基于腸道微生物群探討阿爾茨海默病認知障礙的中醫辨治*

孫孟艷，秦合偉，王夢楠，牛雨晴，宋雪梅，郭寧

1.河南中醫藥大學康復醫學院，河南 鄭州 450046； 2.河南省中醫院/河南中醫藥大學第二附屬醫院康復科，河南 鄭州 450002

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種以記憶、認知與執行功能障礙為特征的慢性神經退行性疾病，發病人群主要為65歲以上的老年人。隨著世界人口老齡化進程逐年加快，AD的患病率逐年上升，預計到2030年，患病人數將達到6 600萬。該病極大地損害了老年人的生活質量，給患者家庭和社會衛生系統造成極大負擔，目前尚無有效延緩該病的療法[1]。AD的神經病理特征主要包括淀粉樣變性、神經纖維纏結以及突觸和神經元丟失，而腸道微生物菌群是新興的臨床研究熱點。越來越多的研究表明腸道微生物菌群可介導機體產生神經炎癥、氧化應激以及血腦屏障損傷，誘發AD[2]。本文主要就腸道微生物菌群與AD認知障礙的影響機制、臨床相關性及潛在的治療途徑進行綜述，為臨床干預與治療提供理論基礎與新方向。

1 腸道微生物群

腸道微生物群是指在消化道中共存的大量微生物，包括古生菌、細菌、真菌、病毒等，被稱為“第二器官”，腸道微生物群總數約1 013～1 014個，是人體細胞總數的10倍，其中細菌編碼的基因比機體自身基因組多100倍以上，厚壁菌門與擬桿菌門是腸道中的兩大主要優勢菌群，而變形桿菌、放線菌、梭桿菌等占比較小[3]。研究表明，腸道微生物群所構成的動態微生物系統，由于年齡、飲食、壓力、運動、遺傳等因素會產生個體差異[4]。

腸道微生物群與機體生命健康密切相關，可能通過調節飲食中營養物質的吸收過程與消化道代謝物質形成、調控宿主免疫系統之間的相互作用、通過破壞黏膜屏障轉移細菌以及細菌產物3種途徑對遠處器官進行調控[5]。在正常生理條件下，腸道微生物群可通過產生神經遞質γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)、去甲腎上腺素、多巴胺、代謝產物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)、色氨酸等與神經信號參與維持大腦動態平衡，在機體內發揮營養、代謝、屏障保護等多種生物學功能；當腸道微生物群多樣性失調時，可通過腦-腸軸影響大腦神經信號通路、內分泌以及免疫系統功能，引起神經炎癥反應和淀粉樣蛋白沉積，使宿主產生重大病理性疾病，如代謝綜合征、神經系統疾病以及自身免疫性疾病[6]。

2 腸道微生物群失調與AD的致病機制

2.1 腸道微生物群與β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)Aβ假說認為，Aβ異常沉積是導致AD患者認知功能障礙的主要原因之一。AD患者淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)染色體突變，由分泌酶處理產生不同長度的Aβ肽，其中Aβ42疏水性強，且在低濃度時可自我聚集產生Aβ沉積，在新皮質、海馬區、小腦和小腦皮質等處形成淀粉樣斑塊；Aβ斑塊導致神經元和突觸損傷，通過小膠質細胞過度激活并刺激神經炎癥反應，引起AD患者神經變性和認知障礙[2，7]。在腸道微生物群失調情況下，腸道微生物釋放淀粉樣蛋白增強因子如淀粉樣蛋白、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)等，可穿過腸道屏障和血腦屏障進入中樞系統，增加CD14信號、膠質細胞反應性和誘導型一氧化氮氧合酶(inducible nitric oxide oxidase，iNOS)，使活性氧水平升高，核轉錄因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信號激活，上調促炎細胞因子miRNA-34a的表達，引起吞噬功能受損，最終導致Aβ42在大腦中聚集，形成Aβ沉積[8]。此外，腸道微生物群衍生的代謝產物氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide，TMAO)水平與AD呈正相關，AD患者腦脊液TMAO水平明顯升高，而TMAO可透過血腦屏障，增加β-分泌酶的活性，穩定Aβ結構并加劇Aβ肽聚集，誘發蛋白質錯誤折疊，促進AD認知障礙的形成[9]。

2.2 腸道微生物群與神經炎癥淀粉樣斑塊附近的小膠質細胞、星形膠質細胞級補體活化而引發的神經系統炎癥反應是AD患者顯著的病理學特征。眾多研究證明，腸道微生物群可以通過活化小膠質細胞觸發星形膠質細胞的募集和繁殖，從而增強對細胞外Aβ沉積物的炎癥反應[10]。腸道微生物群分泌產物LPS在機體免疫反應中具有關鍵作用，參與小膠質細胞Toll樣受體(Toll like receptors，TLRs)活化；激活NF-κB信號，促炎因子miRNA-146a、miRNA-155水平上調，誘發神經炎癥，加劇AD病理進展[2]。正常情況下，腸道屏障限制LPS從腸道進入循環系統，但致病菌等因素破壞腸道屏障可能導致LPS移位，進入循環系統，與免疫細胞上的 TLR-4結合，導致細胞因子和趨化因子活化，引起炎癥反應和免疫反應，促進Aβ積聚沉積，加速AD病理表現[11]。Cani等[12]對APP/PS1小鼠腹腔注射LPS的研究結果證實，LPS可通過受損血腦屏障進入大腦，引起小膠質細胞的過度活化，介導大腦產生神經炎癥反應，加重小鼠認知功能障礙；進行抗生素注射治療之后，循環LPS水平下降且炎癥反應得以改善。Moira等[13]檢測89例AD患者腦淀粉樣變性、LPS、SCFAs、細胞因子與內皮功能障礙標記物得出，淀粉樣蛋白與LPS、促炎因子和內皮功能障礙標記物呈正相關，而與抗炎因子呈負相關，證實LPS及SCFAs與由內皮功能障礙引起的系統性炎癥和腦淀粉樣變性具有直接關系。此外，對AD患者腸道內微生物進行研究發現，衰老和生活方式改變等因素會導致AD患者腸道內環境污染、腸道細菌種類發生變化，放線桿菌數量減少、革蘭氏陰性菌數量增加，使內毒素全身性增加，可能誘導全身炎癥，影響AD病程[14]。

2.3 腸道微生物群與SCFAs、神經遞質腸道微生物群對合成神經遞質、SCFAs有重要作用，與AD病理表現相關。SCFAs由腸道微生物群產生，為腸道內膳食纖維厭氧菌的發酵產物，可通過循環系統到達中樞系統，通過不同機制影響大腦和認知，如抑制組蛋白去乙酰化酶、誘導腸內分泌信號、迷走神經激活和抗炎特性[15]。通過比較不同日齡AD小鼠SCFAs濃度，發現當AD小鼠腸道微生物群組成和多樣性受到干擾時，SCFAs濃度下降，且在腸道內發現淀粉樣蛋白沉積和超微結構異常，證實微生物群發生改變可降低SCFAs水平，加重AD患者認知功能障礙[16]。GABA是機體中樞神經系統的主要抑制性神經遞質，研究表明，中樞GABA濃度與胃腸道GABA濃度成正比，腸道乳酸菌和雙歧桿菌數量下降使腸道中GABA水平下降，最終導致中樞GABA水平下降，而GABA主要參與神經遞質傳遞與認知行為的調節，其水平下降會導致神經系統障礙，引起認知障礙型神經系統疾病[17]。對AD患者的死后研究也證實，與非AD患者相比，AD患者顳葉皮質各亞區的GBAB水平降低且受體明顯減少，導致中樞興奮和抑制信號失衡[18]。機體95%以上的5-羥色胺(5-Hydroxytryptamine，5-HT)分布于腸道內的腸嗜鉻細胞中，腸道微生物菌群在其合成過程中具有重要作用。臨床研究顯示，5-HT通過與細胞或神經元上的受體結合對認知功能發揮著重要的調節作用，選擇性5-HT再攝取抑制劑通過抑制大腦中Aβ蛋白合成，從而降低患AD的風險；若腸道微生物群紊亂，可通過影響前體物質色氨酸的代謝，使5-HT生物合成水平下降，通過神經遞質樣作用誘導AD病理表現[15]。Yano等[19]通過對無菌動物進行實驗證實，與腸道微生物菌群正常且無特定病原體的小鼠相比，無菌小鼠血液中的5-HT含量減少約60%，在對無菌小鼠進行腸道微生物重新調整后，5-HT濃度顯著升高。谷氨酸是機體中樞神經系統的主要興奮性神經突觸，N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)作為離子型谷氨酸受體，在學習、記憶和神經系統發育方面發揮主要功能。當腸道微生物群失調使大腦出現Aβ沉積，Aβ寡聚體就會誘導NMDA過度活化，產生更高水平的活化氧，加重患者病程。通過對無菌小鼠研究發現，其海馬體中NMDA受體的mRNA表達呈下降趨勢，證實當腸道微生物群失調時，大腦特定區域的NMDA受體表達下降，加快AD患者病理進程[1，18]。此外，人體腸道微生物群中藍藻細菌產生的神經毒性氨基酸——β-甲氨基-L-丙氨酸(β-methylamino L-alanine，BMAA)可能會通過激活受體引發氧化應激反應，導致神經認知功能障礙；當BMAA被錯誤結合到大腦的多肽鏈中時，可能會影響蛋白質錯誤折疊并導致神經炎癥反應，加劇Aβ斑塊病理程度[20]。

3 中醫藥干預調節腸道微生物群防治AD

中醫學并無阿爾茨海默病這一病名，依照其臨床表現可歸屬于“癡呆”“呆病”“呆癡”等范疇。根據AD的病因病機可將其分為4種證型：髓海不足證、脾腎兩虛證、痰濁蒙竅證及痰血內阻證。《內經精義》提出“事物之所以不忘，賴此記性，記在何處，則在腎精，益腎生精化為髓而藏之于腦中”，明確指出癡呆是由腎精不足、髓海不充導致，中醫多從腎虛與痰濁瘀血入手辨證論治干預AD[21-22]。同時，腸主受盛化物、泌清別濁，心與小腸一臟一腑，合為表里，將中醫學與現代臨床實踐相結合發現，“心”囊括了現代醫學中“腦”的部分，而中醫學中“心與小腸相表里”即可表示中樞神經系統與腸道微生物之間的關系[23]。腸道菌群失調使水液代謝障礙，體液犯上于腦，可加重患者病情。眾多實驗以腸道菌群為切入點研究中藥單體及復方防治AD的作用機制，初步證實中醫藥可以通過干預腸道菌群抑制該病的發生發展，具有抗炎癥反應、抑制淀粉樣蛋白沉積等作用。

3.1 中藥單體及其活性成分臨床上，為取得較好的綜合療效，多采用中藥復方而并非單位中藥，但因中藥復方與單體存在“君、臣、佐、使”的內部聯系，故研究中藥單體治療AD的臨床療效可為結合中藥復方的研究提供理論依據。高炎等[24]通過對近20年來中藥治療AD的臨床研究文獻進行數據挖掘，得出使用頻次位居前5位的中藥單體為石菖蒲、熟地黃、黃芪、川芎和遠志，藥性以溫、平、微溫為主，符合AD患者瘀滯的病機特點。丹參具有活血化瘀、消炎等功效，可有效改善炎癥反應，有安神靜心的作用。李惟滔等[25]通過對丹參及其活性成分的研究發現，丹參通過調控一條或多條與AD相關的信號通路，作用于不同位點，發揮擴張血管、阻滯鈣離子通道以及抗炎等藥理作用，抑制Aβ沉積或Tau蛋白過度磷酸化，從而起到抗AD作用；張淑玲等[26]對AD大鼠給予丹參總多糖干預，發現與對照組相比，丹參總多糖對AD大鼠的記憶和空間學習能力、神經凋亡等具有明顯改善作用，亦證明丹參總多糖作為丹參的活性物質對AD具有緩解干預作用。石菖蒲具有化濕開胃、醒腦開竅等功效，鄧敏貞等[27]以APP/PS1雙轉基因小鼠為研究對象，以石菖蒲進行干預發現，干預組小鼠乙酰膽堿轉移酶水平顯著增加，膠原纖維酸性蛋白表達減少，海馬區神經元結構亦發生了明顯改變，說明石菖蒲具有保護海馬神經系統、促進學習和記憶的作用。此外，黃芪具有補氣固表、排膿生肌等功效，屈文英等[28]對AD大鼠以黃芪多糖灌胃干預后，通過采用Morris水迷宮實驗觀察認知功能及海馬體組織病理學表現等，證實黃芪多糖具有改善記憶認知功能、減輕海馬組織病理損傷、抑制神經元凋亡等作用。

3.2 中藥復方中醫認為，AD的病機多與五臟羸弱、腦髓不充有關，腦中氣血虧虛、腎精不足為其主要病機，而中醫復方具有安全有效、多途徑等特點，治療AD具有獨特優勢。陳瑤等[29]通過對以“陰虛血瘀-榮氣虛滯”為理論基礎的活血榮絡方進行分子機制研究發現，活血榮絡方可通過β-谷甾醇、芒柄花黃素、豆甾醇等有效活性物質參與調節神經突觸信號傳導及氧化應激反應，發揮抑制AD患者Aβ蛋白沉積的作用。黃連解毒湯可使三焦之火邪去而熱毒解，此外還可通過誘導自噬從而降低氧化應激，減弱Aβ毒性，改善AD的臨床癥狀。秦高鳳等[30]通過研究黃連解毒湯干預腸道微生物群發現，黃連解毒湯可通過抑制腦內蛋白激酶活性，調控Tau蛋白磷酸化，同時抑制NF-κB活化，減輕神經炎癥反應，抑制乙酰膽堿酯酶活性，改善AD患者癥狀。芎芪醒腦方中以黃芪、黨參益氣行血，以熟地黃、女貞子滋陰填精，以丹參、川芎活血化瘀，以地龍、蜈蚣通經活絡，攻補兼施干預AD。楊淑荃等[31]對70例AD患者以芎芪醒腦方進行干預，研究發現試驗組經8周芎芪醒腦方干預后，MMSE評分較對照組明顯升高，且血清炎癥因子水平下降，證明芎芪醒腦方可能通過抗炎癥反應從而治療AD。此外，溫脾通絡開竅方以黃芪、三七、石菖蒲、何首烏和絞股藍等中藥配伍使用，在臨床中以益氣溫脾、祛瘀化痰等功效干預AD。陳煒等[32]通過對AD大鼠以溫脾通絡開竅方干預發現，溫脾開竅方可抑制NF-κB通路活化，減少NF-κB p50、Nod樣受體蛋白3 (Nod-like receptor protein 3，NLRP3)等相關炎癥因子表達，抑制神經系統神經炎癥反應，從而改善AD認知功能。腎虧之年，精髓失源，以人參、淫羊藿、遠志以及郁金等相配伍而成的補腎方具有補腎益氣、活血化瘀等功效，姚璇等[33]通過網絡藥理學分析補腎方治療AD，結果顯示補腎方中的槲皮素、山柰酚、脫水淫羊藿素等活性成分可拮抗Aβ毒性作用，抑制Aβ纖維積聚，還可通過抑制P13K/Akt/GSK3β抑制Tau蛋白過度磷酸化，調節下游蛋白糖原核酶激酶3，抑制Aβ沉積與神經纖維纏結產生，對神經系統具有保護作用。

3.3 針灸針灸具有多層次、多靶點的特點，近年來，針灸治療AD的研究逐漸發展起來，治療機制假說也越來越豐富，其中針灸干預腦內氧化應激這一學說已受到了廣泛的關注。研究表明針刺可提高機體氧化防御系統活性，清除過多氧自由基對神經系統的毒性作用；可激活酶性氧化系統，明顯提高超氧化物歧化酶活性，減少脂質過氧化反應的發生[34]。有學者通過以頭面部的督脈穴位百會、印堂、人中等進行取穴的“通督啟神”法電針治療AD小鼠，結果發現干預后的AD小鼠神經系統炎性反應得到抑制，海馬神經元結構形態得到改善，認知功能顯著提高，證明“通督啟神”法可治療肝腎虧虛、髓海不足等癥，延緩AD病情發展[35]。此外，電針可通過減少Aβ表達、抑制炎癥反應、改善膽堿能系統、保護神經元等機制緩解AD癥狀[34，36]。楊清華等[37]通過電針刺激APP/PS1雙轉基因AD小鼠，發現電針刺激可通過影響皮質區APP、β分泌酶-1(β-amyloid cleaving enzyme，BACE1)等蛋白表達，調節Aβ濃度，進而減少腦內老年斑(senile plaque，SP)的形成與沉積，改善大鼠學習記憶和空間探索能力。Du等[38]通過益腎調督法對AD大鼠進行電針干預后發現，大鼠海馬組織中脂蛋白脂酶、胰島素降解酶、轉甲狀腺素蛋白、載脂蛋白E等的表達上調，可促進Aβ蛋白降解，有助于改善AD病理變化，延緩病情。突觸囊泡膜蛋白(synaptophysin，SYP)是一種與神經生長、修復再生和突觸重塑密切相關的蛋白，其表達量的改變直接或間接反應突觸的功能狀態，向杜煉等[39]用電針刺激AD小鼠并觀察其SYP和突觸后致密物-95(eostsynaptic density，PSD95)表達，發現與模型組相比，電針組海馬區PSD95、SYP表達明顯增加，證明電針療法可通過調節突觸相關蛋白促進海馬區突觸的可塑性與神經修復再生，改善神經系統功能狀態，從而治療AD。

4 總結

綜上所述，腸道微生物群變化趨勢與AD的發生發展密切相關，其致病菌與有益菌之間動態平衡的維持對于機體各個系統的生理功能具有重要意義。眾多實驗證明，腸道微生物群結構及多樣性失調主要通過增加腸道和血腦屏障通透性、產生促炎細胞因子等途徑加重或誘導AD，是患者認知障礙發生發展的關鍵因素。隨著對腸道菌群及其干預AD的分子機制研究的不斷深入，AD患者腸道菌群的靶向治療策略也受到了高度重視。現有的干預措施主要包括使用益生元、益生菌、糞便移植以及中醫藥治療等，而中醫藥干預具有靶點多、療效好及不良反應少等優勢，可直接調節腸道菌落構成或間接調節腸道菌群代謝產物，發揮抗神經炎癥、維持血腦屏障等作用。但目前中醫藥干預腸道菌群的方法研究尚處于起步階段，其具體干預靶點及作用機制尚不明確，可進一步構建中醫藥通過調控腸道菌群干預AD的機制網絡；此外，微生物與機體之間的作用機制較為復雜，不同菌落及其代謝產物對機體各系統的作用機制也有待深入研究。綜上，本文通過對腸道微生物群對AD認知功能障礙影響機制、中醫干預及其潛在治療途徑進行系統闡述，為臨床治療干預提供新視角、新思路。