中醫藥對AD腸道菌群調控及炎性反應相關性的研究進展

馮麗娜，王 杰，張馨月，王 琦，黎明全，王慶偉

（1.長春中醫藥大學中醫學院，長春 130117；2.長春中醫藥大學中西醫結合學院，長春 130117；3.長春中醫藥大學附屬第三臨床醫院腦病科，長春 130117）

隨著AD機制研究的不斷深入，國內外研究[1]發現 Aβ在腦內的異常沉積只是冰山一角，它既是致病因素也是病理產物，其并非始發因素，不斷在腦內聚集、沉淀的諸多因素才是關鍵。近年來研究[2]認為炎癥反應是導致Aβ在腦內異常聚集的重要因素之一，而炎癥反應與腸道微生物群落失調密切相關[3]。對于阿爾茨海默病機制的研究以往主要集中在腦部，但是隨著近10年腸道菌群（Gut microbiota，GM）對神經系統影響的不斷深入研究，發現AD患者的GM與正常人群相比其構成的豐度、多樣性及代謝產物的含量有明顯差異，而通過重建腸道菌群的藥物可減輕大腦中的神經炎癥，在改善AD患者認知方面有明顯的療效，這些現象說明了微生物-腸-腦軸是影響AD的發生發展的重要病理途徑。

1 GM與AD相關性研究

機體與GM是一種互利共生關系。AD的發生與GM失調關系密切。微生物-腸-腦軸反映了中樞神經系統與胃腸道之間的雙向持續溝通[4]。大腦可通過調節自主神經功能影響腸道的代謝和分泌，反之，GM也通過影響代謝產物、內分泌調節、神經遞質傳遞和免疫調節來參與AD的發生發展[5]。

研究[6]表明，在AD患者GM中的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）與對照組比較明顯減少，SCFA可經透過腸道黏膜屏障進入血液循環，并依靠單羧酸轉運體透過血腦屏障（blood-brainbarrier，BBB）直接影響大腦的神經細胞功能[7]。而胃腸道中革蘭陰性菌細胞壁的結構成分的脂多糖（lipopolysaccharides，LPS），可激活氧化應激而產生活性氧，破壞BBB，導致神經元破壞和丟失，促使神經元變性[8]，腸道內鼠傷寒沙門菌、金黃色葡萄球菌等細菌也可產生Aβ[9]，AD患者腸道黏膜屏障和BBB都具有高通透性[10]，腸道中Aβ蓄積后可進入血液并在腦內積累，造成神經損傷，加速AD發病進程。GM也可以通過氧化應激、胰島素抵抗來影響tau蛋白磷酸化。腸道內存在的革蘭氏陽性菌可以產生γ-氨基丁酸（GABA），GABA 是人類中樞神經系統中的重要的抑制神經遞質[11]，GM可通過GABA途徑拮抗AD。研究表明大量攝入益生菌和益生元，能提高神經認知能力并降低AD病發風險[12]。糞菌移植（fecal microbiota transplantion，FMT）是將正常菌群移植到菌群失調個體腸道中以達到平衡菌群的目的[13]，FMT的治療手段在AD實驗動物身上取得了很好療效。

2 炎癥（神經炎性、機體炎性）與AD相關性研究

AD的典型組織病理學改變為Aβ異常沉積和tau蛋白過度磷酸化[14]，除此之外，神經炎癥已被一系列研究證實為AD患者腦組織的另一個特征。當前通過正電子發射斷層掃描（PET）檢測到的18 kda轉位蛋白（TSPO）水平已被確定為神經炎癥最常見的成像生物標志物[15]。

2.1 神經炎性

神經炎癥主要由小膠質細胞和星形膠質細胞介導為主。在AD患者的大腦中，小膠質細胞可被可溶性Aβ寡聚物或與PRRs（Toll樣受體家族）結合的LPS激活[16-18]。AD早期M1亞型促炎小膠質細胞通過IκB/NF-κB、MAPK/AP-1信號通路持續分泌各種促炎細胞因子[19]并上調BACE1、APP和γ-分泌酶復合物的表達來促使Aβ的生成[20]。同時，激活轉化生長因子-β（TGF-β）信號通路，將M1亞型轉化為分泌抗炎因子和神經營養因子的M2亞型，對神經元和吞噬異常蛋白的修復起到代償作用[21]。而在AD的中晚期失代償過程中，調控存在由抗炎“M2”表型向促炎“M1”表型的動態轉化過程[22]，M1表型調控多種神經免疫炎性因子如：TNF-α，IL-1β及NO[23]，使得神經元受損后釋放Aβ等毒性物質，促進小膠質細胞向M1表型轉化形成惡性循環。星形膠質細胞是分布最廣的膠質細胞。不僅與氧化應激和Aβ清除有關，更參與調節神經炎癥功能[24]。星形膠質細胞可被誘導成兩種表型：具有神經毒性的促炎A1亞型，具有神經營養及保護的抗炎A2亞型[25]。此外，Aβ和促炎細胞因子也可激活星形膠質細胞向A1亞型轉化。激活NF-kB信號通路，導致促炎細胞因子和趨化因子的產生和分泌，加劇了Aβ的產生、小膠質細胞功能障礙以及神經元損傷，加速AD的進展[26]。

2.2 機體炎性

除神經炎癥外，感染誘導的機體炎癥是AD進展的潛在驅動因素。首先，機體炎癥可通過修飾毛細血管緊密鏈接的內皮細胞層和星形膠質細胞足突破壞BBB[27]。其次，促炎物質也可以通過主動轉運穿過BBB進入大腦[28]。最后，周圍神經通過感知機體炎癥信號并將其傳遞到中樞神經系統[29]。迷走神經是大腦與機體之間的主要通信媒介[30]。迷走神經由20%的傳出纖維和80%的傳入纖維組成。傳入神經元表達IL-1β、TNF、TLR4和外周炎癥分子等細胞因子相關受體，相關受體激活后將炎癥信號傳遞到中樞神經系統，直接或間接使小膠質細胞和星形膠質細胞活化為M1和A1表型[31]。最近的研究發現，LPS注射引起的機體炎癥通過激活NLRP3炎癥小體降低了小膠質細胞對Aβ的清除[32]。綜上所述，機體炎癥是AD發病機制的重要組成部分。

3 GM介導的阿爾茨海默病的炎癥途徑研究進展

GM與AD之間已有多種途徑相互影響，同時炎癥（神經炎性、機體炎性）也已被證明在AD的進展和發病機制中起關鍵作用。近年來，微生物—腸—腦軸是一個熱門話題。炎癥途徑是兩者之間重要的橋梁之一。研究[33]表明，在AD患者檢測出的微生物或其碎片不僅存在于血液中而且存在于腦組織中，如LPS、腸毒素、微生物來源的淀粉樣蛋白。在各種腸道粘膜屏障和BBB的防御下，通過強烈的神經毒性和促炎作用推動著AD的進程[34]。

3.1 脂多糖（LPS）

LPS是革蘭陰性菌的大部分外膜成分。研究發現，AD患者大腦灰質和白質中LPS水平明顯高于對照組[35]，且晚期AD患者海馬病例樣本中的LPS超過對照組的26倍，由此可見LPS的增多與AD病理密切關系[36]。此外，從AD患者的血清中也檢測到較高濃度的LPS，同時伴有較高的NO2激活[37]，有研究提示腹腔注射LPS（10 mg·kg-1）可激活經典補體通路和小膠質細胞M1型，導致突出丟失及神經元損傷從而影響學習和記憶[38]。此外，暴露于脆弱擬桿菌LPS后，神經膠質細胞的突觸前和突觸后膜蛋白均明顯降低[39]，進一步的研究證實了突觸前破壞與小膠質細胞來源的IL-1β相關[40]。正常情況下，血液中僅有極少量的LPS，當細菌感染期間腸道通透性增加，LPS以高濃度存在于腸道、牙齦和皮膚以及其他組織中[41]，出現“腸源性炎癥反應”，使腸道屏障和BBB功能受損[42]。另一方面，透過BBB進入腦內，并與小膠質細胞的Toll樣受體（Toll-likereceptors，TLRs）結合釋放促炎因子，導致AD發生和發展。在Aβ的產生方面，LPS通過與TLR4受體結合，激活下游的NF-kB通路，釋放炎性細胞因子IL-1、IL-6和TNF[43]。同時上調淀粉樣前體蛋白（β-APP）mRNA水平和β-分泌酶1（BACE1）活性促進Aβ的生成[44]。在清除Aβ方面，LPS增加BBB的通透性促使促炎物質更容易進入中樞神經系統，減少Aβ清除[8]。在tau的病理方面，LPS通過炎癥因子誘導GSK-3β磷酸化，而加劇tau的超磷酸化[45]。綜上所述，LPS通過炎癥反應、Aβ清除以及tau磷酸化對AD的發生發展有不同的影響。

3.2 GM來源的淀粉樣蛋白

人體中的大多數微生物，包括芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、鏈霉菌屬、葡萄球菌屬和大腸桿菌等都會分泌淀粉樣蛋白[46]。這可能是AD患者中樞神經系統淀粉樣蛋白過程的潛在提供者[47]，目前，微生物源淀粉樣蛋白在AD病理過程中的作用主要體現在兩個方面。一方面，微生物來源的淀粉樣蛋白可能啟動類似朊病毒的繁殖[48]，AD患者血液中存在淀粉樣變性真菌蛋白和彌漫性真菌[49]，可見朊病毒樣折疊行為的蛋白質[50]。推測腸道內的淀粉樣蛋白通過與濾泡樹突狀細胞相互作用而進入腸道神經系統，最終擴散到中樞神經系統引發AD[51]。另一方面，微生物源性淀粉樣蛋白誘導炎癥導致AD[52]。微生物源淀粉樣蛋白作為PAMPS，激活TLR2、NF-κB、CD14和促炎癥的microRNA-34a[53]。大腸桿菌分泌的淀粉樣蛋白與Aβ42的結構和免疫原性相似，可結合小膠質細胞表面的TLR2受體，激活并釋放炎癥因子，加重AD[54]，此外，細菌淀粉樣蛋白也引起NLRP3炎癥小體的激活，促進小膠質細胞，釋放IL-1β和IL-18，并減少Aβ的清除，使Aβ和p-tau的聚集增多[55]。

3.3 短鏈脂肪酸（SCFAs）

SCFAs是GM將膳食纖維水解并發酵的產物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等。SCFAs具有調節GM平衡、免疫系統和促進神經遞質釋放等功能，且對腸道黏膜屏障的完整性發揮著重要作用。丁酸鹽是一種SCFAs，而丁酸鈉在小膠質細胞中具有抗炎的作用。有研究發現，雙轉基因AD小鼠經丁酸鹽治療后聯想記憶得以改善[56]。研究[57]證實，SCFAs在tau蛋白磷酸化和神經炎癥中發揮了至關重要的作用。在生理病理狀態下其對小膠質細胞的生長發育起著調節作用，Erny等首次報道了SCFAs可以修復FFAR2小鼠無菌腸道引起的小膠質細胞損傷[58]。這一研究提示了SCFAs的作用可促進小膠質細胞的發育和成熟。且小膠質細胞可清除Aβ沉積，補充SCFAs可改善小膠質細胞異?；罨泳廇D進程。此外，研究表明，SCFAs通過抑制衰老小鼠小膠質細胞和星形膠質細胞的炎癥作用，發揮抗炎功能[59]。近期有報道稱，單用或聯合使用SCFAs可以調節細胞因子和細胞毒素的分泌、小膠質細胞的吞噬活動[60]。

GM直接或間接參與了機體和中樞炎癥的調節，因此，在AD的發展和發病機制中起著重要作用。目前，針對GM抗炎治療研究的干預措施主要有益生菌、益生元等。益生菌可使GM由促炎向抗炎轉化。益生菌-4由嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、兩歧雙歧桿菌和乳酸雙歧桿菌組成。有研究發現，使用益生菌-4不僅可以改善記憶功能、神經元和突觸損傷、神經膠質細胞活化，而且還能減少因衰老引發的腸道屏障和BBB的破壞[61]。

4 中醫藥通過調節GM治療AD

4.1 中藥單體對GM的調節

在治療AD過程中，中醫藥通過調節GM優勢逐漸被發現。巴戟天低聚果糖通過提升有益菌豐度、多樣性與穩定性，影響腸道形態、黏蛋白和腸道黏膜通透性，改善氧化應激、下調Aβ1-42表達，延緩AD病理過程[62]。對APP/PS1轉基因小鼠運用淫羊藿苷聯合三七總皂苷治療可顯著改善GM的多樣性及記憶功能[63]。大黃酸可通過調節微生物群穩態、抑制巨噬細胞積聚、抗神經炎癥和BDNF表達來治療高脂血癥模型鼠認知功能障礙[64]。實驗表明槲皮素可明顯改善低維生素D狀態下的認知功能。這可能與提高GM多樣性及豐度有關，進而減少Aβ沉積、tau磷酸化及神經炎癥[65]。有研究發現，經矢車菊素-3-O-葡萄糖苷治療的PAP小鼠模型可以逆轉部分由AD引起的菌群種類及結構失調，促進腸黏膜結構完整性的恢復，改善認知功能[66]。而代謝功能障礙也會加劇AD的進程已被證實。研究發現菊粉可增加小鼠GM中有益微生物群減少有害微生物群，提升盲腸、外周和大腦的新陳代謝，降低了海馬中的炎癥基因表達，這為調整膳食及益生元來治療AD提供一定的參考價值[67]?；凇癎M-腸-腦軸”軸的銀杏酮酯治療AD實驗研究中[68]，當AD發生時，GM的豐富度及多樣性遭到破壞，進而影響神經遞質的釋放，而當給予銀杏酮酯治療后，相應GM穩態失調及神經毒性得以改善。有研究者發現通過使用石菖蒲水提取物治療3xTg-AD小鼠模型可改變GM結構，且明顯改善學習記憶能力[69]。此外，有研究證實[70]，天麻水提取物可以改善AD模型小鼠的學習記憶及空間探索能力。抑制小鼠海馬體中P-Tau蛋白的表達，且提高GM的豐度變化。

4.2 中藥復方對GM的調節

研究發現，解毒化瘀湯可以通過調控N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）/腺苷三磷酸酶（ATPase）/腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信號通路并上調AD模型小鼠海馬腺苷和GM結構來改善AD模型小鼠的學習、記憶障礙[71]。此外，研究發現柴胡舒肝散能夠改變APP/PS1雙轉基因GM結構，提高小鼠學習和記憶能力，恢復其菌群多樣性[72]。LW-AFC是由經典中醫方劑六味地黃湯衍生而成的新方劑，研究發現LW-AFC可以通過調節GM來改善空間學習和記憶能力、回避反應能力、物體識別記憶能力等認知行為[73]。另外，芍藥當歸散可增加APP/PS1轉基因GM中的乳酸桿菌科的豐度，降低幽門螺桿菌屬、黏液性細菌相對豐度，升高5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）與 GABA 水平[74]，此外，當歸芍藥散可以激活TLR4/NF-κB信號通路，降低IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS釋放，從而抑制細胞炎癥反應。

5 解毒益智方的提出及研究進展

課題組傳承國醫大師任繼學的“腦髓理論”，結合《靈樞·大惑論》內容，同時綜合李杲、葉天士等先賢的醫學理論，創新提出“髓虛毒損”是本病的病機關鍵[75]，認為腎精不足，腦髓失養，加之脂膏壅塞，水津血互滲，聚為痰涎，毒自內生，神機失用，故應用“上下交損，當治其中”治療理念，確立解毒益智方。

在臨床研究方面，課題組前期證實[76]，運用解毒益智方治療非癡呆型血管性認知功能障礙（VCIND）72例6個月后，MMSE、MoCA、ADL評分變化明顯優于對照組（口服尼莫地平片）。前期亦證實，解毒益智方中黃連多糖（coptis chinensis polysaccharide，CCP）通過抑制MAPK/JNK調控的凋亡信號通路，對Aβ25-35誘導的PC12神經毒性起到保護作用[77]。課題組進行進一步深入探究，在解毒益智方干預Aβ25-35模型大鼠的GM實驗分析證實：解毒益智方明顯提升腸道多樣性，尤以以AD相關乳酸菌種、普雷沃氏菌、約氏乳酸桿菌和羅伊氏乳桿菌屬上最為明顯，并通過下調焦亡通路上相關蛋白，抑制了AD大鼠體內的炎癥反應，起到神經毒性保護作用并提高認知功能。

6 小結

綜上所述，課題組在大量前期工作的基礎上，結合國內外研究進展，圍繞AD的最新發病機制和主要病理改變，提出了“具有多途徑、多靶點治療作用的解毒益智方通過調整消化道微生態，直接或間接的抑制炎癥反應，激活腦部免疫反應促進腦內Aβ消解，從而治療AD”科學假說，將會在后續進行進一步深入研究。