大黃對大鼠腸道菌群的影響

聶銀利，段學清，陳 瑞，朱 晨，謝 鑫，田維毅

（1.貴州中醫藥大學2018級碩士研究生，貴州 貴陽 550025；2.貴州中醫藥大學，貴州 貴陽 550025）

人體消化道內存在約100萬億個微生物群，包括細菌、古菌、病毒和真核生物，而人體腸道內的細菌種類復雜多樣，多達500～1000種，這些細菌稱為腸道菌群，其中大腸桿菌屬（Colibacillus）、擬桿菌屬（Bacteriodes）、乳酸桿菌屬（Lactobacillus）和梭菌屬（Clostridium）等為腸道的主要優勢菌屬［1-3］。近年來研究表明，肥胖、糖尿病和心血管等代謝紊亂性疾病與腸道菌群結構和功能的改變密切相關［4-6］。因此，以腸道菌群為靶點的藥物干預可為疾病的預防及臨床治療提供新的思路。

中藥給藥主要以口服的方式，中藥進入腸道后會對腸道菌群進行調節，同時腸道菌群也會對中藥成分進行代謝轉化［7］。中藥大黃（Rheum palmatum L.）作為苦寒中藥，具有攻積滯、清濕熱、瀉火、涼血、祛瘀、解毒、抗炎等功效［8］。然而，大黃對各腸段菌群的作用目前尚未有報道。本研究對普通大鼠分別灌予低、中、高劑量的大黃，在連續給藥時間7、14和21天后分別檢測各腸段大腸桿菌、乳酸菌、擬桿菌和梭菌等4大腸道主要優勢菌的數量變化。研究結果可為臨床合理使用苦寒中藥積累數據。

1 材 料

動物。SPF級SD雄性大鼠90只，8周齡，體質量（200±20）g，購自重慶騰鑫生物技術有限公司（實驗動物生產許可證號SCXK（軍）2012-0011）。實驗動物飼養于貴州醫科大學實驗動物中心（許可證號SYXK（黔）2018-0001），分籠常規飼養，自由進食飲水。動物相關操作經貴州醫科大學動物倫理委員會批準（批準號NO1503018）。

藥物與試劑。大黃（Rheum palmatum L.）藥材購自北京同仁堂貴陽藥店，經貴州中醫藥大學生藥專家周濤教授形態學鑒定為蓼科植物唐古特大黃干燥的莖和根。常規制備大黃水煎液，將100g大黃浸泡于1 L無菌去離子水中，進行2次煎煮（每次30min），收集水煎液，用Millex-Gp濾器（北京博爾金科技有限公司，批號SLGP033RB）過濾除菌后4℃保存備用。研究所使用的抗生素為鹽酸林可霉素注射液（河南天方藥業有限公司，批號070120049）；細菌基因組DNA提取試劑盒、質粒小提試劑盒、2×Taq PCR StarMix with Loading Dye和2×RealStar Green Fast Mixture with ROX（北京康潤誠業生物科技有限公司，批號分別為B027008019、D201-04、A012-10和A303-05）。

腸道菌群。大腸桿菌（J01859）、擬桿菌（JQ186609）、乳酸菌（AP014680）和梭菌（BA000016）的16S rRNA基因序列來自GenBank（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/）數據庫，根據這些序列設計相應的特異引物，并在GenBank（http：//www.ncbi.nlm.gov/BLAST/）上進行比對，分析引物的特異性。引物由上海生工生物工程股份有限公司合成。以上4種腸道主要優勢菌群來自正常和藥物干預大鼠的十二指腸、空腸、回腸及結腸等腸段（含內容物）。

2 方 法

分組與給藥。90只大鼠隨機分為正常組、大黃低劑量組、大黃中劑量組、大黃高劑量組和抗生素組（每組18只）。中藥給藥劑量為高劑量7.5g/kg，中劑量1.5g/kg，低劑量0.3g/kg［9］；抗生素給藥劑量為0.2g/kg［10］；正常組灌予等體積無菌去離子水。給藥方式為灌胃且體積為每天2mL/只，連續灌胃21天。

取材。在藥物干預7、14和21天后隨機分別抽取各組大鼠6只斷椎處死，大鼠處死前需12 h禁食。收集大鼠十二指腸、空腸、回腸和結腸等各段腸管（含內容物）于無菌試管內，-80 ℃保存備用，整個取材過程均為無菌操作。

菌群分析。提取上述所取樣品的基因組DNA（試劑盒法）。用大腸桿菌、擬桿菌、乳酸菌、及梭菌等4種腸道優勢菌的16S rRNA基因特異性引物和各腸段樣本DNA（正常組）模板進行PCR反應，分別構建含各優勢菌特異片段的克隆載體，并獲得相應的質粒。以這些質粒為標準品，用NanoDrop Lite型核酸蛋白檢測儀（美國Thermo公司）檢測其吸光度（A260值），參照劉茜明等［11］換算1μL各標準品基因組DNA的拷貝數，并將各標準品DNA以10倍梯度稀釋至1μL樣品中目的DNA的拷貝數為1×107～1×102。以這些稀釋后的目的DNA為模板進行qRT-PCR反應。以標準品DNA拷貝數的對數為橫坐標，以反應過程中達到熒光閾值的初始循環數（Ct）為縱坐標，分別繪制上述4種腸道主要優勢菌的qRT-PCR標準曲線。將正常組、大黃低劑量組、大黃中劑量組、大黃高劑量組和抗生素組的各腸段樣本基因組DNA稀釋10倍作為模板進行qRTPCR反應，獲得相應的Ct值，通過標準曲線換算出各樣本基因組DNA拷貝數的對數值［12］。上述qRT-PCR反應中，每個實驗均做3個樣本重復和3次生物學重復。

PCR和qRT-PCR反應的引物為大腸桿菌，5'-AATGGCGCATACAAAGAGAAGC-3'，5'-GTTGCAGACTCCAATCCGGA-3'，擴增片段長度為119 bp；擬桿菌，5'-TGGGTTTAAAGGGAGCGTAG-3'，5'-TGCGTACTCAAGGAAACCAG-3'，擴增片段長度為138bp；乳酸菌，5'-GAGTTTGATCCTGGCTCAGGA-3'，5'-GGAACTTGGAGACAGGTGGT-3'，擴增片段長度為111bp；梭菌，5'-AATGGCGCATACAAAGAGAAGC-3'，5'-AACGGCGGTCTCATTAGAGT-3'，擴增片段長度為117 bp。PCR反應2×Taq PCR StarMix with Loading Dye 10μL，10μmoL/L的正、反向引物各1μL，模板DNA 0.5μL，補水至20μL。程序為94℃ 5min，94℃ 30s，60℃ 30s，72℃ 30s，35個循環，72℃5min。反應于TC-96型梯度PCR儀（杭州博日科技有限公司）上進行。qRT-PCR：2×RealStar Green Fast Mixture with ROX 10μL，10μmoL/L-1的正、反向引物各0.5μL，模板DNA 1μL，補水至20μL，程序為：95℃ 2min，95℃ 10s，60℃ 30s，40個循環。反應于CFX96 TOUCH型實時熒光定量PCR（qRT-PCR）儀（美國Bio-Rad公司）上進行。

3 結 果

細菌的標準曲線。以對照品DNA為模板進行qRTPCR，繪制大腸桿菌、擬桿菌、乳酸菌及梭菌的標準曲線，各菌模板濃度的對數與Ct之間呈較好的線性關系。

大腸桿菌。相較于正常組。①在十二指腸：大黃低、中、高劑量組和抗生素組大腸桿菌數量在連續給藥7天和21天后都顯著降低；在連續給藥14天后，大黃低劑量組和抗生素組大腸桿菌數量顯著降低，而大黃中、高劑量組大腸桿菌數量無明顯變化（圖1A）。②在空腸：大黃低劑量組大腸桿菌數量在連續給藥7天后顯著降低，在連續給藥14天后出現顯著升高，而在連續給藥21天后無明顯變化；大黃中、高劑量組大腸桿菌數量在連續給藥7天后都顯著降低，而在連續給藥14天和21天后都顯著升高；抗生素組大腸桿菌數量在連續給藥7天后無明顯變化，而在連續給藥14天和21天后都顯著升高（圖1B）。③在回腸：大黃低劑量組大腸桿菌數量在連續給藥7、14和21天后顯著升高；大黃中劑量組和抗生素組大腸桿菌數量在連續給藥7天后無明顯變化，在連續給藥14天和21天后顯著升高；大黃高劑量組大腸桿菌數量在連續給藥7和14天后無明顯變化，在連續給藥21天后出現顯著升高（圖1C）。④在結腸：大黃低、中、高劑量組大腸桿菌數量在連續給藥7天后都顯著升高，在連續給藥14天后，大黃低劑量組大腸桿菌數量出現顯著降低，而大黃中、高劑量組大腸桿菌數量都無明顯變化，在連續給藥21天后，大黃低劑量組大腸桿菌數量繼續顯著降低，而大黃中、高劑量組大腸桿菌數量都出現顯著降低；大黃抗生素組大腸桿菌數量在連續給藥7、14和21天后都顯著降低（圖1D）。以上結果提示：①本研究所使用的抗生素劑量能促進空腸和回腸大腸桿菌的生長，抑制十二指腸和結腸大腸桿菌的生長；②大黃對十二指腸大腸桿菌的生長具有抑制效應，對回腸大腸桿菌的生長具有促進效應，對空腸大腸桿菌生長的影響是先抑制后促進，而對結腸大腸桿菌生長的影響是先促進后抑制。以上促進或抑制效應有著明顯的量-時規律。

圖1中A-D分別為連續給藥7、14和21天后大鼠十二指腸、空腸、回腸及結腸大腸桿菌數量的變化。

圖1 大黃對大鼠各腸段大腸桿菌數量的影響 （±s，n=6）

擬桿菌。相較于正常組。①在十二指腸，大黃低、中、高劑量組和抗生素組擬桿菌數量在連續給藥7天后都顯著升高，連續給藥14天后都顯著降低，連續給藥21天后都無明顯變化，且大黃高劑量組較大黃低、中劑量組變化大（圖2A）。②在空腸：大黃低、中、高劑量組擬桿菌數量在連續給藥7天和14天后都無明顯變化，在連續給藥21天后均顯著升高，且大黃低劑量組較大黃中、高劑量組變化大；抗生素組擬桿菌數量在連續給藥7天后顯著升高，在連續給藥14天后顯著降低，在連續給藥21天后無明顯變化（圖2B）。③在回腸：大黃低、中、高劑量組擬桿菌數量在連續給藥7和21天后都顯著升高，在連續給藥14天后都無明顯變化；抗生素組擬桿菌數量在連續給藥7和14天后無明顯變化，在連續給藥21天后顯著升高（圖2C）。④在結腸：大黃低、中、高劑量組擬桿菌數量在連續給藥7、14和21天后均顯著升高；抗生素組擬桿菌數量在連續給藥7天和14天后無明顯變化，在連續給藥21天后顯著降低（圖2D）。以上結果提示：①研究所使用的抗生素劑量能促進回腸擬桿菌的生長，抑制結腸擬桿菌的生長，對十二指腸和空腸擬桿菌生長的影響是先促進后抑制；②大黃對空腸、回腸和結腸擬桿菌的生長具有促進效應，而對十二指腸擬桿菌生長的影響是先促進后抑制。以上促進或抑制效應有著明顯的量-時規律。

圖2中A-D分別為連續給藥7、14和21天后大鼠十二指腸、空腸、回腸及結腸擬桿菌數量的變化。

圖2 大黃對大鼠各腸段擬桿菌數量的影響 （±s，n=6）

乳酸菌。相較于正常組。①在十二指腸：大黃低、中、高劑量組和抗生素組乳酸菌數量在連續給藥7天和14天后都無明顯變化；在連續給藥21天后，大黃低、中、高劑量組乳酸菌數量都顯著升高，抗生素組乳酸菌數量顯著降低（圖3A）。②在空腸：大黃中、高劑量組乳酸菌數量在連續給藥7天和14天后均顯著降低，在連續給藥21天后均顯著升高；大黃低劑量組乳酸菌數量在連續給藥7天后顯著降低；在連續給藥14天后無明顯變化，在連續給藥21天后均顯著升高；抗生素組乳酸菌數量在連續給藥7天后無明顯變化，在連續給藥14天后顯著降低，在連續給藥21天后顯著升高（圖3B）。③在回腸：大黃低、中、高劑量組乳酸菌數量在連續給藥7天后都顯著升高，在連續給藥14天和21天后均顯著降低；抗生素組乳酸菌數量在連續給藥7天和21天后顯著升高，在連續給藥14天后顯著降低（圖3C）。④在結腸：大黃低、中、高劑量組乳酸菌數量在連續給藥7天后均顯著升高，在連續給藥14天和21天后均顯著降低；抗生素組乳酸菌數量在連續給藥7、14和21天后無明顯變化（圖3D）。以上結果提示：①本研究所使用的抗生素劑量能促進回腸乳酸菌的生長，抑制十二指腸乳酸菌的生長，對空腸乳酸菌生長的影響是先抑制后促進，對結腸乳酸菌的生長無影響；②大黃對十二指腸乳酸菌的生長具有促進效應，對空腸乳酸菌生長的影響是先抑制后促進，對回腸和結腸乳酸菌生長的影響是先促進后抑制。以上促進或抑制效應有著明顯的量-時規律。

圖3中A-D分別為連續給藥7、14和21天后大鼠十二指腸、空腸、回腸及結腸乳酸菌數量的變化。

圖3 大黃對大鼠各腸段乳酸菌數量的影響 （±s，n=6）

梭菌。相較于正常組。①在十二指腸：大黃低、中劑量組梭菌數量在連續給藥7、14和21天后都顯著降低；大黃高劑量組梭菌數量在連續給藥7天后顯著降低，在連續給藥14天和21天后無明顯變化；抗生素組梭菌數量在連續給藥7天和14天后顯著降低，在連續給藥21天后無明顯變化（圖4A）。②在空腸：大黃中、高劑量組梭菌數量在連續給藥7、14和21天后均顯著降低；大黃低劑量組梭菌數量在連續給藥7天和21天后顯著降低，在連續給藥14天后無明顯變化；抗生素組梭菌的數量在連續給藥7天和14天后出現顯著降低，在連續給藥21天后無明顯變化（圖4B）。③在回腸：大黃低、中、高劑量組梭菌數量在連續給藥7和21天后均顯著降低，在連續給藥14天后無明顯變化；抗生素組梭菌數量在連續給藥7天和21天后無明顯變化，在連續給藥14天后顯著降低（圖4C）。④在結腸：大黃低劑量組梭菌數量在連續給藥7和21天后顯著降低，在連續給藥14天后無明顯變化；大黃中劑量組梭菌數量在連續給藥7天后顯著降低，在連續給藥14天和21天后無明顯變化；大黃高劑量組梭菌數量在連續給藥7天和14天后顯著降低，在連續給藥21天后無明顯變化；抗生素組梭菌數量在連續給藥7天后明顯升高，在連續給藥14天后無明顯變化，在連續給藥21天后顯著降低（圖4D）。以上結果提示：①本研究所使用的抗生素劑量能抑制十二指腸、空腸和回腸梭菌的生長，對結腸梭菌生長的影響是先促進后抑制；②大黃對十二指腸、空腸、回腸和結腸梭菌的生長具有抑制效應。以上促進或抑制效應有著明顯的量-時規律。

圖4中A-D分別為連續給藥7、14和21天后大鼠十二指腸、空腸、回腸及結腸梭菌數量的變化。

圖4 大黃對大鼠各腸段梭菌數量的影響 （±s，n=6）

大黃對腸道大腸桿菌、擬桿菌、乳酸菌和梭菌等4大優勢菌數量的影響在各腸段有一定的差異，且存在量-時規律。

4 討 論

近年來，臨床和實驗研究表明，中西醫結合治療可顯著提高疾病的療效［13］。大黃是蓼科植物的一種，在中國作為草藥使用多年。研究發現，大黃及其活性成分大黃素通過降低炎癥因子的表達水平而具有強大的抗炎活性，從而降低炎癥對身體損害，并可治療急性胰腺炎［14］。Karakan等［15］報道了急性胰腺炎與腸道菌群失調有關。另外，《神農本草經》記載大黃粉有通便、瀉藥作用［16］。Lin等［17］也報道了大黃具有通便和瀉藥的作用，提示大黃能縮短腸功能恢復的時間，緩解腹脹和腹痛。由此可見，了解大黃對各腸段腸道菌群的影響是非常必要的。

然而，在腸道中，由于各腸段的生理狀態不同及個體差異使得腸道菌群在腸道內的分布存在差異［18-20］。大量的研究顯示，十二指腸主要分布著大腸菌和厭氧菌；空腸主要分布著鏈球菌、葡萄球菌和乳酸桿菌等需氧菌；回腸主要分布著厭氧菌和需氧菌，且厭氧菌多于需氧菌；結腸主要分布著專性厭氧菌，且可能由于結腸蠕動緩慢，弱堿性或中性的環境導致結腸中細菌的含量遠遠多于十二指腸、空腸和回腸中的細菌含量［21-23］。

大黃對大腸桿菌的影響。大腸桿菌為革蘭氏陰性桿菌，也是目前臨床腸道感染常見的條件致病菌，具有多重耐藥的特性［24］。許多研究顯示，大腸桿菌與炎癥性腸病和腸道癌癥密切相關［25-27］。研究中，在十二指腸：低、中、高劑量的大黃連續給藥7天和21天都對大腸桿菌的生長具有抑制作用；然而，在連續給藥14天后，中、高劑量大黃對大腸桿菌生長的抑制作用喪失。這一現象可能是由于連續給藥使得腸道菌群紊亂所致。在空腸：低、中、高劑量大黃連續給藥7天對大腸桿菌的生長具有抑制作用，而在連續給藥14天后這種抑制作用變為促進作用。這一現象可能是由連續給藥干擾了腸道內其他菌群的生長，而對大腸桿菌的生物拮抗能力減弱導致。在回腸：低、中、高劑量大黃對大腸桿菌的生長具有促進作用，只是中、高劑量大黃對大腸桿菌生長的促進作用來得較晚。這一現象可能是中藥的雙向調節作用引起。在中藥的干預中，由于其成分復雜多樣及各成分的含量差異常常使得中藥表現多種效果，且就某一成分而言，其藥效在一定范圍內隨著劑量的升高而增加，也有可能兩方面的藥效中和，表現平衡狀態［28］。因此，高劑量和低劑量中藥常常表現藥效相反的現象。如靳珠華等［29］研究發現，大黃多糖能促進小鼠脾淋巴細胞內鈣內流，但隨著大黃多糖劑量的增加，這種促進作用轉變為抑制作用。在結腸：低、中、高劑量大黃對大腸桿菌的生長先表現促進作用后表現抑制作用。中醫認為大黃具有通便、瀉藥作用。這一現象可能是由于大黃通過排泄將大腸桿菌排出所致?？傊?，除了回腸，大黃對十二指腸、空腸和結腸大腸桿菌的生長在一定的給藥時間內都具有抑制作用。以上結果提示大黃可通過抑制大腸桿菌的生長有效預防和改善炎癥性腸病和腸道癌癥。見圖1。

大黃對擬桿菌的影響。擬桿菌屬是腸道厭氧性革蘭氏陰性桿菌，其具有分解多糖和調節腸道微生態的功能［30-31］。Larsen等［32］和Ley等［33］報道了擬桿菌屬與糖尿病、肥胖等代謝性疾病的發生發展密切相關。本研究中，在十二指腸：低、中、高劑量大黃對擬桿菌的生長先表現促進作用后表現抑制作用，且高劑量較低、中劑量的作用更明顯。這一現象可能是由于連續給藥干擾了腸道內其他菌群的生長，而對擬桿菌生長的促進作用減弱導致。在空腸、回腸和結腸：大黃對空腸、回腸和結腸擬桿菌的生長都具有促進作用的趨勢。且在空腸，大黃的這種促進作用來得較遲。在回腸，大黃的這種促進作用在連續給藥14天后并不顯現。這一現象可能是由于連續給藥使得腸道菌群紊亂和中藥的雙向調節作用所導致。大黃對十二指腸、空腸、回腸和結腸擬桿菌的生長在一定的給藥時間內都有促進作用的趨勢。以上結果提示大黃可促進擬桿菌的生長，這為大黃治療糖尿病、肥胖等代謝性疾病提供數據。見圖2。

大黃對乳酸菌的影響。乳酸菌為腸道內常見的革蘭氏陽性菌，是益生菌。它可調節腸道微生態的平衡來維持機體的健康。另外，乳酸菌還具有抗腫瘤，降低膽固醇和治療便秘和腹瀉等功能［34-36］。另外，有研究顯示乳酸菌能修復腸道的菌群失調從而有助于治療膿毒癥［37］。本研究中，在十二指腸：低、中、高劑量大黃能促進乳酸菌的生長，這種促進作用在連續給藥21天后才顯著。在空腸：低、中、高劑量大黃對乳酸菌的生長先表現抑制作用后表現促進作用。這一現象可能是由于連續給藥干擾了腸道內其他菌群的生長，而對乳酸菌的生物拮抗能力減弱導致。在回腸：低、中、高劑量大黃對乳酸菌的生長先表現促進作用后表現抑制作用。這一現象可能是由于連續給藥使得腸道菌群紊亂所致。在回腸：低、中、高劑量大黃對擬桿菌的生長先表現促進作用后表現抑制作用。中醫認為大黃具有通便、瀉藥作用。這一現象可能是由于大黃通過排泄將乳酸菌排出所致?？傊簏S對十二指腸、空腸、回腸和結腸乳酸菌的生長在一定的給藥時間內都有促進作用的趨勢。以上結果提示大黃可通過增加乳酸菌的數量來調節腸道菌群的生態平衡來預防和治療膿毒癥、腫瘤和便秘等疾病。見圖3。

大黃對梭菌的影響。梭菌屬為專性厭氧的革蘭氏陽性菌，其可分泌外毒素。有研究顯示，梭菌與腸道癌癥的發生發展密切相關［38-39］。另外，Vrieze等［40］研究發現，腸道梭菌數量增加使得脂蛋白酶在腸道中的活性增強，從而導致脂肪的堆積引起肥胖。本研究中，大黃能抑制十二指腸、空腸、回腸和結腸梭菌的生長。然而，在十二指腸，高劑量大黃的這種抑制作用在連續給藥14天和21天后喪失；在空腸，低劑量大黃的這種抑制作用在連續給藥14天后喪失；在回腸，低、中、高劑量大黃的這種抑制作用在連續給藥14天后喪失；在結腸，低劑量這種抑制作用在連續給藥14天后喪失，中劑量這種抑制作用在連續給藥14和21天后喪失，高劑量這種抑制作用在連續給藥21天后喪失。出現這一現象可能是由于連續給藥使得腸道菌群紊亂和中藥的雙向調節作用所導致?？傊簏S對十二指腸、空腸、回腸和結腸梭菌的生長具有抑制效應。以上結果提示大黃可通過抑制梭菌的生長來預防和改善腸道癌癥和肥胖。見圖4。

另外，抗生素的廣泛應用導致大量耐藥菌的產生，這已經困擾了醫學界許多年。因此，抗生素的合理使用備受人們的廣泛關注。在本研究中，林可霉素的使用也導致腸道菌群的微生態紊亂，這一現象與羅海燕等［41］研究發現的現象相類似。見圖1-4。

綜上所述，大黃對腸道菌群的影響在各腸段存在一定的差異，且具有明顯的量-時規律。