中藥促進Akk菌功能發揮的研究進展

張樹輝，部繁，段正蘭，丁洋，陳拓，周錦勇，施國平，陳玉根

(南京中醫藥大學附屬醫院，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、無運動性嚴格厭氧菌，定植于腸黏膜，以黏蛋白為氮源和碳源，產生短鏈脂肪酸[2]，為腸上皮細胞提供能量[3]。近年來，Akk菌被發現與多種疾病存在明顯相關性，主要集中在肥胖及諸多代謝性疾病。最新研究發現，Akk菌與炎癥性腸病[4]、漸凍癥[5]、孤獨癥[6]、癲癇[7]、高血壓[8]等疾病呈負性相關，也被發現其影響了癌癥免疫療法中患者對PD-1阻滯劑的響應程度[9]。這使其成為當前腸道菌群研究領域中炙手可熱的“明星菌”。中藥中因含有的纖維、多酚和多糖等成分，可在預防和治療疾病中發揮類似益生元的作用，通過調節腸道微生物的數量、分布及代謝產物，促進Akk菌功能的發揮，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”樣作用及其調控Akk菌促進腸黏膜屏障修復、影響菌群代謝及對“腸-肝軸”“腦-腸軸”的影響進行綜述。

1 中藥對Akk菌具有“益生元”效應

腸道微生物的數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，通過調節腸道微生物的數量、分布及代謝產物促進其益生菌功能發揮，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[11]。小檗堿是黃連的主要有效成分，具有抗動脈粥樣硬化，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并引起Akk菌豐度的顯著增加,從而減輕小鼠動脈粥樣硬化[13]。王磊等證明葛根素改善了HFD小鼠的體質量、胰島素水平和葡萄糖穩態；菌群檢測發現，小鼠服用葛根素能夠促進Akk菌數量的增加，其潛在機制可能是葛根素增加了黏蛋白Muc2和抗菌肽RegIIIγ的表達，促進杯狀細胞的生長和功能發揮，Akk菌主要以杯狀細胞分泌的黏蛋白為食[14]。

2 中藥調控Akk菌促進腸黏膜屏障修復

2.1 糖尿病與肥胖

糖尿病患者腸道緊密連接蛋白的表達降低導致腸道通透性增大，使得脂多糖(LPS)過多吸收而導致慢性炎癥[15]。研究發現，在飲食誘導肥胖小鼠中，Akk菌的豐度減少，而通過補充Akk菌可逆轉高脂飲食誘導的代謝紊亂并提高小鼠腸內大麻素水平[16]。Akk死菌可顯著提高胰島素敏感性指數；活菌可顯著提高胰島素抵抗評分，同時可以降低血液炎癥指標，其作用機制可能是通過加強腸道屏障功能，最終降低血漿LPS起到抗炎作用[17]。研究發現，中藥及中藥復方可通過“腸道菌群-黏膜免疫-炎癥-糖尿病軸”改善葡萄糖穩態及糖尿病[18]。一項研究提示，中藥大黃中的蒽醌類化合物顯著增加了糖尿病小鼠體內Akk菌的數量；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，通過保護腸緊密連接來抑制炎癥反應[19]。一項關于肥胖的動物研究顯示，中藥金銀花通過調節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，結果顯示與對照組相比，金銀花處理后的小鼠體質量和腹部、附睪脂肪組織重量明顯降低，血清生化指標也得到了改善；金銀花顯著提高了Akk菌及擬桿菌與厚壁菌的比例；細胞實驗中發現金銀花可改善LPS導致的Zo-1和Claudin-1的基因表達降低的情況，維持了腸上皮的完整，其機制也可能與Akk菌的增加有關[20]。

2.2 炎癥性腸病(IBD)

炎癥性腸病包括潰瘍性結腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。多數人認為IBD的發病是由于黏膜屏障被破壞，導致腸道微生物的移位和免疫系統的激活[21]。在UC患者中，Akk菌數量明顯減少[22]，在CD患者中也發現同樣的情況[4]。一項最新研究顯示，Akk菌對DSS誘導的小鼠結腸炎有保護作用，其機制可能與促進緊密連接蛋白表達，改善結腸黏膜屏障損傷、降低炎癥因子相關[23]。作為丹參的有效成分之一，丹酚酸A(SAA)被發現可以通過調節腸道微生物保護DSS引起的急性結腸炎。研究結果顯示SAA的治療可以逆轉模型組Akk菌豐度降低的情況；SAA治療后大鼠炎癥細胞因子IL-1、IL-6和MCP-1表達降低，回腸和結腸的緊密連接蛋白(Zo-1、Oclocin和Claudin-5)的表達升高，這表明SAA可能是通過調控Akk數量，起到保護腸屏障功能，從而治療腸炎[24]。在一項關于綠原酸的研究中同樣發現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小鼠體質量減輕和DAI評分；研究顯示，綠原酸能逆轉DSS引起的黏液蛋白的下調，維持腸屏障完整性，起到抗炎作用，其機制可能也與Akk菌數量的顯著提高密切相關[25]。金銀花、茵陳、杜仲葉中含有豐富的綠原酸，其對結腸炎患者的潛在治療價值有待深入探索及開發。研究發現，中藥復方“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 中藥調控Akk菌調節菌群代謝

隨著腸道微生物群衍生的代謝產物的發現，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菌經口灌胃早衰模型小鼠，發現次級膽汁酸生物合成富集增多以及小鼠壽命延長[27]。同時，最新的一項研究顯示，Akk菌及其代謝物煙酰胺(NAM)在漸凍癥的治療中發揮重要作用[2]。多項研究證實，TMAO與動脈粥樣硬化、心血管事件、阿爾茨海默病等顯著相關。研究發現，三甲胺裂解酶抑制劑在減少膽堿飲食引起TMAO升高的同時，也增加了小鼠腸道內Akk菌的數量[28]。一項關于白藜蘆醇(RSV)的研究發現，RSV可通過重塑腸道菌群抑制腸道微生物三甲胺(TMA)的形成，導致TMAO水平的降低，從而減弱TMAO誘導的動脈粥樣硬化，同時，16S rRNA基因測序分析結果顯示，RSV治療提高了模型小鼠Akk菌的豐度[29]。一項高血壓的研究將丹參與黃芪聯合應用，結果顯示丹參聯合黃芪的治療可以起到穩定降壓的作用，同時改善了高血壓引起的菌群失調。通過對腸道菌群進行16S rDNA V4區高通量測序，發現丹參黃芪組增加了Akk菌的豐度，恢復了厚壁菌與擬桿菌的比值(F/B)，其降壓機制可能是通過改善腸道菌群分布調節類固醇激素的合成以及花生四烯酸和色氨酸的代謝而產生的[30]。

4 中藥調控Akk菌影響“腸-肝軸”“腦-腸軸”

4.1 “腸-肝軸”

肝臟是人體內最大的解毒器官，通過肝門靜脈系統與腸道密切相關。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，經肝門靜脈進入肝臟，肝臟的枯否細胞(KCs)吞噬LPS釋放細胞炎癥因子造成肝功能的損害，LPS又使腸黏膜通透性進一步增高而形成惡性循環。一項研究采用鏈脲佐菌素高脂飲食(STZ-HFD)誘導小鼠模型，模型小鼠遵循肝臟疾病進展，從脂肪變性到非酒精性脂肪性肝炎、纖維化，最終發展為肝癌。結果顯示，在STZ-HFD組小鼠中，Akk菌數量減少，提示Akk菌或與血漿、肝臟和糞便中的LPS水平呈顯著負相關[31]。一項臨床研究顯示，肝癌及肝硬化患者均出現Akk菌數量的減少，同時腸道通透性及血漿LPS水平增加。肝細胞癌患者體內鈣網蛋白濃度升高，與Akk菌濃度呈負相關，與肝硬化嚴重程度呈正相關，提示Akk菌的肝保護功能可能是通過降低腸源性炎癥實現的[32]。近期的一項研究顯示，大黃提取物可以通過調節腸道微生物預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菌的相對豐度達到40%。經分析，Akk菌的豐度與抗菌肽RegⅢγ的表達呈正相關，故猜測大黃提取物可能是通過增加Akk菌的數量促進RegⅢγ的表達，以此恢復腸道屏障功能，從而預防酒精引起的肝損傷[33]。一項菌群移植(FMT)的研究顯示，移植了槲皮素(金絲桃有效成分之一)高應答供體小鼠腸道菌群的受體小鼠，在HFD誘導的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)中表現出保護性表型，該保護作用與“腸-肝軸”的變化相關。槲皮素的“益生元”功能通過調控Akk菌在防止NAFLD發展中發揮主要作用[34]。

4.2 “腦-腸軸”

近年來，大量研究發現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物的改變可以通過“腦-腸軸”影響中樞神經系統的發育及功能[35]。除了腸道微生物本身外，腸道微生物的代謝產物在“腦-腸軸”之間發揮著重要作用。腸道微生物會產生很多影響大腦功能的神經遞質，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、生物節律的調節密不可分，而大部分5-羥色胺是由腸道細菌合成的。越來越多的證據表明，很多神經精神類疾病(如抑郁癥、自閉癥、阿爾茲海默病等)的發病都與“腦-腸軸”的紊亂存在著密切的聯系。“腦-腸-微生物群軸”的紊亂會增加腸道通透性，激活免疫導致全身炎癥，進而促進神經炎癥、神經損傷，最終導致疾病的發生。一項研究顯示，中藥巴戟天能明顯下調細胞內阿爾茨海默病標志物Aβ的表達，改善腦組織腫脹，減少神經元凋亡。巴戟天的加入顯著提高了Akk菌的豐度[36]。另一項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)認知的改善，AD大鼠的腸道微生物群與正常大鼠相比發生了改變，梭菌和梭狀芽孢桿菌的數量顯著增加，而治療組可以逆轉這些變化，同樣增加了Akk菌的數量[37]。上述兩項研究結果都顯示了中藥巴戟天可能通過增加Akk菌及乳桿菌的數量改善AD狀態，其機制可能與菌群產生的γ-GABA相關，而γ-GABA具有保護認知功能的作用。

5 結語

具體中藥、復方及相應有效成分可詳見表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、補益類藥物較多。從當前的研究來看，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節作用。中藥調控Akk菌對代謝性相關疾病、腸道疾病以及對“腸-肝軸”的影響多是通過促進腸黏膜屏障修復、維持腸上皮完整性來實現的；對心腦血管病及對“腦-腸軸”的影響，主要是通過促進腸道菌群代謝物的變化來實現的。然而，當前探討中藥與Akk菌的研究相對較少，尤其是中藥復方由于其成分復雜更加難以開展實驗研究，對于中藥及復方對Akk菌的具體作用機理尚有待進一步闡釋。我國中藥資源豐富，通過探討中藥及其有效成分對Akk菌的調控機制、對腸道微生物代謝產物的影響，深入挖掘對Akk菌具備益生元潛力的中藥，將為中醫藥現代化發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 中藥組合及復方對Akk菌的影響