中藥與腸道菌群相互作用的研究進(jìn)展

於李龍 陳文華 秦路平 朱 波

腸道菌群是一個(gè)大型微生物群，具有增強(qiáng)腸道完整性、吸收能量、抵御病原體入侵等生理功能[1-2]。人類許多疾病如肥胖、2 型糖尿病、非酒精性肝病等均與腸道菌群存在相關(guān)性[3]。近年來(lái)，腸道菌群已成為研究疾病發(fā)生和進(jìn)程的熱點(diǎn)方向。中藥與腸道菌群之間存在著相互作用，中藥口服后對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)、豐度等起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)腸道菌群能產(chǎn)生各種代謝酶，特異性地參與中藥有效成分的物質(zhì)代謝與化學(xué)結(jié)構(gòu)重塑，使得中藥有效成分表現(xiàn)出不同的藥理與毒理活性[4-5]。糞菌移植通過將供菌體糞便中的菌群經(jīng)口服方式移植給受試體，重塑受試體腸道內(nèi)細(xì)菌組成以及豐度，進(jìn)而驗(yàn)證中藥發(fā)揮治療疾病的作用與腸道菌群的相關(guān)性。本文以腸道菌群與中藥的相互作用為基礎(chǔ)，歸納了中藥與腸道菌群間的相互作用和糞菌移植技術(shù)等研究進(jìn)展，明確腸道菌群在中藥治療過程中扮演的角色，為中藥通過調(diào)控腸道菌群發(fā)揮治療疾病的作用機(jī)制研究提供參考依據(jù)。

1 中藥對(duì)腸道菌群的作用

1.1 中藥活性成分對(duì)腸道菌群的作用 中藥中豐富的化學(xué)成分往往對(duì)腸道菌群具有調(diào)節(jié)作用，可維持菌群的相對(duì)平衡，一些活性成分可以直接被腸道菌群吸收利用，直接起到增加特定腸道菌群豐度的作用。例如，中藥雪菊的多糖可以被雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）、乳酸菌屬（Lactobacillus）、巨單胞菌屬（Megamonas）和巨菌屬（Megasphaera）直接吸收利用，從而增加這些有益菌的腸道相對(duì)豐度[6]。其次，中藥可以通過改變胃腸道pH、誘導(dǎo)宿主分泌抗菌物質(zhì)，間接影響腸道菌群結(jié)構(gòu)，對(duì)腸道菌群起到間接調(diào)節(jié)作用[7]?；羯绞ㄟ^提高粘蛋白-2（mucin-2）、β-防御素（β-defensins）和sIgA 的表達(dá)和分泌來(lái)增強(qiáng)腸道生化屏障功能，同時(shí)改變腸道菌群結(jié)構(gòu)：有益菌卟啉單胞菌屬（Porphyromonas）和乳酸菌（Lactobacillus）顯著富集，梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium）、冷桿菌屬（Psychrobacter）、螺桿菌（Helicobacter）的相對(duì)豐度降低[8]。

1.2 中藥（藥用植物）內(nèi)生菌對(duì)腸道菌群的作用 植物內(nèi)生菌是指生活史的整個(gè)或部分生活在植物體內(nèi)，且不會(huì)對(duì)植物造成傷害的微生物，包括內(nèi)生真菌與內(nèi)生細(xì)菌[9]。研究表明，植物內(nèi)生菌能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)、增強(qiáng)宿主抗逆性、促進(jìn)藥用植物中有效成分含量積累等作用，已成為中藥資源學(xué)和中藥品質(zhì)研究的熱點(diǎn)[10]。藥用植物內(nèi)生菌能夠在小鼠腸道內(nèi)定殖并表現(xiàn)出生物活性，如藥用植物蘆薈內(nèi)生菌（Paenibacillus sp.Strain Aloe-11）可在小鼠腸道內(nèi)定殖15 d，通過分泌纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶，促進(jìn)顆粒飼料纖維的降解，降低糞便中纖維素的含量[11]。但目前植物內(nèi)生菌在腸道定殖轉(zhuǎn)化研究多側(cè)重于牧草、農(nóng)作物[12-13]，有關(guān)藥用植物的研究較少。內(nèi)生菌是藥用植物不可或缺的一部分，其與腸道菌群間的轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域有待進(jìn)一步探索。

1.3 糞菌移植技術(shù)在中藥調(diào)節(jié)腸道菌群中的應(yīng)用糞菌移植是近年來(lái)較新穎的驗(yàn)證手段，其以抗生素誘導(dǎo)SPF 級(jí)無(wú)菌小鼠或GF 小鼠為研究對(duì)象[14]，以腸道菌群多樣性、種群結(jié)構(gòu)、功能活性與中藥之間的關(guān)系為研究目的，且操作簡(jiǎn)單、效果顯著，已經(jīng)被應(yīng)用于中藥調(diào)節(jié)腸道菌群的作用研究。臨床試驗(yàn)通過該技術(shù)證實(shí)益生元、益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，從而起到治療疾病的作用。例如，接受青黛治療的結(jié)腸炎大鼠糞便起到與青黛相似的抗感染保護(hù)作用，可減輕葡聚糖硫酸鈉鹽誘導(dǎo)的結(jié)腸炎，證實(shí)腸道菌群在青黛治療結(jié)腸炎過程起關(guān)鍵作用[15]。Wu 等[16]將一種與中華被毛孢中多糖相關(guān)聯(lián)的金氏擬桿菌（Parabacteroides goldsteinii）移植到高脂小鼠，發(fā)現(xiàn)移植金氏擬桿菌可減少小鼠內(nèi)臟脂肪含量，降低胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR index）、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、內(nèi)毒素水平和腸道通透性，表明金氏擬桿菌可作為益生元和益生菌治療肥胖相關(guān)的腸道菌群失調(diào)和代謝紊亂。綜上，糞菌移植技術(shù)是驗(yàn)證中藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群群落組成與相對(duì)豐度起到治療疾病作用的有效手段。

2 腸道菌群對(duì)中藥的作用

2.1 腸道菌群對(duì)中藥毒理活性的作用 腸道菌群能增強(qiáng)或減弱中藥的毒性，如梔子中本身無(wú)毒的有效成分京尼平苷，在進(jìn)入腸道后，可以被腸道菌Bifidobacterium longum HY8001 和Bacteroides fragilis產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶水解為京尼平，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為有毒的二醛中間體，導(dǎo)致肝中毒[17]。番瀉葉中無(wú)毒的番瀉苷經(jīng)腸道菌Bifidobacterium.pseudocatenulatum LKM10070 和Bifidobacterium.animalis subsp.lactis LKM512 水解成大黃酸，從而發(fā)揮瀉下功能[18]。附子中主要活性成分烏頭堿具有強(qiáng)毒性，但進(jìn)入腸道后，腸道菌通過脫甲基、脫羥基等系列反應(yīng)，將烏頭堿轉(zhuǎn)化為弱毒性的16-O-去甲基去氧烏頭堿[19]。

2.2 腸道菌群對(duì)中藥藥理活性的作用

2.2.1 黃酮類 近年來(lái)，大量研究利用腸道菌群體外溫孵法對(duì)黃酮類化合物的生物轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究。腸道菌群變形菌（Proteobacteria）可以促進(jìn)黃酮類化合物的生物利用度，將黃芩中的黃酮苷成分黃芩苷、千層紙素A 苷和漢黃芩苷，轉(zhuǎn)化為更易吸收的黃芩素、千層紙素A 和漢黃芩素成分[20]。不同種屬腸道菌對(duì)同一種成分的轉(zhuǎn)化利用度存在差異。如芹菜素經(jīng)大鼠腸道菌群與人體腸道菌群，其轉(zhuǎn)化后成分存在差異，大鼠腸道菌群將芹菜素轉(zhuǎn)化為4-羥基苯甲酸、4-羥基苯甲醛和間苯三酚，而人體腸道菌群將芹菜素轉(zhuǎn)化為3-（4-羥基苯基）丙酸、3-羥基苯乙酸和3-苯基丙酸[21]。

2.2.2 皂苷類 中藥中的皂苷類成分由于極性大、吸收效果不佳以及機(jī)體本身的代謝作用，生物利用度往往較低。藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，許多腸道菌能將大極性的皂苷轉(zhuǎn)化為小極性的化合物，使它們快速積累到所需的血藥濃度。如人參皂苷Re 可以被普雷沃氏菌屬（Prevotella）、乳桿菌屬（Lactobacillus）、擬桿菌屬（Bacteroides）產(chǎn)生的糖苷酶作用，發(fā)生去糖基化反應(yīng)，得到生物利用度更高的人參皂苷Rg1、Rg2、Rh1 和F1[22]。西洋參在腸道菌群代謝下，得到人參皂苷CK 和人參皂苷Rg3，這些化合物表現(xiàn)出更好的抗炎生物活性[23]。

2.2.3 生物堿類 中藥中含有的異喹啉生物堿——小檗堿腸道吸收率和生物利用度較低。Feng 等[24]報(bào)道小檗堿在大鼠腸道中被陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）、屎腸球菌（Enterococcus faecium）所產(chǎn)生的硝基還原酶還原為二氫小檗堿，以二氫小檗堿的形式被腸道吸收。小檗堿也可被腸道菌群氧化得到氧小檗堿，氧小檗堿表現(xiàn)出優(yōu)于母體的藥理活性，可以通過下調(diào)Toll 樣受體（TLR4）和髓樣分化因子（MyD88）蛋白表達(dá)，抑制TLR4-MyD88-NFκB 信號(hào)通路[25]，從而表現(xiàn)出更好的降低促炎細(xì)胞因子表達(dá)的效果[26]。腸道菌群對(duì)中藥的作用如圖1 所示。

圖1 腸道菌群對(duì)中藥的增毒、減毒與增效作用

3 小 結(jié)

中藥與腸道菌群的相互作用影響著人體的生態(tài)平衡與健康。中藥具有安全性高、不良反應(yīng)少、長(zhǎng)期服用不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，中藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群進(jìn)而治療相關(guān)疾病的療效也越來(lái)越受到臨床上的認(rèn)可。本文綜述了中藥調(diào)節(jié)腸道菌群物種組成、豐度以及腸道菌群代謝轉(zhuǎn)化中藥活性成分從而起到增毒、減毒與增效的作用。腸道菌群可以通過生物轉(zhuǎn)化將中藥活性成分轉(zhuǎn)化為高生物利用度、高藥理活性的代謝產(chǎn)物。腸道菌群代謝中藥轉(zhuǎn)化物中尋找有效物質(zhì)將是新藥研發(fā)的一個(gè)思路。同時(shí)，糞菌移植技術(shù)可以重構(gòu)腸道菌群，是有效驗(yàn)證中藥治療疾病的潛在方式，也能用于鑒定疾病治療中的關(guān)鍵功能菌屬。

然而，中藥具有多種類、多成分、多靶點(diǎn)等特點(diǎn)，腸道菌群是具有豐富多樣性的群體微生物，中藥與腸道菌群相互作用的研究十分復(fù)雜，尚處于初始階段，諸多關(guān)鍵性科學(xué)問題需要進(jìn)一步探討。（1）中藥中含有的益生菌成分尚不十分清晰，其與宿主藥用植物的互作機(jī)制研究較為缺乏，研發(fā)中藥-益生菌制劑，在臨床疾病治療時(shí)，依據(jù)患者個(gè)體背景區(qū)別與臨床表征差異，給予個(gè)性化的中藥-益生菌干預(yù)治療，有望提高中藥治療疾病的效率。（2）中藥的給藥劑量影響中藥的療效與藥理作用，不同劑量中藥對(duì)腸道菌群及其藥物代謝的影響也不同，過量服用會(huì)導(dǎo)致腸道菌群失衡和不良反應(yīng)等負(fù)面影響。在黃連對(duì)大鼠腸道菌群調(diào)節(jié)作用的研究中，發(fā)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)作用在不同給藥劑量、給藥時(shí)間等條件下存在顯著療效差異[27]，但目前關(guān)于量效關(guān)系的研究尚不充分。（3）目前研究表明，牧草、農(nóng)作物中植物內(nèi)生菌可定殖轉(zhuǎn)化為腸道菌并表現(xiàn)出生物活性，如黑麥草中真菌能定殖腸道并促進(jìn)纖維素降解[13]，而對(duì)于藥用植物中內(nèi)生菌的腸道定殖轉(zhuǎn)化研究較為缺乏。同時(shí)，因腸道菌群存在種屬差異，同一中藥在不同種屬的受試對(duì)象間生物轉(zhuǎn)化差異大，表現(xiàn)出不同的藥理作用。Vollmer等[21]證實(shí)，大鼠和人體腸道菌對(duì)芹菜素有不同轉(zhuǎn)化途徑，并表達(dá)出不同代謝產(chǎn)物。而目前研究多以小鼠、家兔作為受試對(duì)象，缺乏腸道菌群與中藥相互作用的臨床數(shù)據(jù)研究。（4）大量中藥代謝產(chǎn)物仍處于結(jié)構(gòu)未知，藥理活性、藥效不明的狀態(tài)。腸道菌群產(chǎn)生的代謝物并不總是有益的，代謝物的毒理研究可以更好地了解腸道菌群對(duì)中藥活性成分的代謝作用。（5）腸道菌群內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，不同類型的菌群產(chǎn)生不同的代謝酶，特異性地參與中藥活性成分的生物轉(zhuǎn)化，后續(xù)研究可加強(qiáng)中藥代謝過程中關(guān)鍵功能菌的篩選。此外，現(xiàn)有研究多側(cè)重于單一中藥與腸道菌群的相互作用，對(duì)于復(fù)方藥劑領(lǐng)域的研究還需進(jìn)一步探索，以期通過腸道菌群驗(yàn)證中藥配伍的合理性。

腸道菌群影響中藥有效成分的藥理和毒理作用，并且中藥也在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)系統(tǒng)平衡中發(fā)揮著重要作用，應(yīng)用微生物基因組學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組-蛋白組-代謝組多組學(xué)，并結(jié)合糞菌移植等技術(shù)，更深層次地探討中藥與腸道菌群之間的相互作用，將有助于我們理解中藥直接作用于腸道菌群或是間接調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，維持腸道微生態(tài)平衡，進(jìn)而探討腸道菌群的生物學(xué)功能及其作用機(jī)制，為以中藥為原型的藥物開發(fā)與中藥現(xiàn)代化發(fā)展提供參考依據(jù)。