中医药治疗溃疡性结肠炎的肠道菌群调节机制研究

马 琳 王 彧,3 刘 陶 赵 鑫 陈 璐

(1 天津中医药大学方剂学教育部重点实验室，天津，301617；

2 天津中医药大学组分中药国家重点实验室，天津，301617；

3 天津中医药大学中西医结合学院，天津，301617)

溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis，UC)是一种全球发病率较高的炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease，IBD)[1]，其主要发病群体为30～40岁的患者[2]。UC患者患结肠直肠癌的风险比正常人高出1～10倍[3]，此外，UC对患者的身体和心理都有很大的影响，进而增加抑郁和焦虑的风险。UC的病因和发病机制复杂，与遗传因素、宿主免疫系统紊乱、肠道微生物群失调和环境因素等密切相关[4]。目前，UC的治疗以激素和免疫抑制剂为主，但不良反应大，且停药后易反复。值得注意的是，肠道微生物群介导黏膜免疫应答，如个体对肠道共生细菌的异常免疫反应导致了肠道炎症过度而引发UC[5]。因此，调节肠道微生物群与免疫平衡是控制UC发生发展的关键靶点之一[6]。

中药不仅具有“多成分、多靶点、多途径、整体调节”等特点，在调节免疫炎症和肠道微生物方面也有独特优势，成为近年来治疗UC药物的研究热点之一。因此，本文概述了UC个体的肠道菌群特征和基于肠道微生物群的免疫调节机制，并探讨了中医药在治疗UC的现状以及未来应用中的前景。

众所周知，肠道微生物群在UC的发病机制和发展中起着重要作用。肠道微生物群的失衡是促进UC发展的最大影响因素之一，失调的肠道微生物群与宿主相互作用，可引起肠上皮细胞通透性增加，触发UC相关的黏膜免疫炎症反应。在UC患者中，炎症严重程度则与肠黏膜的细菌密度直接相关，炎症多发生在细菌密度较高的区域，如结肠和远端回肠。UC的患者肠道微生物群的改变伴随相关代谢物的改变，如内毒素、氨基酸和短链脂肪酸(Short-chain Fatty Acids，SCFAs)[7]，进一步影响UC的发生发展。因此，调节肠道微生物被认为是UC患者的治疗策略之一[8]。

1.1 UC导致肠道微生物组成改变 UC患者肠道微生物组成与健康个体不同，在活跃的炎症区域，尽管细菌总数增加，但多样性较正常组降低[9]。有益菌如乳酸杆菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和阿克曼菌(Akkermansia)在UC中几乎不存在，拟杆菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)也大量减少[10]。而大肠杆菌(EscherichiaColi)、链球菌(Streptococcus)、变形菌(Proteobacteria)和艰难梭菌(Clostridiumdifficile)等致病菌比例增加。Liu等[11]发现DSS诱导肠菌紊乱模型中乳酸杆菌和另枝菌属(Alistipes)的丰度显著下降，而链球菌、大肠杆菌和志贺菌(Shigella)的丰度明显增加。Zhang等[12]发现在UC小鼠模型中，拟杆菌(Bacteroides)、螺杆菌(Helicobacter)、Turicibacter的比例增加，有益菌群乳酸杆菌、毛螺菌科(Lacetospiraceae)、阿克曼菌的比例显著下降。Zhang等[13]通过分析DSS诱导的UC小鼠肠道微生物，结果得出等致病菌比例增加，厚壁菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌(Bacillus)等有益菌比例显著下降。综上所述，UC导致肠道菌群的改变，主要体现在链球菌、大肠杆菌、志贺菌、拟杆菌、螺杆菌等致病菌的增多，和乳酸杆菌、阿克曼菌、梭菌和另枝菌等有益菌的减少。

1.2 菌群代谢物参与UC的免疫调节机制 革兰氏阴性菌如大肠杆菌的肠道丰度上调而脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)过度产生，直接破坏上皮屏障，导致全身性炎症介质水平升高，如肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)、白细胞介素-1α(Interleukin-1α，IL-1α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白细胞介素-12(Interleukin-12,IL-12)、CXC趋化因子配体9[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 9，CXCL9]和CXC趋化因子配体10[Chemokine(C-X-C motif)Ligand 10，CXCL10]等，进一步参与UC的病情发展机制。在长期暴露于高水平LPS模型中，不仅可能发现LPS水平升高，引起巨噬细胞极化，Toll样受体4(Toll-like Receptor 4，TLR4)/核因子κB(Nuclear Factor-kappa B，NF-κB)和两面神激酶(Janus Kinase，JAK)/信号转导及转录激活蛋白3(Signal Transduction and Activator of Transcription 3，STAT3)信号通路在这种情况下被激活，导致肠上皮屏障受损，肠道通透性增加。体外研究也表明，阻断LPS信号通路可通过抑制核因子κB改善炎症上皮屏障[14]。

色氨酸(Tryptophan，Trp)经菌群代谢后作为转录因子作用于免疫细胞。研究表明，Trp代谢物可以激活内源性芳香烃受体(Aryl Hydrocarbon Receptor，AHR)，并缓解DSS诱导的小鼠结肠炎症。犬尿氨酸是Trp代谢物之一，也是AHR配体，它参与调节上皮内淋巴细胞、固有淋巴细胞扩张、炎症和免疫反应，并有助于维持肠道的正常黏膜功能。此外，吲哚可上调与AHR相互作用的紧密连接蛋白的表达，维护肠黏膜屏障。肠道共生细菌利用Trp作为能量物质并产生吲哚-3-醛，它进一步激活固有淋巴细胞(Innate Lymphoid Cell,ILC)中的AHR，诱导IL-22分泌，发挥抗炎作用[15]。

SCFAs不仅具有抑制炎症的作用，也为结肠上皮细胞提供能量。SCFAs在UC患者肠道中显著减少，其产生梭菌、拟杆菌等的丰度也有所降低。在此研究已证明SCFAs/GPCR(G蛋白偶联受体)通路在UC中的重要性[16]。葡聚糖硫酸钠盐(Dextran Sulfate Sodium Salt，DSS)诱导的急性和慢性结肠炎导致GPR43(G蛋白偶联受体43)基因敲除小鼠与野生型同窝小鼠相比疾病活动性和结肠炎症更高，其特征是组织学评分增加，结肠黏膜的中性粒细胞浸润以及TNF-α和白细胞介素-17(Interleukin-17,IL-17)蛋白水平升高。此外，单羧酸盐转运体(Monocarboxylate Transporter 1，MCT1)被认为是肠上皮细胞摄取丁酸盐的主要转运体，由丁酸盐诱导表达，MCT1的胃肠道水平增强，特别是在结肠黏膜的顶膜中，并增加丁酸酯的跨上皮通量，参与UC的防治作用[17]。

UC在中医学归属于“久痢”“肠澼”“痢疾”“肠风”“脏毒”“滞下”等范畴。中医学采取辨证与辨病相结合的方法，清热利湿解毒、益气活血，进行个体化治疗，在UC的研究与治疗上取得了显著的进展。中医药具有安全、有效和低毒的优势。现代医学治疗以激素、免疫抑制剂和抗炎药为主，但其不良反应较多且长期使用敏感性下降，病情易反复，中医药通过多途径多靶点调节肠道微生物群，达到治疗UC的效果，作用温和，不良反应小且疗效稳定。此外，中医药可在辨证论治的基础上靶向给药，从而达到调控肠道菌群进而调节免疫炎症反应治疗UC的效果。

中医药通过调节肠道菌群治疗UC的机制主要有:首先通过调节肠道微生物群，对肠道内的有益菌和致病菌进行良性调整，防止细菌移位并修复肠黏膜屏障，进而发挥其调节肠道微生态的作用[18-19]。此外中医药通过刺激肠道菌群相关代谢物的产生发挥调节免疫的功能而治疗UC，表现为通过调节T细胞亚群、细胞因子和炎症信号转导通路如TLR/NF-κB信号通路见图1。

图1 中药调节肠道菌群治疗UC相关机制

2.1 中药调节UC肠道菌群治疗UC 随着科学技术的不断发展，中医药通过调节肠道菌群发挥治疗UC的治疗作用研究逐渐深入。例如，Chen等[20]研究了传统经方白头翁汤对UC的调节作用，结果可得白头翁汤明显具有治疗UC的功效，可显著改善肠道菌群多样性，表现为致病菌变形杆菌和志贺氏菌减少，乳酸杆菌和阿克曼菌的相对丰度增加。传统复方三黄熟艾汤，几千年来一直被安全地用于治疗腹泻、痢疾和其他炎症性疾病，Wu等[21]通过对此方治疗UC的研究，得出口服三黄熟艾汤可有效改善UC症状，降低益生菌乳酸杆菌的减少，调节肠道菌群丰度。Hu等[22]发现Nigella A是一种可从多种中药中提取出来的一类三萜皂苷，具有潜在的镇痛、抗炎、抗肿瘤和抗氧化活性。与柳氮磺胺吡啶联合应用后，不仅显著改善了DSS诱导的结肠炎症和病理损伤，还对与炎症相关的菌属有调节作用，如乳酸杆菌、卟啉单胞菌、拟杆菌和埃希氏菌。梁金花等[23]采用黄芪多糖对UC大鼠进行灌胃处理后，发现治疗后黄芪多糖组与模型组相比，所含的双歧杆菌(Bifidobacterium)和乳酸杆菌数量显著性增多，进而证明了黄芪多糖对UC肠道菌群失衡有较好的调整作用。Qu等[24]通过对一种来自多种药用植物的抗炎抗氧化类黄酮，山柰酚的研究，发现其可以通过抑制LPS-TLR4-NF-κB轴并且恢复肠道微生物群来缓解小鼠实验性结肠炎，在DSS诱导的UC小鼠模型中，山柰酚可通过增加紧密连接蛋白-1、密封蛋白-1和闭合蛋白的表达改善破坏的肠道屏障，降低炎症介质水平，维持小鼠肠道菌群稳态，如提高厚壁菌和拟杆菌的比例，减少变形菌的丰度。Zhang等[25]研究发现中药复方平胃散可通过降低血清LPS水平和IL-17A、IFN-γ mRNA水平，改善肠道微生物丰富度和水平，来发挥治疗UC的作用。Tang等[26]应用黄芪与党参多糖联合改善UC小鼠症状，通过上调SCFAs丁酸和异戊酸，重建免疫平衡，并通过促进黏液分泌来维持肠上皮屏障。中药复方及其有效成分通过调节肠道微生物治疗UC作用见表1。

表1 中药复方及其有效成分调节UC肠道微生物

2.2 基于肠道微生物的其他中医药干预策略 中医药灌肠疗法也是治疗UC的有效手段之一。早在东汉时期张仲景(张机)的《伤寒论》，之后在《医宗金鉴》《备急下金要方》等就有明确的文字记载[27]。灌肠疗法作为UC患者必要的中医治疗，也具有调节肠道微生物的作用。于姣等[28]应用美沙拉嗪和中药联合进行治疗，与单用美沙拉嗪组比较，结果发现中药联合治疗后较对照组肠道菌群明显改善。韩玉娜等[29]也证明改良愈殇方灌肠给药组进行治疗后，肠系膜淋巴结细菌移位率较模型组明显改善，再次证明了中药灌肠可通过调节UC小鼠的肠道微生态进而发挥治疗作用。针灸联合中药治疗是缓解UC患者治疗的重要方式。韩晓霞等[30]给予观察组大鼠电针治疗，发现电针治疗不仅能改善病理状态，还能提高微生物多样性。

肠道菌群移植(Fecal Microbiota Transplantation，FMT)，是指将健康个体的粪便菌群通过上下消化的道途径注入患者的肠道，并在患者的肠道内定植和繁殖，重构异常的肠道菌群，治疗肠道菌群紊乱导致的相关疾病[31]。我国晋代葛洪的《肘后备急方》中记载了菌群移植的文字：“并善，又绞粪汁，饮数合至一二升，谓之黄龙汤，陈久者佳。”西方最早的临床应用是在1989年，1例UC患者在进行了6个月的FMT治疗后，其症状得到缓解。近年来，随着FMT治疗艰难梭菌感染取得的成功，以及对于肠道菌群研究的兴起，使得FMT治疗UC成为新的探索领域。FMT促进了通过成功移植供体的活细菌类细胞来改善UC患者的肠道生物失调的微生物学研究。健康的微生物群可以有效地抑制入侵致病物种如艰难梭菌和白色念珠菌的定落和过度生长，FMT能诱导一些细菌的有益变化，这也是临床症状改善的关键因素之一[26]。FMT作为UC一种新的治疗方式，受到越来越多的研究者的关注，从目前已知的随机对照临床试验结果来看，具有一定的疗效，但仍需要大量的临床和基础研究去探索和规范化。

Lin等[32]提出中草药多糖的开发：作为次代益生菌以及后生素治疗多种疾病。中草药多糖作为益生菌可促进其他益生菌和次代益生菌(Next-generation Probiotics，NGP)的生长，此外，通过NGP的转化形成后生素，进一步发挥临床应用价值。例如冬虫夏草多糖可减轻肝脏氧化应激[13]，并通过改善组织学改变减少肝脏脂质积累[33]。灵芝多糖可通过调节肠道菌群来减肥，并提出灵芝多糖可以作为一种益生元来对抗肥胖和与肥胖相关的代谢障碍[34]。中药多糖的开发及其对UC的治疗作用还需更多研究去进行探索和验证。

肠道菌群与UC的发生和发展密不可分，肠道微生物失调会引起人体代谢，消化和免疫等多方面平衡，进而引发结肠炎等多种肠道疾病。具体是哪种特定细菌导致了UC疾病的发生目前尚无法定论，通常认为是由于多种菌群丰度的失衡和多样性的改变共同导致的，还需进一步探索研究。中医药通过改善肠道菌群治疗UC近年来取得较大进展，主要通过对UC患者肠道微生物进行良性调整、防止细菌易位并修复黏膜屏障，多途径多靶点调节肠道微生物群，达到治疗UC的效果。然而其研究也具有一定局限性，例如治疗剂量和疗程的规范性，且研究多以成方较多，其组分单体相关研究较少，未来研究可多关注中药有效活性单体的药效学及药代动力研究，透过菌群宏观层面明确起关键作用的菌(属)，建立更为科学的药效评价标准，将现代科学研究手段和中医药理论结合运用，更加深入地研究中医药调节肠道菌群治疗UC的机制和靶点，为临床治疗提供新的方向。