中药促进Akk菌功能发挥的研究进展

张树辉，部繁，段正兰，丁洋，陈拓，周锦勇，施国平，陈玉根

(南京中医药大学附属医院，江苏 南京 210029)

2004年，人类首次从粪便中鉴定出了一种新的黏液降解菌——Akkermansia muciniphila(Akk菌)[1]。Akk菌为革兰氏阴性菌、无运动性严格厌氧菌，定植于肠黏膜，以黏蛋白为氮源和碳源，产生短链脂肪酸[2]，为肠上皮细胞提供能量[3]。近年来，Akk菌被发现与多种疾病存在明显相关性，主要集中在肥胖及诸多代谢性疾病。最新研究发现，Akk菌与炎症性肠病[4]、渐冻症[5]、孤独症[6]、癫痫[7]、高血压[8]等疾病呈负性相关，也被发现其影响了癌症免疫疗法中患者对PD-1阻滞剂的响应程度[9]。这使其成为当前肠道菌群研究领域中炙手可热的“明星菌”。中药中因含有的纤维、多酚和多糖等成分，可在预防和治疗疾病中发挥类似益生元的作用，通过调节肠道微生物的数量、分布及代谢产物，促进Akk菌功能的发挥，从而起到治疗疾病的作用。笔者将从中药及其有效成分对Akk菌的“益生元”样作用及其调控Akk菌促进肠黏膜屏障修复、影响菌群代谢及对“肠-肝轴”“脑-肠轴”的影响进行综述。

1 中药对Akk菌具有“益生元”效应

肠道微生物的数量及分布受口服及灌肠中药的影响显著，诸多研究提示，中药可能对Akk菌有益生元样效应，通过调节肠道微生物的数量、分布及代谢产物促进其益生菌功能发挥，从而起到治疗疾病的作用。Wang等证明大黄酸可以增加db/db糖尿病小鼠体内拟杆菌及Akk菌的丰度，并降低拟杆菌和厚壁菌的比值[10]，这一比值与血糖浓度呈显著正相关[11]。小檗碱是黄连的主要有效成分，具有抗动脉粥样硬化，改善心肌缺血再灌注引起的损伤、降血脂等保护心脏的作用[12]。Zhu等证明小檗碱可以增加高脂饮食(HFD)引起的APOE-/-小鼠肠黏液层厚度及紧密连接蛋白的表达并引起Akk菌丰度的显著增加,从而减轻小鼠动脉粥样硬化[13]。王磊等证明葛根素改善了HFD小鼠的体质量、胰岛素水平和葡萄糖稳态；菌群检测发现，小鼠服用葛根素能够促进Akk菌数量的增加，其潜在机制可能是葛根素增加了黏蛋白Muc2和抗菌肽RegIIIγ的表达，促进杯状细胞的生长和功能发挥，Akk菌主要以杯状细胞分泌的黏蛋白为食[14]。

2 中药调控Akk菌促进肠黏膜屏障修复

2.1 糖尿病与肥胖

糖尿病患者肠道紧密连接蛋白的表达降低导致肠道通透性增大，使得脂多糖(LPS)过多吸收而导致慢性炎症[15]。研究发现，在饮食诱导肥胖小鼠中，Akk菌的丰度减少，而通过补充Akk菌可逆转高脂饮食诱导的代谢紊乱并提高小鼠肠内大麻素水平[16]。Akk死菌可显著提高胰岛素敏感性指数；活菌可显著提高胰岛素抵抗评分，同时可以降低血液炎症指标，其作用机制可能是通过加强肠道屏障功能，最终降低血浆LPS起到抗炎作用[17]。研究发现，中药及中药复方可通过“肠道菌群-黏膜免疫-炎症-糖尿病轴”改善葡萄糖稳态及糖尿病[18]。一项研究提示，中药大黄中的蒽醌类化合物显著增加了糖尿病小鼠体内Akk菌的数量；大剂量蒽醌类化合物可显著提高紧密连接蛋白Zo-1和Octopin的表达，通过保护肠紧密连接来抑制炎症反应[19]。一项关于肥胖的动物研究显示，中药金银花通过调节肠道菌群分布和肠道通透性改善肥胖；使用金银花处理高脂饮食小鼠，结果显示与对照组相比，金银花处理后的小鼠体质量和腹部、附睾脂肪组织重量明显降低，血清生化指标也得到了改善；金银花显著提高了Akk菌及拟杆菌与厚壁菌的比例；细胞实验中发现金银花可改善LPS导致的Zo-1和Claudin-1的基因表达降低的情况，维持了肠上皮的完整，其机制也可能与Akk菌的增加有关[20]。

2.2 炎症性肠病(IBD)

炎症性肠病包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。多数人认为IBD的发病是由于黏膜屏障被破坏，导致肠道微生物的移位和免疫系统的激活[21]。在UC患者中，Akk菌数量明显减少[22]，在CD患者中也发现同样的情况[4]。一项最新研究显示，Akk菌对DSS诱导的小鼠结肠炎有保护作用，其机制可能与促进紧密连接蛋白表达，改善结肠黏膜屏障损伤、降低炎症因子相关[23]。作为丹参的有效成分之一，丹酚酸A(SAA)被发现可以通过调节肠道微生物保护DSS引起的急性结肠炎。研究结果显示SAA的治疗可以逆转模型组Akk菌丰度降低的情况；SAA治疗后大鼠炎症细胞因子IL-1、IL-6和MCP-1表达降低，回肠和结肠的紧密连接蛋白(Zo-1、Oclocin和Claudin-5)的表达升高，这表明SAA可能是通过调控Akk数量，起到保护肠屏障功能，从而治疗肠炎[24]。在一项关于绿原酸的研究中同样发现Akk菌丰度的提高有利于肠炎的缓解；绿原酸的加入改善了DSS小鼠体质量减轻和DAI评分；研究显示，绿原酸能逆转DSS引起的黏液蛋白的下调，维持肠屏障完整性，起到抗炎作用，其机制可能也与Akk菌数量的显著提高密切相关[25]。金银花、茵陈、杜仲叶中含有丰富的绿原酸，其对结肠炎患者的潜在治疗价值有待深入探索及开发。研究发现，中药复方“戊己丸”可有效缓解炎症后肠易激综合征(PI-IBS)大鼠的症状，并且可以逆转PI-IBS引起的肠道菌群丰度降低，显著增加Akk菌的丰度[26]。

3 中药调控Akk菌调节菌群代谢

随着肠道微生物群衍生的代谢产物的发现，如短链脂肪酸(SCFA)、脂多糖(LPS)、胆汁酸(BAs)和氧化三甲胺(TMAO)等，人们开始重视疾病与菌群代谢物的相互作用。有研究者将Akk菌经口灌胃早衰模型小鼠，发现次级胆汁酸生物合成富集增多以及小鼠寿命延长[27]。同时，最新的一项研究显示，Akk菌及其代谢物烟酰胺(NAM)在渐冻症的治疗中发挥重要作用[2]。多项研究证实，TMAO与动脉粥样硬化、心血管事件、阿尔茨海默病等显著相关。研究发现，三甲胺裂解酶抑制剂在减少胆碱饮食引起TMAO升高的同时，也增加了小鼠肠道内Akk菌的数量[28]。一项关于白藜芦醇(RSV)的研究发现，RSV可通过重塑肠道菌群抑制肠道微生物三甲胺(TMA)的形成，导致TMAO水平的降低，从而减弱TMAO诱导的动脉粥样硬化，同时，16S rRNA基因测序分析结果显示，RSV治疗提高了模型小鼠Akk菌的丰度[29]。一项高血压的研究将丹参与黄芪联合应用，结果显示丹参联合黄芪的治疗可以起到稳定降压的作用，同时改善了高血压引起的菌群失调。通过对肠道菌群进行16S rDNA V4区高通量测序，发现丹参黄芪组增加了Akk菌的丰度，恢复了厚壁菌与拟杆菌的比值(F/B)，其降压机制可能是通过改善肠道菌群分布调节类固醇激素的合成以及花生四烯酸和色氨酸的代谢而产生的[30]。

4 中药调控Akk菌影响“肠-肝轴”“脑-肠轴”

4.1 “肠-肝轴”

肝脏是人体内最大的解毒器官，通过肝门静脉系统与肠道密切相关。肠道微生物在“肠-肝轴”的相互作用中起着重要作用。肠屏障受损后，致病菌和脂多糖大量易位，经肝门静脉进入肝脏，肝脏的枯否细胞(KCs)吞噬LPS释放细胞炎症因子造成肝功能的损害，LPS又使肠黏膜通透性进一步增高而形成恶性循环。一项研究采用链脲佐菌素高脂饮食(STZ-HFD)诱导小鼠模型，模型小鼠遵循肝脏疾病进展，从脂肪变性到非酒精性脂肪性肝炎、纤维化，最终发展为肝癌。结果显示，在STZ-HFD组小鼠中，Akk菌数量减少，提示Akk菌或与血浆、肝脏和粪便中的LPS水平呈显著负相关[31]。一项临床研究显示，肝癌及肝硬化患者均出现Akk菌数量的减少，同时肠道通透性及血浆LPS水平增加。肝细胞癌患者体内钙网蛋白浓度升高，与Akk菌浓度呈负相关，与肝硬化严重程度呈正相关，提示Akk菌的肝保护功能可能是通过降低肠源性炎症实现的[32]。近期的一项研究显示，大黄提取物可以通过调节肠道微生物预防急性酒精摄入引起的肝炎；大黄提取物的添加改变了肠道微生物，尤其是Akk菌。在经酒精刺激后的大黄提取物喂食小鼠(rhubarb extract-fed mice)中，Akk菌的相对丰度达到40%。经分析，Akk菌的丰度与抗菌肽RegⅢγ的表达呈正相关，故猜测大黄提取物可能是通过增加Akk菌的数量促进RegⅢγ的表达，以此恢复肠道屏障功能，从而预防酒精引起的肝损伤[33]。一项菌群移植(FMT)的研究显示，移植了槲皮素(金丝桃有效成分之一)高应答供体小鼠肠道菌群的受体小鼠，在HFD诱导的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)中表现出保护性表型，该保护作用与“肠-肝轴”的变化相关。槲皮素的“益生元”功能通过调控Akk菌在防止NAFLD发展中发挥主要作用[34]。

4.2 “脑-肠轴”

近年来，大量研究发现肠道与大脑之间存在着相互作用的“脑-肠轴”，而肠道微生物及其代谢产物的改变可以通过“脑-肠轴”影响中枢神经系统的发育及功能[35]。除了肠道微生物本身外，肠道微生物的代谢产物在“脑-肠轴”之间发挥着重要作用。肠道微生物会产生很多影响大脑功能的神经递质，如5-羟色胺、色氨酸、多巴胺、γ-GABA。以5-羟色胺为例，5-羟色胺与情绪、睡眠、性欲、食欲、生物节律的调节密不可分，而大部分5-羟色胺是由肠道细菌合成的。越来越多的证据表明，很多神经精神类疾病(如抑郁症、自闭症、阿尔兹海默病等)的发病都与“脑-肠轴”的紊乱存在着密切的联系。“脑-肠-微生物群轴”的紊乱会增加肠道通透性，激活免疫导致全身炎症，进而促进神经炎症、神经损伤，最终导致疾病的发生。一项研究显示，中药巴戟天能明显下调细胞内阿尔茨海默病标志物Aβ的表达，改善脑组织肿胀，减少神经元凋亡。巴戟天的加入显著提高了Akk菌的丰度[36]。另一项研究同样显示出巴戟天寡糖对于阿尔茨海默病大鼠(AD大鼠)认知的改善，AD大鼠的肠道微生物群与正常大鼠相比发生了改变，梭菌和梭状芽孢杆菌的数量显著增加，而治疗组可以逆转这些变化，同样增加了Akk菌的数量[37]。上述两项研究结果都显示了中药巴戟天可能通过增加Akk菌及乳杆菌的数量改善AD状态，其机制可能与菌群产生的γ-GABA相关，而γ-GABA具有保护认知功能的作用。

5 结语

具体中药、复方及相应有效成分可详见表1和表2。Akk菌在多种疾病中具备潜在的治疗作用，被认为是下一代益生菌药物“候选”菌。目前针对Akk菌的中药研究主要涉及糖尿病、肥胖、炎症性肠病、肠易激综合征、动脉粥样硬化、高血压、肝炎、阿尔茨海默病等，以代谢性疾病、心脑血管及肠道疾病较多；具有潜在益生元作用的中药包括大黄、金银花、茵陈、葛根、黄连、金丝桃、黄芪、杜仲、巴戟天和藜芦等，其中以清热类、补益类药物较多。从当前的研究来看，Akk菌虽以黏蛋白作为能量来源，但其对肠道黏液层厚度和肠屏障完整性存在正向调节作用。中药调控Akk菌对代谢性相关疾病、肠道疾病以及对“肠-肝轴”的影响多是通过促进肠黏膜屏障修复、维持肠上皮完整性来实现的；对心脑血管病及对“脑-肠轴”的影响，主要是通过促进肠道菌群代谢物的变化来实现的。然而，当前探讨中药与Akk菌的研究相对较少，尤其是中药复方由于其成分复杂更加难以开展实验研究，对于中药及复方对Akk菌的具体作用机理尚有待进一步阐释。我国中药资源丰富，通过探讨中药及其有效成分对Akk菌的调控机制、对肠道微生物代谢产物的影响，深入挖掘对Akk菌具备益生元潜力的中药，将为中医药现代化发展提供新的思路和方向。

表1 中药单体及其有效成分对Akk菌的影响

表2 中药组合及复方对Akk菌的影响