中藥促進(jìn)Akk菌功能發(fā)揮的研究進(jìn)展

張樹輝，部繁，段正蘭，丁洋，陳拓，周錦勇，施國平，陳玉根

(南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，江蘇 南京 210029)

2004年，人類首次從糞便中鑒定出了一種新的黏液降解菌——Akkermansia muciniphila(Akk菌)[1]。Akk菌為革蘭氏陰性菌、無運(yùn)動(dòng)性嚴(yán)格厭氧菌，定植于腸黏膜，以黏蛋白為氮源和碳源，產(chǎn)生短鏈脂肪酸[2]，為腸上皮細(xì)胞提供能量[3]。近年來，Akk菌被發(fā)現(xiàn)與多種疾病存在明顯相關(guān)性，主要集中在肥胖及諸多代謝性疾病。最新研究發(fā)現(xiàn)，Akk菌與炎癥性腸病[4]、漸凍癥[5]、孤獨(dú)癥[6]、癲癇[7]、高血壓[8]等疾病呈負(fù)性相關(guān)，也被發(fā)現(xiàn)其影響了癌癥免疫療法中患者對PD-1阻滯劑的響應(yīng)程度[9]。這使其成為當(dāng)前腸道菌群研究領(lǐng)域中炙手可熱的“明星菌”。中藥中因含有的纖維、多酚和多糖等成分，可在預(yù)防和治療疾病中發(fā)揮類似益生元的作用，通過調(diào)節(jié)腸道微生物的數(shù)量、分布及代謝產(chǎn)物，促進(jìn)Akk菌功能的發(fā)揮，從而起到治療疾病的作用。筆者將從中藥及其有效成分對Akk菌的“益生元”樣作用及其調(diào)控Akk菌促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)、影響菌群代謝及對“腸-肝軸”“腦-腸軸”的影響進(jìn)行綜述。

1 中藥對Akk菌具有“益生元”效應(yīng)

腸道微生物的數(shù)量及分布受口服及灌腸中藥的影響顯著，諸多研究提示，中藥可能對Akk菌有益生元樣效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)腸道微生物的數(shù)量、分布及代謝產(chǎn)物促進(jìn)其益生菌功能發(fā)揮，從而起到治療疾病的作用。Wang等證明大黃酸可以增加db/db糖尿病小鼠體內(nèi)擬桿菌及Akk菌的豐度，并降低擬桿菌和厚壁菌的比值[10]，這一比值與血糖濃度呈顯著正相關(guān)[11]。小檗堿是黃連的主要有效成分，具有抗動(dòng)脈粥樣硬化，改善心肌缺血再灌注引起的損傷、降血脂等保護(hù)心臟的作用[12]。Zhu等證明小檗堿可以增加高脂飲食(HFD)引起的APOE-/-小鼠腸黏液層厚度及緊密連接蛋白的表達(dá)并引起Akk菌豐度的顯著增加,從而減輕小鼠動(dòng)脈粥樣硬化[13]。王磊等證明葛根素改善了HFD小鼠的體質(zhì)量、胰島素水平和葡萄糖穩(wěn)態(tài)；菌群檢測發(fā)現(xiàn)，小鼠服用葛根素能夠促進(jìn)Akk菌數(shù)量的增加，其潛在機(jī)制可能是葛根素增加了黏蛋白Muc2和抗菌肽RegIIIγ的表達(dá)，促進(jìn)杯狀細(xì)胞的生長和功能發(fā)揮，Akk菌主要以杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白為食[14]。

2 中藥調(diào)控Akk菌促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)

2.1 糖尿病與肥胖

糖尿病患者腸道緊密連接蛋白的表達(dá)降低導(dǎo)致腸道通透性增大，使得脂多糖(LPS)過多吸收而導(dǎo)致慢性炎癥[15]。研究發(fā)現(xiàn)，在飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠中，Akk菌的豐度減少，而通過補(bǔ)充Akk菌可逆轉(zhuǎn)高脂飲食誘導(dǎo)的代謝紊亂并提高小鼠腸內(nèi)大麻素水平[16]。Akk死菌可顯著提高胰島素敏感性指數(shù)；活菌可顯著提高胰島素抵抗評分，同時(shí)可以降低血液炎癥指標(biāo)，其作用機(jī)制可能是通過加強(qiáng)腸道屏障功能，最終降低血漿LPS起到抗炎作用[17]。研究發(fā)現(xiàn)，中藥及中藥復(fù)方可通過“腸道菌群-黏膜免疫-炎癥-糖尿病軸”改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)及糖尿病[18]。一項(xiàng)研究提示，中藥大黃中的蒽醌類化合物顯著增加了糖尿病小鼠體內(nèi)Akk菌的數(shù)量；大劑量蒽醌類化合物可顯著提高緊密連接蛋白Zo-1和Octopin的表達(dá)，通過保護(hù)腸緊密連接來抑制炎癥反應(yīng)[19]。一項(xiàng)關(guān)于肥胖的動(dòng)物研究顯示，中藥金銀花通過調(diào)節(jié)腸道菌群分布和腸道通透性改善肥胖；使用金銀花處理高脂飲食小鼠，結(jié)果顯示與對照組相比，金銀花處理后的小鼠體質(zhì)量和腹部、附睪脂肪組織重量明顯降低，血清生化指標(biāo)也得到了改善；金銀花顯著提高了Akk菌及擬桿菌與厚壁菌的比例；細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)金銀花可改善LPS導(dǎo)致的Zo-1和Claudin-1的基因表達(dá)降低的情況，維持了腸上皮的完整，其機(jī)制也可能與Akk菌的增加有關(guān)[20]。

2.2 炎癥性腸病(IBD)

炎癥性腸病包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。多數(shù)人認(rèn)為IBD的發(fā)病是由于黏膜屏障被破壞，導(dǎo)致腸道微生物的移位和免疫系統(tǒng)的激活[21]。在UC患者中，Akk菌數(shù)量明顯減少[22]，在CD患者中也發(fā)現(xiàn)同樣的情況[4]。一項(xiàng)最新研究顯示，Akk菌對DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎有保護(hù)作用，其機(jī)制可能與促進(jìn)緊密連接蛋白表達(dá)，改善結(jié)腸黏膜屏障損傷、降低炎癥因子相關(guān)[23]。作為丹參的有效成分之一，丹酚酸A(SAA)被發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)腸道微生物保護(hù)DSS引起的急性結(jié)腸炎。研究結(jié)果顯示SAA的治療可以逆轉(zhuǎn)模型組Akk菌豐度降低的情況；SAA治療后大鼠炎癥細(xì)胞因子IL-1、IL-6和MCP-1表達(dá)降低，回腸和結(jié)腸的緊密連接蛋白(Zo-1、Oclocin和Claudin-5)的表達(dá)升高，這表明SAA可能是通過調(diào)控Akk數(shù)量，起到保護(hù)腸屏障功能，從而治療腸炎[24]。在一項(xiàng)關(guān)于綠原酸的研究中同樣發(fā)現(xiàn)Akk菌豐度的提高有利于腸炎的緩解；綠原酸的加入改善了DSS小鼠體質(zhì)量減輕和DAI評分；研究顯示，綠原酸能逆轉(zhuǎn)DSS引起的黏液蛋白的下調(diào)，維持腸屏障完整性，起到抗炎作用，其機(jī)制可能也與Akk菌數(shù)量的顯著提高密切相關(guān)[25]。金銀花、茵陳、杜仲葉中含有豐富的綠原酸，其對結(jié)腸炎患者的潛在治療價(jià)值有待深入探索及開發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，中藥復(fù)方“戊己丸”可有效緩解炎癥后腸易激綜合征(PI-IBS)大鼠的癥狀，并且可以逆轉(zhuǎn)PI-IBS引起的腸道菌群豐度降低，顯著增加Akk菌的豐度[26]。

3 中藥調(diào)控Akk菌調(diào)節(jié)菌群代謝

隨著腸道微生物群衍生的代謝產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，如短鏈脂肪酸(SCFA)、脂多糖(LPS)、膽汁酸(BAs)和氧化三甲胺(TMAO)等，人們開始重視疾病與菌群代謝物的相互作用。有研究者將Akk菌經(jīng)口灌胃早衰模型小鼠，發(fā)現(xiàn)次級膽汁酸生物合成富集增多以及小鼠壽命延長[27]。同時(shí)，最新的一項(xiàng)研究顯示，Akk菌及其代謝物煙酰胺(NAM)在漸凍癥的治療中發(fā)揮重要作用[2]。多項(xiàng)研究證實(shí)，TMAO與動(dòng)脈粥樣硬化、心血管事件、阿爾茨海默病等顯著相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，三甲胺裂解酶抑制劑在減少膽堿飲食引起TMAO升高的同時(shí)，也增加了小鼠腸道內(nèi)Akk菌的數(shù)量[28]。一項(xiàng)關(guān)于白藜蘆醇(RSV)的研究發(fā)現(xiàn)，RSV可通過重塑腸道菌群抑制腸道微生物三甲胺(TMA)的形成，導(dǎo)致TMAO水平的降低，從而減弱TMAO誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化，同時(shí)，16S rRNA基因測序分析結(jié)果顯示，RSV治療提高了模型小鼠Akk菌的豐度[29]。一項(xiàng)高血壓的研究將丹參與黃芪聯(lián)合應(yīng)用，結(jié)果顯示丹參聯(lián)合黃芪的治療可以起到穩(wěn)定降壓的作用，同時(shí)改善了高血壓引起的菌群失調(diào)。通過對腸道菌群進(jìn)行16S rDNA V4區(qū)高通量測序，發(fā)現(xiàn)丹參黃芪組增加了Akk菌的豐度，恢復(fù)了厚壁菌與擬桿菌的比值(F/B)，其降壓機(jī)制可能是通過改善腸道菌群分布調(diào)節(jié)類固醇激素的合成以及花生四烯酸和色氨酸的代謝而產(chǎn)生的[30]。

4 中藥調(diào)控Akk菌影響“腸-肝軸”“腦-腸軸”

4.1 “腸-肝軸”

肝臟是人體內(nèi)最大的解毒器官，通過肝門靜脈系統(tǒng)與腸道密切相關(guān)。腸道微生物在“腸-肝軸”的相互作用中起著重要作用。腸屏障受損后，致病菌和脂多糖大量易位，經(jīng)肝門靜脈進(jìn)入肝臟，肝臟的枯否細(xì)胞(KCs)吞噬LPS釋放細(xì)胞炎癥因子造成肝功能的損害，LPS又使腸黏膜通透性進(jìn)一步增高而形成惡性循環(huán)。一項(xiàng)研究采用鏈脲佐菌素高脂飲食(STZ-HFD)誘導(dǎo)小鼠模型，模型小鼠遵循肝臟疾病進(jìn)展，從脂肪變性到非酒精性脂肪性肝炎、纖維化，最終發(fā)展為肝癌。結(jié)果顯示，在STZ-HFD組小鼠中，Akk菌數(shù)量減少，提示Akk菌或與血漿、肝臟和糞便中的LPS水平呈顯著負(fù)相關(guān)[31]。一項(xiàng)臨床研究顯示，肝癌及肝硬化患者均出現(xiàn)Akk菌數(shù)量的減少，同時(shí)腸道通透性及血漿LPS水平增加。肝細(xì)胞癌患者體內(nèi)鈣網(wǎng)蛋白濃度升高，與Akk菌濃度呈負(fù)相關(guān)，與肝硬化嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，提示Akk菌的肝保護(hù)功能可能是通過降低腸源性炎癥實(shí)現(xiàn)的[32]。近期的一項(xiàng)研究顯示，大黃提取物可以通過調(diào)節(jié)腸道微生物預(yù)防急性酒精攝入引起的肝炎；大黃提取物的添加改變了腸道微生物，尤其是Akk菌。在經(jīng)酒精刺激后的大黃提取物喂食小鼠(rhubarb extract-fed mice)中，Akk菌的相對豐度達(dá)到40%。經(jīng)分析，Akk菌的豐度與抗菌肽RegⅢγ的表達(dá)呈正相關(guān)，故猜測大黃提取物可能是通過增加Akk菌的數(shù)量促進(jìn)RegⅢγ的表達(dá)，以此恢復(fù)腸道屏障功能，從而預(yù)防酒精引起的肝損傷[33]。一項(xiàng)菌群移植(FMT)的研究顯示，移植了槲皮素(金絲桃有效成分之一)高應(yīng)答供體小鼠腸道菌群的受體小鼠，在HFD誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)中表現(xiàn)出保護(hù)性表型，該保護(hù)作用與“腸-肝軸”的變化相關(guān)。槲皮素的“益生元”功能通過調(diào)控Akk菌在防止NAFLD發(fā)展中發(fā)揮主要作用[34]。

4.2 “腦-腸軸”

近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)腸道與大腦之間存在著相互作用的“腦-腸軸”，而腸道微生物及其代謝產(chǎn)物的改變可以通過“腦-腸軸”影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及功能[35]。除了腸道微生物本身外，腸道微生物的代謝產(chǎn)物在“腦-腸軸”之間發(fā)揮著重要作用。腸道微生物會(huì)產(chǎn)生很多影響大腦功能的神經(jīng)遞質(zhì)，如5-羥色胺、色氨酸、多巴胺、γ-GABA。以5-羥色胺為例，5-羥色胺與情緒、睡眠、性欲、食欲、生物節(jié)律的調(diào)節(jié)密不可分，而大部分5-羥色胺是由腸道細(xì)菌合成的。越來越多的證據(jù)表明，很多神經(jīng)精神類疾病(如抑郁癥、自閉癥、阿爾茲海默病等)的發(fā)病都與“腦-腸軸”的紊亂存在著密切的聯(lián)系?！澳X-腸-微生物群軸”的紊亂會(huì)增加腸道通透性，激活免疫導(dǎo)致全身炎癥，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)炎癥、神經(jīng)損傷，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。一項(xiàng)研究顯示，中藥巴戟天能明顯下調(diào)細(xì)胞內(nèi)阿爾茨海默病標(biāo)志物Aβ的表達(dá)，改善腦組織腫脹，減少神經(jīng)元凋亡。巴戟天的加入顯著提高了Akk菌的豐度[36]。另一項(xiàng)研究同樣顯示出巴戟天寡糖對于阿爾茨海默病大鼠(AD大鼠)認(rèn)知的改善，AD大鼠的腸道微生物群與正常大鼠相比發(fā)生了改變，梭菌和梭狀芽孢桿菌的數(shù)量顯著增加，而治療組可以逆轉(zhuǎn)這些變化，同樣增加了Akk菌的數(shù)量[37]。上述兩項(xiàng)研究結(jié)果都顯示了中藥巴戟天可能通過增加Akk菌及乳桿菌的數(shù)量改善AD狀態(tài)，其機(jī)制可能與菌群產(chǎn)生的γ-GABA相關(guān)，而γ-GABA具有保護(hù)認(rèn)知功能的作用。

5 結(jié)語

具體中藥、復(fù)方及相應(yīng)有效成分可詳見表1和表2。Akk菌在多種疾病中具備潛在的治療作用，被認(rèn)為是下一代益生菌藥物“候選”菌。目前針對Akk菌的中藥研究主要涉及糖尿病、肥胖、炎癥性腸病、腸易激綜合征、動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、肝炎、阿爾茨海默病等，以代謝性疾病、心腦血管及腸道疾病較多；具有潛在益生元作用的中藥包括大黃、金銀花、茵陳、葛根、黃連、金絲桃、黃芪、杜仲、巴戟天和藜蘆等，其中以清熱類、補(bǔ)益類藥物較多。從當(dāng)前的研究來看，Akk菌雖以黏蛋白作為能量來源，但其對腸道黏液層厚度和腸屏障完整性存在正向調(diào)節(jié)作用。中藥調(diào)控Akk菌對代謝性相關(guān)疾病、腸道疾病以及對“腸-肝軸”的影響多是通過促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)、維持腸上皮完整性來實(shí)現(xiàn)的；對心腦血管病及對“腦-腸軸”的影響，主要是通過促進(jìn)腸道菌群代謝物的變化來實(shí)現(xiàn)的。然而，當(dāng)前探討中藥與Akk菌的研究相對較少，尤其是中藥復(fù)方由于其成分復(fù)雜更加難以開展實(shí)驗(yàn)研究，對于中藥及復(fù)方對Akk菌的具體作用機(jī)理尚有待進(jìn)一步闡釋。我國中藥資源豐富，通過探討中藥及其有效成分對Akk菌的調(diào)控機(jī)制、對腸道微生物代謝產(chǎn)物的影響，深入挖掘?qū)kk菌具備益生元潛力的中藥，將為中醫(yī)藥現(xiàn)代化發(fā)展提供新的思路和方向。

表1 中藥單體及其有效成分對Akk菌的影響

表2 中藥組合及復(fù)方對Akk菌的影響