肠道菌群与中药相互作用的研究进展

肠道菌群作为人体内一个复杂的微生态系统,其数量庞大、种类繁多,平均每个成年人胃肠道内定植着约1×个微生物,定植的细菌总数约种[1]。99%以上为厌氧菌,其中拟杆菌族(Bacteriodacae)、链状细菌(Cattenabacterium)、消化链球菌(Peptostreptococcus)、螺菌属(Spirillaceal)等专性厌氧菌和乳酸菌及双歧杆菌占优势[2]。肠道中的菌群在维持宿主生理功能上起到非常重要的作用,如从食物中摄取能量、产生重要的代谢产物、维持人体正常免疫功能、保护宿主免受外界病原的感染[3-4]等。肠道菌群是动态变化的,通过分析肠道菌群可以了解人体阶段性的身体健康状况[5]。因此,维持肠道菌群的稳态,有助于人体处于健康水平。研究表明许多代谢性、免疫性疾病以及肿瘤都与肠道菌群有着密切的关系[6]。

口服是中药的经典给药方式[7],中药大多是通过口服发挥作用,而进入消化道的药物不可避免与肠道微生物接触,对肠道菌群结构产生调节作用或其他影响。研究发现有些补益类中药会促进肠道内某些益生菌的生长、繁殖[8-9],而某些清热解毒类中药会抑制一些有害菌的生长、繁殖等[10]。同时肠道微生物可通过还原反应、水解反应等方式对中药进行代谢转化,再被人体吸收从而达到治疗效果,因此肠道菌群与中药的药效关系存在着密切的联系。近年来,肠道菌群的相关研究一直是热点,本文从肠道菌群与中药的关系角度出发,系统地归纳总结了肠道菌群与中药相互作用的机制和研究方法、中药对不同疾病中肠道菌群的调节和肠道菌群对不同中药成分的代谢等研究。

1中药对肠道菌群的调节作用研究

1.1中药调节肠道菌群的机制

根据对宿主健康的影响,肠道菌群可分为益生菌、有害菌和机会致病菌3大类。当宿主肠道中如双歧杆菌和乳杆菌等益生菌占优势时,宿主相对而言会处于一个健康的状态[11-12]。大量研究均证明中药能够显著调整肠道菌群失调、促进有益菌生长、抑制有害菌过度繁殖,平衡这些益生菌和致病菌的数量,从而使肠道内环境保持健康的状态。

1.1.1增加肠道的益生菌中药对肠道菌群调整作用的研究[7,13],在药物选择上既有以复方配伍(即方剂)形式发挥作用的,也有以单味中药或单一成分对肠道菌群进行调整的,中药成分组成比较复杂,尤其中药复方具有多重药理作用。相关研究表明,多糖成分是中药具有补益作用的药效物质基础,能够改善肠道内环境,有助于益生菌的生长,可能充当益生元(prebiotics)的角色[14],这些益生元通过改变肠道内菌群生长环境或者作为底物被益生菌利用,从而促进益生菌的生长,也有些中药中有机酸类成分有pH缓冲剂的作用,能维持肠道pH的稳定,为益生菌的增殖提供适宜的生存环境[15]。研究发现,中药多糖类成分尤其是补益类中药如人参、灵芝、党参等的多糖成分对益生菌的生长有一定的促进作用。这些成分进入肠道后可以促进益生菌(双歧杆菌、乳酸杆菌、嗜热链球菌等)的生长。王广[16]在进行党参多糖对肠道菌群失调小鼠的调整作用机制的初步研究中发现党参多糖体外对大肠杆菌没有促进或抑制生长的作用,对双歧杆菌有促进生长的作用。张宇等[17]在研究黄芪多糖对微生态调节作用时发现,黄芪多糖组与盐酸林可霉素对照组相比,双歧杆菌、乳酸菌的量显著上升,可以促进益生菌的生长。孙巍[18]在研究补中益气汤对抗生素致肠道菌群紊乱的影响时发现,补中益气汤使模型小鼠肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌、肠球菌、枯草芽孢杆菌数量有所增加,表明补中益气汤能够促进小鼠肠道益生菌的生长。

1.1.2减少肠道的有害菌某些中药可以直接抑制病原微生物的生长,此外,益生菌产生的代谢产物可间接抑制有害菌(大肠杆菌、肉毒梭菌、产气夹膜菌等)的生长。研究表明[19]清热解毒类中药往往可以抑制病原微生物尤其是肠道有害菌的生长。清热类中药金银花、黄连、连翘、穿心莲、蒲公英等对体外痢疾杆菌有较强的抑制作用[20-21]。但该类药具有苦寒之性,长期服用可损伤脾胃,有导致肠道菌群失调之弊,黄连解毒汤是最具有代表性的具有清热解毒功效的精方,有研究指出[22]黄连解毒组方在用药一段时间后,对肠道益生菌有抑制作用并且对肠道黏膜有损伤作用。研究也证实了很多具有清热、抗炎和解毒作用的中药均具有抗菌作用,但清热解毒类中药对肠道菌群作用较为复杂,在用药过程中应注意量的控制,以及与其他中药的配伍使用,将其对胃肠道的苦寒等毒副作用降至最小,使其更有效地抑制有害菌的生长。

1.2中药调节肠道菌群的研究方法

1.2.1传统培养法传统研究细菌的方法是用培养皿进行细菌培养,然后再进行细菌计数,然而传统的平板计数法存在不足,在细菌数量庞大的情况下根本无法精确计数,另外加上肠道内的严格厌氧环境以及特殊的营养要求,在自然界中能培养的细菌还不到1%,剩下的多于99%的细菌则无法通过细菌培养来研究,传统方法已经不能满足对大量未知细菌的研究和认识。因此,研究肠道菌群必须采用一些快速、准确、高通量的技术方法。

1.2.2宏基因组法宏基因组测序是一种新兴的用于研究微生物的分子生物学方法。Handelsman等[23]提出的宏基因组泛指特定环境样品(人类和动物的肠道、母乳、环境土壤、湖泊、冰川和海洋等)中微生物群落所有物种的基因组。宏基因组学(metagenomics)就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象,以测序分析和功能基因筛选为研究手段,以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新微生物学研究方法[24-25]。16SrDNA测序分析是宏基因组学研究中最常用的一种方法,其是以环境样品中的16SrDNA序列为研究对象,通过分析肠道微生物组中细菌的16SrRNA基因序列来了解宿主肠道微生物的多样性。用宏基因组测序方法分析口服中药前后肠道内容物或粪便中肠道菌的变化,以此来了解中药对机体的肠道菌群结构造成的影响。目前该方法已逐渐发展完善,其优势明显,弥补了传统平板计数法的缺陷与不足。

1.2.3MALDI-TOF-MS细菌检测法MALDI-TOF-MS细菌检测法是近年来比较新颖的检测技术[26],基于MALDI-TOF-MS的MALDIBiotyper高通量微生物鉴定系统可以快速、准确地对微生物进行鉴定与分类,且操作方法简单、快速、高通量[27]。其基本原理[28]:被测样品以适宜比例与基质化合物溶液相混合,使所测分子以单分子状态分散在基质中。干燥后用脉冲激光照射基质,基质因吸收能量而激发,并使所测分子链被逐出并离子化。这一过程并不导致分子链断裂,通常只生成分子离子及其多聚体。离子化后的分子在时间飞行质谱仪中被加速并被检测,被测分子按质量数的大小进行分离。然后利用数据库信息进行比对筛选并确定相应图谱,最终得到鉴定结果,从而实现对不同细菌属、种、亚种的区分和鉴定。MALDI-TOF-MS方法优势明显,操作简单、鉴定过程时间短,待细菌纯化方法标准化和细菌数据库完善之后,将会被广泛采用和推广。

1.3中药对不同疾病的肠道菌群的调节作用

1.3.1肥胖代谢综合征(metabolicsyndrome,MS)是多种代谢成分异常聚集的病理状态[29],是由遗传因素与环境因素共同决定的。其中肥胖是代谢综合征的重要症状之一。随着人们生活水平的提高,肥胖人数逐年递增,其中肥胖者患2型糖尿病、心脑血管疾病的危险度也相对增加。肥胖以及相关代谢性疾病已经严重威胁到人类的健康,近年来有研究显示[30],膳食结构变化与宿主遗传体质相互作用的情况下会引发肠道菌群结构失调,进而使得宿主循环系统中内毒素增加,诱发慢性、低水平炎症,导致肥胖和胰岛素抵抗,因此肠道菌群失调是导致肥胖及相关的代谢性疾病发生的一个重要环节。研究发现,从中药赤芝中提取出一种水提取物(WEGL)能够调节小鼠肠道菌群生态,改善肥胖[31]。越来越多的研究证明代谢性疾病与肠道菌群有着密不可分的关联,给相关疾病的临床治疗提供了参考。

1.3.2糖尿病除了肥胖之外,糖尿病也是具有代表性的代谢性疾病之一,其发病机制与很多因素有关。研究发现,肠道菌可以通过影响胰岛素抵抗、血糖、代谢等因素而诱发糖尿病。上海交通大学赵立平教授研究团队[32]研究发现出自中医古籍《伤寒论》的古方葛根芩连汤(由葛根、黄芩、黄连、甘草4味中药组成),2型糖尿病患者服用后,肠道内柔嫩梭菌群Faecalibacteriumprausnitzii量增加,病症有所改善,因此,推测是否可以通过调节肠道内柔嫩梭菌群的量达到治疗糖尿病的目的,需要进一步的临床研究验证。

1.3.3肠易激综合征(IBS)作为肠道内的微生态体系,肠道菌群与消化系统疾病的关系十分密切[33],如急性腹泻、急性胃肠炎患者常伴有肠道优势菌群(肠球菌、双歧杆菌、乳酸杆菌及类杆菌)比例失调,常驻菌群明显减少,其中厌氧菌数量下降最为显著,且上升速度缓慢。IBS是消化科门诊常见病,症见腹痛不适、腹胀及肠功能紊乱等。IBS的发病机制复杂不清,经过数十年研究,人们对IBS的认识大大增加,但仍无法从病理生理学角度对其进行有意义的临床分类。目前临床以IBS患者肠道症状为分类依据,分成腹泻型、便秘型或混合型IBS,并据此选择不同的治疗方案,但仅少部分患者对根据此分类方法选择的治疗方案有效,总体疗效不佳。庄彦华等[34]对34例IBS患者(以腹泻型为主)进行了临床研究,将患者分为3组,分别给予思密达、思密达加丽珠肠乐及思密达加神曲水煎液口服治疗2周后复查粪便菌培养,对比各组治疗前后的细菌数量变化,研究发现神曲组患者经治疗后,粪便中乳杆菌明显增多,双歧杆菌增加,肠杆菌减少,表明中药神曲有调节IBS患者肠道菌群的作用,能增加肠道有益菌的数量,改善IBS患者的临床症状。

1.3.4免疫调节肠道菌群的失调会引发多种疾病,中药作为一种肠道微调剂近年来已经成为热门研究。研究显示[35],肠道菌群不仅与人类疾病有着密切的关联,还参与调节人体的自身免疫功能。罗兰等[36]研究发现用香菇多糖对肠道微生态失调小鼠进行治疗后,小鼠肠道双歧杆菌、乳酸杆菌数量显著增加,而肠杆菌和肠球菌的数量显著降低,脾脏指数明显增加,对胸腺指数无影响,显著增强了淋巴细胞转化率,表明香菇多糖能调整小鼠肠道菌群及免疫功能。张慧晔等[37]研究发现给予抗生素3d后,小鼠肠道菌群失调,再给予口炎清7d,口炎清中剂量可避免胸腺和脾脏萎缩,以及脾功能低下,同时抑制抗生素引起的小鼠免疫球蛋白G(IgG)、分泌型IgA(sIgA)量下降与内毒素升高,表明中药口炎清能够改善抗生素引起的肠道菌群失调小鼠的免疫力低下状况。

1.3.5其他除了上述的一些与肠道菌群相关的疾病研究外,还有很多疾病与肠道菌群存在一定的联系,并且越来越引起人们的







































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