基于腸道菌群探討中藥改善大腸癌的研究進展

尹鳳婷，周小航，閆廣利，王喜軍

（黑龍江中醫藥大學國家中醫藥管理局中醫方證代謝組學研究中心，黑龍江哈爾濱150040）

大腸癌（colorectal cancer，CRC）包括結腸癌和直腸癌，根據2020 年世衛組織統計數據顯示，CRC 的新發病例數位居世界第3 位，死亡病例數居第2 位[1]，嚴重威脅著人類健康。導致CRC 發生的主要因素包括家族遺傳、生活方式和環境因素等[2]，越來越多的研究表明腸道菌群的失調與CRC 的發生密切相關，一些腸道致病菌能通過塑造腫瘤微環境或形成生物膜驅動腫瘤發生[3?4]，另外，腸道微生物參與的膽汁酸代謝、氨基酸代謝和短鏈脂肪酸代謝也被認為與CRC 的發生有關[5?6]。目前，西醫治療CRC 的常用手段為手術、放化療和免疫療法等，這些方法不僅毒副作用大，而且預后不良，會出現腫瘤的復發與轉移，治療效果不甚令人滿意[7?8]。中醫藥不僅可從多靶點治療CRC，還具有副作用小、減毒增效的優勢，但尚不明確的治療機制限制了中醫藥的應用。隨著多組學技術的發展，人們發現中藥治療CRC 的機制可能與改善腸道菌群組成、調節腸道免疫相關，因此，本文對腸道菌群誘發CRC 的機制及中藥通過調控腸道菌群防治CRC 的研究進展進行綜述，為中藥調控腸道微生態治療CRC 的機制研究提供參考。

1 大腸癌與腸道菌群的關系

腸道微生物影響著CRC 發生發展的整個過程，根據第八屆國際抗癌聯盟惡性腫瘤TNM分期法，對不同階段CRC 患者的糞便菌群進行宏基因組學檢測，發現各階段的菌群變化非常明顯，而且菌群的變化也導致與其相關的代謝物發生了改變[9]。16srRNA 檢測也發現，與正常組相比，不同腺瘤組的普雷沃菌屬、柯林斯菌和消化鏈球菌增加，而乳酸桿菌、埃希氏?志賀氏菌屬和雙歧桿菌數量減少，它們的變化程度與腫瘤的大小、大腸癌惡化的級別顯著相關[10]。

2 腸道菌群及其代謝物對大腸癌的影響

CRC 是一種典型的炎癥依賴性癌癥，研究證明一些腸道微生物可通過不同的方式誘發炎癥。細菌生物膜是腸道微生物構成的高階群落，當腸道菌群紊亂使致病菌處于生長優勢時，細菌生物膜可通過致病菌產生的毒素形成炎癥微環境誘發癌變[11]。此外，腸道菌群還能調節機體的代謝物質，如膽汁酸、短鏈脂肪酸和氨基酸等，這些物質可直接或與受體結合促進或抑制炎癥反應而影響大腸癌的發生和發展，故明確腸道菌群調節它們的具體機制可能為大腸癌的防治提供指導意義。見圖1。

2.1 腸道菌群對生物膜的影響

腸道中腸上皮細胞與腸道微生物之間被致密的黏液層隔開，增強了腸上皮細胞對外來抗原的耐受性[12]。正常生理狀態下，隨著腸道的蠕動，一些細菌可能聚集在黏液外表面，形成無致病性的生物膜，但是當腸道微生態發生紊亂時，致病微生物聚集在黏膜外層，并不斷侵入黏膜內層，破壞結腸上皮、引發炎癥，增強細胞毒性，最終導致上皮細胞異常增殖和結直腸腫瘤的發生[13]。生物膜上可定植多種致病細菌，當一種或幾種致病菌首先定居于黏膜時，可能會分泌毒素為其他致病菌創造更適生存的條件，從而吸引更多的致病菌，最終形成毒性更高的生物膜[14]。生物膜上的多種細菌毒素可通過不同方式誘發癌癥，如產腸毒素脆弱擬桿菌形成的金屬蛋白酶腸毒素分子（bft）可增強DNA損傷，誘發活性氧的產生[15?16]；大腸桿菌毒素（pks）可誘導細胞DNA雙鏈斷裂和染色體不穩定性[17]；具核梭桿菌產生的毒力因子FadA黏附素不僅能破壞腸上皮細胞，還能選擇性地增加髓系分化免疫抑制細胞，阻礙宿主的抗癌免疫反應[18]。此外，生物膜上的侵襲性微生物可破壞腸上皮細胞的E?鈣黏蛋白，增加腸屏障的通透性，進一步引發病原體入侵而加劇菌群失調，誘發炎癥級聯反應，增加致癌風險[14]。

2.2 腸道菌群對膽汁酸的影響

腸道微生物能將腸道中的初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸（脫氧膽酸：DCA；石膽酸：LCA）[19]，當腸道菌群發生紊亂時，會誘導次級膽汁酸濃度升高，次級膽汁酸進一步通過誘發DNA氧化損傷、增加核因子κB（nu?clear factor kappa?B,NF?κB）激活和細胞增殖等多種機制破壞結腸黏膜[20?21]。研究表明DCA 能通過AP1 和c?Myc 靶點激活β?連環蛋白（β?catenin）和細胞外信號調節激酶1/2（extracellular signal?regulated kinase 1/2,ERK1/2）信號，刺激結腸癌細胞的增殖和侵襲[20]；LCA可誘導DNA損傷，誘導致癌基因和抑癌基因的異常表達來促進癌癥[22]。此外，不同種類的膽汁酸也能通過相應受體影響CRC。法尼醇X受體（farnesoid X recep?tor,FXR）是膽汁酸的核受體，它能被初級膽汁酸激活，激活的FXR 能增強腸黏膜的抗菌特性 ，同時FXR 也能與β?catenin 相互作用降低WNT 相關靶基因的轉錄活性，從而抑制WNT/β?catenin 信號通路的表達，最終抑制大腸癌[24]。故腸道微生物穩態對維持膽汁酸代謝平衡至關重要。

圖1 腸道菌群及其代謝物與大腸癌的關系Figure 1 Relationship between intestinal flora and its metabolites and colorectal cancer

2.3 腸道菌群對短鏈脂肪酸（short chain fatty acids,SCFAs）的影響

高脂飲食已被公認為是CRC 的主要危險因素，相比之下，膳食纖維與CRC 的風險呈負相關[25]。膳食纖維在腸道中被一些微生物發酵為短鏈脂肪酸——乙酸、丙酸和丁酸，它們對機體免疫具有重要作用。實驗證明細胞內的丁酸和丙酸能抑制結腸細胞和免疫細胞中組蛋白去乙酰化酶（（histone deacetylase, HDAC））的活性，促進組蛋白的高乙酰化，并參與信號轉導的轉錄因子和蛋白表達，使結腸巨噬細胞中的促炎因子下調[26?27]。丁酸鹽能通過促進調節性T 細胞（regulatory cells, Tregs）分化和巨噬細胞極化，抑制促炎因子產生，增強腸道上皮屏障功能，從而促進腸道健康[28]。另外，G 蛋 白偶聯 受 體43（G protein?coupled receptors,GPR43）和GPR109A 是腫瘤抑制基因，在包括結腸細胞在內的各種宿主細胞上表達。它們能被不同種類的短鏈脂肪酸激活，激活的GPR43 和GPR109A 可抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡，從而具有防癌作用[29?30]。

2.4 腸道菌群對色氨酸的影響

色氨酸代謝在CRC 早期發生改變，在腸道中微生物參與色氨酸的吲哚代謝途徑，這條途徑與CRC 小鼠的腸道屏障受損、WNT/β?catenin過度激活和免疫逃逸有關。一些腸道微生物如生孢梭菌、大腸桿菌、液化無色桿菌、類桿菌和雙歧桿菌可將色氨酸代謝為吲哚和吲哚衍生物[31]。吲哚有益于腸道健康，它可抑制腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α, TNF?α）介導的NF?κB 的激活，降低促炎因子而增加抗炎因子的表達[32]。除了直接的抗炎作用，微生物產生的吲哚及吲哚衍生物可與孕烷X 受體（pregnane X receptor,PXR）和芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor,AhR）結合，促進腸道內環境穩定，增強腸道屏障功能，降低通透性，調節腸道免疫耐受，增強腸道的抗炎作用[33]。另外，研究顯示腸道中的吲哚在葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎或腸道病原體感染中起保護作用[34]。相反，受損的色氨酸?吲哚途徑可促進CRC 早期階段的發生[35]。故腸道菌群可能通過調節色氨酸代謝途徑影響CRC的發生。

3 中藥通過腸道菌群改善大腸癌

中藥經口服后，腸道菌群能將其中的有效成分代謝轉化成機體可吸收的成分，同時這些有效成分能通過改善菌群結構和維持菌群平衡，調節機體免疫功能、降低炎癥反應和增強腸道屏障功能，從而提高機體的抗病能力[36]。目前，研究主要應用中藥有效成分、中藥藥對和中藥復方防治CRC，其與腸道菌群相關機制見表1。

3.1 中藥有效成分

黃芪多糖是黃芪的主要成分，在調節腸道穩態方面具有顯著作用，研究證明它通過提高腸道中的革蘭陽性菌，抑制陰性菌，減少內毒素的釋放，向下抑制了MyD88/TRAF6 激活的NF?κB 通路，減少了腫瘤細胞的增殖[37]。16sRNA 測序顯示人參皂苷Rg1 和三七總皂苷增加了腸癌模型小鼠腸道中阿克曼氏菌屬及布勞特氏菌屬的數量，它們的抗癌機制可能與阿克曼氏菌屬減少結腸中的浸潤巨噬細胞和細胞毒性T淋巴細胞相關[38?39]。小檗堿通過逆轉CRC引起的腸道菌群的紊亂從而改善了糖代謝、SCFAs 生物合成和脂肪酸代謝等途徑，發揮治療CRC 的作用[40]。澤瀉中的一種天然四環三萜類化合物Alisol B 23?acetate回調了菌群的多樣性，進而減少了Toll 樣受體（Toll?like receptor,TLR）、NF?κB、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase,MAPK）等靶點的激活和p38、細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases,ERK）、c?Jun 氨基末端激酶（c?Jun N?terminal kinase,JNK）的磷酸化，增強了腸黏膜穩定性達到預防CRC的作用[41]。澤蘭的提取成分P?傘花烴可通過促進腸道內雙歧桿菌、Isobacteria和梭狀芽孢桿菌等益生菌的生長，抑制高脂高熱飲食相關的CRC[42]。靈芝多糖與絞股藍皂苷治療大腸癌的機制與降低硫酸鹽還原菌和增加SCFAs 產生菌有關，SCFAs 的增加激活了GPCR 及相關信號分子過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxi?some proliferator?activated receptorγ,PPARγ）和酪酪肽（peptide tyrosine tyrosine, PYY）的上調，誘導促炎M1巨噬細胞向抗炎M2 表型的轉變，從而調節腸道細胞免疫，抑制了癌癥的發生與發展[43]。吳茱萸堿可通過降低糞腸球菌和大腸桿菌的數量，增加雙歧桿菌、彎曲桿菌和乳酸桿菌的數量，抑制IL6/STAT3/P65 信號通路，降低血清內毒素和d?乳酸水平抑制腫瘤形成[44]。

3.2 中藥藥對

作為方劑配伍的最小組方單位，中藥藥對不僅可減毒增效，還具有藥簡效專、搭配靈活的特點，使臨床用藥更加精準[45]。槐花、金銀花和梔子皆屬于清熱藥，性味寒涼，歸胃腸經，具有清熱解毒涼血的功效。由槐花和梔子組成的《槐花散》在我國古代醫書《普濟方》中就有記載，并將此方作為治療臟毒便血的經驗良方。現代藥理學研究表明槐花、金銀花和梔子具有抗氧化、抗炎、抗癌的作用，臨床上常聯合其他方劑用于治療結直腸炎[46?48]。Xia等[48]利用槐花?金銀花和槐花?梔子的提取物治療APCmin/+腸癌模型小鼠，結果表明二者主要通過增加SCFAs 產生菌，促進腸上皮細胞中SCFAs 3種受體的激活，從而增強腸黏膜相關黏附分子E?鈣黏蛋白和N?鈣黏蛋白的表達，提高腸道屏障功能。此外，SCFAs?GPRs 上調的PPARγ，不僅能促進黏膜上皮細胞的分化，增加與腸黏膜防御功能相關基因的表達，還能通過直接干擾NF?κB活性，抑制促炎信號的產生，重塑腸道免疫功能，發揮治療CRC的作用[49]。

表1 中藥通過調節腸道菌群抑制大腸癌的機制Table 1 Mechanism of traditional Chinese medicine inhibiting colorectal cancer by regulating intestinal flora

3.3 中藥復方

目前研究人員主要應用動物實驗探討中藥復方通過調節腸道菌群發揮治療CRC 的作用，如歐陽慶武等[50]將補益劑的代表方劑四君子湯給予結腸癌模型小鼠，能使腸道中紊亂的雙歧桿菌、腸桿菌和腸球菌恢復至正常水平，且這些益生菌誘導CD4+T 細胞分化為Tregs，增加免疫球蛋白A（immunoglobulin A, IgA）等腸黏膜免疫因子產生，從而抑制CRC 的發生。此外，研究發現，以四君子湯為基礎方制成的健脾固腸顆粒劑能夠通過提高腸癌模型小鼠中SCFAs 產生菌的豐度，加快菌群毒素的排泄和脂肪酸的生物合成，從而減輕腸癌小鼠的腸道炎癥反應[51]，發揮抗CRC 的作用。Sui 等[52]利用薏苡附子敗醬散治療CRC 模型APCmin/+小鼠后，將經過治療后的APCmin/+小鼠的腸道菌群再移植到模型小鼠體內，發現模型小鼠腺瘤的增長得到抑制，且腸上皮細胞排列整齊，與直接服用薏苡附子敗醬散產生相同的效果，進一步研究發現，菌群通過對淋巴細胞中CD4+T Foxp3 Tregs的數量的調節，降低了與其相關的炎癥因子的表達，抑制了β?catenin磷酸化，從而阻止癌細胞的增殖，發揮抗癌活性。消癌解毒方是周仲瑛教授根據多年臨床經驗提出的以仙鶴草、黃連為君藥，配以苦參、生薏仁、三棱、莪術、黃芪、炒白術8味中藥組成的具有扶正消癌、健脾益氣作用的中藥復方，在菌群存在時可顯著抑制腫瘤的生長，而使用抗生素模擬無菌環境后則消除了此方劑的抗腫瘤作用，其治療機制可能與普雷沃氏菌屬調控的免疫應答增加、保護腸黏膜結構的完整性有關[53]。Wang 等[54]研究發現四逆湯可通過調節腸道菌群的組成，增加CD8+T 細胞，提高細胞免疫系統功能，減少炎癥因子的產生，進而抑制NF?κB/STAT3 通路和黏膜上皮細胞的惡性增殖，從而發揮治療CRC 的作用。此外，抑郁癥常伴隨著CRC 的發生，逍遙散和小柴胡湯是治療抑郁癥常用藥，伴有抑郁樣的腸癌小鼠模型服用逍遙散和小柴胡湯后，不僅改善了抑郁樣行為，還通過增加腸道益生菌，促進了腸道屏障緊密連接蛋白的表達，下調了TLR4/MyD88/NF?κB 信號傳導，延緩了CRC 的發生與發展[55?57]。

目前，臨床上用來治療CRC 的中藥復方主要有祛邪膠囊和葛根芩連湯等。祛邪膠囊是由地龍、生姜和肉桂等20 多味中藥組成的中藥復方，研究表明，祛邪膠囊能夠通過增加腸道中放線菌的豐度，從而介導自然殺傷性T 細胞（natural killer T cells, NKT）細胞途徑，增加機體T細胞數量，抑制腫瘤細胞生長[58]。CRC患者服用葛根芩連湯后，腸道中致病菌的減少，使CD4+T細胞和NKT細胞的比例顯著升高，增強了免疫功能；擬桿菌、阿克曼氏菌屬和普雷沃菌屬等益生菌的增加，可正向調節腸道黏液層的厚度和腸道屏障的完整性，增加緊密連接蛋白的表達，最終抑制癌癥[59]。此外，烏梅丸在臨床上常用來治療腸易激綜合征，研究表明，烏梅丸能通過調節腸道菌群的紊亂，增加腸道有益菌治療CRC[60]。

4 討論

作為腸道的重要組成部分，腸道菌群的作用越來越受到人類的重視，它們能通過多種機制誘發腸道炎癥、破壞腸道屏障，影響CRC 的發生與發展。中藥成分復雜多樣，有些能同時抑制致病菌的生長和促進益生菌的定植，從而激活腸道免疫細胞的抗炎作用，降低腸黏膜的通透性，阻止致病菌的侵襲，維持腸道微生態的穩定，故中藥在改善CRC方面具有顯著優勢。

目前研究表明，補益類中藥多糖對腸道益生菌多具有扶植作用，增多的益生菌所產生的代謝產物又能進一步抑制致病菌的生長[61]。皂苷類和生物堿類成分也廣泛存在于中藥中，它們不僅能直接調控腸道微生物，增加有益菌，抑制有害菌的生長，同時能被腸道微生物產生的多種酶進行分解代謝，生成藥理活性更強的物質，進而通過改善菌群結構治療腸道疾病[62?63]。另外，一些學者發現酚酸類成分作為植物的一類重要次生代謝產物，也具有調節腸道菌群的作用[64]，目前，對這類成分通過調節腸道菌改善腸道疾病的研究較少，所以將來我們可從這些成分入手，深入挖掘中藥對腸道菌群的調節作用及機制，為CRC 患者提供更有針對性的治療。

近年來，隨著各種組學技術、高通量測序技術和分子生物學技術迅猛發展，國內外學者深入研究了中藥通過調節腸道菌群治療其他疾病的作用機制。如Xue等[65]利用16s rRNA 測序技術及靶向代謝物檢測技術，揭示了四物湯通過重建腸道微生物群，調節菌群介導的膽汁酸穩態及激活的FXR 通路，從而有效治療纖維化肝損傷。Jing 等[66]將16s rRNA 測序技術、靶向代謝組學技術及分子生物學技術相結合，證明了小檗堿通過調節腸道菌群顯著恢復了菌群相關的色氨酸代謝功能，并激活色氨酸?AhR 受體通路，發揮了對結腸炎的治療作用。現階段多數學者從SCFAs 介導的炎癥靶點、炎癥通路及腸道屏障的穩定性方面研究了中藥有效成分通過改善腸道菌群治療CRC 的機制，而對誘導CRC 發生的其他方面如腸道菌群調節的膽汁酸、色氨酸代謝等研究的較少，故后續研究也應借助多種現代科學技術手段，對CRC 患者或動物模型腸道中變化的微生物及與微生物相關的代謝物、炎癥因子和激素等進行定量分析，深入挖掘腸道菌群與宿主之間的共代謝譜，以揭示引發CRC 的腸道微生物及與腸道菌群密切相關的代謝物，為進一步闡釋中藥通過腸道菌群治療CRC的作用機制提供理論基礎。