中药多糖对肠道菌群作用的研究进展

周 欣， 付志飞， 谢 燕， 王晓明， 李 楠， 张 鹏

（天津中医药大学，天津市现代中药重点实验室，天津300193）

多糖又称多聚糖，为10个以上单糖通过糖苷键聚合而成的生物大分子，广泛存在动植物和微生物中，传统中药大多采用水煎煮口服的给药方式，可溶性多糖在中药水煎液中往往占较大的比重。近年来，随着 “糖生物学”的发展，研究发现多糖不仅参与各种生理活动，并且具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等广泛的生物活性［1］，可能是许多中药发挥疗效的重要物质基础。

由于人体缺乏多糖水解酶，大部分多糖不能被人体直接消化和吸收。研究发现，肠道菌群是多糖与人体相互作用过程中的重要桥梁，一方面可降解多糖，促进人体对其吸收和利用，并产生具有药理作用的活性代谢产物；另一方面可通过调节肠道菌群的比例，增加有益菌，减少有害菌，从而改善机体的健康水平。

肠道菌群是人体内最大的微生态系统，主要由厚壁菌门 （60%～65%）、拟杆菌门 （20%～25%）、变形菌门（5%～10%）、放线菌门 （3%）组成，其中双歧杆菌、乳酸菌等为有益菌，而肠球菌、梭杆菌等为有害菌。肠道菌群比例的改变与各种疾病发生密切相关，研究表明2型糖尿病患者乳酸菌数量明显增多，双歧杆菌显著较少［2］；肥胖群体肠道内厚壁菌门／拟杆菌门较高［3］；对健康体检者及炎症性肠病患者新鲜粪便稀释进行接种培养，并检测患者血清中的炎性因子，发现大肠杆菌、肠球菌与炎性细胞因子呈正相关，乳酸杆菌、双歧杆菌与其呈负相关［4］。

肠道菌群分泌糖苷水解酶、裂解酶和酯酶等来切割糖链［5］获取能量，多糖酵解产生的一类重要产物是短链脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等，这些短链脂肪酸具有广泛的生理功能［6］。短链脂肪酸种类、含有量与肠道菌群种类、比例直接相关：乙酸为大多数肠道菌群分解多糖的产物，拟杆菌属和梭菌属Ⅸ及其他一些丙酸菌属酵解多糖产生丙酸，乙酸盐和丙酸盐是肝脏糖异生的底物，同时可抑制胆固醇合成［7-8］；梭菌属ΧⅣa、Ⅳ分解多糖的代谢产物丁酸盐是肠道上皮细胞的主要能量来源，可抑制肠癌和炎症发生［9-10］，同时短链脂肪酸还可降低肠道pH、抑制部分有害菌的繁衍，增强肠黏膜免疫功能［11］。本文从中药多糖对肠道菌群的调节及通过肠道菌群对疾病的调节2个角度综述了5年来中药多糖与肠道菌群相互作用的研究文献，为中药作用机理及药效物质基础研究提供新的思路和途径。

1 中药多糖对肠道菌群的调节作用

1.1 正常肠菌 高启禹等［12］用 100、 200、 400 mg／kg山药多糖灌胃健康小鼠一段时间后，发现小鼠盲结肠内的双歧杆菌、乳酸菌均增殖，肠杆菌、肠球菌数量均减少，高剂量组与空白对照组存在显著差异。Jasso-Padilla等［13］将龙舌兰中菊粉等果聚糖添加到正常小鼠饮食中，发现小鼠体内乳酸菌、双歧杆菌数量增加，血清胆固醇、甘油三酯浓度降低，粪便pH也下降。谷物纤维中阿拉伯木聚糖的水解产物低聚木糖能显著增加肉鸡回肠绒毛长度与盲肠的乳酸菌及结肠的梭菌属ΧⅣa的数量，刺激产生丁酸的细菌生长，从而发挥丁酸对胃肠功能的改善作用［14］。孙浩等［15］分别用发酵、未发酵玉屏风多糖饲养断奶獭兔，检测到兔空肠和回肠内拟杆菌门、厚壁菌门及梭菌属等丰度增加，肠球菌属丰度下降；空肠和盲肠内的乳杆菌属丰度增加；盲肠内的肠球菌及盲肠和回肠内的链球菌属丰度下降；其中发酵玉屏风多糖调节菌群作用更显著。

1.2 紊乱肠菌 郭健壮等［16］用盐酸林可霉素诱导小鼠肠道菌群失调，检测到石斛多糖较丽珠肠乐能明显提高菌群丰度与均匀度。石丹等［17］研究发现，7组不同分子量段的蒲公英多糖均能改善林可霉素灌胃导致的小鼠菌群失调，显著增加双歧杆菌和乳酸杆菌数量、减少肠杆菌和肠球菌数量，其中相对分子质量＞100 000、6 000～10 000者作用最明显。张宇等［18］发现，7组黄芪多糖 （相对分子量＜6、6～10、 10～20、 20～50、 50～100、 100～150、 150 kDa以上）均可使林可霉素灌胃导致的微生态失调小鼠体内双歧杆菌、乳酸杆菌含量上升，肠杆菌、肠球菌含量下降，其中6～10 kDa的调节效果最好。王艳等［19］采用相同模型，发现50、100、150 g／kg山茱萸多糖对小鼠肠道菌群也有类似的调节效果，但并无量效关系，150 g／kg下反而会抑制失调小鼠肠道菌群的调节。金樱根多糖可有效恢复盐酸林可霉素导致肠道菌群失调小鼠体内主要菌群的数量，使肠球菌、肠杆菌、双歧杆菌数量明显高于自然恢复组；而金樱茎多糖仅使模型小鼠体内双歧杆菌的数量高于自然恢复组［20］。 陈涟昊等［21］研究相对分子量 1.12×105～ 1.22×105桑叶多糖对盐酸林可霉素诱导的肠道菌群失调小鼠的作用，采用变性梯度凝胶电泳 （DGGE）法发现桑叶多糖组及乳酶生组菌群落结构与空白对照组菌群结构较接近，表明该成分对肠道菌群有一定调节作用。

1.3 体外培养肠菌 张海燕［22］对肠道菌群进行体外培养，并添加不同浓度山药多糖，发现在12.5%下双歧杆菌数量增加最显著，25%下乳酸杆菌数量增加最显著，50%下抑制大肠杆菌、粪肠球菌生长效果最明显。

2 中药多糖通过肠道菌群对不同疾病的调节

2.1 肥胖动物肠道菌群 在肥胖发展过程中，肠道菌群作为环境因素发挥重要作用。研究表明，肥胖患者体内厚壁菌门比健康受试者多20%以上，而拟杆菌门少近90%；将肥胖大鼠肠道菌群移植至裸鼠肠道中时，肥胖表型随肠道菌群发生转移［23］。何旭云等［24］研究发现，黄芪多糖能增加小鼠拟杆菌与厚壁门菌的相对丰度，减少变形菌门相对丰度，使脂肪细胞体积减小，并降低小鼠性腺周围白色脂肪质量及比例，同时降低肝脏甘油三酯 （TG）水平，改善高脂饮食所致肝脏脂肪变性程度；黄芪多糖的减肥作用可通过肠道菌群移植转移给高脂喂养受体小鼠。姜婷婷等［25］发现，高脂饮食组小鼠体内拟杆菌门数量下降、厚壁菌门数量和体质量上升；高脂饮食添加苹果多糖组小鼠菌群接近正常小鼠菌群，肠壁通透性增加、血清中脂多糖 （LPS）降低，TNF-α、IL-6水平下降，IL-10水平上升，血清总胆固醇、甘油三酯、血糖水平均下降，体质量明显减轻。灵芝菌丝水提物中分离得到的＞300 kDa高分子量多糖能更好降低高脂饮食诱导的肥胖小鼠体质量与肝脏质量，并减少附睾脂肪和皮下脂肪；10～300 kDa分子量效果次之［26］。石林林等［27］应用传统微生物培养方法及聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳 （PCR-DGGE）技术等分子鉴定手段，检测到不同浓度麦冬多糖MDG-1（均一分子质量的β-D-果聚糖）对膳食诱导型肥胖小鼠肠道益生菌群均有扶植作用，尤其是一些鼠乳杆菌和台湾乳杆菌，而且随着多糖浓度增加其扶植作用逐渐增强；另有研究表明，MDG-1能使肥胖小鼠肠道中厚壁菌门降低15%，拟杆菌门增加28%，同时可降低乳酸菌代谢产物中D-半乳糖胺水平，提高牛磺酸、短链脂肪酸及其相关代谢物的水平，有利于降糖降脂［28］。

2.2 结肠炎动物肠道菌群 结肠炎患者疾病活动度与肠道菌群失调程度呈正相关，一般表现为双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌明显下降，肠杆菌、肠球菌等有害菌明显增多，而菌群失调也会影响肠道免疫功能异常［29］。冯澜等［30］用马齿苋多糖治疗硫酸葡聚糖钠 （DSS）诱导的结肠炎小鼠，发现小鼠盲肠中双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌明显增多，肠杆菌、肠球菌等有害菌明显下降，同时小鼠体内抗炎细胞因子IL-10的水平提高，促炎细胞因子TNF-α、IL-6水平降低。周正等［31］进一步检测到，马齿苋多糖可降低模型小鼠体内外周血内毒素含有量。Wilczak等［32］用LPS诱导雄性SD大鼠复制肠炎动物模型，发现分子量218 0000、70 000的燕麦β-葡聚糖均能有效改善肠炎大鼠乳酸菌数量减少；低分子量燕麦β-葡聚糖能较好增加结肠组织中淋巴细胞 （IELs，LPLs）数量、提高谷胱甘肽 （GSH）水平，降低IL-12、TNF-α水平；高分子量燕麦β-葡聚糖可使肠炎大鼠IL-10降至正常水平。梁金花等［33］用黄芪多糖灌胃溃疡性结肠炎大鼠，检测到大鼠体内双歧杆菌、乳酸菌数量增加，肠杆菌、肠球菌数量降低；厌氧菌代谢产生的乙酸含有量升高，肝脏细菌易位 （指肠道内细菌扩散或转移至肝）下降，肠道微生态得到有效调节。刘瑞雪等［34］研究魔芋低聚糖对三硝基苯磺酸 （TNBS）诱导溃疡性结肠炎大鼠的保护机制，发现结肠内乳酸杆菌和双歧杆菌数量增多，大肠杆菌和肠球菌数量下降，乙酸、丙酸、丁酸数量明显增多；结肠组织中炎症相关因子TNF-α、IL-1β及丙二醛（MDA）水平下降，环氧化酶-2（COX-2）、一氧化氮合酶（iNOS）表达下降；溃疡性结肠炎症状得到有效缓解。陈新君［35］分别用党参多糖、四君子汤、酵母与多糖＋酵母对结肠炎小鼠进行预防治疗，发现给予党参多糖的小鼠厚壁菌门、拟杆菌门丰度比值回升，双歧杆菌属含有量明显升高，与短链脂肪酸产生相关的7种益生菌如优杆菌属等均增殖；小鼠结肠长度均小幅上升，粪球菌属含有量均降低。2.3 胰腺炎动物肠道菌群 肠道菌群与胰腺相关疾病的关系复杂，肠道菌群失衡、移位及代谢产物参与慢性胰腺炎的发生发展的过程尚不明确，其关系及作用机制还需进一步证实［36］。李蔻蔻等［37］分析灵芝菌丝多糖对二乙基二硫氨基甲酸酯 （DDC）损伤胰腺炎小鼠的作用，发现肠道中厚壁门菌、拟杆菌比值相对提高，拟杆菌、梭菌比值相对降低，肠道菌群多样性明显增加；羟脯氨酸水平下降，淀粉酶、脂肪酶水平上升，TNF-α、IFN-γ水平恢复至接近正常水平，总抗氧化能力 （TAOC）增强。

2.4 脾虚腹泻动物肠道菌群 中医认为，脾主湿，湿性类水，脾虚湿盛则使机体出现消化吸收障碍，出现纳差、便溏、消瘦等症状，机体各脏器间的平衡遭到破坏进而导致菌群失调，而肠道菌群的失调又会加重脾虚腹泻；多糖可通过调节肠道菌群显著治疗脾虚证动物模型的腹泻，提高脾虚腹泻动物的免疫力［38］。吴秀等［39］用番泻叶水煎液灌胃加饥饱失常造小鼠脾虚腹泻模型，发现四君子总多糖可改善脾虚状态，使小鼠体质量逐渐上升，提升双歧杆菌／大肠杆菌比值至接近正常，同时可使外周血白细胞、红细胞数及血红蛋白含有量增加、SIgA分泌水平上升，而且高剂量下作用更明显。孟良艳等［40］用利血平构造大鼠脾虚腹泻模型，发现四君子汤可有效改善腹泻，阻止优势菌群流失，乳杆菌属比例增长大，菌群多样性比造模前增加。唐华羽等［41］用番泻叶水煎液灌胃构造小鼠脾虚腹泻模型，发现与模型组相比1 g／（kg·d）四君子总多糖组乳酸杆菌数量降低，2 g／（kg·d）组乳酸杆菌、大肠杆菌数量均明显降低，2组SIgA含有量显著升高，淋巴结、胸腺指数、脾脏细胞刺激指数明显升高，中性细胞、单核细胞构成比显著降低，T淋巴细胞构成比显著升高，高剂量组外周血红细胞、血红蛋白、白细胞水平显著上升。

2.5 潜在免疫低下动物肠道菌群 肠道菌群是机体肠道屏障作用的重要组成部分，可通过影响肠道内免疫细胞的数量及肠道上皮细胞的数量，进而影响免疫球蛋白SIgA及IL-1α、IL-2等细胞因子分泌，在黏膜免疫系统中发挥重要作用。克里斯等［42］用皮下注射D-半乳糖建立衰老小鼠模型，发现马齿苋多糖可使衰老小鼠肠道双歧杆菌及乳酸杆菌数量增加，肠杆菌及肠球菌数量减少，并可降低血内毒素。香菇多糖可增加老年小鼠肠道菌群的多样性，降低厚壁菌门与拟杆菌门之间的比例，增加脾指数、促进脾淋巴细胞体外增殖，提升TNF-α、IL-1α、IL-2水平，增强免疫力［43］；罗兰等［44］发现它可明显改善小鼠盐酸林可霉素灌胃导致微生态失调，升高脾脏指数，对免疫器官有一定增重效应，另外增加淋巴细胞转化率，增强细胞免疫功能。马齿苋多糖一方面可调节小鼠紊乱的肠道菌群，而另一方面又能降低血清TNF-α、血内毒素含有量，促进HGF表达，从而改善肝功能，对肝细胞的再生有重要影响［45］。灵芝多糖能明显提高小鼠肠道微生物丰度，降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例， 同时下调 IκB， 上调 p-IκB、 NF-κB、SIgA、紧密蛋白的表达；提高IFN-γ、IL-2、IL-4等血清细胞因子水平，从而加强肠道屏障［46］。Paturi等［47］研究马铃薯多糖对长期食用高蛋白饮食大鼠的结肠的保护作用，发现该成分作用下双歧杆菌数量、短链脂肪酸浓度比较高，盲肠中肠球菌属菌群数量与苯酚、p-甲酚浓度相对较少；盲肠绒毛偏长及杯状细胞数量较多，粪便量及粪便中未消化的多糖量较少，而且没有DNA损伤。张圣方等［48］研究泰山蛹虫草多糖对环磷酰胺 （CY）免疫抑制小鼠的作用，发现多糖组双歧杆菌、乳酸菌数量均较CY模型组增加，肠球菌、大肠杆菌数量均减少，菌群紊乱得到缓解；与空白对照组相比，中剂量 （200 mg／kg）多糖组小鼠黏膜SIgA含有量显著增加，肠黏膜屏障功能增强。

3 结语与展望

随着对多糖与肠道菌群研究的不断开展，人们逐渐认识到中药多糖在调节肠道菌群治疗疾病中的重要性，目前相关研究大多采用传统微生物培养、PCR-DGGE等分子鉴定手段分析肠道微生物的多样性以及种群结构，有时通过GC法测定肠道中短链脂肪酸浓度的方法间接反映给药后肠道菌群的变化。一般情况下，中药多糖可增加拟杆菌、厚壁菌、乳酸菌等有益菌数量，减少肠球菌、梭杆菌等有害菌数量，在一些研究中也检测到中药多糖可影响TNF-α、sIgA、NF-κB等疾病相关生化指标的变化。另外，对四君子总多糖、马齿苋多糖通过调节肠道菌群治疗脾虚腹泻、结肠炎等疾病的研究已相当深入。

然而，这些研究仍处于起步阶段，存在很多不足。例如，研究对象大多为粗多糖，其分子量、单糖组成、连接方式等结构信息较少，所用药材产地、基源植物、提取方式不同，从而缺乏质量控制指标，将影响实验的重复性，并且给后续相关药物开发带来困难；中药多糖治疗疾病的作用机理研究不够深入，大多仅测试肠道菌群组成或比例及几个简单的生化指标，缺乏治疗疾病作用途径、相关通路的深入探索；很多研究缺乏中医理论的指导和阐释，如麦冬治疗肥胖并无传统中医理论支持，临床上也无相关应用，对肥胖相关指标的检测较少，虽然多糖对肠道菌群确实有调节作用，但所采用动物模型及理论依据值得商榷。因此，科研工作者今后应加强对中药多糖结构研究与活性的探索考察。

随着基因组学、代谢组学等相关学科的发展，可有助于深入探索肠道菌群对人体健康的影响途径，从而更好理解中药多糖作用机制，全面认识中药多糖与肠道菌群的作用及关系，为更好地开发利用该成分、建立其质量控制方法提供依据。