編者按：腸道菌群是近年來(lái)中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，不僅與中醫(yī)理論相契合，而且是中藥口服發(fā)揮藥效的重要靶點(diǎn)之一?；谀c道菌群的中藥藥理研究近年來(lái)也陸續(xù)刊登于核心期刊。

為了幫助廣大研究者了解中醫(yī)藥相關(guān)腸道微生物的研究進(jìn)展與方法，我們收集整理了近幾年基于中藥及腸靶軸研究的發(fā)表于GUT、Nature Communications、Theranostics等高水平期刊的論文。

【中醫(yī)藥與腸道菌群專輯】為大家精細(xì)解讀重磅研究與進(jìn)展。

Rhein modulates host purine metabolism in intestine through gut microbiota and ameliorates experimental colitis

【雜志名】：Theranostics

【影響因子】：IF=8.579

【中藥單體】：?jiǎn)误w大黃酸

【疾病】：潰瘍性結(jié)腸炎

【樣本類型】：小鼠動(dòng)物模型

【技術(shù)方法】：16S +非靶代謝組

【關(guān)鍵菌群】：Lactobacillus sp

【是否菌群驗(yàn)證】：是

研究背景

【中藥背景】大黃酸是大黃、蘆薈、番瀉葉等多種中藥的主要成分，具有抗炎、抗腫瘤、抗

氧化等多種藥理作用。大黃酸可通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞炎癥小體的激活來(lái)減輕炎癥，也可抑制IKKβ，減輕炎癥血腦屏障。然而，大黃酸是否能改善結(jié)腸炎及其可能的機(jī)制仍不清楚。

【疾病與腸道菌群】 潰瘍性結(jié)腸炎（UC)是一種炎癥性腸病，其病因?qū)W知之甚少，可能涉及免疫功能低下、遺傳易感性和微生物失衡。迄今為止，尚未有有效的手段根治潰瘍性結(jié)腸炎。近年來(lái)，研究者們發(fā)現(xiàn)腸道菌群在結(jié)腸炎的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的作用，炎癥性腸?。↖BD）患者出現(xiàn)黏液枯竭，緊密連接蛋白和微生物群轉(zhuǎn)位表達(dá)下降?；謴?fù)腸道菌群穩(wěn)態(tài)和腸道屏障功能可能是治療UC或IBD的有效途徑。嗜酸乳桿菌和丁酸梭菌可以增強(qiáng)腸道屏障功能和降低炎癥因子來(lái)改善結(jié)腸炎。因此，通過(guò)調(diào)控腸道微生物穩(wěn)態(tài)從而緩解腸道炎癥成為研究熱點(diǎn)。

大黃酸的口服生物利用度較差，但仍然表現(xiàn)出明確的抗炎效果，因此腸道菌群可能是大黃酸作用的重要機(jī)理之一。南京中醫(yī)藥大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用中藥天然活性成分大黃酸治療結(jié)腸炎癥，將天然化合物的研究與腸道菌群-宿主代謝相結(jié)合，相關(guān)研究成果發(fā)表于權(quán)威期刊《Theranostics》。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

主要結(jié)論

1.大黃酸減輕葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的小鼠慢性結(jié)腸炎

采用葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的小鼠慢性結(jié)腸炎模型。在此基礎(chǔ)上，100mg /kg大黃酸處理可減輕結(jié)腸縮短，50mg /kg和100mg /kg大黃酸處理組均減少免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和組織損傷(圖C-F)，并逆轉(zhuǎn)小鼠腸道炎癥的敏感標(biāo)記物糞便脂蛋白2 (LCN2)的表達(dá)(圖G)。

高劑量大黃酸顯著下調(diào)結(jié)腸IL-17、CXCL1、IFN-γ及IL-17 / IL-10比例，明顯緩解炎癥（圖C-E）。此外，Th1/Th2細(xì)胞失衡也是結(jié)腸炎的一個(gè)重要指標(biāo)，大黃酸使Th1細(xì)胞減少，對(duì)Th2細(xì)胞幾乎無(wú)影響（圖F-G）。

以上結(jié)果表明，大黃酸對(duì)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎有明顯改善，且有劑量依賴性。

?2.大黃酸對(duì)糞便代謝物影響

腸道代謝譜改變是腸炎的最重要的特征之一。通過(guò)非靶向代謝組學(xué)確定小鼠腸道中改變的關(guān)鍵代謝物和代謝途徑,。糞便中共鑒定出159種代謝物，3D-PCA分析顯示DSS造模組與100 mg / kg大黃酸組之間存在差異，其中23種為差異表代謝物。通過(guò)代謝途徑富集分析，聚焦到嘌呤代謝（圖A-B）。正常條件下，參與嘌呤代謝的酶在細(xì)胞的合成和降解之間保持平衡的比例，一旦失衡會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的尿酸。

進(jìn)一步分析糞便中尿酸水平，發(fā)現(xiàn)DSS確實(shí)導(dǎo)致尿酸濃度顯著增加，而大黃酸處理能夠改善尿酸濃度（圖D）。說(shuō)明結(jié)腸炎期間嘌呤代謝途徑發(fā)生了改變，大黃酸治療改善嘌呤代謝異常從而降低腸道尿酸水平。

3.尿酸是影響腸道屏障的關(guān)鍵代謝物

1）體內(nèi)研究

以往研究表明，高尿酸與多種疾病有關(guān)，且高尿酸可能破壞腸道屏障完整性。小鼠連續(xù)7天灌胃尿酸（1g/kg），雖然未引起明顯炎癥（有少量免疫細(xì)胞浸潤(rùn)）(圖A)，但腸道通透性增強(qiáng)(圖B)，緊密連接蛋白claudin-1和細(xì)胞粘附蛋白E-cadherin表達(dá)降低(圖C)，黏液層變薄，杯狀細(xì)胞分泌的黏液蛋白-2減少(圖C-D)。相反，大黃酸可恢復(fù)claudin-1、E-cadherin表達(dá)和粘液分泌。

2）體外細(xì)胞驗(yàn)證

進(jìn)一步用人類正常結(jié)腸NCM-460細(xì)胞在體外測(cè)試：與體內(nèi)一致，尿酸處理降低了claudin-1和E-cadherin的表達(dá)(圖E)；而尿酸處理加上100 mg/kg大黃酸處理，對(duì)DSS誘導(dǎo)的慢性結(jié)腸炎也表現(xiàn)出很強(qiáng)的保護(hù)作用，大黃酸可以消除尿酸引起的腸通透性增強(qiáng)。

4.大黃酸影響尿酸產(chǎn)生的機(jī)制研究

（1）大黃酸不能直接降低尿酸濃度

尿酸是嘌呤代謝途徑終產(chǎn)物，黃嘌呤脫氫酶/氧化酶（XDH）是其中重要催化酶。但不同濃度大黃酸處理NCM-460細(xì)胞后，XDH表達(dá)沒有差異，培養(yǎng)細(xì)胞上清液中的尿酸濃度也無(wú)顯著變化。結(jié)果表明，大黃酸可能不是腸中嘌呤代謝的直接調(diào)節(jié)劑。

（2）大黃酸處理改變腸道菌群組成

大黃酸不能直接降低體內(nèi)尿酸濃度，但可間接降低體內(nèi)尿酸水平，而細(xì)菌擁有代謝尿酸的能力，并且部分細(xì)菌具有抑制黃嘌呤脫氫酶/氧化酶（XDH）的活性，因此推測(cè)腸道菌群可能是小鼠腸道尿酸減少的主要原因。16s 測(cè)序表明各組微生物群組成具有明顯的差異特征(圖A)，LEfSe分析發(fā)現(xiàn)：與DSS組比，100 mg/kg大黃酸處理組的多種乳酸桿菌明顯增加(圖C)，通過(guò)STAMP分析和定量PCR進(jìn)一步證實(shí)大黃酸處理后乳酸菌豐度顯著增加，且糞便中的乳酸濃度增加(圖D-F)。

（3）菌群調(diào)節(jié)關(guān)鍵代謝物的機(jī)制研究

相關(guān)性分析顯示乳酸桿菌的豐度與小鼠腸道的尿酸濃度呈負(fù)相關(guān)，這進(jìn)一步表明乳酸桿菌在嘌呤代謝中可能具有關(guān)鍵作用（圖A）。

為了獲得進(jìn)一步的證據(jù)，研究者進(jìn)一步在體外培養(yǎng)了乳酸桿菌，與NCM-460細(xì)胞上清共培養(yǎng)24小時(shí)后。研究發(fā)現(xiàn)乳桿菌上清液可降低尿酸濃度，提示乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物的降尿酸作用（圖B）。同時(shí)，大黃酸處理不改變?nèi)樗釛U菌中尿酸水平，表明尿酸不是由乳酸菌產(chǎn)生的，可能直接源于腸上皮細(xì)胞（圖C）。因此，大黃酸的作用并不是直接影響腸道菌群對(duì)尿酸的代謝，而可能是通過(guò)改變?nèi)樗釛U菌的豐度，影響其發(fā)酵代謝物，進(jìn)而間接影響腸上皮細(xì)胞的尿酸代謝過(guò)程。

研究者將100 mg/kg大黃素給藥的小鼠的糞便微生物群移植到DSS小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中尿酸減少（圖D）。結(jié)果說(shuō)明，大黃酸是通過(guò)改變腸道菌群組成并導(dǎo)致乳酸桿菌豐度增加，從而減少腸道上皮細(xì)胞中尿酸的產(chǎn)生。

5．FMT改善了DSS引起的結(jié)腸炎并恢復(fù)腸屏障功能

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸給藥的糞便移植（FMT）顯著減輕了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎，降低結(jié)腸組織免疫細(xì)胞浸潤(rùn)（圖A-E）；E-cadherin和claudin-1表達(dá)增加，黏液層厚度恢復(fù)(圖F-G)，體內(nèi)成像證實(shí)了FMT保護(hù)了腸漏(圖H-I)。與DSS組比，F(xiàn)MT組乳酸桿菌水平上調(diào)。以上表明，F(xiàn)MT可改善DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎和降低腸屏障通透性。

總結(jié)

本研究證實(shí)了大黃酸能夠有效緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥，通過(guò)非靶代謝發(fā)現(xiàn)大黃酸主要影響腸道嘌呤代謝，大黃酸降低腸道嘌呤代謝終產(chǎn)物尿酸的濃度。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明了尿酸破壞腸道屏障功能，進(jìn)一步通過(guò)16S測(cè)序發(fā)現(xiàn)腸道菌群結(jié)構(gòu)在大黃酸給藥后顯著改變，大黃酸顯著升高腸道內(nèi)乳酸桿菌Lactobacillus的數(shù)量。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Lactobacillus sp能夠有效降低腸道上皮細(xì)胞的尿酸水平。最后，采用糞菌移植證實(shí)了大黃酸對(duì)DSS誘導(dǎo)腸道炎癥的治療作用依賴于腸道菌群而發(fā)揮。

對(duì)于口服利用度較差的中藥或中藥成分，該研究提供的典型模式：從中藥的藥效活性出發(fā)，鎖定引起疾病的關(guān)鍵代謝物，進(jìn)一步解析關(guān)鍵代謝物產(chǎn)生異常機(jī)制——聚焦關(guān)鍵菌，最后通過(guò)糞便移植進(jìn)一步驗(yàn)證藥物通過(guò)改善關(guān)鍵菌發(fā)揮治療效果。