腸道菌群介導(dǎo)的骨代謝失衡及中藥干預(yù)研究進(jìn)展

魏偉，陳玲，周永進(jìn)，徐墜成，李萬紅，魏愛淳，黃桂成

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210023；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)翰林學(xué)院附屬海安市中醫(yī)院，江蘇 南通 226600；3.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023)

骨代謝是體內(nèi)重要的生理過程，是指骨細(xì)胞、骨髓中的紅細(xì)胞生成細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞等不停地進(jìn)行著細(xì)胞代謝，目的是進(jìn)行骨重塑，去除舊礦化骨，形成新骨基質(zhì)并礦化。骨代謝是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，通過成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)有多種細(xì)胞因子共同參與。骨代謝處于平衡狀態(tài)對(duì)維持鈣、磷等礦物質(zhì)的代謝平衡以及骨密度、骨強(qiáng)度等非常重要。

骨代謝失衡與多種疾病密切相關(guān)，如骨質(zhì)減少、骨質(zhì)疏松癥、佩吉特骨病等。而骨代謝的失衡與年齡、體內(nèi)激素水平、炎癥反應(yīng)等多種因素有關(guān)。近年來，腸道菌群與骨代謝、鈣磷代謝以及免疫間的關(guān)系得到了越來越多的關(guān)注。本文擬從腸道菌群與骨代謝的關(guān)系、腸道菌群介導(dǎo)的骨代謝潛在途徑以及潛在藥物，尤其是中藥方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群與骨代謝

腸道菌群(Gut microbiota，GM)是一群存在于人類腸道中的微生物，大體可分為益生菌、條件致病菌和有害菌三類[1]。腸道菌群穩(wěn)態(tài)對(duì)維持宿主健康和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要意義。腸道菌群的主要功能包括維持腸黏膜屏障功能、為宿主提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、免疫調(diào)節(jié)作用等。

近年來不少研究表明，多種疾病狀態(tài)如克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎等可見腸道菌群失調(diào)，而腸道菌群失調(diào)會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致骨代謝異常疾病的發(fā)生、發(fā)展。炎癥性腸病患者中約10%～40%的患者會(huì)出現(xiàn)至少一項(xiàng)腸外病變(Extra intestinal manifestation，EIM)[2]，其中發(fā)生頻率最高的就是骨骼肌肉病變?nèi)绻琴|(zhì)疏松癥[3]。Schule等[3]對(duì)瑞士炎癥性腸病隊(duì)列研究中的患者進(jìn)行雙能X線檢查，其中57%的患者出現(xiàn)骨質(zhì)減少，20%的患者出現(xiàn)骨質(zhì)疏松。一項(xiàng)關(guān)于小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)(Small intestine bacterial overgrowth，SIBO)與代謝性骨病關(guān)系的臨床研究[4]發(fā)現(xiàn)SIBO患者的骨密度明顯低于健康受試者的骨密度，并且前者骨丟失的發(fā)生率也更高。Das等[5]發(fā)現(xiàn)與正常人相比，老年骨質(zhì)疏松癥和骨質(zhì)減少患者會(huì)出現(xiàn)腸道菌群組成的改變，其中放線菌屬、埃格特菌、梭狀芽孢桿菌屬以及乳酸桿菌屬的數(shù)量顯著增加，而患者骨密度的下降與這些菌群數(shù)量變化有關(guān)。而經(jīng)抗生素處理的小鼠腸道菌群組成會(huì)發(fā)生改變[6]，其中擬桿菌門細(xì)菌的數(shù)量減少，變形菌門細(xì)菌數(shù)量顯著增加，同時(shí)小鼠的股骨彎曲強(qiáng)度減小，提示抗生素處理組小鼠的骨機(jī)械特性的改變與腸道菌群組成的改變有關(guān)。

2 腸道菌群介導(dǎo)骨代謝的潛在途徑

2.1 腸道菌群的直接調(diào)控作用

無菌(Germ-free，GF)小鼠是研究腸道菌群與骨代謝關(guān)系最為合適的模型，通過GF小鼠及糞菌移植實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腸道菌群可通過調(diào)控體內(nèi)激素水平、多種內(nèi)源性物質(zhì)以及通過免疫途徑參與骨代謝的調(diào)節(jié)。

Sjogren等[7]利用C57BL6/J小鼠研究腸道菌群與骨密度的相關(guān)性。該團(tuán)隊(duì)將常規(guī)條件飼養(yǎng)小鼠盲腸內(nèi)容物移植到GF小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GF小鼠經(jīng)糞菌移植4周后，其體內(nèi)的骨量顯著增加，同時(shí)骨髓中CD4+T細(xì)胞和破骨細(xì)胞前體細(xì)胞(CD11b+/GR1細(xì)胞)的數(shù)量則顯著減少，上述結(jié)果表明，腸道菌群的存在直接影響到機(jī)體正常的骨代謝。另一項(xiàng)研究[8]也得出了類似的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以通過介導(dǎo)雌激素缺乏引起的炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答，從而導(dǎo)致小鼠骨代謝失衡，表現(xiàn)為皮質(zhì)骨和骨小梁的骨體積分?jǐn)?shù)降低以及骨量減少。

2.2 腸道菌群介導(dǎo)的內(nèi)源性物質(zhì)代謝與骨代謝調(diào)控

2.2.1 短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸是腸道菌群發(fā)酵抗性淀粉及非淀粉多糖(膳食纖維的主要成分)的主要產(chǎn)物，當(dāng)腸道菌群發(fā)生紊亂后，可顯著改變腸道內(nèi)短鏈脂肪酸的濃度。其中乙酸、丙酸和丁酸都可以調(diào)控機(jī)體的骨代謝[9]。

Chang等[10]主要研究了不同濃度丁酸對(duì)MG-63成骨細(xì)胞的影響，較高濃度的丁酸(>4 mmol/L)可以通過抑制MG-63成骨細(xì)胞中骨保護(hù)素的分泌，促進(jìn)RANKL、8-異構(gòu)前列腺素、基質(zhì)金屬蛋白酶-2以及骨橋蛋白的分泌和表達(dá)誘導(dǎo)骨破壞、抑制骨修復(fù)，影響成骨細(xì)胞活性，而較低濃度的丁酸(1～4 mmol/L)可以促進(jìn)細(xì)胞中堿性磷酸酶、骨保護(hù)素以及骨結(jié)合素的分泌從而促進(jìn)成骨，而以上作用可能與組蛋白乙?；嘘P(guān)。丁酸鈉可保護(hù)由過氧化氫誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞前體細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞損傷[11]，促進(jìn)細(xì)胞礦化和分化，其機(jī)制主要是通過增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的活性、促進(jìn)ATP的產(chǎn)生、降低ROS的水平來保持骨代謝平衡。Morozumi等[12]發(fā)現(xiàn)高濃度丁酸(10 mmol/L)可以通過抑制Runx2、Osterix、Dlx5等成骨轉(zhuǎn)錄因子以及骨涎蛋白、骨鈣素等細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)，抑制成骨細(xì)胞樣ROS17/2.8細(xì)胞的分化，同時(shí)減少礦化結(jié)節(jié)的產(chǎn)生。

Lucas等[13]在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在飲食中補(bǔ)充短鏈脂肪酸后，小鼠的脛骨的骨體積分?jǐn)?shù)較正常飲食小鼠顯著增大，而骨小梁分離度顯著減小，并且血清骨吸收標(biāo)志物Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽水平顯著下降，而骨形成標(biāo)志物如骨鈣素、骨礦化沉積率等沒有變化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸是通過誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的代謝重編程，增強(qiáng)糖酵解和氧化磷酸化，下調(diào)破骨信號(hào)基因TRAF6和NFATc1的表達(dá)，從而抑制破骨細(xì)胞分化，并且這種作用在早期(24～48 h)比較明顯。另一項(xiàng)研究[14]則發(fā)現(xiàn)丁酸鹽可以通過增加小鼠腸道和骨髓中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量，促進(jìn)骨髓CD8+T細(xì)胞中NFAT1-SMAD3轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的產(chǎn)生從而增加骨合成代謝Wnt配體Wnt10b的分泌，而Wnt10b可以作用于基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞促進(jìn)骨形成。

短鏈脂肪酸主要通過與G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptors，GPCRs)，如游離脂肪酸受體2(Free fatty acid receptor 2，F(xiàn)FAR2)結(jié)合發(fā)揮各種免疫和代謝調(diào)控作用，其中FFAR2基因[15]敲除小鼠上頜骨出現(xiàn)明顯骨丟失及骨細(xì)胞改變，表現(xiàn)為骨密度、骨體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)降低，破骨細(xì)胞數(shù)量增加而成骨細(xì)胞數(shù)量減少，補(bǔ)充短鏈脂肪酸后骨丟失得到部分改善。

2.2.2 色氨酸相關(guān)代謝物 色氨酸是一種芳香族氨基酸，它可以作為某些微生物和宿主代謝物的生物合成前體，進(jìn)而調(diào)控機(jī)體生理功能。色氨酸主要通過以下3條途徑在腸道中代謝：腸嗜鉻細(xì)胞借助色氨酸羥化酶1(Tryptophan hydroxylase 1，TPH1)合成循環(huán)中的大部分(95%)5-羥色胺(Serotonin,5-HT)[16]；腸道菌群部分代謝物可誘導(dǎo)吲哚-雙加氧酶1(Indoleamine 2,3-dioxygenase 1，IDO1)，促使色氨酸代謝為犬尿氨酸[17]；在腸道菌群的作用下色氨酸直接轉(zhuǎn)化為吲哚類物質(zhì)作為芳烴受體(Aryl hydrocarbon receptor，AhR)配體發(fā)揮作用[18]。5-HT對(duì)骨代謝具有雙重作用[19]：腸源性5-HT作為激素抑制骨形成，腦源性5-HT則作為神經(jīng)遞質(zhì)，通過一系列途徑促進(jìn)骨形成。Yadav等[20]發(fā)現(xiàn)5-HT可以通過與成骨細(xì)胞表面的Htr1b受體結(jié)合，調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)，影響其靶基因CycD1的表達(dá)，從而抑制成骨細(xì)胞的增殖、抑制成骨，而這一過程受到低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(LDL-receptor related protein 5，LRP5)表達(dá)的調(diào)控。5-羥色胺6G蛋白偶聯(lián)受體(5-HT6R)在臨床上可以作為神經(jīng)性疾病的治療靶點(diǎn)，而一項(xiàng)研究[21]則指出該受體在骨組織中呈高表達(dá)，亦可以作為骨代謝異常疾病的治療靶點(diǎn)。體外實(shí)驗(yàn)中，活化后的5-HT6R可以通過BMP2信號(hào)通路中的Jab1蛋白抑制成骨細(xì)胞分化；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，5-HT6R在活化后可以抑制顱骨缺損小鼠的骨再生，推遲新生小鼠體內(nèi)的骨生長(zhǎng)。提示5-HT可通過結(jié)合并激活受體5-HT6R的方式抑制骨形成。Nam等[22]也進(jìn)行了類似的研究，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大鼠顱骨成骨細(xì)胞可以表達(dá)5-HT受體Htr1和Htr2，而5-HT可以抑制該細(xì)胞的成骨分化和礦化，減少成骨相關(guān)基因如堿性磷酸酶基因Alpl、osterix基因Sp7以及骨鈣素基因Bglap等的表達(dá)[23]。

犬尿氨酸為色氨酸的代謝物，其在體內(nèi)的濃度與腸道菌群也有密切的關(guān)系。小鼠灌胃及腹腔注射犬尿氨酸后，表現(xiàn)出明顯的骨丟失[24]，具體表現(xiàn)為骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁厚度等參數(shù)顯著下降，血清破骨標(biāo)志物RANKL濃度顯著增加。而腹腔注射犬尿氨酸小鼠的骨髓干細(xì)胞出現(xiàn)了與衰老相關(guān)的基因改變，如Hdac3、NcoR1基因的表達(dá)減少，脂質(zhì)儲(chǔ)存基因Cidec、Plin1的表達(dá)增加。這說明犬尿氨酸主要通過促進(jìn)破骨細(xì)胞骨吸收加速骨丟失，參與骨代謝。另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)犬尿氨酸在體外可以抑制小鼠成骨細(xì)胞的線粒體呼吸，導(dǎo)致該細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換及代謝的紊亂，從而抑制成骨[25]。不少臨床研究也發(fā)現(xiàn)了犬尿氨酸與骨代謝之間的聯(lián)系。如骨髓液中犬尿氨酸的水平與年齡呈正相關(guān)[26]，與股骨整體的骨量呈負(fù)相關(guān)；同時(shí)骨髓液中犬尿氨酸水平較高的病人血清破骨標(biāo)志物TRAP-5b、RANKL的水平也較高。以上結(jié)果說明體內(nèi)隨著年齡增長(zhǎng)而增加的犬尿氨酸可能是導(dǎo)致老年人骨骼脆性增加的重要原因[27]。Dincel等[28]則發(fā)現(xiàn)高齡骨質(zhì)疏松性髖部骨折的患者血清犬尿氨酸與色氨酸的比值較健康對(duì)照患者高，提示犬尿氨酸可能是通過免疫及炎癥反應(yīng)引起老年患者骨丟失及骨骼脆性增加，進(jìn)而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松性髖部骨折的發(fā)生。

2.2.3 其他內(nèi)源性物質(zhì) 一項(xiàng)腸道菌群宏基因組研究[29]發(fā)現(xiàn)通過口服抗生素干擾小鼠腸道菌群后，其中與細(xì)菌細(xì)胞壁、糖類以及維生素B和K合成有關(guān)的微生物基因的豐度出現(xiàn)了改變，腸道微生物來源的維生素K含量下降，同時(shí)小鼠的骨礦物結(jié)晶度、組織機(jī)械特性以及骨強(qiáng)度也降低，而骨幾何學(xué)形狀和骨密度變化不大，這說明腸道微生物來源的維生素K可能是骨基質(zhì)質(zhì)量的調(diào)控因子之一，參與對(duì)骨代謝的調(diào)控。Zhou等[30]發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者接受減肥飲食6個(gè)月后，血液腸道菌群代謝物氧化三甲胺(Trimethylamine N-oxide，TMAO)及其前體L-肉堿的水平明顯降低，同時(shí)患者脊柱及髖關(guān)節(jié)的骨密度也出現(xiàn)了明顯下降，這說明TMAO可能對(duì)糖尿病患者減質(zhì)量過程中出現(xiàn)的骨密度降低有保護(hù)作用。

2.3 腸道菌群通過調(diào)控激素水平干預(yù)骨代謝

2.3.1 甲狀旁腺激素(Parathyroid hormone，PTH) PTH是骨代謝重要的調(diào)節(jié)激素，其促進(jìn)骨吸收或者骨形成的過程均需要腸道菌群的介導(dǎo)。PTH只有在小鼠腸道中分段絲狀菌較多的情況下才會(huì)導(dǎo)致骨丟失[31]，分段絲狀菌主要是通過促使PTH增加腸TNF+T細(xì)胞、Th17細(xì)胞等細(xì)胞的數(shù)量，使得腸TNF+T細(xì)胞、Th17細(xì)胞進(jìn)入骨髓，從而引起骨丟失。進(jìn)一步的研究[32]發(fā)現(xiàn)PTH刺激骨形成、增加骨量的過程需要腸道菌群代謝產(chǎn)物丁酸的參與。丁酸主要是通過促進(jìn)PTH增加骨髓調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量，進(jìn)而通過骨髓CD8+T細(xì)胞增加成骨Wnt配體Wnt10b的數(shù)量，從而激活Wnt依賴的骨形成過程。

2.3.2 其他激素 Li等[8]利用在常規(guī)條件中和無菌條件中飼養(yǎng)的C57BL/6J小鼠造性激素缺乏所導(dǎo)致的骨丟失模型，采用的是促性腺激素釋放激素激動(dòng)劑醋酸亮丙瑞林。發(fā)現(xiàn)性激素缺乏可以增加常規(guī)飼養(yǎng)小鼠腸道的通透性，增加Th17細(xì)胞的數(shù)量，同時(shí)上調(diào)破骨細(xì)胞活素TNF-α、RANKL以及IL-17在小腸和骨髓中的表達(dá)，引起骨小梁骨丟失，而在無菌小鼠中性激素缺乏不能導(dǎo)致骨丟失。這說明腸道菌群在性激素缺乏導(dǎo)致的骨丟失中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

Schepper等[33]發(fā)現(xiàn)廣譜抗生素可以抑制糖皮質(zhì)激素所導(dǎo)致的C57BL/6J小鼠的骨小梁丟失，同時(shí)改變腸道菌群中疣微菌門、細(xì)菌門等的豐度。而給未經(jīng)處理的野生型小鼠移植應(yīng)用糖皮質(zhì)激素小鼠的糞便也可以導(dǎo)致骨丟失。提示腸道菌群在糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病過程中發(fā)揮重要的作用。

IGF-1是一種對(duì)骨組織具有內(nèi)分泌、旁分泌、自分泌作用的生長(zhǎng)因子。Yan等[34]給性成熟的GF小鼠移植常規(guī)調(diào)節(jié)飼養(yǎng)小鼠的糞便，短期(2個(gè)月)移植小鼠骨量減少；長(zhǎng)期(8個(gè)月)移植小鼠骨形成及生長(zhǎng)板活性增強(qiáng)，同時(shí)血清IGF-1水平增加，肝臟和脂肪組織中的IGF-1生成也增加。而對(duì)常規(guī)條件飼養(yǎng)小鼠使用抗生素可以降低血清IGF-1水平，抑制骨形成。以上結(jié)果說明腸道菌群可以通過誘導(dǎo)IGF-1的生成與表達(dá)促進(jìn)骨形成，參與對(duì)骨代謝的調(diào)控。

3 常見中藥及天然產(chǎn)物

3.1 以腸道菌群為靶點(diǎn)調(diào)控骨代謝的中藥及相關(guān)天然產(chǎn)物

有研究表明，在骨質(zhì)疏松模型小鼠、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型體內(nèi)，可見腸道菌群發(fā)生一定程度的紊亂，而多種中藥對(duì)其骨代謝失衡的改善亦伴隨著動(dòng)物體內(nèi)腸道菌群的轉(zhuǎn)歸，這些結(jié)果提示很多中藥對(duì)骨代謝調(diào)控的作用可能與腸道菌群有關(guān)。見圖1。

3.1.1 中藥及其提取物

3.1.1.1 靈芝 Kerezoudi等[35]發(fā)現(xiàn)靈芝提取物可以顯著改變骨質(zhì)疏松患者的腸道菌群結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加其糞便中短鏈脂肪酸含量。這些患者體內(nèi)的RANKL水平顯著下降，而OPG的水平則顯著提高。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，靈芝提取物中富含β-葡聚糖成分，它具有益生元樣作用，提示靈芝提取物對(duì)骨質(zhì)疏松的改善作用可能與腸道菌群的改變有關(guān)。

3.1.1.2 杜仲 Zhao等[36]主要研究了杜仲葉醇提物的抗骨質(zhì)疏松作用。前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示杜仲葉醇提物可以促進(jìn)保加利亞乳桿菌的生長(zhǎng)，在體外抑制破骨細(xì)胞的形成。進(jìn)一步將該提取物用于快速老化小鼠P6模型以評(píng)估其對(duì)腸道菌群組成、短鏈脂肪酸以及骨質(zhì)疏松的影響。結(jié)果提示杜仲葉醇提物可以增加腸道菌群細(xì)菌的多樣性以及腸道中厚壁菌門與擬桿菌門的比例，提高糞便及血漿中短鏈脂肪酸的濃度，同時(shí)提高骨密度、抑制骨丟失，進(jìn)而改善骨質(zhì)疏松。

3.1.1.3 墨旱蓮 墨旱蓮是一種屬于向日葵家族的植物，多用于治療子宮出血、牙齒松動(dòng)、耳鳴、眩暈等疾病。Zhao等[37]發(fā)現(xiàn)墨旱蓮提取物可通過抑制破骨、促進(jìn)成骨、維持骨形成與骨吸收動(dòng)態(tài)平衡改善衰老小鼠的骨微結(jié)構(gòu)及骨量，同時(shí)可以改變小鼠腸道菌群的組成，增加益生菌乳酸菌和乳球菌的豐度。

3.1.1.4 女貞子 女貞子常作為抗衰老藥物用于治療骨質(zhì)疏松癥。Li等[38]發(fā)現(xiàn)女貞子可以通過改變腸道菌群的組成，如增加雙歧桿菌的數(shù)量、增大厚壁菌門細(xì)菌與擬桿菌屬細(xì)菌數(shù)量的比例等改善衰老小鼠的骨微結(jié)構(gòu)和生物機(jī)械特性異常，發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。

3.1.1.5 接骨木中木脂素部位 有研究通過代謝組學(xué)技術(shù)初步揭示了接骨木中富含木脂素部位對(duì)卵巢切除大鼠骨質(zhì)疏松的機(jī)制[39]，結(jié)果表明其在高劑量(228 mg/kg)時(shí)可以顯著抑制卵巢切除大鼠的骨丟失，改善骨微結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)骨強(qiáng)度，同時(shí)增加腸道菌群來源的支鏈氨基酸纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸的濃度。

3.1.1.6 檳榔中多酚類物質(zhì) Mei等[40]采用卵巢切除大鼠模型研究檳榔中多酚類物質(zhì)的抗骨質(zhì)疏松機(jī)制。該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)檳榔中多酚類物質(zhì)可以改善骨質(zhì)疏松大鼠的骨小梁微結(jié)構(gòu)，增加腸道中厚壁菌門和變形菌門細(xì)菌的數(shù)量，同時(shí)減少對(duì)骨代謝產(chǎn)生不利影響的另枝菌屬的細(xì)菌數(shù)量。這說明檳榔中多酚類物質(zhì)的抗骨質(zhì)疏松作用可能與其對(duì)腸道菌群的調(diào)控有關(guān)。

3.1.1.7 黃芪多糖 一項(xiàng)采用肌肉注射地塞米松建立大鼠骨質(zhì)疏松模型的研究[41]證實(shí)了灌喂黃芪多糖可以抑制大鼠體內(nèi)破骨細(xì)胞的分化和機(jī)體炎癥，增加骨質(zhì)疏松大鼠的骨密度，修復(fù)受損的骨微結(jié)構(gòu)，改善骨質(zhì)疏松。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)黃芪多糖可以改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)，有13種細(xì)菌可以作為黃芪多糖改善骨質(zhì)疏松的生物標(biāo)志物，進(jìn)一步的相關(guān)性分析揭示其中有5種細(xì)菌是黃芪多糖發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用的關(guān)鍵，如布勞特化菌屬、乳桿菌屬的細(xì)菌。上述結(jié)果提示黃芪多糖可以通過調(diào)控腸道菌群來改善骨質(zhì)疏松。

3.1.2 中藥單體

3.1.2.1 葛根素 Li等[42]建立卵巢切除大鼠骨質(zhì)疏松模型，大鼠長(zhǎng)期灌胃葛根素后，采用Micro-CT分析大鼠股骨，并檢測(cè)了血清生化指標(biāo)和炎癥因子。同時(shí)采用16S rRNA測(cè)序評(píng)估糞便樣本中腸道菌群的組成，采用氣相色譜檢測(cè)短鏈脂肪酸的含量，采用Western blot和qPCR技術(shù)評(píng)估腸道炎癥因子和連接蛋白的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示葛根素可以增加股骨骨密度，使得骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物水平恢復(fù)正常，改善腸黏膜完整性，減少系統(tǒng)性炎癥。同時(shí)葛根素干預(yù)組大鼠較模型組大鼠糞便樣本中腸道菌群的組成及其代謝物短鏈脂肪酸的含量發(fā)生了變化，這些結(jié)果提示葛根素可能是通過調(diào)控失衡的腸道菌群、增加短鏈脂肪酸的含量而發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用的。

3.1.2.2 瑞香素 Wang等[43]評(píng)估了瑞香素對(duì)糖皮質(zhì)激素所致骨質(zhì)疏松的治療作用并研究了其作用機(jī)制。對(duì)雄性SD大鼠肌肉注射地塞米松造模，再給予瑞香素干預(yù)。通過檢測(cè)骨組織學(xué)改變、骨礦物質(zhì)含量、微結(jié)構(gòu)參數(shù)以及骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物，評(píng)價(jià)瑞香素的抗骨質(zhì)疏松作用，同時(shí)評(píng)估了腸道菌群組成以及腸屏障功能。結(jié)果表明瑞香素可以增加骨礦物質(zhì)含量，使得微結(jié)構(gòu)參數(shù)、骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物恢復(fù)正常，同時(shí)改善腸道菌群紊亂和腸屏障功能失調(diào)。這說明瑞香素對(duì)糖皮質(zhì)激素所致骨質(zhì)疏松的治療作用可能與其調(diào)控腸道菌群有關(guān)。

3.1.2.3 黃連素 黃連素是一種異喹啉生物堿，多用于治療細(xì)菌感染引起的腹瀉、腸道寄生蟲感染、沙眼等疾病[44]。Jia等[45]利用卵巢切除大鼠建立了牙周炎動(dòng)物模型，后采用黃連素治療7周，發(fā)現(xiàn)牙槽骨丟失明顯減輕，同時(shí)腸道中產(chǎn)丁酸微生物的數(shù)量也明顯增多，腸屏障功能也得到改善，與白介素17A相關(guān)的免疫應(yīng)答也減弱。提示黃連素可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群，改善腸屏障功能，調(diào)節(jié)宿主免疫，緩解雌激素缺乏引起的牙周炎所導(dǎo)致的牙周骨丟失。

3.2 益生菌相關(guān)制劑及功能食品

3.2.1 益生菌及益生元 益生菌是一類攝取足夠量后對(duì)宿主產(chǎn)生有益作用的活的微生物，主要通過改變腸道菌群的組成和代謝活動(dòng)發(fā)揮作用[46]，包括乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、腸球菌、酵母菌等。益生元?jiǎng)t是一類不可消化的食物成分，可以通過改變腸道微生物的組成和某些腸道微生物的活性或者被某些腸道微生物發(fā)酵等方式在宿主體內(nèi)發(fā)揮有益作用[47]，也可以刺激、活化腸道益生菌，目前研究較多的是低聚糖，包括乳果糖、果糖寡聚體、低聚半乳糖、低聚果糖、菊粉等。

Pan等[48]發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌可以通過糾正腸道菌群失衡，使得加氏乳桿菌、羅伊乳桿菌、陰道乳桿菌等的豐度恢復(fù)正常，同時(shí)增加嗜酸乳桿菌的豐度，從而抑制佐劑型關(guān)節(jié)炎大鼠的骨破壞。另一項(xiàng)研究[14]發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌GG可以增加小鼠腸道中產(chǎn)丁酸細(xì)菌的數(shù)量，促進(jìn)丁酸的產(chǎn)生，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)性T細(xì)胞促進(jìn)Wnt10b的表達(dá)成骨、增加骨量，參與對(duì)骨代謝的調(diào)控。Tanabe等[49]研究了益生元對(duì)衰老小鼠骨代謝的影響。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)低聚果糖、葡甘露聚糖可以抑制衰老小鼠體內(nèi)的骨吸收，改善骨代謝，主要通過增加乳酸菌、擬桿菌屬、梭菌屬的數(shù)量，從而增加股骨鈣含量。

Cowardin等[50]研究發(fā)現(xiàn)純化牛唾液酸化乳低聚糖(Purified bovine sialylated milk oligosaccharides，S-BMO)可以增加侏儒鼠的股骨骨小梁數(shù)量及骨量，減少血清骨吸收標(biāo)志物CTX-Ⅰ的含量等，同時(shí)腸道菌群代謝物琥珀酸鹽以及小腸tuft細(xì)胞的數(shù)量增加，說明S-BMO對(duì)侏儒鼠骨代謝的作用可能與其影響腸道菌群代謝有關(guān)。

3.2.2 功能食品 金槍魚骨主要由以Ca10(PO4)6(OH)2形式存在的鈣、磷組成，在骨代謝中發(fā)揮重要的作用。Li等[51]發(fā)現(xiàn)金槍魚骨粉可以通過抑制NF-κB通路減少骨吸收，激活Wnt/β-catenin通路增加骨形成，減少促炎細(xì)胞活素的產(chǎn)生，修復(fù)腸黏膜屏障損傷，同時(shí)改變腸道菌群的組成，增加抗炎細(xì)菌和產(chǎn)短鏈脂肪酸細(xì)菌的數(shù)量，對(duì)糖皮質(zhì)激素導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松產(chǎn)生治療作用。Guo等[52]發(fā)現(xiàn)來源于鴨蛋清的肽類VSEE可以抑制卵巢切除大鼠的骨丟失、骨微結(jié)構(gòu)破壞，增加骨鈣含量，改善骨代謝和骨生物機(jī)械特性，同時(shí)改善腸屏障功能、增加腸絨毛區(qū)域的面積，改變腸道菌群的組成，減少韋榮球菌科、普氏菌屬、梭桿菌屬、瘤胃球菌屬以及羅斯氏菌屬細(xì)菌的數(shù)量，增加擬桿菌屬細(xì)菌的數(shù)量。這說明VSEE可能是通過對(duì)腸道菌群以及腸屏障功能的調(diào)控發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。

4 展望

近年來越來越多的研究證實(shí)了腸道菌群與宿主骨代謝之間的密切聯(lián)系。從圖1我們可以看出，腸道菌群可以通過介導(dǎo)宿主的炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答等方式直接對(duì)骨代謝產(chǎn)生影響，也可以通過相關(guān)代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸、5-HT、犬尿氨酸、膽汁酸等間接調(diào)控骨代謝，同時(shí)腸道菌群還可以通過PTH引起骨代謝的變化。而利用中藥、益生菌、益生元以及一些天然產(chǎn)物等可以對(duì)腸道菌群產(chǎn)生直接或間接的影響，從而對(duì)骨代謝進(jìn)行調(diào)控，這可以為骨質(zhì)減少、骨質(zhì)疏松癥、佩吉特骨病等骨代謝異常疾病的治療提供新的思路和方向。

圖1 腸道菌群與宿主骨代謝之間的聯(lián)系

盡管目前腸道菌群調(diào)控骨代謝的機(jī)制以及潛在藥物干預(yù)策略研究已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但這一領(lǐng)域還有不少問題有待解決。比如腸道菌群與宿主骨代謝之間是否存在雙向互動(dòng)機(jī)制，即宿主骨代謝是否也可以調(diào)控腸道菌群。目前已經(jīng)知道腸道菌群可以直接調(diào)控骨代謝，但其中涉及對(duì)宿主免疫、炎癥調(diào)控的關(guān)鍵細(xì)胞、分子機(jī)制以及信號(hào)通路還不夠清楚。雖然已經(jīng)有很多關(guān)于短鏈脂肪酸、膽汁酸等腸道菌群代謝產(chǎn)物以及色氨酸-犬尿氨酸等代謝通路對(duì)骨代謝影響的研究，但其他內(nèi)源性代謝通路以及菌群-宿主共代謝物對(duì)骨代謝的作用還有待進(jìn)一步挖掘。此外，這些中藥及其主要活性成分對(duì)骨代謝的調(diào)控作用，除了對(duì)腸道菌群的調(diào)控作用外，是否還存在其他途徑，以及腸道菌群在其效應(yīng)發(fā)揮中的貢獻(xiàn)度尚需進(jìn)一步的研究。