中药调控肠道菌群干预酒精性肝病的研究进展

厉 颖李灿委范孟然王雪雪陶柱萍刘卫红尹爱武高鹏飞*

(1.云南省昆虫生物医药研发重点实验室,云南 大理 671000;2.大理大学 公共卫生学院,云南 大理 671000;3.大理大学 农学与生物科学学院,云南 大理 671000;4.湘潭医卫职业技术学院,湖南湘潭 411104)

酒精性肝病(alcoholic liver disease,ALD)是由过度酒精刺激引起的肝损伤,临床表现从脂肪肝到酒精性肝炎、纤维化和肝硬化,并可能进一步发展为肝细胞癌[1]。 近年来,ALD 的发生率和死亡率在全球一直呈上升趋势。 据报道,每年约330 万人死于酒精消费,占全球死亡总数的5.9%[2];在欧洲,50 岁之前由过度饮酒导致的肝相关死亡占60%~80%[3];2015 年,亚太地区因肝硬化死亡的人数占全球肝病死亡人数的54.3%,其中由饮酒造成的死亡占20.8%[4]。 因此,探究 ALD 的发生发展机制,寻找有效的治疗靶点和方法非常必要。

肠道菌群是人体最大的微生态系统,近90%的细菌属于厚壁菌门(革兰氏阳性菌)和拟杆菌门(革兰氏阴性菌),其余为放线菌门、梭菌门、变形菌门和疣微菌门等[5]。 菌群在肠道内维持着一种共生关系,发挥消化、维生素合成、抵抗病原体在肠道定植等多种功能,其基因数量大约是人类细胞的100多倍[6]。 肠道和肝通过胆道、门静脉和体循环等进行双向交流;在肠道中,微生物代谢产物经门静脉转运至肝,影响肝的微环境和功能;肝通过门静脉接收和过滤大量的营养物质、细菌产物、毒素和代谢物,并通过胆道系统进行输出循环[7-8]。 肠道菌群构成的变化和细菌产物进入门脉血液的转运,在酒精诱导的肝损伤中发挥了重要作用[9]。

目前ALD 治疗,主要通过戒断和保肝药物来防止肝损害的发生或发展,对于终末期肝病的治疗多采用肝移植;一些合成药物,如双环醇、硫普罗宁和联苯双酯等,在临床用于缓解ALD 的症状,但疗效不甚理想[10]。 我国中药在防治疾病方面有悠久的历史,越来越广泛的应用于ALD 的研究和治疗。 研究发现,中药药效的发挥与肠道菌群关系密切,一方面,中药可以通过调控肠菌构成缓解疾病引起的肠道微生物紊乱治疗疾病;另一方面,肠菌构成的改变会导致其代谢能力发生改变,进而介导中药组分相互作用。 肠道菌群既是中药的直接作用靶点,也是研究中药作用机制不可忽视的一部分[11]。 综合近年来的研究,本文从肠道菌群与ALD 的联系以及中药通过调控肠道菌群干预ALD 进行综述,为中药治疗ALD 的作用机制研究提供参考。

1 肠道菌群与ALD

1.1 酒精摄入导致肠菌构成失衡

酒精摄入会破坏健康人体的肠道微生物群的共生平衡状态,据报道,嗜酒者胃酸减少,胃液pH值增高,导致杀菌作用减弱,细菌进入小肠增多,使革兰氏阴性杆菌过度生长,并伴随细菌多样性的减少[12]。 肠菌构成失衡与酒精诱导的肝损伤的关联,主要表现为肠道优势菌被抑制,部分致病菌过度繁殖,如酒精依赖患者肠道真菌多样性减少、念珠菌过度生长;ALD 小鼠模型中,乳酸杆菌属数量下降等[13-15]。

1.2 酒精摄入破坏肠屏障完整性

酒精摄入会破坏肠道屏障的完整性,导致肠道通透性增加,促使肠道部分有害菌及其有害代谢产物穿过肠屏障,进入血液循环并分布到肝,加速ALD 的发生发展,如细菌代谢产物LPS 可穿过肠上皮进入体循环,到达肝,引发肝炎症反应[16]。 研究显示,酒精及其代谢产物乙醛既可以直接损伤肠黏膜上皮细胞,还可抑制肠道紧密连接蛋白的表达,造成肠黏膜屏障功能受损[17]。 有报道称,跨膜蛋白occludin 及抗菌肽REG3B 和REG3G 的缺乏可加重酒精诱导的小鼠肠道屏障功能障碍和肝损伤,促进紧密连接蛋白的解体及酒精性脂肪肝向脂肪性肝炎的进展[18-19]。

1.3 酒精摄入导致细菌及细菌产物易位,引发肝炎症反应

酒精及其代谢物可导致肠源性细菌及细菌产物易位,如细菌内毒素(lipopolysaccharide, LPS)、多肽、细菌DNA 释放到肝,引发炎症反应。 LPS 是肝炎症的关键诱因之一,通过TLR4 对 NF-κB 信号通路进行调控,调节炎症细胞因子的表达。 研究发现,慢性乙醇暴露的小鼠模型出现内毒素血症,而TLR4 缺乏的小鼠对乙醇诱导的肝损伤有保护作用[20-21]。 此外,LPS 通过与 KCs 细胞(Kupffer cells)上的CD14/TLR4 结合,刺激先天免疫反应,将中性粒细胞和单核细胞吸引到肝,诱发肝炎症反应。

肠球菌及真菌的异位也可引起肝炎症。 研究表明,酒精摄入增加了肠道肠球菌的数量,肠球菌的异位可引起肝炎症和肝细胞死亡[22]。 此外,Yang等[13]发现,长期饮酒的小鼠肠道真菌数量增加,导致真菌β-葡聚糖的易位引发肝炎症。

1.4 酒精摄入改变肠道短链脂肪酸(SCFAs)代谢

SCFAs 是细菌的发酵产物,使人体肠道环境呈酸性,并促进人体内有益细菌的生长,SCFAs 主要包括乙酸、丙酸、异丁酸等。 据报道,乙醇喂养大鼠肠道内除了乙酸作为乙醇的代谢物而增加,其余SCFAs 水平均降低[23]。 Bajaj 等[24]研究显示,酒精摄入可使短链脂肪酸的产生菌Lachnospiraceae 和Ruminococcaceae 水平降低。 基于 SCFAs 和肠道菌群的关联分析提示,SCFAs 调控肠道微生态在ALD的预防和治疗中具有潜在的研究价值[25]。

2 中药调控肠道菌群防治ALD

酒精可在多个层面上影响肠道,肠道菌群失调对ALD 发展的重要性还可通过粪便微生物移植得到证实[26]。 许多中药可改善肠道微环境,缓解ALD的进展,部分详见表1。 中药介导肠道微生物改善ALD 的主要机制包括:缓解ALD 的肠道菌群紊乱,改善肠屏障功能及炎症反应。

熊果酸、大蒜素、人参和黄粉虫幼虫可通过改变优势菌和致病菌比例缓解ALD 的肠道菌群紊乱[27-30];山奈酚、乌药、枳椇子、米糠、葛根和水飞蓟合用可上调紧密连接蛋白的表达,如Caco-2、ZO-1、occludin 和 claudin-1, 改 善 ALD 的 肠 屏 障 功能[31-35];大黄、菜蓟、拐枣和双斑蟋可降低 IL-6、TNF-α 和TLR4 等炎症因子的表达,抑制 LPS-TLR4-NF-κB、LPS-CD14-TLR4 等肝炎症通路的激活,缓解ALD 的炎症反应[36-39]。

续表1

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2.1 活性成分

熊果酸是从杜鹃花科常绿蔓生灌木熊果中提取的一种五环三萜类化合物,存在于唇形科植物夏枯草(Prunella vulgarisL.)的全草,冬青科冬青属铁冬青(Ilex rotunda Thunb.)的叶等植物中[40]。 马浩然等[27]研究发现,在ALD 大鼠模型中,熊果酸干预组大鼠肠道长双歧杆菌和嗜酸乳杆菌含量明显高于酒精模型组,大肠杆菌和粪肠球菌含量较酒精模型组显著减少,且均接近于正常对照组。 此外,熊果酸可抑制血浆D-乳酸浓度及内毒素水平的升高。 提示熊果酸能够通过缓解酒精引起的肠道菌群结构和数量的改变、改善肠道微生态,达到有效缓解肝细胞损伤的功效。

山奈酚属于黄酮醇类化合物,主要来源于姜科植物山柰(kaempferol galangaL)的根茎,也广泛存在于各种水果、蔬菜及饮料中。 研究发现,山奈酚可以上调Caco-2 细胞紧密连接蛋白的表达,改善乙醛诱导的细胞旁通透性的增加,改善肠道屏障功能[41];山奈酚通过上调ALD 小鼠肠道黏膜中丁酸盐受体 GPR109R、转运蛋白 SLC5A8 和紧密蛋白ZO-1 和occludin 的表达,有效预防和治疗小鼠酒精性肝损伤[31]。

大蒜(Allium SativumL.)为百合科葱属植物的鳞茎,主要活性成分为大蒜素和大蒜多糖。 Panyod等[28]发现,在酒精性肝脂肪变性小鼠模型中,大蒜素可抑制盲肠梭菌目R-7 群、毛螺菌科、布劳特氏菌属、瘤胃菌科 UCG-013 水平的升高,降低 LPS、CD14、TLR4 水平和促炎细胞因子 TNF-ɑ、IL-1β 和IL-6 水平。 提示大蒜素可能通过调控肠道菌群结构、介导LPS-CD14-TLR4 诱导的肝炎症通路,发挥保肝作用。 此外,在急性ALD 小鼠模型中,大蒜多糖可促进肠道中优杆菌属和乳酸菌属生长,调节急性酒精性肝损伤小鼠伴有的肠道菌群失调[42]。

植物固醇(phytosterols)是一种存在于植物中的天然活性物质,可阻止小肠对胆固醇的吸收。 研究发现,在ALD 大鼠模型中,植物固醇可抑制炎症因子IL-6 和TNF-α 水平,降低大肠杆菌数量,升高乳杆菌、双歧杆菌数量,修复ALD 大鼠小肠微绒毛长度、细胞间紧密连接和线粒体的破坏,提示植物固醇可能通过减轻炎症反应、修复小肠机械屏障、维持肠道菌群的平衡,发挥保肝作用[43]。

2.2 单味药及其提取物

人参是五加科植物人参(PanaxL.)的干燥根或根茎。 研究报道,人参通过促进益生菌的生长,抑制有害细菌的增殖,调节肠道菌群[44]。 Fan 等[29]研究发现,在酒精诱导的小鼠肝损伤模型中,人参可增加艾克曼菌丰度,艾克曼菌与肠黏膜厚度及肠屏障完整性呈正相关,还可促进双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的生长,抑制因长期饮酒引起的短链脂肪酸产生菌Allobaculum、瘤胃球菌属、乳酸菌、链球菌和氏菌属的减少,提示人参可以通过调节肠道菌群结构,减轻酒精性肝损伤和肠道紊乱。

大黄为蓼科大黄属植物掌叶大黄(Rheum palmatumL.)、唐古特大黄(R.tanguticum Maxim.ex Balf.)或药用大黄(R.officinale Baill.)的根及根茎。在急性ALD 小鼠模型中,大黄提取物可增加艾克曼菌的相对丰度,降低 IL-6、MCP-1、TNF-α 和 TLR4 炎症因子的表达水平,并使巨噬细胞标记物F4/80、CD68 和CD11c 的表达水平下调,提示大黄提取物可通过恢复肠屏障功能、抑制炎症反应,改善ALD[36]。

乌药为樟科山胡椒属植物乌药(Lindera aggregata(Sims)Kosterm.)的干燥块根。 在 ALD 大鼠模型中,乌药醇提物可增加厚壁菌门的丰度,降低拟杆菌门的丰度;降低 NF-κB 和 LPS 水平,抑制TLR4 过表达;改善肝病理改变和肠道超微结构损伤;促进occludin 和claudin-1 的表达,提示乌药醇提物可通过减轻肠道菌群紊乱、改善肠屏障功能障碍、抑制炎症反应,减轻ALD 症状[32]。

菜蓟为菊科菜蓟属植物菜蓟(Cynara scolymus L.)的叶。 在急性ALD 小鼠模型中,菜蓟提取物可抑制急性酒精性肝损伤小鼠 TLR4 和NF-κB 的表达,提示菜蓟提取物通过抑制TLR4/NF-κB 炎症通路对急性ALD 小鼠发挥预防保护作用[37]。

枳椇子为鼠李科枳椇属植物北枳椇(Hovenia dulcisThunnb.)、枳椇(Hovenia acerbaLindl.)和毛果枳(Hovenia trichocarpaChun et Tsiang)的成熟种子,富含黄酮类化合物二氢杨梅素和槲皮素。 在酒精喂养的慢性肝损伤大鼠模型中,枳椇子提取物可抑制TLR4 通路及其下游炎症介质;减少肝产生的LPS;上调ZO-1 和occludin 的表达,提示枳椇子提取物可能通过抑制炎症反应、恢复肠屏障功能,发挥保肝作用[33]。

拐枣为鼠李科枳椇属植物拐枣(Hovenia dulcisThunb.)的果梗。 李寒冰等[38]研究发现,鲜拐枣汁可降低急性酒精肝损伤小鼠肠道中的革兰氏阴性菌如大肠杆菌,增加革兰氏阳性菌(双歧杆菌、乳酸杆菌)水平;降低血清中的 NF-κB 及 IL-6 的含量,提示鲜拐枣汁对酒精致急性肝损伤小鼠的保护作用,可能是通过肠-肝轴对肠道菌群的影响及TLRs 通路的调节实现的。

米糠主要是由果皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚加工制成的。 Xiao 等[34]发现,在小鼠ALD 模型中,米糠酚提取物及其微生物代谢物可以增加有益菌群水平,如酸化拟杆菌、乳酸菌,降低致病菌水平,如Muribaculum;缓解酒精导致的 ZO-1、 claudin-1、claudin-4 和REG3G 表达水平的降低;抑制酒精触发的肝LPS-TLR4-NF-κB 通路的激活。 研究表明,米糠酚提取物可改善肠道菌群失调、肠屏障功能障碍和肝炎症反应,缓解ALD。

2.3 其他

葛根和水飞蓟是两种具有肝保护作用的中草药。 Feng 等[35]研究发现,在慢性乙醇喂养的小鼠肝损伤模型中,葛根和水飞蓟合用可上调紧密连接蛋白 ZO-1、occludin 和 claudin-4 的表达,抑制肝 LPSTLR4-NF-κB 炎症信号通路,提示葛根和水飞蓟合用可恢复肠屏障功能、抑制炎症反应,发挥保肝作用。

桑葚是桑科桑属植物桑(Morus albaL.)的果穗,桑葚提取物可明显加速乙醇的降解,在降低胰岛素抵抗的同时可减轻肝脂肪变性[45-46];蒲公英是菊科蒲公英属植物蒲公英、碱地蒲公英或同属数种植物的干燥全草,蒲公英提取物通过去除活性氧来保护肝免受有毒物质的伤害[47]。 Park 等[48]研究显示,桑葚和白花蒲公英的水提物可通过降低小鼠大肠厚壁菌门与拟杆菌门比例,缓解酒精性肝脂肪变性;白花蒲公英的水提物对酒精摄入引起的肠道微生物群落变化的保护作用更强,提示桑椹和白花蒲公英提取物可以减轻慢性酒精摄入引起的肠道菌群失调,缓解酒精性肝脂肪变性。

此外,Choi 等[30]研究报道,黄粉虫幼虫可增加慢性酒精诱导的大鼠肝损伤模型中约氏乳杆菌丰度,改善酒精诱导的菌群失调,发挥保肝作用。Hwang 等[39]研究发现,在急性酒精诱导的小鼠肝损伤模型中,双斑蟋可抑制LPS 诱导KCs 细胞的激活和随后的炎症信号传导,保护肝免受酒精侵害。

3 总结与展望

综上所述,中药多靶点、多途径治疗疾病的特点与肠道菌群的整体调节作用高度吻合,主要通过改善肠道菌群结构、恢复肠屏障功能,缓解肠道炎症反应等来调节肠道菌群干预ALD。

目前中药通过肠道菌群干预ALD 的研究,大多聚焦分析相对丰度较高的物种,因机体肠道菌群组成复杂,仍有大部分菌群有待检测与分析;而且,相关研究多采用单味中药、中药组合或复方对疾病进行干预治疗,中药有效成分调控肠道菌群改善ALD的作用机制研究相对较少,需进一步阐明;从中药的传统功效(如性味归经等)看,本文总结通过调控肠道菌群改善ALD 的中药,归脾经、胃经的数量,远多于归肝经、胆经的数量,根据中医理论“脾胃为后天之本”,如何将中药的传统理论和功效与肠道菌群和ALD 联系起来,也是今后研究需要探索的方向之一。

肠道菌群与中药之间的相互作用已经成为近年来研究的热点。 肠道菌群的多样化和中药成分的复杂性,增加了研究的工作量和难度。 近年来,各种组学技术发展迅速,在阐明肠道菌群和中药作用机制方面应用广泛,如宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学等,今后可考虑将这些技术更多地应用到中药与肠道菌群相互作用干预ALD 的研究中,进一步深入阐明中药通过调节肠道菌群干预ALD 的作用机制[49-50]。 此外,肠道黏膜是机体最大的黏膜免疫系统,是机体免疫系统的重要组成部分,随着对肠道微生态研究的不断深入,肠道菌群与肠道黏膜免疫、以至与整个机体免疫的相互作用受到广泛关注[51],例如乳酸杆菌和双歧杆菌利用食物中的碳水化合物增加SCFAs,而SCFAs 可通过GPCR和表观遗传机制发挥抑制免疫性炎症的作用[52]。因此,肠道黏膜免疫系统很可能在中药调控肠道菌群干预ALD 过程中发挥重要作用,可在今后的相关研究中深入探讨。