中醫藥治療潰瘍性結腸炎的腸道菌群調節機制研究

馬 琳 王 彧,3 劉 陶 趙 鑫 陳 璐

(1 天津中醫藥大學方劑學教育部重點實驗室，天津，301617； 2 天津中醫藥大學組分中藥國家重點實驗室，天津，301617； 3 天津中醫藥大學中西醫結合學院，天津，301617)

潰瘍性結腸炎(Ulcerative Colitis，UC)是一種全球發病率較高的炎癥性腸病(Inflammatory Bowel Disease，IBD)[1]，其主要發病群體為30～40歲的患者[2]。UC患者患結腸直腸癌的風險比正常人高出1～10倍[3]，此外，UC對患者的身體和心理都有很大的影響，進而增加抑郁和焦慮的風險。UC的病因和發病機制復雜，與遺傳因素、宿主免疫系統紊亂、腸道微生物群失調和環境因素等密切相關[4]。目前，UC的治療以激素和免疫抑制劑為主，但不良反應大，且停藥后易反復。值得注意的是，腸道微生物群介導黏膜免疫應答，如個體對腸道共生細菌的異常免疫反應導致了腸道炎癥過度而引發UC[5]。因此，調節腸道微生物群與免疫平衡是控制UC發生發展的關鍵靶點之一[6]。

中藥不僅具有“多成分、多靶點、多途徑、整體調節”等特點，在調節免疫炎癥和腸道微生物方面也有獨特優勢，成為近年來治療UC藥物的研究熱點之一。因此，本文概述了UC個體的腸道菌群特征和基于腸道微生物群的免疫調節機制，并探討了中醫藥在治療UC的現狀以及未來應用中的前景。

1 UC與腸道微生物密切相關

眾所周知，腸道微生物群在UC的發病機制和發展中起著重要作用。腸道微生物群的失衡是促進UC發展的最大影響因素之一，失調的腸道微生物群與宿主相互作用，可引起腸上皮細胞通透性增加，觸發UC相關的黏膜免疫炎癥反應。在UC患者中，炎癥嚴重程度則與腸黏膜的細菌密度直接相關，炎癥多發生在細菌密度較高的區域，如結腸和遠端回腸。UC的患者腸道微生物群的改變伴隨相關代謝物的改變，如內毒素、氨基酸和短鏈脂肪酸(Short-chain Fatty Acids，SCFAs)[7]，進一步影響UC的發生發展。因此，調節腸道微生物被認為是UC患者的治療策略之一[8]。

1.1 UC導致腸道微生物組成改變 UC患者腸道微生物組成與健康個體不同，在活躍的炎癥區域，盡管細菌總數增加，但多樣性較正常組降低[9]。有益菌如乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和阿克曼菌(Akkermansia)在UC中幾乎不存在，擬桿菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)也大量減少[10]。而大腸桿菌(EscherichiaColi)、鏈球菌(Streptococcus)、變形菌(Proteobacteria)和艱難梭菌(Clostridiumdifficile)等致病菌比例增加。Liu等[11]發現DSS誘導腸菌紊亂模型中乳酸桿菌和另枝菌屬(Alistipes)的豐度顯著下降，而鏈球菌、大腸桿菌和志賀菌(Shigella)的豐度明顯增加。Zhang等[12]發現在UC小鼠模型中，擬桿菌(Bacteroides)、螺桿菌(Helicobacter)、Turicibacter的比例增加，有益菌群乳酸桿菌、毛螺菌科(Lacetospiraceae)、阿克曼菌的比例顯著下降。Zhang等[13]通過分析DSS誘導的UC小鼠腸道微生物，結果得出等致病菌比例增加，厚壁菌、乳酸桿菌和芽孢桿菌(Bacillus)等有益菌比例顯著下降。綜上所述，UC導致腸道菌群的改變，主要體現在鏈球菌、大腸桿菌、志賀菌、擬桿菌、螺桿菌等致病菌的增多，和乳酸桿菌、阿克曼菌、梭菌和另枝菌等有益菌的減少。

1.2 菌群代謝物參與UC的免疫調節機制 革蘭氏陰性菌如大腸桿菌的腸道豐度上調而脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)過度產生，直接破壞上皮屏障，導致全身性炎癥介質水平升高，如腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)、白細胞介素-1α(Interleukin-1α，IL-1α)、白細胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白細胞介素-12(Interleukin-12,IL-12)、CXC趨化因子配體9[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 9，CXCL9]和CXC趨化因子配體10[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 10，CXCL10]等，進一步參與UC的病情發展機制。在長期暴露于高水平LPS模型中，不僅可能發現LPS水平升高，引起巨噬細胞極化，Toll樣受體4(Toll-like Receptor 4，TLR4)/核因子κB(Nuclear Factor-kappa B，NF-κB)和兩面神激酶(Janus Kinase，JAK)/信號轉導及轉錄激活蛋白3(Signal Transduction and Activator of Transcription 3，STAT3)信號通路在這種情況下被激活，導致腸上皮屏障受損，腸道通透性增加。體外研究也表明，阻斷LPS信號通路可通過抑制核因子κB改善炎癥上皮屏障[14]。

色氨酸(Tryptophan，Trp)經菌群代謝后作為轉錄因子作用于免疫細胞。研究表明，Trp代謝物可以激活內源性芳香烴受體(Aryl Hydrocarbon Receptor，AHR)，并緩解DSS誘導的小鼠結腸炎癥。犬尿氨酸是Trp代謝物之一，也是AHR配體，它參與調節上皮內淋巴細胞、固有淋巴細胞擴張、炎癥和免疫反應，并有助于維持腸道的正常黏膜功能。此外，吲哚可上調與AHR相互作用的緊密連接蛋白的表達，維護腸黏膜屏障。腸道共生細菌利用Trp作為能量物質并產生吲哚-3-醛，它進一步激活固有淋巴細胞(Innate Lymphoid Cell,ILC)中的AHR，誘導IL-22分泌，發揮抗炎作用[15]。

SCFAs不僅具有抑制炎癥的作用，也為結腸上皮細胞提供能量。SCFAs在UC患者腸道中顯著減少，其產生梭菌、擬桿菌等的豐度也有所降低。在此研究已證明SCFAs/GPCR(G蛋白偶聯受體)通路在UC中的重要性[16]。葡聚糖硫酸鈉鹽(Dextran Sulfate Sodium Salt，DSS)誘導的急性和慢性結腸炎導致GPR43(G蛋白偶聯受體43)基因敲除小鼠與野生型同窩小鼠相比疾病活動性和結腸炎癥更高，其特征是組織學評分增加，結腸黏膜的中性粒細胞浸潤以及TNF-α和白細胞介素-17(Interleukin-17,IL-17)蛋白水平升高。此外，單羧酸鹽轉運體(Monocarboxylate Transporter 1，MCT1)被認為是腸上皮細胞攝取丁酸鹽的主要轉運體，由丁酸鹽誘導表達，MCT1的胃腸道水平增強，特別是在結腸黏膜的頂膜中，并增加丁酸酯的跨上皮通量，參與UC的防治作用[17]。

2 中醫藥利用腸道菌群對UC的相關治療

UC在中醫學歸屬于“久痢”“腸澼”“痢疾”“腸風”“臟毒”“滯下”等范疇。中醫學采取辨證與辨病相結合的方法，清熱利濕解毒、益氣活血，進行個體化治療，在UC的研究與治療上取得了顯著的進展。中醫藥具有安全、有效和低毒的優勢。現代醫學治療以激素、免疫抑制劑和抗炎藥為主，但其不良反應較多且長期使用敏感性下降，病情易反復，中醫藥通過多途徑多靶點調節腸道微生物群，達到治療UC的效果，作用溫和，不良反應小且療效穩定。此外，中醫藥可在辨證論治的基礎上靶向給藥，從而達到調控腸道菌群進而調節免疫炎癥反應治療UC的效果。

中醫藥通過調節腸道菌群治療UC的機制主要有:首先通過調節腸道微生物群，對腸道內的有益菌和致病菌進行良性調整，防止細菌移位并修復腸黏膜屏障，進而發揮其調節腸道微生態的作用[18-19]。此外中醫藥通過刺激腸道菌群相關代謝物的產生發揮調節免疫的功能而治療UC，表現為通過調節T細胞亞群、細胞因子和炎癥信號轉導通路如TLR/NF-κB信號通路見圖1。

圖1 中藥調節腸道菌群治療UC相關機制

2.1 中藥調節UC腸道菌群治療UC 隨著科學技術的不斷發展，中醫藥通過調節腸道菌群發揮治療UC的治療作用研究逐漸深入。例如，Chen等[20]研究了傳統經方白頭翁湯對UC的調節作用，結果可得白頭翁湯明顯具有治療UC的功效，可顯著改善腸道菌群多樣性，表現為致病菌變形桿菌和志賀氏菌減少，乳酸桿菌和阿克曼菌的相對豐度增加。傳統復方三黃熟艾湯，幾千年來一直被安全地用于治療腹瀉、痢疾和其他炎癥性疾病，Wu等[21]通過對此方治療UC的研究，得出口服三黃熟艾湯可有效改善UC癥狀，降低益生菌乳酸桿菌的減少，調節腸道菌群豐度。Hu等[22]發現Nigella A是一種可從多種中藥中提取出來的一類三萜皂苷，具有潛在的鎮痛、抗炎、抗腫瘤和抗氧化活性。與柳氮磺胺吡啶聯合應用后，不僅顯著改善了DSS誘導的結腸炎癥和病理損傷，還對與炎癥相關的菌屬有調節作用，如乳酸桿菌、卟啉單胞菌、擬桿菌和埃希氏菌。梁金花等[23]采用黃芪多糖對UC大鼠進行灌胃處理后，發現治療后黃芪多糖組與模型組相比，所含的雙歧桿菌(Bifidobacterium)和乳酸桿菌數量顯著性增多，進而證明了黃芪多糖對UC腸道菌群失衡有較好的調整作用。Qu等[24]通過對一種來自多種藥用植物的抗炎抗氧化類黃酮，山柰酚的研究，發現其可以通過抑制LPS-TLR4-NF-κB軸并且恢復腸道微生物群來緩解小鼠實驗性結腸炎，在DSS誘導的UC小鼠模型中，山柰酚可通過增加緊密連接蛋白-1、密封蛋白-1和閉合蛋白的表達改善破壞的腸道屏障，降低炎癥介質水平，維持小鼠腸道菌群穩態，如提高厚壁菌和擬桿菌的比例，減少變形菌的豐度。Zhang等[25]研究發現中藥復方平胃散可通過降低血清LPS水平和IL-17A、IFN-γ mRNA水平，改善腸道微生物豐富度和水平，來發揮治療UC的作用。Tang等[26]應用黃芪與黨參多糖聯合改善UC小鼠癥狀，通過上調SCFAs丁酸和異戊酸，重建免疫平衡，并通過促進黏液分泌來維持腸上皮屏障。中藥復方及其有效成分通過調節腸道微生物治療UC作用見表1。

表1 中藥復方及其有效成分調節UC腸道微生物

2.2 基于腸道微生物的其他中醫藥干預策略 中醫藥灌腸療法也是治療UC的有效手段之一。早在東漢時期張仲景(張機)的《傷寒論》，之后在《醫宗金鑒》《備急下金要方》等就有明確的文字記載[27]。灌腸療法作為UC患者必要的中醫治療，也具有調節腸道微生物的作用。于姣等[28]應用美沙拉嗪和中藥聯合進行治療，與單用美沙拉嗪組比較，結果發現中藥聯合治療后較對照組腸道菌群明顯改善。韓玉娜等[29]也證明改良愈殤方灌腸給藥組進行治療后，腸系膜淋巴結細菌移位率較模型組明顯改善，再次證明了中藥灌腸可通過調節UC小鼠的腸道微生態進而發揮治療作用。針灸聯合中藥治療是緩解UC患者治療的重要方式。韓曉霞等[30]給予觀察組大鼠電針治療，發現電針治療不僅能改善病理狀態，還能提高微生物多樣性。

腸道菌群移植(Fecal Microbiota Transplantation，FMT)，是指將健康個體的糞便菌群通過上下消化的道途徑注入患者的腸道，并在患者的腸道內定植和繁殖，重構異常的腸道菌群，治療腸道菌群紊亂導致的相關疾病[31]。我國晉代葛洪的《肘后備急方》中記載了菌群移植的文字：“并善，又絞糞汁，飲數合至一二升，謂之黃龍湯，陳久者佳。”西方最早的臨床應用是在1989年，1例UC患者在進行了6個月的FMT治療后，其癥狀得到緩解。近年來，隨著FMT治療艱難梭菌感染取得的成功，以及對于腸道菌群研究的興起，使得FMT治療UC成為新的探索領域。FMT促進了通過成功移植供體的活細菌類細胞來改善UC患者的腸道生物失調的微生物學研究。健康的微生物群可以有效地抑制入侵致病物種如艱難梭菌和白色念珠菌的定落和過度生長，FMT能誘導一些細菌的有益變化，這也是臨床癥狀改善的關鍵因素之一[26]。FMT作為UC一種新的治療方式，受到越來越多的研究者的關注，從目前已知的隨機對照臨床試驗結果來看，具有一定的療效，但仍需要大量的臨床和基礎研究去探索和規范化。

Lin等[32]提出中草藥多糖的開發：作為次代益生菌以及后生素治療多種疾病。中草藥多糖作為益生菌可促進其他益生菌和次代益生菌(Next-generation Probiotics，NGP)的生長，此外，通過NGP的轉化形成后生素，進一步發揮臨床應用價值。例如冬蟲夏草多糖可減輕肝臟氧化應激[13]，并通過改善組織學改變減少肝臟脂質積累[33]。靈芝多糖可通過調節腸道菌群來減肥，并提出靈芝多糖可以作為一種益生元來對抗肥胖和與肥胖相關的代謝障礙[34]。中藥多糖的開發及其對UC的治療作用還需更多研究去進行探索和驗證。

3 討論與展望

腸道菌群與UC的發生和發展密不可分，腸道微生物失調會引起人體代謝，消化和免疫等多方面平衡，進而引發結腸炎等多種腸道疾病。具體是哪種特定細菌導致了UC疾病的發生目前尚無法定論，通常認為是由于多種菌群豐度的失衡和多樣性的改變共同導致的，還需進一步探索研究。中醫藥通過改善腸道菌群治療UC近年來取得較大進展，主要通過對UC患者腸道微生物進行良性調整、防止細菌易位并修復黏膜屏障，多途徑多靶點調節腸道微生物群，達到治療UC的效果。然而其研究也具有一定局限性，例如治療劑量和療程的規范性，且研究多以成方較多，其組分單體相關研究較少，未來研究可多關注中藥有效活性單體的藥效學及藥代動力研究，透過菌群宏觀層面明確起關鍵作用的菌(屬)，建立更為科學的藥效評價標準，將現代科學研究手段和中醫藥理論結合運用，更加深入地研究中醫藥調節腸道菌群治療UC的機制和靶點，為臨床治療提供新的方向。