生理和病理状态下宿主肠道菌对中药代谢的研究进展

何男男， 戴 岳， 夏玉凤*

（1.中国药科大学中药分析教研室，江苏南京210009；2.中国药科大学中药药理教研室，江苏南京210009）

生理和病理状态下宿主肠道菌对中药代谢的研究进展

何男男1， 戴 岳2， 夏玉凤1*

（1.中国药科大学中药分析教研室，江苏南京210009；2.中国药科大学中药药理教研室，江苏南京210009）

肠道微生物是机体中 “被忽视的器官”，但与机体健康密切相关，近年来正成为研究的热点。大部分中药通过肠道菌的代谢而发挥作用，而肠道菌群也参与了多种疾病的发生发展过程。本文从肠道菌代谢的应用角度综述生理和病理状态下肠道菌群结构变化和对中药的代谢研究，并对当前已取得的成果及尚存在的问题作出总结，为中药多方向研究提供思路。

肠道菌群；炎性肠道疾病；糖尿病；中药；代谢

中药多以口服给药，进入机体后不可避免地与肠道接触，而中药组分多为苷类化合物，经肠道吸收差，但与肠道菌作用时间长，故多经肠道菌代谢后进入血液而产生作用。宿主肠道菌对中药成分的代谢依赖于菌群的种类、比例、产酶类型等，而肠道菌又受机体种属、地域、生理状态等因素的影响，即肠道菌代谢与机体的状态密切相关。近年来，随着人类对微生物组项目的开展，大量研究证明，肠道微生物参与多种疾病的发生发展过程，如肥胖、代谢性疾病、炎性肠道疾病等［1］。因此，中药、肠道菌和疾病的相关性研究已经提上日程。本文综述了生理和病理状态下宿主肠道菌结构变化及对中药组分代谢的研究，为多方向开展中药研究提供思路，并提出加强以疾病为导向的活性化合物的肠道菌体外筛选研究。

1 生理状态下的宿主肠道菌代谢

宿主肠道内寄居着大量的微生物，它们种类繁多，与机体相互依存，构成最庞大、最复杂的肠道微生态系统。根据肠道菌群和宿主的关系，可将肠道菌分为：①正常菌群，与宿主长期共存，正常情况下有益无害，且为机体所必需，但在病理状态下数量会异常变化，可能会参与疾病的发生发展过程，如大肠杆菌和肠球菌。②过路菌群，在肠道长期定植的机会小、数量少，一旦数量超出正常范围可能诱发宿主疾病，如假单胞菌和变形杆菌。同一种属宿主肠道菌群的主要类别基本相似，但不同个体间菌群的主要种类和组成比例存在很大差异，它们受宿主性别、年龄、地域、饮食习惯、生理状况等因素［2-5］的影响。

肠道菌在与机体共生的过程中，一方面能够产生大量的代谢酶 （如水解酶、裂解酶、转移酶和氧化还原酶等）直接参与宿主的物质代谢，而另一方面，还能通过宿主-肠道菌相互作用，如改变宿主的基因表达或代谢能力，间接影响外源性物质代谢［6］，包括对中药的代谢。大部分中药成分经肠道菌作用后，易于经肠道吸收进入血液或进一步代谢成其他产物，从而对机体产生作用。近年来，相关学者对中药的肠道菌代谢开展了大量研究，取得了较大进展，并已总结出了一些规律。下面将从肠道菌代谢研究的应用角度进行阐述。

1.1 预测中药组分在机体内的代谢过程和药效物质基础吴帅等［7］通过人源肠道菌研究 “通脉方”各组分的转化，发现该方中苷类成分多经水解后生成相应的苷元或糖基较少的化合物。由此说明，苷类化合物多为 “前药”，在体内经肠道菌作用后极性降低，易于进入血液而发挥药效作用，这为中药复方成分效应物质基础的发现策略提供了依据。

人参的药用活性主要来源于其皂苷类成分［8］，但该类成分本身的体外生物活性和体内血药浓度均不高，且在肝脏内基本不代谢，主要是在肠道中水解后产生药效活性［9］。大量研究表明，人参皂苷代谢物的生物活性大多高于人参皂苷本身。如人参皂苷Rg3可经人源肠道菌代谢产生Rh2，进一步对其代谢产物和本身进行抗肿瘤作用比较，结果发现，前者的活性远高于后者［10］。

大豆苷元、染料木素和葛根素是豆科植物中含量丰富的异黄酮类成分。其中，大豆苷元可被肠道菌代谢而生成雌马酚［11］，在癌症模型实验中，雌马酚具有比大豆苷元更强的抗癌活性［12-13］，但仅有1/3的人能将大豆苷元代谢成雌马酚［14］，表明具有个体差异性。染料木素是大豆苷元5位上含羟基的化合物，与大豆苷元肠道菌代谢途径类似，生成5-OH-雌马酚等成分［11］。然而，染料木素经肠道菌代谢后会失去活性［15］。葛根素是大豆苷元8位上含C糖苷的化合物，难以被酸水解，但可在大鼠体内或人肠道的内生菌悬浮液中发生C糖苷键断裂，进而产生雌马酚［16-17］。Jin等［17］联合使用从人新鲜粪便中分离出的单菌株PUE和DZE，提高了C-糖苷的转化效率，不仅使葛根素产生了雌马酚，也为利用肠道菌代谢开发新药提供了有力依据。

1.2 探索肠道菌诱导的中药毒理作用 大多数中药通过肠道菌代谢而产生新的物质，这些物质作用于机体，既可以发挥药效作用，也可能产生毒副作用，如苦杏仁苷、苏铁苷及马兜铃酸均可经肠道菌代谢致毒。朱砂是传统的矿物类药材，临床上作为镇静药使用，但因其含有96%以上的α-HgS而饱受争议。Liu等［18］认为，朱砂的药用毒性可能是由于肠道菌将其转化成具高神经毒性的MeHg。Zhou等［19］通过人肠道菌体外代谢研究发现，朱砂经肠道菌作用后，产生多聚硫化汞，而非MeHg，而它并非是朱砂在体内的毒性物质基础。

利用肠道菌的代谢，研究化合物本身及其代谢产物的毒理作用，可更快地提供中药毒理学信息。Khnanl等［20-22］建立了肠道菌代谢-哺乳动物细胞毒性体系，很快发现了熊果苷和京尼平苷经肠道菌代谢后会增强对人肝癌HepG2细胞的毒性，而黄芩苷经代谢后对其毒性则降低。

1.3 探索中药复方药物的配方原理 戊己丸是治疗肠易激综合征、消化道溃疡等肠道疾病的常用方剂，其组成药物为黄连、土炒白芍和制吴茱萸，其中黄连为君药，白芍为臣药，吴茱萸为佐药。门薇等［23］从肠道菌对药物本身代谢的角度来探究戊己丸的组成原理，结果发现，当主要成分黄连生物碱代谢较慢时，复方配伍中的土炒白芍在加快其代谢中发挥了重要作用，同时还能起到 “止泻痢”和 “补脾胃”的作用；当这些成分代谢较快时，复方配伍中的制吴茱萸则能减缓其代谢速度，延长其在肠道中的停留时间，使其充分发挥 “止泻抗炎”的作用。

桔梗汤由桔梗和甘草两味中药组成，是治疗咽喉痛的基本方，主要活性成分为桔梗皂苷和甘草皂苷［24］。桔梗-甘草药对互相配伍后，桔梗皂苷和甘草皂苷的时间曲线下面积 （AUC）均呈现出不同程度的增加。邹葭霜等［25］从肠道菌代谢的角度阐明，两种皂苷类成分可竞争性抑制β-D-葡萄糖苷酶，从而降低桔梗汤有效成分的代谢，增加其生物利用度，达到协同增效目的。

1.4 探索药物—药物相互作用 异源性药物接触机体肠道菌后，多对肠道微生态 （包括肠道菌结构和肠道菌代谢酶等）产生一定的影响。当不同的药物共同作用于肠道菌后，每一种药物导致的肠道微生态变化也将会影响其他药物的代谢，从而产生药物-药物相互作用，因此肠道菌代谢体系可以用于这一作用的研究。Ching等［26］研究发现，蜂蜜可促使兔子肠道菌将甘草酸代谢为甘草次酸，促进甘草酸的吸收，加强甘草作用。何菊秀等［27-28］报道，芍药甘草汤和抗生素合用时，抗生素会影响芍药苷和甘草酸代谢产物的吸收和进入血液。因此在临床用药时，芍药甘草汤应避免和大量抗生素合用。另外，不同饮食可明显影响肠道菌群的组成和产酶活性，如高蛋白饮食使梭状芽孢杆菌增加，而脂肪性饮食则表现为粪便中葡萄糖醛酸苷酶活性增高。由此表明，不同饮食可能也会影响经肠道代谢的药物发挥作用，而且这方面的研究能为疾病患者合理膳食及临床合理用药提供依据。

肠道菌群对口服中药具有广泛的代谢作用，甚至是中药组分在体内产生功效的关键因素。因此，应广泛开展对肠道菌的研究。中药种类繁多，成分复杂，因此在开展肠道菌研究的同时，也需配合其他技术，从多种角度共同研究中药用药的机理。孙娥等［29］经过多年对淫羊藿和其他中药炮制机理的研究实践，构建了 “化学成分变化-生物转化-体内外代谢-肠吸收转运-药动学结合药效学-药效机制”的创新研究模式，为中药炮制机理的深入研究提供了系统的思路。

2 病理状态下宿主肠道菌及其代谢

正常情况下，肠道菌群、宿主和外环境保持着相对平衡的状态，用以维持机体的健康，但一旦这种平衡被打破，机体的健康就会受到威胁。许多疾病 （如代谢性疾病、免疫性疾病、过敏性疾病等）在发生发展过程中都伴随着肠道菌群的失调，包括定植部位、种类、数量和生物学特性上的异常变化等［30］，而肠道菌群的失调又会导致宿主体内物质代谢等发生变化，下面将以炎性肠道疾病和糖尿病为例进行阐述。

2.1 炎性肠道疾病 近年来，炎性肠道疾病（Inflammatory bowel disease，IBD），如溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）、克罗恩病（Crohn's disease）等的发病率越来越高，但其具体发病机制尚不明确。Stecher等［31］提出两种假说：①黏膜免疫系统功能障碍导致其对正常菌群过度的免疫反应。②肠道菌群组成改变及黏膜屏障破坏引起正常黏膜免疫系统的病理反应。任科雨等［32］研究实验性结肠炎小鼠肠道菌群的变化与实验性结肠炎的关系，结果发现，与正常对照组相比，模型小鼠肠道菌群的多样性明显减少，各肠道菌属间比例失调，推测可能参与了结肠炎的产生或加重过程。Larrosa等［33］利用大鼠结肠炎模型研究石榴提取物（PE）及其肠道菌代谢产物尿石酸A（UROA）的抗炎活性。正常大鼠建立结肠炎模型后，双歧杆菌数减少，大肠杆菌、肠杆菌和总需氧菌数均增加。而PE组和UROA组均能降低炎症因子的表达，并调整建立结肠炎模型造成的肠道菌群失调。同时，UROA组还能维持结肠的正常构造。另外，与仅灌服药物组相比，UROA组粪便提取物中代谢物含量产生一定的差异，但变化并不明显，因此UROA可能仍是PE在正常机体中代谢物中抗炎活性最强的化合物。建模后，PE组粪便提取物中UROA的产生被明显抑制，但出现了鞣花酸成分，故PE的抗炎活性可能源于未被代谢的鞣花单宁类成分和少量的肠道菌代谢产物UROA。

2.2 糖尿病 糖尿病是一种内分泌系统代谢紊乱性疾病，主要表现为胰岛素分泌缺陷或作用障碍等而导致的高血糖症。它可分为两种类型：Ⅰ型糖尿病（type 1 diabetes）为胰岛素依赖性；Ⅱ型糖尿病（type 2 diabetes）为非胰岛素依赖性，90%以上的患者属于Ⅱ型糖尿病。Soyucen等［34］报道，与健康者相比，Ⅰ型糖尿病儿童患者肠道中双歧杆菌数量较低，但白色念珠菌和肠杆菌数量较高，这种肠道菌群结构的变化打破了肠道微生态的平衡，可能是Ⅰ型糖尿病诱发因素之一。我国华大基因研究院等单位［35］共同完成了肠道微生物与Ⅱ型糖尿病的宏基因组关联分析，发现Ⅱ型糖尿病患者均有中等程度的肠道微生态紊乱，产丁酸细菌种类缺乏，且一些条件致病菌数量增加。Larsen等［36］研究发现，Ⅱ型糖尿病患者肠道内厚壁菌门和梭杆菌门的比例下降，而拟杆菌门与厚壁菌门的比例上升，同时变形杆菌数量也大幅度增加。另外，拟杆菌门与厚壁菌门的比例及变形杆菌的含量均与血糖浓度呈正相关。Xu等［37］对比研究Ⅱ型糖尿病模型和正常小鼠肠道菌对黄芩提取物的体外代谢，结果表明，模型组代谢物黄芩素的含有量明显高于正常组，且代谢物木蝴蝶素A仅存在于模型组，而且正常组还产生了氢化和甲基化的黄芩苷代谢物。由此可知，正常组和模型组小鼠肠道菌对黄芩提取物的代谢有一定差异，模型组肠道菌代谢产生小极性的黄芩素，促进吸收进入血液发挥药效。

在一些疾病发生发展的过程中，机体肠道微生物紊乱，伴随着菌群种类、数量等变化，而这些变化也将导致药物在机体内的代谢情况发生变化。与生理状态下相比，中药在病理状态下的代谢变化可能会更明确地反映其在体内作用的物质基础，但目前这方面研究较少。当肠道菌紊乱状态恢复后，病情可能会减轻或痊愈，很多学者也基于此开展中药对肠道菌群的作用研究，扩大中药的应用范围。随着宏基因组学、代谢组学等技术的发展，他们还开展了肠道菌与机体的共代谢研究来考察疾病发生的机制，以便快速制定出合适而有效的治疗策略［38］。

3 总结

随着微生物学技术的发展及对中药体内作用的深入研究，越来越多的研究者发现肠道菌群代谢对中药研究的重要意义。目前已取得的成果有：①利用肠道菌代谢，预测不同种类中药组分在体内代谢的规律及效应物质基础；②利用肠道菌代谢，简化对中药复方物质基础的发现及配伍机理的探究；③利用肠道菌代谢，研究药物-药物相互作用，一方面指导疾病患者合理膳食，另一方面指导临床合理用药；④开发微生态制剂，利用有益微生物的发酵作用，提高患者对中药的生物利用度，同时减少个体间代谢的差异性，另外微生态生物制剂还具有保健作用。

尽管肠道菌代谢技术为中药研究提供了开阔的思路，但也具有局限性，需要研究人员考虑和解决：①实验中建立的肠道菌代谢模型存在种属差异性、个体差异性以及体内体外不相关性；②肠道菌在药物体内代谢的贡献程度、何种菌参与及如何参与大多不明确；③药物分子在体内作用的机制还有待深入研究。

药物是针对疾病来设计的，而病理环境是药物在机体内发挥作用的真正场所。因此中药的研究应该建立在疾病模型的基础上，比较生理和病理状态下药物在机体中的变化，以明确疾病对药物作用过程的影响，进而探索药物治疗疾病的机制，但目前对这方面的研究尚不够深入。随着微生物转化技术的发展，建立以疾病为导向的活性化合物的肠道菌群体外筛选体系，也将大大加速新药的开发。

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R969.1

：A

：1001-1528（2015）07-1553-04

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.07.034

2015-01-18

国家自然科学基金项目 （81173631；81374038）；江苏省教育厅 “青蓝工程”资助项目 （苏教师 ［2014］23号）

何男男（1991—），女，硕士，研究方向为中药成分体内分析研究。E-mail：wushuangcmc@sina.com

*通信作者：夏玉凤 （1967—），女，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向为中药活性成分与质量标准。Tel： （025）83271400，E-mail：yfxiacpu@126.com