大腦內表達TLR4 的神經細胞如小膠質細胞，引發神經炎癥[10]，但細菌來源的微生物相關分 子 模 式（microbe-associated molecular patterns，MAMPs）究竟如何影響神經炎癥仍有待深入研究。

在機體發生感染、炎癥和自身免疫反應時，腸道菌群可以調節腸粘膜表面的固有和適應性免疫反應，影響中樞神經系統[11]。比如格蘭氏陽性的分節絲狀細菌（Segmented filamentous bacteria）可促進小鼠小腸上皮細胞中的輔助性 T 細胞 17（T helper cell 17，TH17）發育，從而促進IL-17A的分泌[12,13]；如果將這類細菌移植至無菌小鼠腸道，可能通過TH17 細胞介導[14]，從而促進實驗性自身免疫性腦脊髓炎（Experimental Autoimmune Encephalomyelitis，EAE）的發生[15]。人腸道的脆弱擬桿菌屬（Bacillus fragilis）可通過莢膜多糖（polysaccharide A，PSA）誘導調節性T 細胞（Regulatory cells，Tregs）分泌 IL-10；向 EAE 模型小鼠移植野生型的脆弱擬桿菌可減緩EAE 病程，而移植缺失莢膜多糖的菌株則會增強EAE 的易感性[16]，提示腸道菌群能直接作用于外周免疫細胞，調節神經炎癥相關退行性疾病的發病進程。

相應的，中樞神經系統同樣能夠調節腸道環境，其主要通過迷走神經系統和神經內分泌系統作用。迷走神經是一叢副交感神經的運動和感覺纖維束，腸道菌群介導的多種運動和感覺行為都依賴于腸迷走神經的傳輸[17,18]。腸道迷走神經的神經元可以控制腸道蠕動、神經化學分子的釋放和腸道的免疫環境，比如迷走神經刺激可通過神經遞質乙酰膽堿來減緩免疫反應[19]。腸道定殖的細菌也與神經化學系統的發育密切相關，可影響血清素等神經遞質的分泌[20]。宿主內的絕大多數血清素都來源于胃腸道[21]，其他神經遞質比如GABA[18]、去甲腎上腺素和多巴胺[22]等都受到腸道菌群的調控。中樞神經系統也通過HPA 軸（下丘腦-垂體-腎上腺軸）調節腸道的生理狀態，比如應激反應可通過HPA 軸調節腸道通透性、腸蠕動和腸粘液的分泌[23]。因此微生物群-腸-腦的相互作用不僅體現在腸道菌群對神經中樞的影響，也體現于神經中樞對腸道環境、菌群組成和免疫功能的調節。

2 神經退行性疾病中的腸道菌群紊亂

愛爾蘭政府發起的ELDERMET（Metagenomics of the Elderly）計劃，主要針對老年人的腸道菌群進行研究，通過178 名65 歲以上人群的樣本研究發現，腸道菌群的多樣性和個體的健康狀況呈正相關[24]，提示腸道菌群的多樣性可以潛在反映老年人群的健康水平。針對人群的排泄物樣本腸道菌群16S rRNA 測序結果顯示，神經退行性疾病患者的腸道菌群豐度相較正常人顯著不同，其中神經退行性疾病如多發性硬化[25,26]、帕金森病[27,28]、阿爾茨海默病[29]，甚至罕見神經退行性疾病多系統萎縮[30]病人的腸道菌群豐度都較正常人群有著顯著變化，提示腸道菌群成為神經退行性疾病的治療靶點之一。

對MS 病人的排泄物樣本分析發現，相較于健康人樣本，MS 病人腸道菌群豐度上升的細菌種屬有：甲烷短桿菌（Methanobrevibacter），疣微菌屬的Akkermansia，脫磷孤菌屬的Desulfovibroneceae[25]；假單胞菌屬（Pseudomonas），枝動桿菌屬（Mycoplana），嗜血桿菌屬（Haemophilus），Blautia屬 ，Dorea屬[26]，鏈 球 菌 屬（Streptococcus）和遲緩埃格特菌（Eggerthella）[31]，瘤胃球 菌 屬（Ruminococcus）[32]。 豐 度 下 降 的 菌 屬 有 ：Butyricimonasshu屬[33]；毛螺旋菌科（Lachnospiraceae），瘤 胃 菌 科（Ruminococcaceae）[25]；Parabacteroides屬 ，Adlercreutzia屬，普雷沃菌屬（Prevotella）[26]；梭狀芽胞桿菌 群（Clostridia clusters XIVa and IV）[31]，擬 桿 菌 科（Bacteroidetes）和糞桿菌屬（Faecalibacterium）[31,32]。

對PD 病人排泄物樣本分析發現，相較于健康人樣本，PD 病人腸道菌群中豐度上升的細菌種屬有：Blautia屬，糞球菌屬（Coprococcus），氏菌屬（Roseburia），變形菌門（Proteobacteria）[27]。豐度降低的細菌種屬有：糞 桿 菌 屬（Faecalibacterium）[27]，普 雷 沃 氏 菌 科（Prevotellaceae）[27-28]。

對AD 病人排泄物樣本分析發現，AD 病人發病率與細菌和病毒感染顯著相關[34]。更多的樣本結果顯示，AD 病人腸道菌群中的一些細菌種屬如擬桿菌屬（Bacteroides），放線菌類（Actinobacteria），瘤胃球菌屬（Ruminococcus），毛螺菌屬（Lachnospiraceae），月形單胞菌屬（Selenomonadales）等顯著改變[29]。

對中國大陸的15 例MSA 病人及其對照樣本的糞便宏基因組測序[30]發現，MSA病人的腸道菌群中，豐度升高的菌屬有：Akkermansia，氏菌屬的Roseburia hominis，Akkermansia muciniphila，Alistipes onderdonkii，副血鏈球菌（Streptococcus parasanguinis）和木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）；豐度顯著降低的細菌種屬有：巨單胞菌屬（Megamonas），雙歧桿菌屬（Bifidobacterium），Blautia，Aggregatibacter，擬桿菌屬的Bacteroides coprocola，巨單胞菌屬的Megamonas funiformis， 雙 歧 桿 菌 屬 的Bifidobacterium pseudocatenulatum，梭狀芽胞桿菌的Clostridium nexile，擬桿菌屬的Bacteroides plebeius和顆粒鏈菌屬的Granulicatella adiacens。

盡管多項研究紛紛證實神經疾病患者腸道菌群的異常，但樣本研究結果之間的差異也導致靶向單一異常菌群的治療方案難以實施。因此，通過靶向腸道菌群開發具有臨床滿意療效的神經退行性疾病的綜合治療方案成為當下研究的需求。

3 腸道菌群參與神經退行性疾病的發病機制

在使用高通量測序技術分析神經退行性疾病患者腸道菌群異常的同時，神經退行性疾病動物模型的各項研究則逐步揭示了腸道菌群參與神經疾病發病的具體機制。

3.1 腸道菌群參與多發性硬化發病機制

MS 是以中樞神經系統白質神經細胞髓鞘炎性脫落為主要病變的慢性神經系統疾病，目前研究多認為多發性硬化是一種自身免疫性疾病，病毒感染、遺傳、環境等也可能是其致病因素，實驗性變態反應性腦脊髓炎EAE 模型其最常用的研究模型。無菌小鼠相對于正常對照小鼠更不容易感染EAE，而該種抗性在移植了正常小鼠的糞便腸道菌群后得到逆轉[15,35]。羅伊氏桿菌屬可將食源性的色氨酸代謝為吲哚-3-甲醛等芳基烴受體（aryl hydrocarbon receptors，AHR）的天然配體[7,8]。在EAE小鼠中，抗生素可減少AHR協同劑吲哚-3-硫酸鹽（indoxyl-3-sulfate，I3S）的表達水平并加重EAE的疾病進程，反之補充I3S和吲哚-3-甲醛可促進EAE 的恢復。色氨酸富足時，TGFα可與星形膠質細胞中的ErbB1 受體發生作用，限制星形膠質細胞激活和EAE 病程；色氨酸缺乏時，小膠質細胞分泌VEGF-B，觸發星形膠質細胞中的FLT-1 信號傳導，激活星形膠質細胞，導致EAE 惡化[36]，表明腸道菌群的代謝物可調控中樞炎癥參與多發性硬化發病。

3.2 腸道菌群參與帕金森病發病機制

PD 是以中腦黑質致密部多巴胺能（dopaminergic，DA）神經元的進行性丟失和神經元內過度沉積的α-突觸核蛋白形成的病理性的路易小體為主要病理特征，以靜止性震顫、肌僵直、運動遲緩和姿勢步態異常等為主要臨床特征。其發病機制復雜，神經炎癥是導致PD 發病的元素之一。在受到持續刺激時，腦內激活的小膠質細胞可分泌細胞炎癥因子如ROS，NO，TNF-α和 IL-1β等，引起多巴胺能神經元的死亡[37]。Devos 等在PD 患者結腸活組織中檢測到促炎因子如TNF-α、IFN-γ、IL-6 等表達水平的升高和小膠質細胞的激活[38]，證明腸道菌群是PD 的潛在致病因素。在以α-突觸核蛋白過表達的PD 小鼠模型中，抗生素治療減緩PD 進程，而重新回歸有菌環境則促進PD 病理變化。向無菌小鼠移植特殊的細菌代謝物將促進神經炎癥和運動癥狀的發生；向PD 小鼠移植細菌則發現，相比于正常病人的糞便，PD病人的糞便顯著增強小鼠的病理損傷；提示腸道菌群能夠調控小鼠的運動障礙[39]。在MPTP亞急性造模的PD小鼠模型中，移植PD小鼠的腸道菌群能夠誘導正常小鼠的運動功能損傷和紋狀體神經遞質的減少，而向PD 小鼠移植正常小鼠的糞便腸道菌群則能夠減緩腸道菌群紊亂和黑質區膠質細胞的激活，提高紋狀體多巴胺能神經遞質含量，減少運動損傷[40]。在6-OHDA 所致大鼠PD 模型中，抗生素處理顯著改善大鼠運動障礙和多巴胺能神經元損傷[41]?？梢娔c道菌群的紊亂可引起黑質致密部膠質細胞的激活，加劇PD 病理進程，而菌群移植能夠改善PD 小鼠腸道菌群，并且改善PD 樣的運動功能損傷。

3.3 腸道菌群參與阿爾茨海默病發病機制

AD 是中樞神經系統第一大退行性病，以腦內毒性Aβ42錯誤折疊形成的β-淀粉樣蛋白沉積，Tau蛋白異常磷酸化引起的神經原纖維纏結以及皮質神經元丟失為主要病理特征。無菌來源的AD 模型APP/PS1轉基因小鼠大腦內和血清的β-淀粉樣蛋白均顯著下降[42]。APP/PS1 小鼠使用光譜抗生素治療后腦內Aβ斑塊顯著減少[43]，同樣抗生素或益生菌處理能夠改善AD 動物的學習和記憶[44,45]。AD 的大腦Aβ沉積是由防御細菌入侵所致的概念被提出[46]，同時研究發現，相較于正常人，AD 病人糞便中介導炎癥的埃希氏菌屬和志賀氏桿菌屬豐度顯著升高，而且這些細菌的豐富與病人血液中促炎因子的富集度顯著相關[47]。一些飲食策略如生物活性類的食物也可以調節腸道菌群，改善AD 小鼠的突觸損傷等病理癥狀，其中促炎類細菌的變化最為顯著[48]，提示腸道菌群可能通過促進神經中樞炎癥影響AD 病程。在果蠅AD 模型中，腸道菌群的SCFA 代謝產物醋酸鹽顯著下降，提示腸道菌群可以影響SCFA 等的代謝，參與AD 病理發展[49]。而向無菌小鼠移植來自AD 病人的糞便代謝物可引起小鼠的顯著的學習記憶行為學障礙[50]，表明腸道菌群紊亂可以直接導致AD相關病理癥狀。

4 中醫藥調節腸道菌群治療神經退行性疾病

腸道菌群通過腦-腸軸和外周免疫系統參與了多種神經退行性疾病的病理進程，也為中醫藥治療神經退行性疾病的可能機制提供了藥效基礎。中藥解毒化瘀湯（黃連解毒湯加味方）能夠改善AD 模型小鼠的學習記憶，并改變了小鼠腸道Firmicutes，Bacteroidetes，Proteobacteria等菌屬的多樣性，其中Dorea菌屬為其中關鍵作用的腸道菌群[51]?；诹兜攸S湯藥效物質的新方LW-AFC 及其活性成分灌胃APP/PS1 小鼠可顯著改善其記憶能力，而經灌胃的小鼠糞便再灌胃APP/PS1 小鼠同樣能夠顯著改善其學習記憶，表明LWAFC可通過調節腸道菌群改善AD病理癥狀[52]。

中藥佛手散可改善APP/PS1 小鼠記憶障礙，并且減緩LPS所致炎癥損傷，同時上調了Lactobacillus菌屬的豐度，降低了E.coli的豐度[53]。中藥化風丹在魚藤酮合并LPS 毒性所致PD 大鼠模型中顯著改善運動行為障礙，減緩了多巴胺能神經元的丟失和小膠質細胞的激活，同時調節了紊亂的腸道菌群[54]。以上研究提示，復方中藥可能通過調節腸道菌群抑制神經退行性疾病中的炎癥反應。以海洋褐藻提取物為原料制備的AD治療新藥—低分子酸性寡糖化合物甘露特納（GV-971），已在臨床三期實驗中顯著改善MCI 病人的認知功能，研究進一步發現其可重塑AD 小鼠的腸道菌群組成，從而抑制Th1細胞的分化和M1型小膠質細胞激活，同時也能改善輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）病人的腸道菌群組成[55]。此外，大麻類的中藥單體能夠改善EAE 小鼠的神經損傷，抑制IL-17、IFN-γ等炎癥因子，并顯著改變腸道菌群豐度，下調促炎細菌Akkermansia muciniphila豐度，而腸道的短鏈脂肪酸如丁酸，異戊酸，和戊酸等含量升高。重新移植食用大麻類藥物的小鼠糞便至EAE 小鼠可改善其病理癥狀，證明腸道菌群的改變是大麻類藥物發揮保護作用的關鍵[56]。以上研究進一步證明，中藥單體可直接調節腸道菌群，抑制神經炎癥，減緩神經退行性疾病的損傷。

腸道菌群可調節小鼠腦源性神經營養因子BDNF的表達，并改變小鼠的行為學表現[57]。BDNF 也參與了腸道菌群改善PD 的機制。一些飲食策略比如模仿禁食的飲食減緩了MPTP 神經毒性所致小鼠PD 病理損傷，抑制神經炎癥，并提高了Firmicutes，Tenericutes和Opisthokonta等菌屬的豐度，降低了Proteobacteria菌屬的豐度，并且提高了BDNF 的表達水平[58]，提示BDNF 可能協同腸道菌群改善PD 病例癥狀。使用Lactobacillus rhamnosus GG，Bifidobacterium animalis lactis和Lactobacillus acidophilus的益生菌組合治療分別在魚藤酮和MPTP 毒性所致PD 小鼠中減緩了神經損傷，提高了BDNF的表達，降低了MAO-B 的表達，其中Lactobacillus rhamnosus GG是主要作用菌株。因此可以推測，具有上調神經營養因子功能的復方中藥也可能改善疾病模型的腸道菌群組成，比如中藥復方地黃顆粒顯著改善6-OHDA 所致PD 大鼠模型的運動障礙并提高BDNF 及其受體的表達[59]，可針對腸道菌群的變化進一步挖掘其藥效機制。

5 展望

隨著現代研究的深入，“腸道微生物-腸-腦軸”相互作用機制逐漸被揭示，腸道菌群在神經系統疾病尤其是MS、AD、PD 等炎癥參與的神經退行性疾病的中發揮著重要作用，甚至還參與了MSA 這類罕見老年神經退行性疾病的發病進程。盡管如此，腸道菌群或腸道菌群代謝物究竟如何傳遞信號至神經系統，改變神經退行性疾病進程，具體機制尚未明確。

越來越多的研究表明，中醫藥可通過靶向腸道菌群參與神經退行性疾病的發病進程，為神經退行性疾病的中醫藥治療策略提供了新思路。中醫藥在疾病治療中，以多靶點、多途徑和多層次療效見長，腸道菌群為其復雜療效提供了豐富的作用靶點，亟待進一步的研究和探索。

我國原創藥GV-971 以海洋褐藻提取物為原料，是國際首個靶向腦—腸軸治療輕中度AD 的上市藥物，其以調節腸道菌群、抑制神經炎癥為主要作用機制，最近受FDA 獲批直接進入III 期臨床試驗，突顯了對治療阿爾茨海默病的迫切需求，以及美國監管機構對其在中國臨床試驗記錄數據所示治療效果的肯定，為靶向腸道菌群治療神經退行性疾病的相關中藥提取物的新藥研發創造了美好的愿景。此外，基于改善腸道菌群的飲食策略在神經退行性疾病模型中也發揮著保護作用，為中醫進補的基本理論提供了堅實的實驗證據。

未來的研究將基于腸道菌群對中樞和外周免疫系統的作用機制，聯合使用特定腸道菌群代謝物、抗生素、益生菌和中醫藥治療，進一步開發神經退行性疾病的新型治療策略。