小檗碱调控动物肠道菌群稳态的研究进展

王其龙，杨景森，黄凯勇，朱 翠

（佛山科学技术学院，生命科学与工程学院，广东佛山 528225）

小檗碱（Berberine）是一种异喹啉类的生物碱，在临床上具有抗腹泻、抗菌、抗炎、抗肿瘤和降血糖等功效，对肠道炎症、糖尿病、高血压和肿瘤等疾病具有较好的治疗作用。随着微生物测序技术、代谢组学技术、无菌动物模型和粪菌移植等技术的发展，使得肠道菌群及其代谢产物的研究成为近些年来的关注焦点。肠道菌群基因的数量远高于宿主内本身的基因数量，肠道菌群的组成结构、多样性和菌群功能变化可影响宿主的营养消化与吸收、生理、代谢、肠道屏障、免疫功能与疾病发生等过程，因此维持肠道微生态环境的稳定对于调控宿主健康至关重要。

目前，在饲料全面禁抗的背景下，有关小檗碱的生理功能及其作为潜在的抗生素替代品及绿色饲料添加剂在动物生产中应用的研究越来越多。已有研究发现，在日粮中添加小檗碱可以促进断奶仔猪、肉仔鸡和肉兔等动物的生长发育，提高动物生产性能，有效改善动物的消化代谢，并提高肉品质和抗病能力。近年来，关于小檗碱可通过靶向调节肠道菌群及其代谢产物从而调控动物肠道健康的研究已引起广泛关注。本文主要综述了小檗碱对动物肠道菌群的组成结构、多样性及其菌群代谢产物的影响等方面的研究进展，以期为小檗碱作为植物提取物在动物生产中的应用提供科学依据。

1 小檗碱的理化性质

小檗碱属于一种异喹啉生物碱类物质，主要存在于黄连、三颗针等中草药植物中，其化学式为CHNO，分子量为235.32，通常为黄色针状结晶，较难溶于三氯甲烷、乙醚和苯，微溶于乙醇，易溶于热水，其盐酸盐或硫酸盐在水中的溶解度较小，味苦，口服吸收差，生物利用度低。研究发现，小檗碱具有抗菌、抗炎、抗氧化以及免疫调节等多种重要的生理功能，在临床上广泛应用于防治胃肠道炎症、腹泻和痢疾等疾病，且已被证实在糖尿病、心血管疾病、肿瘤和癌症等方面也具有良好的治疗效果。

2 小檗碱对动物肠道菌群的调控作用

2.1 小檗碱对动物肠道菌群组成结构的影响 肠道菌群是长期定居在胃肠道表面的微生物群落，由细菌、真菌、病毒和其他小型原生生物等构成。小檗碱作为一种潜在的抗生素替代品，其对畜禽和水产动物肠道菌群的调控作用的研究主要涉及菌群结构与组成、多样性及其代谢产物等方面的变化。在人肠道菌群研究中发现，小檗碱干预可显著影响有益菌和病原菌的生长增殖。此外，采用浊度测定法观察不同浓度（0.5、1.0、2.0 g/mL）的黄连提取物对人肠道细菌（肠杆菌、肠球菌、乳酸菌、双歧杆菌）生长的影响，发现主要成分为小檗碱的黄连提取物可显著增加肠道有益乳酸菌、双歧杆菌的数量，并减少有害肠杆菌、肠球菌的数量。研究还发现，不同浓度或添加量的小檗碱处理也可以改变动物肠道菌群的组成，特别是对肠球菌和肠杆菌有明显的抑制效果，且对乳杆菌和双歧杆菌有促进效果，且作用效果随浓度的升高而增强。例如，在高密度养殖条件下，肉鸡日粮中单独添加100 mg/kg小檗碱或同时添加相同剂量的小檗碱与连翘提取物时，可显著提高肉鸡盲肠内容物中乳酸杆菌的数量，抑制大肠杆菌的数量。小檗碱对大肠杆菌数量的抑制作用可能与其可显著抑制大肠杆菌中色氨酸酶的活性，使菌体内可利用的色氨酸减少，最终导致大肠杆菌活力下降有关。基于高通量测序技术研究表明，畜禽肠道中的优势菌群在门水平上主要有厚壁菌门、拟杆菌门（如乳酸杆菌、双歧杆菌等）、放线菌门和变形菌门等组成。最近研究也表明，在黄羽肉鸡饲粮中添加小檗碱提取物能够显著增加盲肠内容物中拟杆菌门和拟杆菌属的丰度，而厚壁菌门和毛螺旋菌科属、毛梭菌属、梭菌属和肠杆菌属的丰度则显著降低。而在断奶仔猪上的研究也发现，日粮中添加复合益生菌与小檗碱显著增加了仔猪粪便中拟杆菌门、厚壁菌门和普氏菌等的相对丰度，并减少了粪便中螺旋菌和变形杆菌等条件致病菌的相对丰度。在大鼠上的研究也证实，小檗碱处理显著增加了肠道乳酸菌和碳水化合物分解菌相对丰度，并显著降低了条件性致病菌的相对丰度，从而有效缓解大鼠的溃疡性结肠炎。添加100 mg/kg小檗碱可显著提高肠易激综合征大鼠的肠道微生物中乳杆菌科的比例，并显著减少肠杆菌科的比例。此外，小檗碱还可以显著降低草鱼的厚壁菌门与拟杆菌门的比例。研究表明，口服小檗碱可提高正常小鼠肠道中丁酸菌的相对丰度，并且高浓度的小檗碱既可以抑制大部分肠道条件致病菌的生长，又能富集大鼠肠道中的短链脂肪酸产生菌（如肠杆菌科的细菌）。Zhang等还发现，小檗碱可以影响大鼠肠道的短链脂肪酸产生菌和内毒素产生菌数量及其代谢产物，从而保护肠道屏障，恢复机体代谢和免疫功能。可见，小檗碱能对肠道菌群产生双向调控作用，一方面既能提高短链脂肪酸产生菌、瘤胃球菌、胆汁酸分解菌、黏蛋白降解菌等有益菌的相对丰度，另一方面又能降低霍乱弧菌、痢疾志贺菌和弗氏志贺菌等有害菌的相对丰度。以上结果表明，小檗碱对动物肠道菌群结构的影响（表1）主要体现在促进肠道有益菌的数量，同时抑制肠道病原菌的数量，特别是通过对特定肠道菌群代谢产物产生菌的调控而影响宿主动物的肠道代谢功能，最终进一步影响宿主健康。

表1 小檗碱对动物肠道菌群丰度变化的影响

2.2 小檗碱对动物肠道菌群多样性的影响 有研究指出，小檗碱可降低大鼠肠道的Simpson指数，使大鼠肠道菌群多样性减少。Xu等和王志祥等研究表明，饲喂小檗碱的仔猪拥有较高ACE指数，说明小檗碱在一定程度上提高了35日龄仔猪肠道菌群的丰度和多样性，进一步调控氨基酸的代谢，提升了仔猪的生产性能，增强了肠道稳态。研究还发现，小檗碱可以改变肠道菌群的多样性，显著影响42日龄的蛋鸡和肉鸡盲肠中的肠杆菌数量，维护肠道微生物区系的平衡。在水产动物方面的研究表明，小檗碱可显著影响草鱼后肠内微生物的结构和多样性，调节血清葡萄糖、总胆固醇和甘油三酯的水平。此外，日粮添加50 mg/kg小檗碱可以提高钝吻鲷中段肠道内门、属级菌群的丰度和多样性，改变肠道微生物群的结构，通过降低肠道通透性，保护炎症反应引起的肠道屏障损伤，维持了肠道菌群的稳定。以上研究结果表明，小檗碱能够调控动物肠道菌群的多样性，从而维持肠道微生态的平衡。

2.3 小檗碱对动物肠道菌群代谢产物的影响 肠道菌群可通过宿主的共生代谢或者自身代谢产生短链脂肪酸、胆汁酸、氨基酸、维生素和多胺等多种类型的代谢产物，参与调节宿主机体的代谢过程。小檗碱不仅可以调控肠道菌群的组成和多样性，还可以进一步调控肠道菌群代谢产物的产生，进而影响宿主健康。目前，关于小檗碱对通过调控菌群影响胆汁酸和短链脂肪酸的合成方面的研究较多，而对于其他菌群代谢产物的研究相对较少。

胆汁酸是经由肝脏中的胆固醇合成的代谢产物。一方面，小檗碱可以增加肠道内分泌细胞、肌肉和棕色脂肪组织细胞上G蛋白偶联受体（TRG5）的表达，调节肠道菌群与TRG5的互作关系，提高环磷酸腺苷（cAMP）水平，参与调控糖脂代谢和能量代谢。另一方面，口服小檗碱可以改变微生物胆汁酸代谢来调控脂代谢，或通过降低胆汁酸产生菌-梭菌属的数量和胆盐水解酶的活性，间接提升牛磺胆酸（TCA）的水平，激活回肠中法尼醇X受体（FXR）的表达，发挥降脂作用，降低小鼠体重。研究发现，肠道菌群可影响FXR信号通路，使小鼠更易增重，而当小鼠体重下降时，又会使得肠道FXR信号通路被抑制。这可能是小檗碱可通过上调肥胖小鼠脂肪组织细胞中的低密度脂蛋白受体mRNA的表达来激活腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）的活性，从而抑制脂肪组织中标志着肥胖的肿瘤坏死因子（TNF-）和转化生长因子（TGF-1）等细胞因子的表达有关。

短链脂肪酸（SCFA）主要包括乙酸、丙酸和丁酸等，是由小肠无法消化的膳食纤维和部分蛋白质发酵产生的，以盲肠和前端结肠的含量最高。此外，SCFA可通过激活GPR43表达，提高无菌小鼠的肠道调节性T细胞数量及上调肠道IL-10的表达，从而间接缓解小鼠的结肠炎。研究发现，小檗碱可以显著增加肠道SCFA产生菌，使其成为优势菌群，特别是丁酸产生菌的数量，从而调控肠道的能量利用。此外，小檗碱还可通过肠道微生物的调控来调节肠道SCFAs水平，有助于缓解肠道炎症和改善肠道屏障功能。也有研究表明，小檗碱可抑制菌和菌的数量，来提高SCFAs水平，从而抑制结肠癌小鼠肠道内的肿瘤生长。

研究发现，小檗碱通过抑制脂多糖（LPS），影响Toll样受体4（TLR4）信号通路，能够减少炎症因子的分泌，缓解胃肠黏膜的损伤。此外，小檗碱具有非常强的抗菌作用，可以改变动物肠道菌群数量、组成结构与多样性，还可调节肠道菌群代谢产物的产生，而并通过影响肠道菌群自身含有的肽聚糖、鞭毛蛋白、细菌多糖等物质激活核苷酸寡聚化结构域（NOD）样受体与TLR等信号通路，进而调节肠道炎症因子的分泌，减轻肠道炎症的程度。因此，小檗碱能通过影响多种信号通路的功能，调节肠道菌群代谢产物，进而影响其与细胞受体的结合，来调节宿主的机体代谢或疾病发生。

3 小 结

综上所述，小檗碱是一种绿色、天然的植物提取物，可以通过调节动物肠道菌群的组成结构、多样性及其菌群代谢产物的功能，调节肠道微生态环境的平衡，最终影响动物肠道健康、生理功能、免疫能力及生产性能的发挥。因此，肠道菌群及其代谢产物有望成为小檗碱调控动物生产性能和肠道健康的潜在调控靶点，从而为抗生素替代品的研发以及小檗碱作为新型绿色饲料添加剂在动物生产上的合理应用提供理论依据。但是，目前关于小檗碱对不同生理状态下动物肠道菌群调控的作用机制尚不明确，通过结合多组学技术、粪菌移植和基因敲除动物模型等手段，全面解析小檗碱调控动物关键的肠道菌群与代谢产物特征变化及其分子机制将成为未来发展的重要方向。