肠道微生态在中医药研究中的现状与展望

吴美平，魏庆双，陈 婷，毕明刚

(1. 上海中医药大学附属上海市中医医院，上海 201203； 2. 黑龙江中医药大学，哈尔滨 150040；3. 中国中医科学院西苑医院，北京 100091； 4. 国家自然基金委，北京 100085)

人体的肠道菌群及其生存的肠道环境构成了肠道微生态，是人体最主要最复杂的微生态，其中肠道菌群占据肠道微生态的核心地位。在相当长的一段时间内，人们对肠道菌群的认识局限于与人体的共生关系。近百年来逐渐发现，其复杂而重要的功能如代谢功能，包括给宿主提供能量、维生素及部分电解质，免疫功能包括生成免疫球蛋白，增强宿主抵抗力等，宿主的感染防御，如内毒素移位引起的肠源性内毒素血症。

1 肠道菌群与疾病

现代医学关于肠道菌群公认的报道开始于1958年美国科罗拉多大学Ben Eiseman报道的4例严重伪膜性肠炎(当时死亡率75%)经粪菌移植治疗治愈3例的报道[1]，其后直至20世纪80年代，肠道菌群与消化系统疾病的关系不断被发现[2-3]。进入21世纪，特别是近5年来肠道菌群逐渐成为热点，其与健康、疾病的发生发展及治疗的关系逐渐被认识、确证。得益于基因组学方法的不断发展与普及应用，科学家对肠道菌群的认识越来越深入，以微生物组(microbiome，指人体微生物及微生物基因组的总和，也包含微生物与宿主相互作用关系，Joshua Lederberg于2001年提出此概念)为关键词搜索Pubmed，发现近5年来相关文章急剧上升，反映了该领域受关注的程度。

因为绝大多数肠道菌群集中在大肠，科学家最早关注肠道菌群与疾病的关系也局限在肠病或者消化系统疾病如肝病等[4-6]。近年来，越来越多的疾病被发现与肠道菌群相关[7]，包括代谢性疾病如糖尿病及肥胖、呼吸系统疾病、自身免疫性疾病如关节炎及多发性硬化，中枢神经系统疾病如帕金森和阿尔兹海默病、精神性疾病抑郁症及应激等。特别是2017年集中发表的肠道菌群与抑郁症、高血压、糖尿病、黑色素瘤及肠癌等文章[8-12]有2个显著特征，一是因为这些文章对疾病的认识是颠覆性的且影响深远，所以大多发表于cell、nature、science或其子刊并常见于封面；二是已经由以前的相关性报道深入到逻辑性病理机制的研究，对于疾病诊断及治疗的认识打开了一个全新的视野。

图1显示，科学家最早关注肠道菌群与疾病的关系局限在肠病或者消化系统疾病，直至近5年来，科学家发现肠道菌群与消化道外疾病的关联，特别是近2年来， cell、nature、science或其子刊重点或者封面介绍肠道菌群在多系统疾病中的作用。

图1 肠道菌群研究发展史

纵观对肠道菌群的认识，现代医学从消化系统相关性疾病开始逐步深入至其他既往认为关系较远的疾病，与疾病关系从相关性逐步过渡到因果关系。可以预测，肠道菌群将在多系统多疾病革命性地改善医学既往对疾病的认识。

2 肠道菌群与中医药

图2显示， 近年来不但现代医学研究中肠道菌群越来越热，中医药研究中肠道菌群也越来越多，图2显示，2014年至2018年的5年中，国家自然科学基金委中医学科(H27)自由申请的面上、青年和地区基金项目中，与肠道菌群相关的申请项目数逐年大幅度增加，而当年该学科总申报项目比例也逐年上升，作为自由申请的国内权威科研项目类别，国家自然科学基金的申请趋势反映了目前科学家科研的兴趣和热点。本文将主要从中医诊断与治疗两方面对近年来肠道菌群研究作一述评。

图2 2014～2018年国家自然基金委中医学科(H27)肠道菌群相关申请项目数(A)及所占当年项目比例(B)

2.1 中医证候与肠道菌群

辨证论治是中医的核心，对于患者证候把握的准确性是治疗的前提和疗效的根本。但中医判断证型是基于“望闻问切”所获得患者情况来判断的，主观判断多，客观指标少，证据水平相对较差，在现代研究中寻找与中医证候相关的客观化指标尤为迫切。中医证候客观化的研究是目前中医基础和临床研究的重点和难点，而肠道菌群的相关研究可能会给中医辨证提供一些客观化证据。目前中医证候与菌群相关的研究体现在以下两个方面。

一是舌部菌群与舌苔的相关性研究。舌诊是判断中医证型非常重要的依据，目前菌群与舌诊相关主要集中在舌苔与舌部菌群，多数以某一疾病不同证型舌苔菌群比较[13-14]。如有研究证实，慢性胃炎腻苔、非腻苔及健康对照患者舌苔微生物分析发现，胃炎患者腻苔与非腻苔组舌苔微生物种类具有显著差异[15]，另一方面，不同疾病相同舌苔的舌苔菌群亦不同。如有研究证实，食管癌和反流性食管炎黄厚腻苔的舌苔菌群并不一样[16]。这些研究提示随着研究数据的不断丰富，将来舌苔不仅仅可以靠医生眼睛观察，还可以增加这些客观指标来判断，但舌质与菌群的相关性研究较少。

二是肠道菌群与不同疾病、不同证型的相关性研究。这也是目前证型客观化与菌群研究的重点，研究的循证医学证据水平较高，很多为多中心、随机、双盲的临床研究。如唐旭东课题组关于脾虚型功能性腹泻和肝郁脾虚型肠易激综合征的RCT研究，其所得出肠道菌群的结果为脾虚证证候客观化提供了一些令人信服的证据[17]。仝小林课题组对224例初发糖尿病属于湿热证(以臭黏便、黄腻苔为证候特征)的研究，通过进行肠道菌群和临床生化指标的相关性分析，发现Faecali和双歧杆菌等短链脂肪酸产生菌在对照组和湿热证型糖尿病患者中差异明显，通过清热化湿治疗后这些细菌显著富集，与糖化血红蛋白、空腹血糖等相关，从治疗前关联性分析和治疗后反证均证实，湿热证与肠道菌群的确实证据[18]。这一结果发表于国际顶级刊物The International Society for Microbial Ecology journal(The ISME journal，国际微生物生态学会会刊)。除了脾胃相关疾病外，近来关于肠道菌群与其他疾病中医证候类型亦有报道。温成平课题组[19]对97例健康对照患者和114例强直性脊柱炎中医属于湿浊困脾型患者肠道菌群分析发现，2组肠道菌群在各个种属水平、基因水平甚至菌株方面出现差异。陈孝银课题组[20]对流行性感冒常湿型和湿热型比较发现，同样流行性感冒的小鼠湿热环境下感染流感病毒后，肠道乳酸杆菌和厌氧总菌相对于常湿型病毒模型组下降明显，进一步研究发现其通过肠道微小RNA进而影响到天然免疫通路，导致机体的促炎反应增强，而抑制炎性反应减弱，免疫识别机制下调，因而致使肺部疾病迁延不愈。当前证型与肠道菌群的研究大多集中于菌群与证型的相关性方面，进一步病理机制研究相比较。张卫东课题组[21]在肠道菌群与脾阳虚证相关关系的基础上，进一步对脾阳虚证候患者与健康对照组的血浆、尿液和粪便进行了代谢组学分析，发现脾阳虚患者和能量相关的TCA循环和碳水化合物代谢、鞘脂代谢和肠道菌群介导的色氨酸代谢紊乱，这种将代谢组学与肠道菌群结合的办法为进一步理解肠道菌群与证型的关系提供了新的研究思路。

这些研究为中医证候客观化研究提供了有益的借鉴，但多数还是集中于脾胃相关证候，对于其他证候的研究还有待于深入。

2.2 中药与肠道菌群

因为传统的中药绝大多数是口服给药进入体内，首先与之接触的是胃肠道，中药进入肠道后与肠道菌群的相互作用非常令人感兴趣；加之中药特别是复方的作用机制一直不明，其多靶点复合作用与肠道菌群类似，同时中医药研究的规律是先有疗效再探讨机制，与肠道菌群的研究规律有一定的相似性(肠道菌群亦是始于1958年4例粪菌移植治疗肠炎有效，直至本世纪各种新技术如高通量测序和大数据分析不断成熟后对它的机制研究才如火如荼)，所以很多人认为肠道菌群可能会成为认识中药作用机制的新突破口。

目前关于中药体内与肠道菌群相互作用主要集中于两个方面，中药在肠道影响肠道菌群种类和数量，进而发挥治疗作用；另一个是肠道菌群代谢中药组分产生新的次生代谢物进入体内发挥治疗作用。

2.2.1 中药对肠道菌群结构变化的作用 中药通过肠道菌群发挥治疗作用类似的文献记载非常早，1600余年前葛洪的《肘后备急方》中记载的黄龙汤实际上是中医药不自觉的一种粪菌移植的治疗方法，其后直至清·叶天士记载的“金汁”，还有一些动物粪便如五灵脂(鼯鼠)、夜明砂(蝙蝠)、蚕砂(家蚕)、龙涎香(鲸)[22]。当然，中医使用这些粪便入药并未考虑肠道菌群，只是长期经验积累发现这些粪便对某些疾病有效。

真正有关中药作用于肠道菌群的研究，是本世纪现代医学基础研究关于肠道菌群研究深入以后。比较经典的是黄连素的研究，近30年前临床就发现中药黄连里面的黄连素具有降血糖作用，但是药代动力学发现，口服剂量是毫克级的黄连素在血液中含量是纳克级[24-25]，绝大多数原型从粪便排出，按照经典的药理学原理，没有入血的药物是没有生物效应的，所以很长时间对黄连素的作用存在争议。直到2012年赵立平课题组关于黄连素对肠道菌群的干预作用，才使得人们对黄连素的机制认识往前深入了一大步，他们从大鼠服用黄连素前后肠道6000余种细菌中筛选出268种发生变化的细菌，其中175种减少甚至消失(多数为有害菌)，93种增加(多数为有益菌，特别是产生短链脂肪酸的细菌)，同时血清中内毒素及炎症指标下降[23]，有力地证实了黄连素通过肠道菌群发挥药理学作用。另外，谭周进课题组研究发现，四磨汤通过增加肠道细菌总数、减少乳酸菌数量、增加双歧杆菌数量治疗脾虚性便秘，也证实了复方中药治疗疾病的可能机制[26]。

目前既有如黄连素之类的单体作用于肠道菌群进而发挥药理作用的研究，也有复方如仝小林[18]课题组使用葛根芩连汤治疗初发糖尿病的多中心、随机、双盲的临床研究，同样是仝小林课题组与赵立平课题组合作对450例糖尿病合并脂代谢紊乱患者的多中心、随机、双盲、二甲双胍阳性对照的临床研究提示，降糖调脂复方(黄连、苦瓜、知母、芦荟、干姜、丹参、红曲、五味子)与二甲双胍对比，2种药物都可以显著富集Blautia spp，且降糖调脂方还能富集Faecalibacterium spp，它们与血糖和血脂的改善显著相关，提示着2种药物可能都是通过调节肠道菌群结构来改善血糖和血脂的代谢[27]。这些研究都证明了中药复方或其组分改变了肠道菌群，进而改善病理产物并治疗疾病。

2.2.2 肠道菌群对中药化学成分的影响作用 中药复方进入肠道以后，特别是结肠的肠道菌群首先对中药的不同组分吸收代谢，这些中药有效成分被肠道菌群的特定代谢酶代谢转化后生成新的活性代谢产物，进而对机体产生不同的生物学效应，这可能是为什么很多中药必须口服经过肠道以后才能起作用的原因。就有益的方面而言，肠道菌群可以增加药物的吸收，减轻毒性并产生新的活性成分。

一是增加吸收。肠道菌群增加药物吸收这方面的典型代表是人参皂苷Rb1[28]，它的生物利用度非常低，经肠道菌群代谢后去糖基化 (deglycosylation)，最终经化合物K形成20(S)原人参二醇，这种化合物能很好地被肠道吸收，增加生物利用度[29]；很多中药如五倍子、石榴皮、仙鹤草中鞣花单宁(Ellagitannins)的生物利用度很低，经哺乳动物肠道菌群代谢后形成尿石素(urolithins)，最终吸收入血发挥抗氧化、抗衰老作用[30]。

二是减轻毒性。这方面研究比较透彻的是乌头碱，乌头碱是川乌、草乌、附子等药用植物中的主要有毒成分(神经、心血管)，同时也是其消炎、止痛的有效成分，口服乌头碱在肠内菌群代谢作用下经过一系列反应产生新的脂类生物碱，如苯甲酰乌头原碱(Benzoylaconine)降低了乌头碱的体内含量，同时这些新碱具有与乌头碱同样的药理活性，但其毒性明显低于乌头碱[31]。

三是产生新的活性成分。中药大黄和番泻叶中都含有蒽酮苷类化合物番泻苷，番泻苷本身无泻下作用，口服的番泻苷经肠道菌群代谢后产生的番泻苷元是泻下作用的主要活性成分[32]，同样中药芦荟中所含有的大黄素苷本身也没有泻下作用，经肠道菌群代谢后产物大黄酸蒽酮具有显著的泻下作用[33]。

2017年发表于Science上的1篇研究[34]在流感小鼠肠道中发现一种梭状芽胞杆菌(clostridium orbiscindens)，此菌能将类黄酮(flavonoids)代谢成为脱氨基酪胺酸(desaminotyrosine，DAT)，后者能大幅降低流感病毒引发的肺部伤害。类黄酮广泛存在于植物和多种常见中药如葛根、黄芩、槲寄生、桑白皮、银杏叶等，这篇研究一方面部分解答了清热解毒中药抗流感的机制，另一方面也是对中医“肺与大肠相表里”的现代分子生物学解释，该研究也为中药肠道代谢后产生新的活性成分研究提供了非常好的思路。

图3 肠道菌群在中医学和现代医学中的比较分析

图3显示，二者都是从治疗开始，直至最近20年的研究发现，肠道菌群在病因病机及诊断中的重要地位，都是从胃肠疾病逐渐过渡到多系统疾病。

3 总结与展望

综上所述，肠道菌群自从1958年报道粪菌移植治疗伪膜性肠炎开始，随着基因组学技术的不断发展，近20年来关于肠道菌群在疾病发生发展过程中的重要作用不断被揭示，从消化道相关性疾病开始，逐步扩散至代谢性疾病、免疫性疾病，直至神经精神类疾病以及呼吸、心血管、肿瘤，这些颠覆性的发现对于疾病的认识打开了一个新的广阔视野；中医学与肠道菌群有相似的科学发展规律，都是先由疗效引导机制研究，目前关于机制研究也多从消化系统起步，而且中药绝大多数是口服制剂，与肠道菌群的相互作用密切，所以肠道菌群与中医学诊断、治疗研究前景广阔。