中药对肠道黏膜损伤的研究进展

朱佳源,肖嫩群,谭周进

朱佳源,肖嫩群,谭周进,湖南中医药大学微生物教研室 湖南省长沙市410208

0 引言

肠黏膜的表面积约为400 m2,是一种高度动态结构,同时是多个应激源的部位,并形成了内部环境与外部环境之间的一道屏障,一方面,完整的肠黏膜可保护人体免受微生物和毒素的侵袭,防止水和电解质损失,另一方面,允许机体与外部环境进行分子交换,选择性渗透性,能够吸收营养物质、电解质和水(图1)[1].肠黏膜由黏膜上皮细胞(epithelial cell,IEC)、细胞间紧密连接和菌膜三者构成,其中IEC与粘液层一起形成主要的物理和生化屏障,此外,肠黏膜还聚集了大量的免疫细胞,包括T细胞,B细胞,巨噬细胞和树突状细胞与带有共生肠道菌群的外粘液层、抗菌蛋白(antimicrobial peptides,AMP)和分泌性免疫球蛋白(secretory Immunoglobulin A,sIgA)分子共同形成了强大的黏膜免疫屏障[2,3].微生物群、肠上皮屏障和局部免疫系统之间的复杂相互作用帮助机体维持体内平衡并促进肠道的健康发展[1,4].而当机体肠黏膜结构和功能受损,引起抗原和细菌发生渗漏,全身炎症并激活免疫细胞触发免疫反应,导致人体患自身免疫性疾病的风险增加,此外许多肠道疾病与胃肠道发生渗漏有关,例如炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)[5].肠道黏膜受损,肠道免疫功能也受到不同程度的抑制,主要表现为肠道sIgA产生含量减少,肠道抗定植力下降,促进肠内细菌和内毒素移位等[6].

近年来,应用西药治疗肠道疾病虽然起效快,但复发率高,而中药在很大程度上克服了这一点,主要通过调节肠道菌群和胃肠代谢水平,维持肠黏膜完整性和恢复肠道屏障功能[2].但服用过量的缓泻剂和苦寒类中药可以通过影响肠道菌群结构及其物质和能量代谢,引起肠道微生态失衡,或破坏肠黏膜机械和免疫屏障,加重肠黏膜损伤[7].本文讨论了中药对肠黏膜损伤的主要方式,包括中药对肠黏膜机械、生物、免疫屏障的损伤,并对中药损伤肠黏膜的机制以及如何降低中药的毒副作用进行了思考,以期为中药治疗肠道疾病提供更加科学的依据.

1 中药对黏膜损伤的方式

中医药可通过健脾、运脾、补脾、疏肝治疗肠道疾病,此外中药可以通过改善肠道菌群失调、调节肠黏膜免疫、维持肠黏膜组织的完整性、降低肠黏膜通透性、促进肠蠕动和增加肠黏膜的血流量来实现对肠黏膜的保护[2,8,9].然而近年来有研究表明,中药亦可通过影响肠道菌群或破坏肠黏膜机械和免疫屏障来损伤肠黏膜,其可能机制如下(图2).

1.1 中药对肠黏膜机械屏障的损伤 肠黏膜屏障以机械屏障最为重要,主要由共生肠道菌群的外黏液层、单层的柱状上皮细胞(IECs)及其紧密连接、固有层组成.黏液层覆盖在肠上皮细胞,是外部分子到达肠腔的第一道物理防线,主要组成部分是高度糖基化的粘蛋白,与肠道杯状细胞形成疏水的弹性凝胶层,保护上皮绒毛免受物理性摩擦、化学消化和细菌粘附[3].IECs是肠屏障的决定因素,与黏液层一起形成主要的物理和生化屏障,肠上皮细胞之间的增殖与凋亡平衡是维持黏膜上皮稳定的关键,凋亡过度可能会抑制黏膜上皮细胞的再生与修复,凋亡不足可能导致黏膜上皮细胞的增生或肥厚,引起肠道黏膜屏障受损[2].单层IECs之间通过紧密连接的复合物:紧密连接(tight junction,TJ)、粘附连接(adherens junctions,AJ)和桥粒进一步将肠上皮细胞紧密连接起来,帮助维持肠黏膜屏障的完整性[3].此外,由毛细血管网、毛细淋巴管、神经、分散平滑肌、免疫细胞等组成固有层对各种分子的的筛选起到限制作用[3].引起肠黏膜机械屏障受损的原因很多,例如肠黏膜缺血及再灌注损伤、炎症介质、细菌易位及内毒素合成增加等皆可引起肠黏膜机械屏障受损[10].许多中药对肠黏膜机械屏障损伤的治疗有着很好的疗效,可通过降低TNF-α、IL-6等炎症因子水平来缓解肠道炎症、减轻肠道上皮细胞的损伤,亦可增强紧密连接作用、减少内毒素吸收,从而促进肠黏膜机械屏障修复[2,11].而当过量服用一些缓泻剂或使用一些存在配伍禁忌的复方时,可能引起一些肠道内毒素合成增加,或直接引起肠道炎症而损伤肠黏膜,从而破坏肠黏膜机械屏障.

图 1 肠黏膜与免疫、营养吸收功能关系.SIgA:分泌性免疫球蛋白.DC:树突状细胞;CD4+:T细胞;SED:上皮下圆顶.

图 2 中药引起肠黏膜损伤的机制.LPS:脂多糖;DAO:血清二胺氧化酶;PGE2:前列腺素E2;MUC-2:黏蛋白2;Treg:调节性T细胞.

据《本草纲目》记载:“续随子与大戟、泽漆、甘遂茎叶相似,主疗亦类同,其功皆长于利水,惟在用之得法,亦皆要药也.”说明自古以来千金子就与京大戟、甘遂、甘草等同列为利水要药.有研究表明[12]脂多糖(LPS)可诱导肠道炎症的发生,可引起肠道黏膜水肿,肠通透性增加,肠黏膜损伤,从而破坏肠黏膜机械屏障.陶伟伟等人[13]用甘草水提物、千金子醇提物水混悬液作为供试药品,对小鼠分别进行灌胃处理,发现甘草可通过轻度增加入血LPS含量,轻微损伤肠黏膜,千金子能明显升高血清二胺氧化酶(serum diamine oxidase,DAO)和入血LPS水平,导致肠黏膜受损.且经研究证实,源自于大戟科大戟属植物的大戟、甘遂、千金子等均含有化学结构相似的二萜类化学成分,具有相似的药性与功效取向,当与甘草合用时可能存在共性的禁忌规律,千金子与甘草合用升高LPS与DAO水平的同时,肠道黏液降解功能增强,加重肠黏膜损伤[13].番泻叶作为一种含蒽醌类衍生物的缓泻剂,可以直接刺激肠壁,增加肠道的水分,引起腹泻,而服用过量的番泻叶,可致肠道炎症性充血,损伤肠道黏膜,同时降低肠道乳糖酶活性,引起肠道内乳糖的滞积,加重腹泻而引起肠道发生弥漫性损伤[14].有研究表明[15]生半夏对胃肠黏膜具有明显的刺激毒性,可显著促进大鼠胃肠的运动并降低胃液中前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的含量、胃酸的分泌和胃蛋白酶的活性,从而导致胃肠黏膜的损伤.

1.2 中药对肠黏膜生物屏障的损伤 肠黏膜的生物屏障主要由正常的肠道菌群构成,健康成人肠道菌群以拟杆菌门 和厚壁壁菌门为主,但也包括较少的放线菌门、变形杆菌门、梭菌门和疣微菌门,这些菌群维持相对平衡,帮助机体抵御外来病原体的感染和促进人体免疫器官的发育成熟,亦可作为广谱抗原激活肠道免疫系统[11].此外还有促进药物代谢、激素分泌、维生素合成及血管重塑等功能[16-18].而当机体肠道菌群失调时,可促进儿茶酚胺的释放或直接刺激大量致病菌的生长,从而引起肠黏膜损伤,加重炎性肠病的发生与发展.

绝大多数中药给药途径以口服为主,中药中很多有效成分必须经过肠道菌群产生的特定代谢酶代谢转化后生成新的活性代谢产物才能被吸收而发挥药理作用,进而对机体产生不同的生物学效应,参与肠肝循环的药物可能再次被肠道菌群代谢转化[19,20].因此,肠道菌群在中药的代谢转化过程中具有非常重要的作用.肠道菌群代谢某些中药成分能够改变肠道菌群的结构和代谢,例如高剂量黄芩苷(苦寒类中药黄芩的提取物)长期使用可使小鼠肠道菌群失调,出现类似于林可霉素的破坏作用[21].长期服用高剂量黄连解毒汤(组方为黄连、黄芩、黄柏和栀子)时,小鼠肠道益生菌(双歧杆菌和乳酸杆菌)数量减少,机体定植抗性下降,引起肠道微生态失衡[22].进一步研究发现[23],给予高剂量黄连解毒组方颗粒剂一段时间后,小鼠肠道菌群也明显失衡.研究发现甘草中的甘草酸苷衍生物可改变胃肠道的酶和黏液表达,并可能改变肠道菌群的微环境,甘遂中的二萜具有细胞毒性和肝毒性,可刺激胃肠道,引起黏膜细胞和细菌细胞的代谢发生改变[24,25].余金高等人[25]对正常小鼠分别用甘草提取物、甘遂提取物和甘草-甘遂联合提取物处理7 d,发现甘草-甘遂联合使用影响肠道菌群多样性及脂质、H2S代谢,引起肠道微生态失衡.因此可通过肠道菌群了解某些含有草药组合中药方剂的缺点.

1.3 中药对肠黏膜免疫屏障和免疫系统的损伤 肠黏膜免疫屏障主要由肠道相关淋巴组织(gut associated lymphoid tissue,GALT)和弥散免疫细胞(主要指固有层淋巴细胞和上皮内淋巴细胞)构成及其分泌的免疫介质:抗菌肽(antimicrobial peptides,AMP)、lgA等构成[11].其中上皮内淋巴细胞(intraepithelial lymphocytes,IEL)与上皮细胞形成了抵抗入侵病原体的免疫防线,IEL受刺激后迅速增殖,并能通过释放IL-2、IFN-γ、TNF-α等多种细胞因子,有效抵御肠道病原体入侵,还有抗黏膜过敏反应、抑制免疫应答、消除损伤上皮细胞和促进SIgA发育等功能[26,27].黏蛋白(MUC)是肠上皮杯状细胞产生的黏液中的重要大分子,MUC-2对杯状细胞和CD103+树突状细胞之间的协同作用可导致Treg细胞分化和免疫耐受[28].固有层淋巴细胞主要产生聚合IgA能防止病原体穿过肠黏膜,抑制病原体的扩散以及在能侵袭的情况下破坏病原体[29,30].GALT是黏膜免疫系统的传入诱导和活化部分,诱导部位包括派尔集合淋巴结(peyer's patch,PP)和肠系膜淋巴结(mesenteric lymph nodes,MLNs),能够区分有害和无害抗原[31].GALT的免疫细胞由T、B细胞和树突状细胞(DCs)组成,其独特的结构内还包括微皱襞细胞、潘氏细胞等[32].PPs可以收集胃肠道上皮表面的抗原,MLN主要功能是过滤来自肠道的淋巴液,并对游离的抗原和由固有层巨噬细胞迁移到MLNs的抗原作出免疫应答[30,33].

大多数中药可以增强肠黏膜免疫屏障,可激活巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞和血液补体蛋白来实现其免疫调节作用,可通过促进上皮细胞修护及杯状细胞分泌黏液,促进固有层浆细胞分泌IgA的合成来改善肠免疫屏障功能[2,11].有关中药损伤肠黏膜免疫屏障的相关研究很少,但一些治疗便秘的中药可以引起肠道菌群失调,菌群失调可以导致肠道内IgA的分泌减少,进而诱发肠道炎症,从而影响肠道黏膜免疫屏障功能[25,34].且有研究表明[17]肠道菌群紊乱可使肠黏膜免疫系统发育受损,肠道内环境生态失调,进而引起免疫介导的相关疾病发生.这提示我们肠道菌群可能有助于维护肠道黏膜免疫.元华是一类具有肠毒性的中药,服用普通剂量相对安全,但与甘草合用其毒性显著增加,能明显抑制MUC-2的表达,从而可能抑制Treg细胞分化和免疫耐受[35].肠黏膜免疫系统十分复杂,目前对于其结构和功能都有了较深入的了解,关于中药通过肠道黏膜免疫系统发挥治疗作用的设想和研究的报道日益增多,传统中药汤剂中水溶性成分相对较多与中药活性成分大多为极性较小的脂溶性成分形成明显反差[28].因此,肠道黏膜免疫系统很可能在中药发挥作用的过程中扮演着重要角色,值得我们深入探讨.

2 中药对肠黏膜损伤的思考

多年来中医药的安全性和有效性受到质疑,仍是中医药发展的主要障碍.如今,随着中药方剂的现代化,科学家和医生越来越意识到草药组合可能诱发副作用或毒性的风险.源自《神农本草经》的“十八反”、“十九畏”是中药禁忌配伍的重要依据,然而许多汤剂中仍然存在一些存在配伍禁忌的组合,常见的有甘遂半夏汤,海枣玉虎汤,肝枣汤等[35].“甘遂-半夏”汤是一种含有甘草-甘遂组合的汤剂,在中医汤剂发展已有数千年的历史,如今仍被广泛用于临床治疗各种腹水.研究发现当甘草和甘遂一起提取时,可加速甘遂中二萜的溶解,并可能增加这种草药的毒性,然而当二者分开提取后再联合使用仍能引起肠道菌群失调,这表明二者副作用或毒性可由联合用药本身直接诱导的[36].海枣玉虎汤配方中存在海藻和甘草被认为是不利组合,然而其在治疗甲状腺相关疾病功效显著[37].传统汤剂的联合是复杂的,且现在的许多汤剂没有考虑疾病的本身去进行剂量上的合理设计,而是严格按照国家药典计量比设定,药物的毒副作用也因人而异,相关临床研究又十分的少[25].因此,需要结合大量临床实践和动物实验来正确评估含有甘草和甘遂或存在其他配伍禁忌的中药汤剂的利弊,探讨联合用药是否以及如何引起毒性作用.

如何降低中药对肠黏膜损伤的毒副作用以及了解相关机制,也值得我们深入研究,尽管不相容草药对的数量以及中药对肠黏膜损伤的相关研究有限,但这些草药对的不相容机制、不相容的发生条件以及如何引起肠黏膜损伤的原因非常复杂,几乎涉及体内药物处置过程的每个阶段[35].例如甘遂-半夏汤虽然含有甘草-甘遂这两种存在配伍禁忌的草药,但是该汤剂中的芍药可以促进甘草的吸收,甚至减弱甘遂对甘草的抑制作用,此外还通过磷脂代谢、脂肪酸代谢、苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢等多种代谢途径减弱其配伍毒性[38,39].甘遂还可以通过用醋炒的方式降低中药毒性,其可能机制是由于其增加了肠道有益菌的比例,潜在致病菌的数量下降,从而起到降低其胃肠道毒性的作用[40].大黄是常用的蒽醌类泻药,治疗慢性肾脏病也极为普遍,经发现其过量有胃肠道毒性,而经炮制后所得熟大黄、酒大黄、醋大黄,大大减轻其苦寒之性及泻下的副作用,与土茯苓配伍或经醋炒皆可减轻胃肠道反应[41].不同提取组分的半夏其毒性存在差异,半夏醇提组分的毒性大于全组分和水提组分,说明半夏的毒性成分主要存在于醇溶部位,水溶部位仅存在少量毒性成分,但是其产生毒性的具体成分是否仅为半夏草酸钙针晶和凝集素蛋白及毒性机制仍需进一步深入的研究证实[15].黄连解毒汤在低剂量应用时不会引起肠道菌群失调,甚至减少条件致病菌(肠球菌、大肠埃希菌)的数量,提示我们黄连解毒汤或许在更低剂量应用时可以作为肠道菌群调节剂[22].因此,我们可通过设计合理的配伍及用量或改变中药的处理的方式来降低中药对肠黏膜损伤.

3 结论

肠黏膜是一个复杂多样的动态结构,涉及多个组分之间的相互作用,共同形成完整的肠黏膜屏障,允许吸收营养物质的同时并能够起到保护人体免受微生物和毒素的侵袭,防止水和电解质损失的作用.一旦这种屏障遭到破坏,可能会引发一系列肠道和全身疾病.近年来,应用中医药修复肠黏膜损伤越来越受到关注,许多中药成分能促进益生菌的繁殖而抑制有害菌的生长而恢复肠道菌群失调,增强黏膜免疫和缓解肠道炎症而促进黏膜损伤修护[2,19].然而,近年来有不少研究发现,服用一些存在配伍禁忌的中药或过量使用一些缓泻剂、苦寒类的中药可以通过影响肠道菌群的结构和代谢、肠黏膜机械和肠黏膜免疫引起肠黏膜受损.虽然这些损伤大多是可避免的,但是为什么一些存在配伍禁忌的复方仍然广泛应用,这是值得我们深入探讨的,以及寻找降低这些中药对肠道的毒副作用的方法并深入了解相关机制,能帮助我们更好的促进中医药事业的发展与传承.