基于“脾为之卫”理论以肠道菌群为靶点探讨2型糖尿病的防治*

王心宝,于国泳

北京中医药大学,北京 100029

2型糖尿病(diabetes mellitus type 2,T2DM)是由遗传、环境、饮食等原因引起的,以胰岛素分泌绝对或相对不足、血葡萄糖异常升高为特征的慢性代谢性疾病。随着生活水平的提高及环境的改变,除心脑血管疾病、肿瘤外,糖尿病已成为21世纪全球面临的最重大、最危急的公共健康问题之一。其中,T2DM占糖尿病总人群的95%以上[1]。目前,全球糖尿病人群数量多达4.2亿,其中,中国糖尿病人群已逾1亿[2]。研究结果表明,T2DM患者同健康人相比而言,其肠道菌群的结构发生显著变化[3],肠道菌群参与物质能量代谢的过程,并从炎症反应、内毒素血症、短链脂肪酸等多种途径参与肥胖等代谢性疾病的发病与进展[4]。故以肠道菌群为新的靶点,探究T2DM的发病机制及防治原理有重要意义。

“脾为之卫”理论涵盖了脾主运化、脾主升清等生理功能,也指脾具有保卫机体、抗邪防病的综合作用,是“脾为后天之本”理论渊源的凝练[5]。T2DM属中医“消渴病”范畴,多因先天禀赋不足、饮食不节、情志失调及年老久病所致,阴虚燥热为其基本病机。《素问·奇病论》曰:“帝曰:有病口甘者,病名为何?何以得之?岐伯曰:此五气之溢也,名曰脾瘅。夫五味入口,藏于胃,脾为之行其精气,津液在脾,故令人口甘也。此肥美之所发也,此人必数食肥甘美而多肥也。肥者令人内热,甘者令人中满,故其气上溢,转为消渴。”从经典古籍的角度来看,消渴与脾密切相关。

研究发现,肠道菌群与中医学“脾为之卫”职能有极大的相似性[6]。虽然已知健脾方药可通过调节肠道菌群促进T2DM的治疗,但其具体机制尚需进一步探讨、证明。本文以中医学“天人合一”的整体观为指导,从“脾为之卫”的角度出发,探究肠道微生态稳态的中医内涵,剖析肠道菌群与“脾为之卫”的关系,为T2DM的防治提供思路和方法。

1 “脾为之卫”与T2DM

1.1 “脾为之卫”理论内涵《灵枢·师传》记载“脾者主为卫”。“脾为之卫”[7]最早记载于《灵枢·五癃津液别》,言:“五脏六腑,心为之主,耳为之听,目为之候,肺为之相,肝为之将,脾为之卫,肾为之主外。”这是对脾为后天之本、气血化生之源理论的概括。“卫”即保卫机体、抵御外邪,脾主运化、胃主受纳腐熟水谷。二者相合,为化生、输布水谷精微之枢纽,精微濡养周身脏腑、充养卫气,行使卫外防御功能,以此提高机体免疫抗病能力。卫气是脾脏行使该职能、参与免疫的重要介质。《素问·痹论》云:“卫者,水谷之悍气也,其气慓疾滑利,不能入于脉也……逆其气则病。”因此,卫气具有保卫机体免受外邪的作用。卫气不仅卫外防止邪气突破肌表,还可保护五脏。《灵枢·卫气行》云:“其始入于阴,常从足少阴注于肾,肾注于心,心注于肺,肺注于肝,肝注于脾,脾复注于肾为周。”同时,卫气功能的正常发挥依赖于水谷精微之充养,“安谷者昌,绝谷者亡,水去则营散,谷消则卫亡。”《灵枢·本脏》言:“脾坚则脏安难生。”张仲景在《金匮要略》中提出:“四季脾旺不受邪。”李东垣《脾胃论》言:“百病皆由脾胃衰而生也。”以上均揭示了脾气健运、脾脏功能正常,是机体具备防御功能维持自稳的重要前提。故“脾为之卫”揭示了脾对于机体抗病能力而言至关重要。脾气受损是罹患疾病的根本源头。与此同时,结合脾主升清、脾主意等中医理论思想,脾脏借助消化、免疫、神经、内分泌等多系统发挥其防御作用。由此可见,“脾为之卫”是基于中医学五脏学说,对脾之生理功能、防御抗病作用的凝练升华[7]。

1.2 脾为之卫与糖尿病森立之《素问考注》曰:“脾好燥而恶湿,今脾伤于肥甘,而内热熏灼,故名曰脾瘅[8]。”T2DM的根本病机在于脾虚,而“脾为之卫”失职的本质即:脾气受损。一方面“脾主运化”,正如《素问·玉机真脏论》云:“脾脉者,土也,孤脏,以灌四傍者也。”水谷精微得以化生、转运,输布至四肢及其他脏腑,使其得以濡养。但饮食自倍,肠胃乃伤,从而出现脘腹胀满、四肢倦怠无力等症状。长期高糖高脂饮食导致水谷精微在体内堆积,从而引发肥胖,成为T2DM发生发展的潜在危险因素。另一方面,“脾主升清”表明脾胃乃气机升降之枢纽,若过食肥甘厚味,膏脂阻碍气机运行,气机不利,脾运化失职,精微物质壅塞不行,日久导致血糖、血脂异常升高。器官内脂肪的异常堆积又会造成胰岛素抵抗[9]。除此之外,“肥甘厚味”最易生痰湿之邪,而脾喜燥恶湿,湿邪困阻使其运化不及,且味厚则助阳,过则伤及脾气,内热中满,煎灼津液,故脾瘅实为脾气受损、生湿化热。不当的饮食习惯,日久则致脾虚不运。施今墨先生曾言:“血糖者,饮食所化之精微也,若脾失健运,血中之精就不能输布脏腑。”“离经之精便是浊”,脂肪、糖类、蛋白质等营养素无法正常分解,在人体内异常堆积而变生浊邪,加重脾胃负担。与此同时,脾虚之时机体的细胞及体液免疫功能均有所下降[10]。疾病发生发展的关键在于正邪之争,机体免疫能力下降,正气不足则邪气留恋。因此,脾虚之时更易受到痰湿、湿热之邪的困扰,因而发为消渴。

2 肠道菌群与T2DM

2.1 肠道菌群肠道是人体内庞大的微生物系统,寄居于人体肠道内的微生物多达1×1014个,种类较多,以细菌为主,可达99%。细菌的数量从小肠到结肠呈指数增长,这些庞大数量的细菌群体在肠道内构成了一个复杂的生态系统,成为肠道菌群,它们与宿主相互作用,形成共生复合体,发挥正常的生理功能,维持人体微观生态平衡[11]。菌群大致可分为3类:有益菌、有害菌、中性菌。正常人体肠道菌群主要包括:厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria),其中革兰阳性厚壁菌门和革兰阴性拟杆菌门数量最多,占肠道细菌总数的98%以上。此外,肠道是人体内最大的免疫器官,肠道菌群被称为“元基因组”[12],又名“第二基因组”。肠道菌群可以通过对肠上皮的作用调节机体免疫[13],防止致病菌以及条件致病菌的侵入[14]。

2.2 作用机制肠道微生态的失衡是多种代谢性疾病的发生及转归的重要原因之一。饮食结构(长期高糖高脂饮食等)和药物治疗等影响,会导致肠道菌群动态平衡的破坏。以长期高脂饮食喂养实验动物,会导致其肠道内厚壁菌门数量增多,拟杆菌门、双歧杆菌、乳酸杆菌数量减少[15-17],从而引起肠道菌群失调,进一步可诱发多种代谢类疾病。研究证明,肠道菌微生物群紊乱可能是导致T2DM的重要原因[18]。糖尿病前期患者由于肠道菌群紊乱,导致某些代谢产物异常表达,在促炎、促氧化应激的作用下可引起糖脂代谢紊乱加速发展。T2DM患者肠道菌群的种类及数量有不同程度的改变,例如有益菌种减少,各种机会性致病菌增加等。有研究采用鸟枪法宏基因组测序,证明了这一观点[19-20]。T2DM患者肠道菌群的有益菌种类、数量减少,进而可影响机体代谢,最终导致T2DM的发生发展[21]。

肠道菌群除参与人体营养物质的消化吸收、糖脂代谢外,与免疫及炎症反应等过程也密不可分[22-23]。其具体作用机制为:肠道菌群借助其分泌代谢产物为介质,参与糖代谢等生理过程,其中最为关键的有脂多糖(lipopoly saccharide,LPS)、短链脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA)及胆汁酸。肠道菌群还可以通过调控代谢性内毒素血症、炎症等免疫相关应答来影响糖耐量、胰岛素敏感性。

2.2.1 脂多糖LPS与内毒素血症革兰阴性菌作为肠道内最为关键的细菌之一,LPS是其细胞壁的主要组分之一。当革兰阴性菌被破坏,LPS随其溶解入血或接触正常细胞,从而成为引起炎症反应的关键因子。LPS入血成为内毒素,通过参与肠道菌群所涉及的机体免疫反应而导致某些代谢性疾病,其原理为肠道微生态环境的失衡,会破坏肠道屏障原本的紧密连接机制,导致黏膜通透性升高,又被称为“漏泄性肠”[24],从而进一步加重LPS进入血液循环系统引发代谢性内毒素血症,最终发生胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)[25]。有研究发现,肥胖患者肠道内过度生长的阴沟肠杆菌可产生LPS,将该致病菌植入无菌小鼠体内,小鼠出现肥胖症并伴有IR[23]。另外,高脂饮食下,脂肪激活肠黏膜肥大细胞,释放TNF-α、IL-1B、IL-4及IL-13等改变肠道黏膜通透性,使得大分子脂多糖异位的发生概率进一步升高[26-27]。Watts等[28]针对肠道屏障与糖尿病的相关性还提出以下观点:因肠道屏障完整性受损而出现的肠道通透性增强,可能利于外源性抗原(微生物等成分)通过并移位全身,进而直接破坏胰岛B细胞,造成自身免疫应答或炎症反应。因此,内毒素浓度升高诱发炎症反应是导致肥胖及胰岛素抵抗的直接原因之一。

2.2.2 SCAFSCFA是指由1～6个碳原子组成小分子脂肪酸,由结肠内细菌发酵,主要包括乙酸、丙酸、丁酸,是肠道细菌发酵多糖代谢的主要产物。SCFA为肠上皮细胞提供能量的同时,还可调节肠道动力、影响肠黏膜屏障和肠上皮细胞的通透性、氧化应激反应等。与此同时,硬壁菌门与拟杆菌门比值异常增加可促进能量获取及SCFA的产生,并促进脂肪细胞的脂肪生成和蓄积[29],由此导致肥胖,为T2DM发生发展的危险因素。高脂又导致革兰阴性菌减少,外源性内毒素增多,LPS入血造成慢性炎症及胰岛素抵抗。SCFA激活肠道L细胞,增加胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)和内分泌调节肽(PYY)水平。GLP-1抑制胃排空,维持葡萄糖稳态,并促进B细胞增殖并防止其应激凋亡,还可增加胰岛素分泌、减弱肠上皮内淋巴细胞炎症反应,从而减轻IR,降低血糖水平。而内分泌调节肽既可直接到达脑屏障,又可刺激迷走神经以抑制食欲。SCFA还可维护肠道上皮细胞的完整性,提高固有层淋巴细胞活性[30],同时下调内毒素基因表达,缓解炎症反应,减轻IR。

2.2.3 胆汁酸胆汁酸是胆固醇代谢的主要产物,肠道菌群参与胆汁酸的合成与摄取。胆汁酸在人体内需要与特异性受体相结合进而才可发挥代谢调节作用。其中,法式体X受体(FXR)与G蛋白偶联受体(TGR5)最为关键。胆汁酸与FXR相结合,激活后的FXR通过对肠L细胞分泌GLP-1进行负反馈调节,同时抑制胰高血糖素原基因表达,最终达到降低血糖的效果。Perino等[31]研究证明了以上理论,并且胆汁酸促进GLP-1分泌的同时还提高了肝脏和肌肉的胰岛素敏感性,又减少肝脏内葡萄糖的产生,改善糖耐量,进而增加胰腺胰岛素的分泌[32]。

2.2.4 菌群-肠-脑轴脑-肠轴是大脑和胃肠道之间所形成的双向神经体液网络。而肠道菌群可借助肠道内所形成的代谢产物,通过神经、免疫、代谢、内分泌等途径,将身体所接收的感觉信息转换为相应的激素、神经元等信号,进而对中枢神经系统进行双向调节以影响大脑的认知和行为活动。由此形成了菌群-肠-脑轴的新概念,为多种代谢类疾病的防治提供了新的靶点,而激素信号通路是肠脑轴中最关键的部分之一。在肠道内的受体有游离脂肪酸受体2(FFAR2)和游离脂肪酸受体3(FFAR3),而GLP-1和内分泌调节肽是上述受体参与控制食欲的主要激素。二者同FFAR2/FFAR3结合,分别通过增加胰岛素的分泌、减弱炎症反应而减轻IR及直接到达脑屏障抑制食欲的方式,抑制T2DM的发生发展。此外,SCFA被证明可以调节食欲,其作用机制大致如下:SCFA可以直接穿过血脑屏障,影响5-羟色胺的水平进而影响行为[33]。实验发现,口服天然果聚糖作为SCFA供体,大鼠脑组织中丙酸受体(FFAR3)表达升高从侧面证实SCAF可通过血脑屏障[34],但其具体作用机制有待于进一步研究。

3 “脾为之卫”同肠道菌群共同参与T2DM的发病机制

3.1 “脾为之卫”与肠道菌群的相关性《素问·阴阳应象大论》曰:“谷气通于脾。六经为川,肠胃为海,九窍为水注之气。九窍者,五脏主之。五脏皆得胃气,乃能通利。”脾作为后天之本,在“水谷之海”胃的协作下,将人体所摄入的营养物质内化为精微转输至五脏六腑、四肢百骸,充养先天元气。《丹溪心法》曰:“脾具坤静之德,而有乾健之运,故能使心肺之阳降,肾肝之阴升,而成天地交之泰,是为无病之人。”故脾脏对调畅气机之升降出入起着主导作用,气机逆乱,累及他脏,百病丛生。而肠道菌群作为人体主要的组成部分,其生理状态的维持离不开脾主运化的滋养作用,亦离不开脾主升清对其生长环境的调和。作为人类“第二基因组”的肠道菌群参与机体内的许多生理代谢、免疫等活动,这同脾的运化、卫外防御功能相类似,且后天环境的影响对人体肠道菌的差异起着主导作用[35]。

一方面,“脾为之卫”的关键依赖于脾主运化,脾胃与肠道菌群共同参与人体内的糖类、脂肪、蛋白质等营养物质的消化吸收;另一方面,“脾为之卫”机理的正常发挥离不开机体的免疫作用,而肠道菌群同肠上皮细胞、肠道黏膜相配合在机体免疫方面起着不可或缺的作用,现已证实肠道菌群与血浆CD3、CD4水平有关[36]。免疫系统防御能力正常,阴平阳秘而邪不可干,因此,肠道微生态平衡是“脾为之卫”正常发挥作用的必要前提。研究表明,脾胃功能紊乱导致肠道内有益菌的数量减少,如乳酸菌、双歧杆菌等[37],而微环境失衡会使人出现腹胀痞满、便溏泄泻等相关症状。这与“清气在下,则生飧泄”不谋而合,脾胃居于中焦,脾主升清、胃主和降,二者相合,乃一身升降之枢纽,故气机调畅可维持肠道微生态平衡。通过针刺等疗法调节脾胃气机可达到调节肠道菌群的稳态[38]。脾虚之人进一步发展会导致气虚、血虚或气血均不足,而人体抵抗力必然会因此受到影响,即所谓易感外邪而生他病。反之,肠道菌群失调,“阴阳失衡”而邪气内生,痰湿、湿热之邪又会加重脾虚。由此可见,从“脾为之卫”的深部内涵出发,肠道菌群与脾相辅相成,共同维持人体正常生理功能。

3.2 “脾主运化”与肠道菌群协作“消化吸收”职能

3.2.1 健运得宜,菌群平衡,机体得养T2DM属中医“消渴病”范畴,为水谷代谢失常最常见的疾病之一,其中心病机乃脾虚,主要病理因素为痰湿、内热。“脾为之卫”的根本依赖于脾主运化。《素问·玉机真脏论》言:“脾脉者,土也,孤脏,以灌四傍者也。”饮食入胃,游溢精气,上归于脾,脾气散精,脾气充足则运化如常,糖脂蛋白质等营养物质得以消化吸收维持人体正常生命活动;倘若脾失健运,水湿、膏脂过剩则生脾瘅、消渴等证。肠道菌群借助其代谢产物来帮助消化食物残渣,并促进肠上皮细胞分泌内生黏液,进而为人体提供营养物质。由此可见,肠道微生态环境的平衡是“脾为之卫”功能正常的映射,与“脾主运化”“脾主升清”作用机制密不可分。

3.2.2 运化失职,菌群紊乱,疾病丛生脾虚会导致或加重肠道菌群的失调。闫志强等[39]发现,脾虚泻泄能引起大鼠肠道内菌群的多样性变化,其中模型组厚壁菌门、放线菌门、变形菌门及螺旋体门的平均相对丰度均增加,而拟杆菌门的平均相对丰度显著降低。王卓等[40]在番泻叶与大黄水煎剂致脾虚大鼠肠道菌群变化的实验中发现,脾虚型大鼠存在肠道菌群紊乱,经过四君子汤治疗后不仅乳酸杆菌等优势菌种数量明显增加,且细菌多样性也发生正向改变,肠道内微生物稳态也由此恢复正常水平。因此,以肠道菌群作为防治T2DM的新靶点愈发受到重视[41]。

3.2.3 改善肠道菌群环境中医治疗T2DM当以健脾益气、芳化湿浊为原则,兼以化痰、清热之法。中药可以正向调节肠道菌落的微生态环境,如四君子汤、玉液汤、七味白术散、葛根芩连汤、升降散等[42]。通过调整肠道内菌种的种类、数量、分布等方式促进微生态平衡,与此同时,某些药物成分不易直接入血,肠道菌群将其分解为有效代谢产物后,进入循环系统发挥相应疗效。黄精多糖可显著降低大鼠体内致病菌的丰度,同时增加拟杆菌门等有益菌的数量,与此同时改善糖尿病大鼠的糖耐量损伤,降低糖化血红蛋白和空腹血糖水平,对T2DM模型大鼠的血糖和肠道菌群有双向调节作用[43-44]。黄连素是从黄连中提取的一种生物碱。《神农本草经》载:“黄连,主热气,主消渴大惊……调胃厚肠。”李骋等[45]发现,黄连素可以使高脂饮食大鼠体内的厚壁菌门和放线菌门减少,产生短链脂肪酸的Blautia和Allobaculum细菌大量富集,从而降低糖脂吸收,缓解IR,治疗T2DM。除单味药外,健脾方剂对肠道菌群可正向调节,治疗T2DM也有显著疗效。四君子汤可以扶植肠道优势菌群,治疗糖尿病等代谢性疾病[46-48]。

3.3 “脾为之卫”与肠道菌群共承免疫之功

3.3.1 脾气充盈,稳态维持,邪不可干“脾为之卫”顾名思义,脾胃可保卫机体防御外邪。《慎斋遗书》言:“诸病不愈,必寻到脾胃之中,方无一失,何以言之?脾胃已伤,四脏皆无生气,故疾病日多矣。”中西医均认同脾脏从属于人体免疫器官之一。脾虚模型大鼠免疫器官的发育受到不同程度地抑制,导致脾脏、胸腺等器官质量降低或增殖能力减弱[49]。在脾虚情况下,细胞免疫中外周血T细胞百分比明显降低,而就体液免疫而言,免疫球蛋白及补体的水平不同程度地升高或降低[50-51]。“脾为之卫”在行使卫外防御功能时,与黏膜免疫及细胞免疫相似[52]。“脾为之卫”失职的根本在于脾虚、运化失常,而脾虚证通常与固有免疫、细胞及体液免疫等紧密关联。而肠道黏膜免疫系统亦包括固有免疫与适应性免疫,肠道菌群、免疫系统和肠道通透性之间存在复杂的相互作用,肠黏膜中B细胞、T细胞、树突状细胞的增殖与分化都会受到肠道菌群的调控,因而肠黏膜免疫系统功能正常发挥也与之密不可分[53-55]。由此可见,肠道黏膜免疫与“脾为之卫”有异曲同工之妙,而肠道菌群更是肠道黏膜免疫系统的重要组分。

3.3.2 卫外失司,菌群紊乱,浊邪侵体肠道菌群紊乱影响SCFA的分泌合成,导致固有免疫细胞活性降低,GLP-1分泌增多而致胰岛素合成分泌不足;作为短链脂肪酸代谢产物的丁酸酯、丙酸酯和乙酸酯等合成受阻,造成肠道上皮的完整性和免疫稳态受到威胁。随着肠道黏膜通透性的降低,过量的LPS入血发生代谢性内毒素血症,最终可导致肥胖等代谢综合征的发生。与此同时,肠道菌群紊乱又导致脾脏功能异常,例如:肠道菌群失调小鼠模型的脾指数、淋巴细胞转化率均有所下降[56]。二者相互影响,对抗病原体,通过缓解内毒素血症,减轻炎症反应,改善IR,促进胰岛细胞功能,以期达到防治T2DM的目的。

四君子汤为健脾代表方,能有效纠正脾虚小鼠的肠道菌群失调,恢复其正常免疫功能,其作用机理同四君子汤中多糖类物质相关[57]。七味白术散对肠道微生态的平衡起到有效调节作用。现代药理学研究证实,人参皂苷和人参多糖可促进肠道益生菌生长,提高肠道免疫功能[58],白术多糖和茯苓多糖通过提高机体免疫功能而间接纠正肠道微生态。由此可见,健脾类单味药或复方均可以肠道菌群-免疫反应为靶点,阻止病原菌侵入肠道,提高机体免疫功能,缓解炎症反应,改善IR,防治T2DM的发生发展。

3.4 脾藏意主思同菌群-肠-脑轴的相关性《素问·阴阳应象大论》曰:“脾……在志为思……思伤脾。”《灵枢·本神》曰:“脾藏营,营舍意。”营气由水谷之精所化,因此,情志意识活动有赖于脾脏的充养。过度思虑、忧愁必耗损脾气,七情内伤而致疾病丛生。《黄帝内经太素》中更是从“脾为四脏之本”的观点出发,认为“愁忧所在皆脾也”,脾胃不和,气机不畅,愁忧易生,导致疾病的发生[59]。情志内生影响脾脏正常生理功能的发挥,而脑为髓之海,是人体精神情志活动的物质基础,肠道菌群又可借助细菌-肠-脑轴对中枢神经系统进行双向调节以影响大脑的认知和行为活动。因此,脾虚使得肠道菌群紊乱,进而通过肠道菌群-肠-脑轴影响机体代谢,导致T2DM发生发展。

4 讨论

综上所述,“脾为之卫”理论同肠道菌群密切联系。中医治疗T2DM应从整体观出发,以健运脾胃为侧重点,以期达到阴平阳秘的相对平衡状态。现代研究表明,肠道菌群的紊乱会导致T2DM等代谢性疾病的发生,其中,肠道菌群紊乱而致肠道微生态的失衡是重要靶点,肠道细菌同宿主形成共生复合体,维持肠道微生态的动态平衡同中医论治消渴中的整体观念、阴阳平衡等原则高度相似。

目前,基于肠道微生物分析健脾类中药方剂治疗T2DM的机制原理研究逐渐增多。七味白术散可从肠道菌群多样性,如:乳酸菌、酵母菌、双歧杆菌等有益菌增加,维护肠黏膜屏障功能及增强机体免疫力等方面促进肠蠕动、减缓炎症反应,改善IR[60-61]。温阳益气活血汤可改善T2DM患者肠道菌群分布,降低其空腹胰岛素水平[62]。基于“脾为之卫”理论,单味中药及复合制剂均可以借助消化系统、神经系统、内分泌免疫网络等平衡机体内的肠道菌群,使肠道黏膜免疫系统维持稳态,进而影响糖脂代谢、炎症反应,调控胰岛素分泌,缓解IR,最终达到防治T2DM的目的。然而,多数研究还局限于中药调整肠道内微生物的种类及分布,对于其分子生物学机制仍需进一步深入探索。今后,应深入挖掘肠道菌群与“脾为之卫”及T2DM相关性的生物学原理,将“脾为之卫”理论与T2DM的发病机制结合论证,以肠道菌群为新靶点,充分发挥中医药治疗T2DM的独特优势。