中医药防治阿尔茨海默病的新视角——靶向肠道菌群

陈慧泽，孟胜喜

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种与年龄相关的慢性进行性神经退行性疾病，是引起痴呆的最常见原因。AD主要病理特征为β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)沉积而形成的老年斑(senile plaques，SP)和tau蛋白异常磷酸化形成的神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)[1-3]。其主要临床症状为记忆、认知功能障碍，日常生活能力进行性下降，常伴随有行为改变和(或)相关神经精神症状。少部分AD病人于65岁之前可出现相应症状，即早发型AD，而95%以上的AD病人则于老年期发病，即晚发型AD。AD已经成为当前社会非常严峻的巨大公共卫生挑战。但目前尚缺乏延缓、阻止或逆转其进展的有效方法。肠道菌群(gut microbiota，GM)是人体内的微生物，人体肠道内大约寄生着105亿个细菌，肠道微生物及其代谢产物通过物质代谢功能、免疫和对外源性病原体的抵抗等在维持机体内环境的稳态中发挥着重要作用[4]。目前人们认为肠道菌群通过维持在固有免疫和适应性免疫方面的自稳调节从而在大脑功能调节方面起着关键作用[1，5]。最近一些文献已经报道了内源性肠道菌群与大脑存在着密切的关系[6-10]。近年来，从调节肠道菌群入手防治AD的方法已经引起了学者越来越多的关注和兴趣[11]。

1 肠道菌群与AD的相关性

肠道微生物群与大脑相互作用，被称为微生物-肠-脑轴(microbiota-gut-brain axis，MGBA)。肠道菌群通过MGBA在调节多种神经递质方面起着关键作用。肠道菌群参与了肠道和大脑之间的双向交流。基于此，肠道菌群也被称为“第二基因组”或“第二大脑”，是人体内最大的微生物库群，在与年龄相关的神经退行性疾病的发病和进展中起着非常重要的作用[12]。肠道菌群失调可引起肠道通透性增高和全身炎症。这可能导致AD病理的发展以及通过神经、免疫、内分泌和代谢途径造成的认知障碍。目前，已经证明肠道菌群的调节具有诱导对神经通路有益的作用，从而延缓AD的进展[11]。

有研究表明，对认知功能障碍病人采用益生菌制剂辅助治疗不但可以调节肠道菌群结构，还可改善病人的认知功能障碍，表明肠道菌群紊乱很可能与机体的认知功能有关[13]。肠道有益菌减少、有害菌增多不仅可以引发炎症和全身氧化应激反应[14]，还可影响神经-内分泌系统，导致5-羟色胺、β-氨基丁酸等神经递质水平紊乱，而这些均参与AD的发生和认知功能损害[15-16]。Liu等[17]通过前瞻性和横断面研究，探索AD和正常认知健康对照组之间的肠道菌群差异，共招募97名受试者[33例AD、32例遗忘型轻度认知障碍(aMCI)、32名正常认知者]，结果发现，与aMCI病人和正常认知者相比，AD病人粪便微生物多样性降低，3组微生物成分差异有统计学意义；在细菌类群中，与正常认知者相比，AD组的厚壁菌门比例明显降低，而变形菌门比例明显升高，此外，这两类细菌在属、门、科水平也观察到同样的差异。从正常认知者到aMCI病人，再到AD病人，肠道中的变形菌纲、肠杆菌目和肠杆菌科表现为逐渐增加；AD病人的临床严重程度与出现变化的微生物丰度之间存在明显相关性；AD和aMCI病人中与多糖生物合成和代谢相关通路上调，AD病人中免疫系统相关通路下调。重要的是，从优势菌群的差异可以有效将正常认知者与aMCI、AD病人区别开，也可以将aMCI与AD病人区别开。值得注意的是，基于肠杆菌科丰度的模型可以将AD与aMCI和正常认知者区分开。因此，与痴呆前期aMCI期和健康受试者相比，AD病人与独特的微生物群落，特别是高丰度的肠杆菌科有关。

Zhuang等[18]收集了43例AD病人和43名年龄和性别匹配的认知正常对照者的粪便样本，采用16S核糖体RNA测序技术分析其粪便中的微生物群组成，两组肠道菌群组成不同，AD病人的几个细菌类群在分类水平上与对照组明显不同，如Bacteroides、Actinobacteria、Ruminococcus、Lachnospiraceae和Selenomonadales。研究结果提示，AD病人的肠道菌群发生了改变，可能参与了AD的发病机制。周达成等[19]收集86例老年AD病人(研究组)和73名健康志愿者(对照组)，以高通量测序测定两组肠道菌群的多样性。研究组中肠道菌群Chao1指数、Shannon指数、Actinobacteria、Bacteroidetes、Actinomycetaceae、Lactobacillaceae、Bacteroidaceae、Bifidobacterium、Lactobacillus和Bacteroides相对丰度与简易智力状态检查量表(MMSE)得分的关系均呈正相关，Firmicutes、Proteobacteria、Ascomycota、Clostridiaceae、Pseudomonaceae、Staphylococcaceae、Enterobacteriaceae、Cryptococcgeniusae、Clostridium、Pseudomonas、Staphylococcus、Proteus和Candida相对丰度与MMSE得分的关系均呈负相关。因此，老年AD病人肠道微生物结构存在异常，且认知功能障碍者更加明显，认知功能与肠道菌群相关，通过临床对照研究也证实了老年AD病人肠道微生物菌群结构存在异常，并且认知功能障碍者菌群紊乱更加严重。

2 基于肠道菌群从肾虚痰瘀论治AD

衰老与AD发病早期具有相似的病变特征与生化改变[20]。衰老在细胞水平表现为线粒体能量代谢障碍，细胞功能下降，Aβ清除减少导致Aβ沉积而发为AD。Aβ是AD发生发展的重要病理因素，其沉积的根源是以细胞功能下降为特征的衰老表现。而衰老又与中医“肾”的关系非常密切。肾藏精而生髓，肾虚精亏可引起机体衰老，脏腑功能紊乱，阴阳失调，气血津液代谢失常故而形成痰瘀。痰瘀是AD重要的继发致病因素，其形成的根本原因是以脏腑功能紊乱为特征的衰老表现。

正常情况下脑内Aβ生成与清除处于动态平衡[21]。Aβ的清除下降可导致老年斑形成，未被及时清除的Aβ加重脑组织的神经毒性损伤，促进AD病变进展。Aβ蓄积在血管壁，可以损伤脑血管系统，导致血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)运输清除系统功能障碍及脑血流下降，脑内代谢产物堆积，神经血管功能紊乱、血管退化，并激活神经血管炎症反应，损伤神经细胞而促进AD病情发展。这与“痰瘀”在AD中的作用特点非常吻合，痰瘀互结，使得病情复杂、缠绵难愈，痰瘀阻遏气机，清阳不升，神明失养；痰瘀闭阻，损伤脑络，这又成为促进AD发生发展的继发性致病因素。因此，Aβ蓄积可能是痰瘀互结的一种病理基础，神经元及脑血管系统损伤是痰瘀互结引起的继发性损伤[22-23]。本课题组遵循中医学理论，以AD的主要病机肾虚痰瘀为研究重点，经过长期临床探索总结出治疗AD疗效明确的中药复方恒清Ⅱ号方(专利号：ZL201910371018.5)。方中益智仁温脾暖肾、缩尿固精，黄芪补气固表、利尿托毒，菟丝子补益肝肾、固精缩尿，川芎活血行气、祛风止痛，熟地黄补血滋阴、益精填髓，桑寄生补肝肾、强筋骨、除风湿、通经络，石决明平肝清热、明目去翳，杜仲补肝肾、强筋骨，地龙清热息风、通络利尿，郁金活血止痛、行气解郁、清热凉血、清心开窍，天麻息风定惊，钩藤息风定惊、清热平肝。诸药合用补益肾精、化痰祛浊、活血化瘀，使髓海得以充养，神智得以恢复。

本课题组前期选取AD病人120例，分为对照组和治疗组。对照组给予盐酸多奈哌齐片，治疗组给予恒清Ⅱ号方联合盐酸多奈哌齐片，两组疗程均为3个月。结果发现，治疗组肠道中梭状芽孢杆菌、假单胞菌、葡萄球菌、变形杆菌、假丝酵母菌、脆弱拟杆菌均低于对照组，差异均有统计学意义(P均<0.01)；双歧杆菌及乳酸杆菌均明显高于对照组(P均<0.01)。因此，恒清Ⅱ号方联合盐酸多奈哌齐片可以有效地治疗AD。其作用机制可能与调节AD病人肠道菌群有关。

3 中药通过调节肠道菌群防治AD

3.1 中药复方

3.1.1 解毒化瘀汤 张云龙等[24]研究发现，与黄连解毒汤原方比较，解毒化瘀汤可以通过调控N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)/腺苷三磷酸酶(ATPase)/腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路上调AD模型小鼠海马腺苷和肠道Dorea菌属水平，重塑大脑和肠道的沟通，从而改善AD模型小鼠的学习、记忆障碍。

3.1.2 柴胡疏肝散 王颖[25]研究发现柴胡疏肝散可以明显改善淀粉样前体蛋白(APP)/早老素1(PS1)模型小鼠学习和记忆能力。用柴胡疏肝散处理 APP/PS1模型AD小鼠后，发现小鼠肠道菌群中梭菌属、罗氏菌属、拟杆菌属的菌群均明显降低，逆转了AD小鼠肠道菌群紊乱，缓解小鼠脑内老年斑的形成。

3.1.3 LW-AFC LW-AFC是由经典中医方剂六味地黄汤衍生而成的新方剂，是一种很有前途的治疗AD的药物，通过两种经典的AD小鼠模型[快速老化模型小鼠(SAMP8)和APP/PS1小鼠]实验研究发现，LW-AFC可以改善空间学习和记忆能力、被动和主动回避反应能力、物体识别记忆能力等认知行为，而肠道菌群是其发挥作用的靶点之一[26-27]。

3.2 单味中药

3.2.1 大黄(Rhubarb) Zhao等[28]使用人类微生物相关(HMA)-AD大鼠模型，通过评估学习和空间记忆、组织病理学和脑组织神经递质表达，来评价大黄对认知功能障碍的治疗作用，通过16S rRNA基因测序分析大黄干预前后大鼠肠道微生物组成。结果发现，大黄对HMA-AD大鼠的学习和空间记忆有改善作用，对HMA-AD大鼠脑组织神经元有保护作用，可明显降低HMA-AD大鼠海马区5-羟色胺的浓度。此外，大黄还影响了大肠中毛螺科菌NK4A136群和乳酸菌的丰度。因此，大黄可通过调节有益菌群的丰度来改善HMA-AD大鼠的认知功能障碍，可能影响海马区5-羟色胺的浓度。

3.2.2 石菖蒲(rhizoma acori graminei) 林路宁等[29]将3xTg-AD小鼠随机分为3xTg-AD组(M组)、石菖蒲水提物 4 g/kg组(D组)、石菖蒲水提物 8 g/kg组(Z组)和石菖蒲水提物16 g/kg组(G组)；同月龄C57BL/6J小鼠设为野生对照组(W组)。给药4个月后发现，与W组小鼠比较，M组小鼠学习记忆能力明显降低，肠道菌群从门到属水平均发生了明显变化，盲肠菌群中Turicibacter和结肠菌群中 Allobaculum明显增多；与M组小鼠比较，G组小鼠的学习记忆能力明显提高；在门水平上结肠菌群中Bacteroidetes显著增加、Firmicutes显著减少，在属水平上盲肠菌群中Turicibacter和结肠菌群中Allobaculum明显减少。因此，石菖蒲能提高3xTg-AD小鼠的学习记忆能力，改善肠道菌群失调。

3.2.3 天麻(Gastrodia elata) 赵文斌[30]用天麻水煎液、天麻素、香兰素、天麻多糖对三氯化铝和D-半乳糖联合诱导的AD模型小鼠进行灌胃治疗。通过肠道微生物16S rRNA测序分析探讨了各组肠道菌群的丰度变化，在天麻水煎液高剂量组发现了约氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、鼠乳杆菌3种益生菌，表明天麻水煎液可以通过改变AD病人的肠道菌群从而改善其病情。

3.3 中药单体

3.3.1 淫羊藿苷(icariin，ICA)联合三七总皂苷(Panax notoginseng saponins，PNS) Zhang等[31]用ICA和PNS干预APP/PS1转基因小鼠，AD组细菌多样性最低，而ICA+PNS治疗组细菌多样性明显高于AD组。因此，ICA联合PNS治疗可改善AD所致的记忆损害。其机制可能与肠道菌群的调节有关。

3.3.2 大黄酸(Rhein) 大黄酸是大黄的主要成分。高脂肪饲料喂养C57BL/6J雄性小鼠8周，从而诱导肥胖，再以大黄酸干预6周。结果发现，大黄酸干预可以预防高脂肪饲料喂养导致的认知记忆障碍。此外，大黄酸还能抑制高脂肪饮食诱导的血清脂多糖(LPS)水平升高、结肠内促炎性巨噬细胞的增加和肠道菌群的改变，包括降低普氏杆菌和脱硫弧菌，增加双歧杆菌和乳酸菌。因此，大黄酸可以改善高脂肪饮食诱导的肥胖小鼠的认知记忆能力，其可能通过调节微生物群、降低内毒素血症、抑制巨噬细胞蓄积、抗神经炎症和上调脑源性神经营养因子(BDNF)表达来实现[32]。

3.3.3 槲皮素(quercetin) 有研究探讨了槲皮素在不同维生素D(vitamin D)状态下对APP/PS1小鼠记忆障碍的影响，将APP/PS1小鼠分为对照组(CON组)、低剂量维生素D+槲皮素组(LVD组)、中剂量维生素D+槲皮素组和高剂量维生素D+槲皮素组，在Morris水迷宫实验中，LVD组小鼠对认知功能的改善效果最好，表现为平台潜伏期降低、目标象限的跨越次数和游泳距离的增加；LVD组肠道微生物多样性增加，Glutamicibacter、Facklamia 和Aerocorrus的相对丰度提高；海马区，ser396和ser404的磷酸化-Tau(p-Tau)蛋白、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、Ibα1、miR-26a、miR-132与Aerocorrus呈负相关；ser404的p-Tau、Ibα1与Facklamia呈负相关[33]。因此，槲皮素在对低维生素D状态下改善认知功能更有效。这可能是由于干预减少了老年斑、tau蛋白磷酸化和神经炎症，上调了BDNF，降低了miR-26a和miR-125b，增加了miR-132，并增加了肠道菌群的多样性。

3.3.4 矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cy3G) Cy3G是植物中广泛存在且含量丰富的花色苷(花色素的糖苷形式)单体。宋楠[34]研究发现APPswe/ PS1△E9AD小鼠被Gy3G 处理后8周，小鼠空腹血糖水平降低，海马区糖代谢异常情况得到缓解，减缓了小鼠脑萎缩程度，抑制了老年斑的形成，改善了认知功能。同时Gy3G可以降低肠道菌群中蓝藻细菌、厚壁菌门/拟杆菌门的丰度，改变AD小鼠肠道菌群群落种类及结构，调节肠道菌群紊乱。因此，Cy3G具有调节脑糖代谢异常以及调节肠道菌群紊乱的作用，有助于改善认知功能，预防和延缓AD。

3.3.5 菊粉(inulin) 菊粉是植物中储备性多糖，主要来源于植物，其中菊芋的菊粉含量是最高的。菊粉分子约由31个β-D-呋喃果糖和1～2个吡喃菊糖残基聚合而成。载脂蛋白-E4等位基因(APOE4)是AD最强的遗传风险因子。ApoE4携带者在出现AD症状前几十年就已经出现了全身代谢功能障碍。越来越多的证据表明，代谢功能障碍加速了AD的发展，包括Aβ累积、神经炎症和认知能力下降。因此，早期保持良好的代谢功能可能是降低AD风险的关键。菊粉可以增加ApoE4转基因小鼠的有益微生物群，减少有害微生物群，增强盲肠、周围神经和大脑的代谢，提高血清短链脂肪酸(SCFAs)、色氨酸相关代谢物、胆汁酸、糖酵解代谢产物和鲨肌醇水平。菊粉还能减少海马区炎症基因的表达。这一认识可用于设计早期精准营养干预策略，即使用益生菌饮食来增强全身代谢，这可能有助于降低ApoE4携带者的AD风险[35]。

4 小结与展望

肠道菌群调节有望成为防治AD的新方法。但是目前仍有不少问题需要阐释清楚。因此，需要进一步就肠道菌群与AD之间的确切关系做深入研究。通过药物来改变肠道菌群的种类，从而延迟AD的发病以及改善AD的症状，有利于关于肠道菌群认识的发展。关于肠道菌群的比较分析可以对AD这个复杂的疾病有新的认识，这对于早期诊断、新治疗靶标确立和新药开发的研究很重要。

目前，中药的成分复杂且种类较多，其作用机制还不十分清楚，肠道菌群也是具有多样性特征的群体微生物，而AD的发病机制仍不明确，对AD的防治尚缺乏有效方法。要阐明中药通过调节肠道菌群治疗AD的作用机制，则需要通过临床和实验研究获得循证医学依据。目前很多中药通过调节肠道菌群防治AD的研究尚缺乏严谨、缜密的设计、可重复验证的实验数据支持及大样本、多中心、随机、双盲、安慰剂对照的临床随机对照试验(RCT)研究证据，这已经成为中医药开发、应用和发展的重要瓶颈。第一，可以借助现代发达的科学技术手段，如纳米靶向技术、网络药理学、代谢组学技术、基因图谱、单细胞测序技术等，对中药复方、单味中药、中药单体等进行筛选、分析、验证，从肠道菌群等角度对其作用机制进行深入剖析，使其从药物成分到药物效应，再到作用机制，实现可重复化、清晰化、精准化和网络化，从而推动中医药的现代化、国际化进程。第二，大力开展大样本、多中心、随机、双盲、安慰剂对照的RCT以及缜密设计、可重复验证的基础实验，从而获得有说服力的、国际公认的循证医学证据，提高中医药研究的层次和水平。第三，将肠道菌群研究与中医的证候研究、四诊研究等相结合，立足中医理论，突出中医药特色，结合中医药优势和特点，保证中医药的健康、有序、良性发展。应该立足中医根本，借助现代科技的发展引擎，把中医药通过肠道菌群防治AD的研究作为新视角，推动中医药现代化的发展进程。