中医药调节肠道菌群治疗神经退行性疾病研究进展＊

杨玉芳，何建成

（上海中医药大学基础医学院 上海 201203）

人体肠道定殖着数以万计的微生物群落，即肠道菌群。近年来许多前沿研究都在关注肠道系统及寄居肠道的微生物群对机体的影响，随着脑-肠-轴概念的提出和深化[1]，肠道菌群和神经系统相互作用的科学研究进展飞速。肠道被称为第二神经系统，肠道微生物参与了代谢系统、免疫系统、神经系统相关的多种疾病的发病机制，尤其在多发性硬化（multiple sclerosis，MS）阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）甚至罕见病多系统萎缩（multiple system atrophy，MSA）等神经退行性疾病中，肠道菌群发挥着重要作用。

随着人口老龄化的加剧，神经退行性疾病的发病率日渐增高，迄今尚未有长期有效的治疗药物。中医理论认为，“要想长寿，肠道长清”，提示肠道健康与老年健康密切相关。近年来现代医学的相关研究，为肠道系统和老年疾病尤其是老年神经退行性疾病之间的相关性提供了实验证据和理论依据。本文对近年来报道的中医药以调节肠道菌群为主要机制治疗神经退行性疾病的研究结果进行综述，以期为神经退行性疾病的机制研究和中医药治疗策略提供新的思路。

1 肠道菌群作用中枢神经系统的主要机制

肠道微生物已被证实能够调节机体免疫系统的功能，并能够调节神经系统的发育，影响机体的行为表现[2]。多种免疫细胞群的分型、迁移和功能都受到肠道菌群的影响[3]。外周和中枢免疫系统之间的免疫细胞通路是协调微生物作用于脑功能和行为变化的主要机制[4,5]。中枢神经系统的免疫反应主要由小胶质细胞和星形胶质细胞介导。肠道菌群可通过其代谢物，如短链脂肪酸SCFAs[6]、色氨酸[7,8]等，影响中枢神经系统内的小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，从而调控大脑内的炎症反应，影响疾病进程。

肠道来源的小分子也可以通过免疫系统影响中枢神经系统的功能。机体应对微生物分子入侵时通过模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）激活固有免疫反应，最常见的PRR 即Toll 样受体家族（Toll-like receptors，TLRs），在固有免疫细胞和中枢神经系统的神经元和胶质细胞中均有表达[9]。比如革兰氏阴性细菌细胞壁外壁主要成分为脂多糖，系统性注射脂多糖可以激活大脑内表达TLR4 的神经细胞如小胶质细胞，引发神经炎症[10]，但细菌来源的微生物相关分 子 模 式（microbe-associated molecular patterns，MAMPs）究竟如何影响神经炎症仍有待深入研究。

在机体发生感染、炎症和自身免疫反应时，肠道菌群可以调节肠粘膜表面的固有和适应性免疫反应，影响中枢神经系统[11]。比如格兰氏阳性的分节丝状细菌（Segmented filamentous bacteria）可促进小鼠小肠上皮细胞中的辅助性 T 细胞 17（T helper cell 17，TH17）发育，从而促进IL-17A的分泌[12,13]；如果将这类细菌移植至无菌小鼠肠道，可能通过TH17 细胞介导[14]，从而促进实验性自身免疫性脑脊髓炎（Experimental Autoimmune Encephalomyelitis，EAE）的发生[15]。人肠道的脆弱拟杆菌属（Bacillus fragilis）可通过荚膜多糖（polysaccharide A，PSA）诱导调节性T 细胞（Regulatory cells，Tregs）分泌 IL-10；向 EAE 模型小鼠移植野生型的脆弱拟杆菌可减缓EAE 病程，而移植缺失荚膜多糖的菌株则会增强EAE 的易感性[16]，提示肠道菌群能直接作用于外周免疫细胞，调节神经炎症相关退行性疾病的发病进程。

相应的，中枢神经系统同样能够调节肠道环境，其主要通过迷走神经系统和神经内分泌系统作用。迷走神经是一丛副交感神经的运动和感觉纤维束，肠道菌群介导的多种运动和感觉行为都依赖于肠迷走神经的传输[17,18]。肠道迷走神经的神经元可以控制肠道蠕动、神经化学分子的释放和肠道的免疫环境，比如迷走神经刺激可通过神经递质乙酰胆碱来减缓免疫反应[19]。肠道定殖的细菌也与神经化学系统的发育密切相关，可影响血清素等神经递质的分泌[20]。宿主内的绝大多数血清素都来源于胃肠道[21]，其他神经递质比如GABA[18]、去甲肾上腺素和多巴胺[22]等都受到肠道菌群的调控。中枢神经系统也通过HPA 轴（下丘脑-垂体-肾上腺轴）调节肠道的生理状态，比如应激反应可通过HPA 轴调节肠道通透性、肠蠕动和肠粘液的分泌[23]。因此微生物群-肠-脑的相互作用不仅体现在肠道菌群对神经中枢的影响，也体现于神经中枢对肠道环境、菌群组成和免疫功能的调节。

2 神经退行性疾病中的肠道菌群紊乱

爱尔兰政府发起的ELDERMET（Metagenomics of the Elderly）计划，主要针对老年人的肠道菌群进行研究，通过178 名65 岁以上人群的样本研究发现，肠道菌群的多样性和个体的健康状况呈正相关[24]，提示肠道菌群的多样性可以潜在反映老年人群的健康水平。针对人群的排泄物样本肠道菌群16S rRNA 测序结果显示，神经退行性疾病患者的肠道菌群丰度相较正常人显著不同，其中神经退行性疾病如多发性硬化[25,26]、帕金森病[27,28]、阿尔茨海默病[29]，甚至罕见神经退行性疾病多系统萎缩[30]病人的肠道菌群丰度都较正常人群有着显著变化，提示肠道菌群成为神经退行性疾病的治疗靶点之一。

对MS 病人的排泄物样本分析发现，相较于健康人样本，MS 病人肠道菌群丰度上升的细菌种属有：甲烷短杆菌（Methanobrevibacter），疣微菌属的Akkermansia，脱磷孤菌属的Desulfovibroneceae[25]；假单胞菌属（Pseudomonas），枝动杆菌属（Mycoplana），嗜血杆菌属（Haemophilus），Blautia属 ，Dorea属[26]，链 球 菌 属（Streptococcus）和迟缓埃格特菌（Eggerthella）[31]，瘤胃球 菌 属（Ruminococcus）[32]。 丰 度 下 降 的 菌 属 有 ：Butyricimonasshu属[33]；毛螺旋菌科（Lachnospiraceae），瘤 胃 菌 科（Ruminococcaceae）[25]；Parabacteroides属 ，Adlercreutzia属，普雷沃菌属（Prevotella）[26]；梭状芽胞杆菌 群（Clostridia clusters XIVa and IV）[31]，拟 杆 菌 科（Bacteroidetes）和粪杆菌属（Faecalibacterium）[31,32]。

对PD 病人排泄物样本分析发现，相较于健康人样本，PD 病人肠道菌群中丰度上升的细菌种属有：Blautia属，粪球菌属（Coprococcus），氏菌属（Roseburia），变形菌门（Proteobacteria）[27]。丰度降低的细菌种属有：粪 杆 菌 属（Faecalibacterium）[27]，普 雷 沃 氏 菌 科（Prevotellaceae）[27-28]。

对AD 病人排泄物样本分析发现，AD 病人发病率与细菌和病毒感染显著相关[34]。更多的样本结果显示，AD 病人肠道菌群中的一些细菌种属如拟杆菌属（Bacteroides），放线菌类（Actinobacteria），瘤胃球菌属（Ruminococcus），毛螺菌属（Lachnospiraceae），月形单胞菌属（Selenomonadales）等显著改变[29]。

对中国大陆的15 例MSA 病人及其对照样本的粪便宏基因组测序[30]发现，MSA病人的肠道菌群中，丰度升高的菌属有：Akkermansia，氏菌属的Roseburia hominis，Akkermansia muciniphila，Alistipes onderdonkii，副血链球菌（Streptococcus parasanguinis）和木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）；丰度显著降低的细菌种属有：巨单胞菌属（Megamonas），双歧杆菌属（Bifidobacterium），Blautia，Aggregatibacter，拟杆菌属的Bacteroides coprocola，巨单胞菌属的Megamonas funiformis， 双 歧 杆 菌 属 的Bifidobacterium pseudocatenulatum，梭状芽胞杆菌的Clostridium nexile，拟杆菌属的Bacteroides plebeius和颗粒链菌属的Granulicatella adiacens。

尽管多项研究纷纷证实神经疾病患者肠道菌群的异常，但样本研究结果之间的差异也导致靶向单一异常菌群的治疗方案难以实施。因此，通过靶向肠道菌群开发具有临床满意疗效的神经退行性疾病的综合治疗方案成为当下研究的需求。

3 肠道菌群参与神经退行性疾病的发病机制

在使用高通量测序技术分析神经退行性疾病患者肠道菌群异常的同时，神经退行性疾病动物模型的各项研究则逐步揭示了肠道菌群参与神经疾病发病的具体机制。

3.1 肠道菌群参与多发性硬化发病机制

MS 是以中枢神经系统白质神经细胞髓鞘炎性脱落为主要病变的慢性神经系统疾病，目前研究多认为多发性硬化是一种自身免疫性疾病，病毒感染、遗传、环境等也可能是其致病因素，实验性变态反应性脑脊髓炎EAE 模型其最常用的研究模型。无菌小鼠相对于正常对照小鼠更不容易感染EAE，而该种抗性在移植了正常小鼠的粪便肠道菌群后得到逆转[15,35]。罗伊氏杆菌属可将食源性的色氨酸代谢为吲哚-3-甲醛等芳基烃受体（aryl hydrocarbon receptors，AHR）的天然配体[7,8]。在EAE小鼠中，抗生素可减少AHR协同剂吲哚-3-硫酸盐（indoxyl-3-sulfate，I3S）的表达水平并加重EAE的疾病进程，反之补充I3S和吲哚-3-甲醛可促进EAE 的恢复。色氨酸富足时，TGFα可与星形胶质细胞中的ErbB1 受体发生作用，限制星形胶质细胞激活和EAE 病程；色氨酸缺乏时，小胶质细胞分泌VEGF-B，触发星形胶质细胞中的FLT-1 信号传导，激活星形胶质细胞，导致EAE 恶化[36]，表明肠道菌群的代谢物可调控中枢炎症参与多发性硬化发病。

3.2 肠道菌群参与帕金森病发病机制

PD 是以中脑黑质致密部多巴胺能（dopaminergic，DA）神经元的进行性丢失和神经元内过度沉积的α-突触核蛋白形成的病理性的路易小体为主要病理特征，以静止性震颤、肌僵直、运动迟缓和姿势步态异常等为主要临床特征。其发病机制复杂，神经炎症是导致PD 发病的元素之一。在受到持续刺激时，脑内激活的小胶质细胞可分泌细胞炎症因子如ROS，NO，TNF-α和 IL-1β等，引起多巴胺能神经元的死亡[37]。Devos 等在PD 患者结肠活组织中检测到促炎因子如TNF-α、IFN-γ、IL-6 等表达水平的升高和小胶质细胞的激活[38]，证明肠道菌群是PD 的潜在致病因素。在以α-突触核蛋白过表达的PD 小鼠模型中，抗生素治疗减缓PD 进程，而重新回归有菌环境则促进PD 病理变化。向无菌小鼠移植特殊的细菌代谢物将促进神经炎症和运动症状的发生；向PD 小鼠移植细菌则发现，相比于正常病人的粪便，PD病人的粪便显著增强小鼠的病理损伤；提示肠道菌群能够调控小鼠的运动障碍[39]。在MPTP亚急性造模的PD小鼠模型中，移植PD小鼠的肠道菌群能够诱导正常小鼠的运动功能损伤和纹状体神经递质的减少，而向PD 小鼠移植正常小鼠的粪便肠道菌群则能够减缓肠道菌群紊乱和黑质区胶质细胞的激活，提高纹状体多巴胺能神经递质含量，减少运动损伤[40]。在6-OHDA 所致大鼠PD 模型中，抗生素处理显著改善大鼠运动障碍和多巴胺能神经元损伤[41]。可见肠道菌群的紊乱可引起黑质致密部胶质细胞的激活，加剧PD 病理进程，而菌群移植能够改善PD 小鼠肠道菌群，并且改善PD 样的运动功能损伤。

3.3 肠道菌群参与阿尔茨海默病发病机制

AD 是中枢神经系统第一大退行性病，以脑内毒性Aβ42错误折叠形成的β-淀粉样蛋白沉积，Tau蛋白异常磷酸化引起的神经原纤维缠结以及皮质神经元丢失为主要病理特征。无菌来源的AD 模型APP/PS1转基因小鼠大脑内和血清的β-淀粉样蛋白均显著下降[42]。APP/PS1 小鼠使用光谱抗生素治疗后脑内Aβ斑块显著减少[43]，同样抗生素或益生菌处理能够改善AD 动物的学习和记忆[44,45]。AD 的大脑Aβ沉积是由防御细菌入侵所致的概念被提出[46]，同时研究发现，相较于正常人，AD 病人粪便中介导炎症的埃希氏菌属和志贺氏杆菌属丰度显著升高，而且这些细菌的丰富与病人血液中促炎因子的富集度显著相关[47]。一些饮食策略如生物活性类的食物也可以调节肠道菌群，改善AD 小鼠的突触损伤等病理症状，其中促炎类细菌的变化最为显著[48]，提示肠道菌群可能通过促进神经中枢炎症影响AD 病程。在果蝇AD 模型中，肠道菌群的SCFA 代谢产物醋酸盐显著下降，提示肠道菌群可以影响SCFA 等的代谢，参与AD 病理发展[49]。而向无菌小鼠移植来自AD 病人的粪便代谢物可引起小鼠的显著的学习记忆行为学障碍[50]，表明肠道菌群紊乱可以直接导致AD相关病理症状。

4 中医药调节肠道菌群治疗神经退行性疾病

肠道菌群通过脑-肠轴和外周免疫系统参与了多种神经退行性疾病的病理进程，也为中医药治疗神经退行性疾病的可能机制提供了药效基础。中药解毒化瘀汤（黄连解毒汤加味方）能够改善AD 模型小鼠的学习记忆，并改变了小鼠肠道Firmicutes，Bacteroidetes，Proteobacteria等菌属的多样性，其中Dorea菌属为其中关键作用的肠道菌群[51]。基于六味地黄汤药效物质的新方LW-AFC 及其活性成分灌胃APP/PS1 小鼠可显著改善其记忆能力，而经灌胃的小鼠粪便再灌胃APP/PS1 小鼠同样能够显著改善其学习记忆，表明LWAFC可通过调节肠道菌群改善AD病理症状[52]。

中药佛手散可改善APP/PS1 小鼠记忆障碍，并且减缓LPS所致炎症损伤，同时上调了Lactobacillus菌属的丰度，降低了E.coli的丰度[53]。中药化风丹在鱼藤酮合并LPS 毒性所致PD 大鼠模型中显著改善运动行为障碍，减缓了多巴胺能神经元的丢失和小胶质细胞的激活，同时调节了紊乱的肠道菌群[54]。以上研究提示，复方中药可能通过调节肠道菌群抑制神经退行性疾病中的炎症反应。以海洋褐藻提取物为原料制备的AD治疗新药—低分子酸性寡糖化合物甘露特纳（GV-971），已在临床三期实验中显著改善MCI 病人的认知功能，研究进一步发现其可重塑AD 小鼠的肠道菌群组成，从而抑制Th1细胞的分化和M1型小胶质细胞激活，同时也能改善轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）病人的肠道菌群组成[55]。此外，大麻类的中药单体能够改善EAE 小鼠的神经损伤，抑制IL-17、IFN-γ等炎症因子，并显著改变肠道菌群丰度，下调促炎细菌Akkermansia muciniphila丰度，而肠道的短链脂肪酸如丁酸，异戊酸，和戊酸等含量升高。重新移植食用大麻类药物的小鼠粪便至EAE 小鼠可改善其病理症状，证明肠道菌群的改变是大麻类药物发挥保护作用的关键[56]。以上研究进一步证明，中药单体可直接调节肠道菌群，抑制神经炎症，减缓神经退行性疾病的损伤。

肠道菌群可调节小鼠脑源性神经营养因子BDNF的表达，并改变小鼠的行为学表现[57]。BDNF 也参与了肠道菌群改善PD 的机制。一些饮食策略比如模仿禁食的饮食减缓了MPTP 神经毒性所致小鼠PD 病理损伤，抑制神经炎症，并提高了Firmicutes，Tenericutes和Opisthokonta等菌属的丰度，降低了Proteobacteria菌属的丰度，并且提高了BDNF 的表达水平[58]，提示BDNF 可能协同肠道菌群改善PD 病例症状。使用Lactobacillus rhamnosus GG，Bifidobacterium animalis lactis和Lactobacillus acidophilus的益生菌组合治疗分别在鱼藤酮和MPTP 毒性所致PD 小鼠中减缓了神经损伤，提高了BDNF的表达，降低了MAO-B 的表达，其中Lactobacillus rhamnosus GG是主要作用菌株。因此可以推测，具有上调神经营养因子功能的复方中药也可能改善疾病模型的肠道菌群组成，比如中药复方地黄颗粒显著改善6-OHDA 所致PD 大鼠模型的运动障碍并提高BDNF 及其受体的表达[59]，可针对肠道菌群的变化进一步挖掘其药效机制。

5 展望

随着现代研究的深入，“肠道微生物-肠-脑轴”相互作用机制逐渐被揭示，肠道菌群在神经系统疾病尤其是MS、AD、PD 等炎症参与的神经退行性疾病的中发挥着重要作用，甚至还参与了MSA 这类罕见老年神经退行性疾病的发病进程。尽管如此，肠道菌群或肠道菌群代谢物究竟如何传递信号至神经系统，改变神经退行性疾病进程，具体机制尚未明确。

越来越多的研究表明，中医药可通过靶向肠道菌群参与神经退行性疾病的发病进程，为神经退行性疾病的中医药治疗策略提供了新思路。中医药在疾病治疗中，以多靶点、多途径和多层次疗效见长，肠道菌群为其复杂疗效提供了丰富的作用靶点，亟待进一步的研究和探索。

我国原创药GV-971 以海洋褐藻提取物为原料，是国际首个靶向脑—肠轴治疗轻中度AD 的上市药物，其以调节肠道菌群、抑制神经炎症为主要作用机制，最近受FDA 获批直接进入III 期临床试验，突显了对治疗阿尔茨海默病的迫切需求，以及美国监管机构对其在中国临床试验记录数据所示治疗效果的肯定，为靶向肠道菌群治疗神经退行性疾病的相关中药提取物的新药研发创造了美好的愿景。此外，基于改善肠道菌群的饮食策略在神经退行性疾病模型中也发挥着保护作用，为中医进补的基本理论提供了坚实的实验证据。

未来的研究将基于肠道菌群对中枢和外周免疫系统的作用机制，联合使用特定肠道菌群代谢物、抗生素、益生菌和中医药治疗，进一步开发神经退行性疾病的新型治疗策略。