白术内酯Ⅰ对慢传输型便秘模型大鼠肠道菌群影响

李晓宇 赵刚 刘鹏林 尤雯丽

［摘要］ 目的 探讨白术内酯Ⅰ对复方地芬诺酯（CDT）诱导的慢传输型便秘（STC）模型大鼠的治疗作用及对大鼠肠道菌群的影响。

方法 将40只SD大鼠随机分为正常对照组、模型组、白术内酯Ⅰ组和普芦卡比利组，每组10只。除正常对照组外，其余3组均以CDT悬浊液连续灌胃3周，制备STC大鼠模型。造模成功后，白术内酯Ⅰ组和普芦卡比利组分别应用白术内酯Ⅰ、普芦卡比利治疗3周。检测大鼠的粪便含水率、肠道炭末推进率；采用16S rRNA测序法分析大鼠肠道菌群变化；采用气相色谱－质谱联用（GC－MS）法检测大鼠肠道内容物中短链脂肪酸含量。

结果 与模型组相比较，白术内酯Ⅰ组大鼠粪便含水率和肠道炭末推进率增加（F=38.144、34.676，P<0.01）。与模型组相比较，白术内酯Ⅰ组大鼠肠道菌群Simpson指数降低（F=12.112，P<0.01），物种组成中门分类水平下厚壁菌门丰度降低（H=12.347，P<0.05），属分类水平下普雷沃菌科_UCG－003、拟杆菌属、副拟杆菌属等丰度增加（H=8.280～9.663，P<0.05）。与模型组相比较，白术内酯Ⅰ组大鼠肠道内容物短链脂肪酸中乙酸、丙酸含量显著上升（F=35.216、35.897，P<0.01）。

结论 白术内酯Ⅰ可以增加大鼠粪便含水量、加快肠道蠕动，改善大鼠便秘症状。其作用机制可能是通过改善肠道菌群紊乱，增加肠道菌群代谢产物乙酸、丙酸含量。

［关键词］ 白术内酯Ⅰ；便秘；胃肠道微生物组；脂肪酸类，挥发性；大鼠

［中图分类号］ R574.62;R285

［文献标志码］ A

［文章编号］ 2096－5532（2023）02－0216－05

doi：10.11712/jms.2096－5532.2023.59.036

［开放科学（资源服务）标识码（OSID）］

慢传输型便秘（STC）是由于肠道推进力不足导致的功能性便秘。其主要临床表现为排便次数减少、排便困难、粪便干硬等。STC具体发病原因尚不明确，有研究表明，肠道菌群失衡与STC有着密不可分的关系，厚壁菌门等菌群比例改变可导致便秘的发生。肠道是细菌代谢的温床，其主要产物是短链脂肪酸，包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸等。大量研究报道，中草药生白术能有效改善便秘症状。而白术内酯Ⅰ是白术的主要成分之一，关于其通便功能的研究较少，具体机制未知。本实验旨在探讨白术内酯Ⅰ对STC模型大鼠便秘症状及肠道菌群的作用，进一步明确白术内酯Ⅰ治疗STC的药理作用。

1 材料與方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验动物 健康雄性SPF级SD大鼠40只，6～7周龄，体质量（180±20）g。实验动物合格证号：SCXK（鲁）2019－0003；青岛大学动物伦理委员会批准号：AHQU20200625。

1.1.2 主要药物 造模药物复方地芬诺酯（CDT），由常州康普药业有限公司生产（批号H32022716），临用时以蒸馏水制成15 mg/kg悬浊液；治疗药物白术内酯Ⅰ，由大连美仑生物技术有限公司生产（批号MB6520），临用时以蒸馏水配制成10 mg/kg悬浊液；对照药物普芦卡比利，由西安杨森制药有限公司生产（批号H20171241），规格为每片2 mg，临用时以蒸馏水配制成0.18 mg/kg悬浊液。

1.2 实验方法

1.2.1 动物分组与处理 大鼠每笼5只，按照国家《实验动物管理条例》要求饲养，饲养环境需保持充分通风，并定时更换敷料，饲养期间大鼠可自由进食、饮水。按随机化原则将40只大鼠分为正常对照组（N组）、模型组（M组）、白术内酯Ⅰ组（A组）和普芦卡比利组（P组），每组10只。后3组参考李根林等的研究以CDT悬浊液连续灌胃3周（每天15 mg/kg），制备STC大鼠模型；N组则以等量蒸馏水连续灌胃3周。造模结束后，每组随机取4只大鼠检验造模效果。造模成功后，N、M组大鼠予以蒸馏水0.1 mL/kg灌胃，A组大鼠给予10 mg/kg白术内酯Ⅰ悬浊液灌胃，P组给予0.18 mg/kg普芦卡必利悬浊液灌胃，均连续灌胃3周。

1.2.2 粪便含水率的测定 分别于造模结束后、治疗药物干预后收集各组大鼠当日粪便，称湿质量。将粪便放入烤箱，以150 ℃烘烤15 min后称其干质量。粪便干湿质量差值与粪便湿质量比值为粪便含水率。

1.2.3 炭末推进率测定 造模结束后每组随机取4只大鼠进行测定，治疗药物干预后对各组剩余6只大鼠进行测定。方法如下：禁食24 h（不禁水），每只大鼠灌服100 g/L活性炭悬液2 mL；置于笼中自由活动30 min后采用乌拉坦腹腔注射法麻醉大鼠；麻醉成功后迅速剖开腹腔，摘除全部小肠，在无张力状态下测量小肠全长和幽门至炭末推进最前端的距离。炭末推进最前端到幽门的距离与全小肠长度的比值为炭末推进率。

1.2.4 肠道菌群测定 药物干预结束后，收集大鼠新鲜粪便，置于－80 ℃保存。基于二代测序平台，采用16S rRNA测序法，对高变区段PCR产物进行高通量测序，分析大鼠肠道菌群变化。在此基础上进行Alpha多样性分析，通过Simpson指数反映菌群多样性。

1.2.5 气相色谱－质谱联用（GC－MS）法检测短链脂肪酸含量 药物干预结束后，收集大鼠盲肠内容物，置于－80 ℃保存。GC条件：HP FFAP毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口的温度为260 ℃；进样量为1 μL，分流进样，分流比10∶1；柱温起始温度设置为80 ℃，维持1 min，以40 ℃/min速度升温至120 ℃，然后以10 ℃/min速度升温至200 ℃；载气为高纯氦气，流量为1.0 mL/min。MS条件：电子轰击离子源（EI离子源）；离子源温度为230 ℃；四级杆温度150 ℃；传输线温度230 ℃；电子轰击能量70 eV；选择离子扫描模式（SIM）。

1.3 统计学方法

采用SPSS 24.0软件进行数据统计分析。计量数据以±s形式表示，粪便含水率、炭末推进率、短链脂肪酸含量、Simpson指数比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD（Least Significant Difference）法。各组肠道菌群结构组成比较采用Kruskal－Wallis检验，组间两两比较采用Wilcoxon检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 造模效果

CDT干预3周后，4组大鼠粪便含水率和炭末推进率差异具有统计学意义（F=38.144、34.676，P<0.01）。两两比较结果显示，M、P、A组大鼠粪便含水率和炭末推进率较N组均显著下降（P<0.01）。说明造模各组大鼠粪便在肠道内滞留时间增长，肠蠕动受到影响，致使出现便秘症状，提示造模成功。见表1。

2.2 白术内酯Ⅰ对STC模型大鼠粪便含水率影响

治疗药物干预3周后，4组大鼠粪便含水率差异具有统计学意义（F=7.242，P<0.01）。两两比较结果显示：与N组比较，M组大鼠粪便含水率显著下降（P<0.01）；与M组比较，P、A组大鼠粪便含水率均显著上升（P<0.05）。提示经治疗药物干预后，STC模型大鼠便秘症状得到改善。见表2。

2.3 白术内酯Ⅰ对STC模型大鼠炭末推进率影响

治疗药物干预3周后，4组大鼠肠道炭末推进率差异具有统计学意义（F=33.669，P<0.01）。两两比较结果显示：与N组相比，M组大鼠炭末推进率显著下降（P<0.01）；与M组相比，P、A组大鼠炭末推进率均显著升高（P<0.01）。提示经治疗药物干预后，STC模型大鼠肠动力得到恢复。见表2。

两指标组间比较，F=38.144、34.676，P<0.01。与N组相比较，**P<0.01。

两指标组间比较，F=7.242、33.669，P<0.01。与N组相比较，*P<0.05，**P<0.01；与M组相比较，#P<0.05，##P<0.01。

2.4 白术内酯Ⅰ对大鼠肠道菌群的影响

2.4.1 白术内酯Ⅰ对大鼠肠道菌群多样性的影响

4组大鼠Simpson指数差异具有统计学意义（F=12.112，P<0.01）。两两比较结果显示：与N组相比，M组大鼠Simpson指数显著增加（P<0.01）；与M组相比，P组和A组大鼠Simpson指数显著降低（P<0.05）。说明CDT干预后大鼠肠道菌群多样性遭到破坏，而白术内酯Ⅰ干预可改善肠道菌群多样性。见表3。

2.4.2 白术内酯Ⅰ对大鼠肠道菌群结构组成的影响 在门分类水平上，各组大鼠肠道菌群主要为厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和螺旋菌门（Spirochaetota）等。4组大鼠厚壁菌门丰度差异具有统计学意义（H=12.347，P<0.05）。两两比较结果显示：与N组相比较，M组大鼠肠道厚壁菌门丰度显著增加（P<0.01）；而经治疗药物干预后，与M组相比，P组和A组厚壁菌门丰度显著降低（P<0.05）。见图1。在属分类水平上，4组大鼠柯林斯菌属（Collinsella）、普雷沃菌科_UCG－003（Prevotellaceae_UCG－003）、拟杆菌属（Bacteroides）、副拟杆菌属（Parabacteroides）差异均具有统计学意义（H=8.280～9.663，P<0.05）。两两比较结果显示，与M组相比较，P组大鼠肠道柯林斯菌属丰度显著增加（P<0.01），A组大鼠肠道普雷沃菌科_UCG－003、拟杆菌属、副拟杆菌属丰度显著增加（P<0.05）。见图2。

2.5 白术内酯Ⅰ对大鼠肠道内容物短链脂肪酸含量的影响

短链脂肪酸含量变化主要以乙酸、丙酸、丁酸变化为主。4组大鼠乙酸、丙酸、丁酸含量差异均具有统计学意义（F=14.656～35.897，P<0.01）。两两比较结果显示：与N组相比，M组大鼠肠道内容物乙酸、丙酸和丁酸含量显著降低（P<0.01）；治疗药物干预后，与M组相比，P组和A组大鼠肠道内容物乙酸和丙酸含量均显著增加（P<0.01），而丁酸含量无显著变化（P＞0.05）。说明白术内酯Ⅰ可增加肠道中乙酸、丙酸的释放，但对丁酸含量无明显影响。见表3。

3 讨论

STC是功能性便秘中最为常见的一种，主要表现为肠道内容物通过时间延长，在世界各地广泛发病。越来越多的临床和动物实验证据表明，基于脑－肠－菌群轴，肠道菌群和STC密切相关。肠道菌群结构改变可影响胃肠动力，例如菌群比例失调或单纯有益菌群的匮乏均会减弱胃肠蠕动，从而促使便秘的发生。为阐明肠道菌群如何影响肠动力，研究者们对肠道微生物组成结构及其代谢产物做了一系列研究。健康成年人肠道菌群门类以厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门为优势菌门。而便秘病人肠道菌群的改变主要体现为厚壁菌门和拟杆菌门比值的改变。例如ZHU等研究发现，便秘病人肠道中厚壁菌門和拟杆菌门比值高于健康人，且普雷沃菌数量显著减少。本实验结果显示，白术内酯Ⅰ能下调大鼠肠道菌群中厚壁菌门丰度，与有关研究结果一致。在菌群相关的治疗方案中，可以通过粪菌移植、应用益生菌类药物等方法改变病人肠道菌群结构，以达到治疗便秘的目的。

短链脂肪酸是肠道细菌主要的代谢产物，其含量的多少显著影响肠道内环境稳态。有研究结果显示，便秘病人肠道中不产生丁酸的普雷沃菌显著减少，产生丁酸的罗氏菌属显著增加，提示丁酸产量的增加可能会导致便秘。另有研究结果显示，乙酸产生菌与小肠传输率和粪便含水量呈正相关，表明乙酸对缓解便秘也有一定的作用。乙酸含量增高可以促进肠道激素5－羟色胺等的分泌，从而改变肠壁通透性，加速胃肠蠕动以及黏液分泌。WANG等研究发现，小鼠肠道内益生菌可通过提高丙酸的含量，降低肠道内pH值，缩短肠内容物排出体外的时间。有研究指出，拟杆菌是肠道菌群中多糖降解酶的主要生产者之一。而各种难以消化的多糖降解后的主要产物有短链脂肪酸、CO2、H2等，与宿主的健康密切相关。短链脂肪酸中丙酸的生成有两种途径，一是通过拟杆菌的琥珀酸途径产生；二是通过厚壁菌的乳酸途径，经丙烯酸酯代谢产生。本实验中，白术内酯Ⅰ可增加肠道中丙酸含量，同时上调拟杆菌属丰度，推测白术内酯Ⅰ可能是通过影响琥珀酸途径造成丙酸含量变化。

综上所述，白术内酯Ⅰ很有可能通过调节肠道菌群，增加其代谢产物乙酸、丙酸含量，缓解大鼠便秘症状。但本研究针对菌群差异只分析到门、属水平，对差异菌种等更多分类水平未做研究，下一步将对普雷沃菌科_UCG－003、拟杆菌属等对肠动力的影响作进一步研究。

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（本文編辑 马伟平）