基于腸道菌群探討中藥防治阿爾茨海默病的研究進展

王 洋 趙 健 王 迪 楊 波 鄭時嘉 周忠光

1.黑龍江中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，黑龍江哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫(yī)藥大學附屬第二醫(yī)院針灸科，黑龍江哈爾濱 150040；3.黑龍江中醫(yī)藥大學藥學院，黑龍江哈爾濱 150040；4.天問山農業(yè)綜合開發(fā)股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150040

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是最常見的神經退行性疾病，以認知功能改變?yōu)橹饕R床特征[1]。病理特征表現(xiàn)為β 淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉積、腦組織中tau 蛋白過度磷酸化和神經原纖維纏結[2]。AD 導致患者生活質量下降和醫(yī)療費用上升，這也是對公共衛(wèi)生的嚴峻挑戰(zhàn)。近年來，腸道微生物群越來越受到重視。腸道菌群與精神神經類疾病相關，包括自閉癥、抑郁癥、焦慮癥、精神分裂癥、帕金森病和AD 等。研究發(fā)現(xiàn)，中藥治療可以改變腸道菌群的結構、功能及其代謝產物，同時腸道菌群可以將中藥成分轉化成次級代謝產物，作用于靶器官而發(fā)揮藥效[3]。本文闡述了腸道菌群與AD 的相關性，對中藥調控腸道菌群防治AD 的研究現(xiàn)狀進行了綜述，以期為深入解析腸道菌群與AD 的作用關系和抗AD 中藥研發(fā)提供一個嶄新的研究領域。

1 腸道菌群概述

胃腸道微生物群是人體最大的微生物庫，包括細菌、真菌、寄生蟲、病毒等至少1000 種不同的微生物物種。其中存在于人體腸道中的細菌群落，稱之為腸道菌群。腸道菌群包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形桿菌門、放線菌門、疣狀桿菌門和梭桿菌門等6 個主要門，其中厚壁菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌群[4]。腸道菌群-腸-腦軸是腸道微生物群、腸道與神經系統(tǒng)之間雙向交流的通路。腸道菌群通過代謝、免疫、內分泌等多種機制，參與大腦和神經系統(tǒng)功能，影響神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展。腸道菌群是腸-腦軸的關鍵調節(jié)因子。腸道中富含密集的免疫細胞，同腸道上皮黏液層共同建立了防御病原體的物理屏障，當腸道屏障受到影響時，其通透性增強，腸道菌群及其代謝物能夠從受損的腸黏膜轉移到體循環(huán)中去，穿過血腦屏障進而影響中樞神經系統(tǒng)功能[5]。反過來，神經系統(tǒng)通過迷走神經調控腸道功能及腸道內環(huán)境穩(wěn)態(tài)，改變腸道菌群結構與組成。有研究發(fā)現(xiàn)，在迷走神經切斷術后，鼠李糖乳桿菌腸道黏著率降低，定植能力減弱，改善腸道功能的有效作用被消除[6]。這些都顯示腸道菌群、腸道與宿主神經系統(tǒng)、大腦之間存在交互作用。

2 腸道菌群與AD 的關系

AD 患者及動物模型均存在腸道菌群多樣性及豐富的改變。腸道菌群及其代謝產物通過促進神經炎癥、調控代謝穩(wěn)態(tài)、調節(jié)神經遞質的合成與分泌參與AD 發(fā)病。

2.1 腸道菌群、炎癥與AD

長期以來，神經炎癥被認為是造成神經退行性疾病病理學變化的關鍵性因素[7]。腸道菌群構成改變和腸壁通透性增加會誘發(fā)全身炎癥、神經炎癥及大腦特定區(qū)域（如海馬區(qū)）功能障礙，均與AD 發(fā)病密切相關[8]。腸道菌群失調可以釋放大量淀粉樣蛋白和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），他們在產生和調節(jié)促炎細胞因子信號通路中發(fā)揮重要作用。淀粉樣蛋白破壞腸道屏障引起細菌代謝物易位，通過血流到達中樞神經系統(tǒng)，引起腦內Aβ 錯誤折疊和聚集，引發(fā)炎癥反應，激活小膠質細胞[9]。小膠質細胞是腦內主要的炎癥反應細胞，早期激活的小膠質細胞通過免疫反應來維持大腦穩(wěn)態(tài)，抑制炎癥發(fā)展、參與神經元修復；而過度活化的小膠質細胞過表達促炎因子引起神經元損傷，造成神經退行性改變。AD 患者大腦中的細菌LPS 水平高于正常人群，其升高水平與AD 嚴重程度呈正相關[10]。LPS 是炎癥的主要誘導因子，通過識別TLR4 受體進而激活核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路誘導下游炎癥因子釋放，導致神經炎癥產生，進而損傷神經元[11]。故腸道菌群及其代謝產物通過介導神經炎癥途徑影響AD 的發(fā)生。

2.2 腸道菌群、代謝紊亂與AD

肥胖、糖尿病、代謝綜合征是罹患AD 的潛在高風險因素。肥胖是2 型糖尿病的觸發(fā)因素，而糖尿病又是AD 的危險因素。高達80%的AD 患者存在糖尿病或糖代謝障礙及胰島素抵抗，AD 甚至被稱為“3 型糖尿病”。腸道菌群對肥胖、代謝紊亂相關疾病的調控影響著神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，喂食高脂高糖飲食的無菌（germ-free，GF）小鼠沒有出現(xiàn)肥胖或胰島素抵抗，這說明腸道微生物群在飲食誘導的肥胖發(fā)展中發(fā)揮了作用；將甲烷桿菌和類桿菌共定植于GF小鼠體內，可大大提高細菌發(fā)酵效率和短鏈脂肪酸產量，從而促進能量獲取和體重增加[12]。膽固醇在肝細胞中合成初級膽汁酸，分泌到腸道后，在腸道菌群作用下代謝為次級膽汁酸。腸道中雙歧桿菌、乳酸桿菌、擬桿菌和梭桿菌都參與次級膽汁酸的生成。膽汁酸可參與核受體和G 蛋白偶聯(lián)受體活化，這兩種受體在調節(jié)小鼠糖、脂代謝中起重要作用。故腸道菌群調控膽汁酸介導的受體信號通路，增加飲食中的能量吸收、調節(jié)組織脂肪酸組成、調節(jié)膽汁酸和其他腸源性肽分泌，影響宿主的能量平衡和糖、脂代謝。推測腸道菌群調控宿主代謝在AD 發(fā)病機制中發(fā)揮著一定作用。

2.3 腸道菌群、神經遞質與AD

腸道菌群可以產生多種主要神經遞質，如γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）、谷氨酸、5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等。GABA 是中樞神經系統(tǒng)中主要的抑制性神經遞質。革蘭氏陽性菌如乳酸桿菌和雙歧桿菌可以將谷氨酸鹽轉化為GABA。乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量的減少會降低腸道GABA 水平，進而降低中樞神經系統(tǒng)GABA 水平[13]。谷氨酸是中樞神經系統(tǒng)主要的興奮性神經遞質，對神經元和神經膠質細胞都有興奮作用。棒狀桿菌、乳桿菌、乳酸乳球菌都可以合成谷氨酸。它與N-甲基-D-天冬氨酸（nmethyl-D-aspartate，NMDA）受體在人腦生理過程中起著重要作用，與突觸可塑性密切相關，突觸可塑性是學習、記憶形成的基礎。研究發(fā)現(xiàn)，GF 小鼠服用抗生素后，海馬NMDA mRNA 和NMDA 受體表達水平顯著降低[14]。5-HT 在認知功能調節(jié)中起著至關重要的作用。腸道菌群可將食物中的色氨酸代謝為5-HT。與正常腸道微生物群小鼠比較，GF 小鼠血液中5-HT含量降低60%。在GF 小鼠腸道微生物群重建后，5-HT濃度增加[15]。腸道菌群產生的神經遞質異常會造成神經系統(tǒng)疾病，提高AD 患病風險。

3 中藥調控腸道菌群防治AD

中藥對腸道菌群有良性調節(jié)作用，增加有益菌群含量，豐富腸道菌群多樣性，從腸道菌群的角度挖掘中藥預防和改善AD，具有重要研究意義。

3.1 中藥單體及單味中藥調控腸道菌群防治AD

文冠果殼苷[16]是從蒙藥文冠果果殼中提取的一種三萜皂苷類化合物，具有抗AD 和神經保護作用。文冠果殼苷可以逆轉AD 動物腸道微生物群失調，特別是厚壁菌門/擬桿菌門比值（Firmicutes/Bacteroidetes，F(xiàn)/B）[17]。F/B 是微生物發(fā)酵的能量產出指標之一，比值升高，能量產出高。同時文冠果殼苷還可以調節(jié)宿主腸道內源性代謝產物，包括溶血磷脂酰膽堿、二氫鞘氨醇、肌苷和次黃嘌，這些代謝產物均與AD 發(fā)病密切相關。提示文冠果殼苷通過調節(jié)腸道菌群構成及腸道代謝產物改善AD 小鼠的學習記憶障礙。

巴戟天低聚果糖[18]屬于藥用植物中的低聚果糖，能夠減輕Aβ1-42 誘導的AD 大鼠腦組織腫脹、減少神經元凋亡，下調AD 細胞內Tau 和Aβ1-42 蛋白表達；減少腸道促炎微生物，富集抗炎微生物，降低AD大鼠梭狀芽孢桿菌豐度，顯著增加乳酸菌的豐度。研究顯示，靶向干預乳酸菌，可以改善或延緩與衰老相關的認知能力下降[19]。提示巴戟天低聚果糖通過調控腸道微生態(tài)改善大腦生理功能，有效緩解AD。

藥根堿[20]是從中藥黃連中提取的一種的四氫異喹啉生物堿，具有抗炎、殺菌、抗癡呆、降糖降脂等藥理作用。實驗發(fā)現(xiàn)，藥根堿給藥提高了APP/PS1 小鼠腸道菌群的OTUs 豐度和α 多樣性，使其微生物群與C57BL/6 小鼠更為接近，增加有益菌的數(shù)量，如糞腸球菌、嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌。有益菌幫助減少壓力和焦慮反應，減少重復行為，改善動物的認知功能。提示藥根堿可能會成為平衡AD 患者腸道菌群失調的一種新方法。

紅景天苷[21]是中藥紅景天的有效活性成分，屬于酚苷類化合物，具有抗衰老、抗氧化、調節(jié)免疫的功效。紅景天苷可以減輕LPS 誘導引發(fā)的認知障礙，改善快速老化模型SAMP8 小鼠海馬依賴性記憶損傷，減弱小膠質細胞激活及降低促炎因子水平，改變腸道微生態(tài)環(huán)境，消除梭桿菌門菌群和鏈球菌，保持腸道屏障的完整性。提示紅景天苷可能是通過調節(jié)微生物-腸道-大腦軸和外周循環(huán)、中樞神經系統(tǒng)的炎癥而發(fā)揮神經保護作用。

人參皂苷Rg1[22]是中藥人參和三七的主要藥理活性成分，具有增強學習記憶和神經保護等作用。人參皂苷Rg1 能夠減少Aβ25-35 聯(lián)合D-半乳糖誘導的AD 樹鼩大腦Aβ 生成、降低Tau 蛋白磷酸化水平及抑制神經細胞凋亡來改善AD 癥狀，并有效調節(jié)AD 樹鼩腸道菌群紊亂，顯著降低腸道擬桿菌門、Negativicutes綱的豐度，發(fā)揮抗AD 的藥理作用。

天麻[23]具有增強認知、保護神經和抗抑郁的效果，能有效降低D-半乳糖和三氯化鋁聯(lián)合誘導的AD小鼠腦組織P-tau 蛋白表達，顯著增加腸鼠乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、約氏乳桿菌的豐度。鼠乳桿菌具有增加腸道屏障功能、改善機體炎癥、減少血清內毒素的益生特性；羅伊氏乳桿菌可通過調節(jié)中樞GABA 受體影響大腦和神經系統(tǒng)功能；約氏乳桿菌可抑制LPS誘導的海馬NF-κB 活化，并增加LPS 抑制的腦源性神經營養(yǎng)因子表達。提示天麻對AD 小鼠腸道菌群紊亂具有良好的逆向恢復作用，調節(jié)腸-腦軸來改善AD小鼠癥狀。

石菖蒲作為芳香開竅的代表中藥之一，具有保護神經元、抗神經細胞凋亡、改善學習記憶的功效。石菖蒲水提物[24]可降低3xTg-AD 小鼠盲腸菌群中Turicibacter和結腸菌群中Allobaculum 的豐度。Turicibacter 會誘發(fā)炎癥，對腸道功能產生不良影響，并且破壞神經血管的完整性。Allobaculum 可增加腸黏膜屏障的通透性，使細菌及其代謝產物容易透過腸壁進入血液循環(huán)，影響中樞神經系統(tǒng)功能。故通過減少致病菌來調節(jié)腸道菌群，為石菖蒲預防和治療AD 奠定了理論基礎。

3.2 中藥復方調控腸道菌群防治AD

六味地黃苷糖[25]是從滋陰補腎的經典名方六味地黃水煎劑中提取的多糖組分。六味地黃苷糖能夠改善SAMP8 小鼠的認知損傷，逆轉SAMP8 小鼠的15 個菌屬，產生與正常小鼠相似的微生物組成。實驗發(fā)現(xiàn)，SAMP8 小鼠糞便微生物群中的擬桿菌門、厚壁菌門、變形桿菌門和TM7 與空間學習記憶能力、主動回避反應和物體識別記憶能力顯著相關，維勒內拉菌屬、脫硫弧菌科和腸道類桿菌目與認知行為呈負相關，且均受六味地黃苷糖的調節(jié)。推測六味地黃苷糖改善SAMP8 小鼠認知功能障礙的作用可能是通過調節(jié)腸道菌群來實現(xiàn)的。

黃連解毒湯是治療AD 的著名方劑。優(yōu)化的黃連解毒湯[26]在原方基礎上去掉黃芩，加入丹參、姜黃和石菖蒲，可以改善Aβ1-42 誘導的AD 模型小鼠學習和記憶缺陷，通過代謝組學發(fā)現(xiàn)，腺苷是黃連解毒湯的重要代謝物，其調節(jié)AD 小鼠的能量代謝和突觸可塑性。同時黃連解毒湯也能改變AD 小鼠腸道微生物群多樣性，主要涉及厚壁菌門、擬桿菌門、變形桿菌門和放線桿菌門，其中厚壁菌門中的Dorea 是受腺苷影響最大的菌群。推測黃連解毒湯改善認知行為可能與通過調節(jié)腺苷信號改變代謝產物和腸道微生物組成有關。

佛手散[27]由中藥當歸和川芎組成，具有養(yǎng)血活血的功效，對神經系統(tǒng)疾病有一定的治療作用。佛手散能夠有效干預APP/PS1 模型小鼠糞便中大腸埃希菌和乳酸菌水平，顯著減少大腸埃希菌數(shù)量，增加乳酸桿菌數(shù)量。大腸埃希菌增多時，可以通過受損的胃腸黏膜釋放促炎神經毒素，促進AD 發(fā)生；而乳酸桿菌屬于益生菌菌株，起到抗衰老、改善認知障礙的目的。佛手散通過調節(jié)腸道菌群平衡而啟動腸-腦軸達到抗AD 的功效。

當歸芍藥散是《金匱要略》中的名方[28]，其可上調AD 小鼠乳酸桿菌豐度，下調變形菌門中幽門螺桿菌屬及拖桿菌門中的黏液性細菌豐度，明顯改善該模型小鼠空間學習能力，呈劑量依賴性下調小鼠海馬Aβ1-42 蛋白表達量。其中幽門螺桿菌與AD 高風險相關聯(lián)，黏液性細菌與腸道炎癥病態(tài)共生。提示當歸芍藥散通過降低腸道炎癥發(fā)生來調節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)，對于AD防治具有重要意義。

定志小丸[29]是源于《備急千金要方》中的傳統(tǒng)中藥復方，臨床常用于治療抑郁、失眠、AD 等神經系統(tǒng)疾病。定志小丸通過調節(jié)膽汁酸代謝和脂肪酸代謝來減輕炎癥反應，減少腦組織內Aβ1-42 聚集，從而改善AD。茯苓是定志小丸中發(fā)揮主要藥效的單味藥，可以有效抑制AD 小鼠腸道致病菌，如降低脫硫弧菌科、毛螺菌科和腸桿菌科的豐度；調節(jié)益生菌，如增加乳桿菌科的豐度，從而逆轉膽汁酸代謝紊亂。

4 小結

腸道微生態(tài)與中樞神經系統(tǒng)緊密相關，是中樞神經系統(tǒng)與腸道對話的新節(jié)點。在中藥單體、中藥復方與腸道微生物相互作用中，發(fā)現(xiàn)中藥能夠改變腸道菌群的組成和腸道生理功能，促進腸道菌群自我恢復，維持腸道微生態(tài)平衡，影響宿主行為與認知，對逆轉腸道菌群失調引起的AD 病程加重及記憶認知缺陷具有重要作用[30]。然而目前，中藥調節(jié)腸道菌群只是簡單地分析了腸道微生物群和中藥之間的關系，沒有闡明二者之間的因果機制，缺少縱向的驗證研究。同時，在研究過程中發(fā)現(xiàn)動物模型與人在物種、飲食結構中具有差異性，在腸道微生態(tài)失衡的特點上不是完全對應的關系，故中藥與腸道菌群的研究仍處于動物實驗階段，臨床試驗較缺乏。綜上所述，中藥靶向腸道菌群成為防治AD 的一個關鍵突破口，繼續(xù)挖掘中藥對腸道菌群的調節(jié)作用及機制，將為AD 預防和治療提供新的靶點和研究思路。