基于肠道微生物群探讨阿尔茨海默病认知障碍的中医辨治*

孙孟艳，秦合伟，王梦楠，牛雨晴，宋雪梅，郭宁

1.河南中医药大学康复医学院，河南 郑州 450046； 2.河南省中医院/河南中医药大学第二附属医院康复科，河南 郑州 450002

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种以记忆、认知与执行功能障碍为特征的慢性神经退行性疾病，发病人群主要为65岁以上的老年人。随着世界人口老龄化进程逐年加快，AD的患病率逐年上升，预计到2030年，患病人数将达到6 600万。该病极大地损害了老年人的生活质量，给患者家庭和社会卫生系统造成极大负担，目前尚无有效延缓该病的疗法[1]。AD的神经病理特征主要包括淀粉样变性、神经纤维缠结以及突触和神经元丢失，而肠道微生物菌群是新兴的临床研究热点。越来越多的研究表明肠道微生物菌群可介导机体产生神经炎症、氧化应激以及血脑屏障损伤，诱发AD[2]。本文主要就肠道微生物菌群与AD认知障碍的影响机制、临床相关性及潜在的治疗途径进行综述，为临床干预与治疗提供理论基础与新方向。

1 肠道微生物群

肠道微生物群是指在消化道中共存的大量微生物，包括古生菌、细菌、真菌、病毒等，被称为“第二器官”，肠道微生物群总数约1 013～1 014个，是人体细胞总数的10倍，其中细菌编码的基因比机体自身基因组多100倍以上，厚壁菌门与拟杆菌门是肠道中的两大主要优势菌群，而变形杆菌、放线菌、梭杆菌等占比较小[3]。研究表明，肠道微生物群所构成的动态微生物系统，由于年龄、饮食、压力、运动、遗传等因素会产生个体差异[4]。

肠道微生物群与机体生命健康密切相关，可能通过调节饮食中营养物质的吸收过程与消化道代谢物质形成、调控宿主免疫系统之间的相互作用、通过破坏黏膜屏障转移细菌以及细菌产物3种途径对远处器官进行调控[5]。在正常生理条件下，肠道微生物群可通过产生神经递质γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)、去甲肾上腺素、多巴胺、代谢产物短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)、色氨酸等与神经信号参与维持大脑动态平衡，在机体内发挥营养、代谢、屏障保护等多种生物学功能；当肠道微生物群多样性失调时，可通过脑-肠轴影响大脑神经信号通路、内分泌以及免疫系统功能，引起神经炎症反应和淀粉样蛋白沉积，使宿主产生重大病理性疾病，如代谢综合征、神经系统疾病以及自身免疫性疾病[6]。

2 肠道微生物群失调与AD的致病机制

2.1 肠道微生物群与β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)Aβ假说认为，Aβ异常沉积是导致AD患者认知功能障碍的主要原因之一。AD患者淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)染色体突变，由分泌酶处理产生不同长度的Aβ肽，其中Aβ42疏水性强，且在低浓度时可自我聚集产生Aβ沉积，在新皮质、海马区、小脑和小脑皮质等处形成淀粉样斑块；Aβ斑块导致神经元和突触损伤，通过小胶质细胞过度激活并刺激神经炎症反应，引起AD患者神经变性和认知障碍[2，7]。在肠道微生物群失调情况下，肠道微生物释放淀粉样蛋白增强因子如淀粉样蛋白、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)等，可穿过肠道屏障和血脑屏障进入中枢系统，增加CD14信号、胶质细胞反应性和诱导型一氧化氮氧合酶(inducible nitric oxide oxidase，iNOS)，使活性氧水平升高，核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信号激活，上调促炎细胞因子miRNA-34a的表达，引起吞噬功能受损，最终导致Aβ42在大脑中聚集，形成Aβ沉积[8]。此外，肠道微生物群衍生的代谢产物氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide，TMAO)水平与AD呈正相关，AD患者脑脊液TMAO水平明显升高，而TMAO可透过血脑屏障，增加β-分泌酶的活性，稳定Aβ结构并加剧Aβ肽聚集，诱发蛋白质错误折叠，促进AD认知障碍的形成[9]。

2.2 肠道微生物群与神经炎症淀粉样斑块附近的小胶质细胞、星形胶质细胞级补体活化而引发的神经系统炎症反应是AD患者显著的病理学特征。众多研究证明，肠道微生物群可以通过活化小胶质细胞触发星形胶质细胞的募集和繁殖，从而增强对细胞外Aβ沉积物的炎症反应[10]。肠道微生物群分泌产物LPS在机体免疫反应中具有关键作用，参与小胶质细胞Toll样受体(Toll like receptors，TLRs)活化；激活NF-κB信号，促炎因子miRNA-146a、miRNA-155水平上调，诱发神经炎症，加剧AD病理进展[2]。正常情况下，肠道屏障限制LPS从肠道进入循环系统，但致病菌等因素破坏肠道屏障可能导致LPS移位，进入循环系统，与免疫细胞上的 TLR-4结合，导致细胞因子和趋化因子活化，引起炎症反应和免疫反应，促进Aβ积聚沉积，加速AD病理表现[11]。Cani等[12]对APP/PS1小鼠腹腔注射LPS的研究结果证实，LPS可通过受损血脑屏障进入大脑，引起小胶质细胞的过度活化，介导大脑产生神经炎症反应，加重小鼠认知功能障碍；进行抗生素注射治疗之后，循环LPS水平下降且炎症反应得以改善。Moira等[13]检测89例AD患者脑淀粉样变性、LPS、SCFAs、细胞因子与内皮功能障碍标记物得出，淀粉样蛋白与LPS、促炎因子和内皮功能障碍标记物呈正相关，而与抗炎因子呈负相关，证实LPS及SCFAs与由内皮功能障碍引起的系统性炎症和脑淀粉样变性具有直接关系。此外，对AD患者肠道内微生物进行研究发现，衰老和生活方式改变等因素会导致AD患者肠道内环境污染、肠道细菌种类发生变化，放线杆菌数量减少、革兰氏阴性菌数量增加，使内毒素全身性增加，可能诱导全身炎症，影响AD病程[14]。

2.3 肠道微生物群与SCFAs、神经递质肠道微生物群对合成神经递质、SCFAs有重要作用，与AD病理表现相关。SCFAs由肠道微生物群产生，为肠道内膳食纤维厌氧菌的发酵产物，可通过循环系统到达中枢系统，通过不同机制影响大脑和认知，如抑制组蛋白去乙酰化酶、诱导肠内分泌信号、迷走神经激活和抗炎特性[15]。通过比较不同日龄AD小鼠SCFAs浓度，发现当AD小鼠肠道微生物群组成和多样性受到干扰时，SCFAs浓度下降，且在肠道内发现淀粉样蛋白沉积和超微结构异常，证实微生物群发生改变可降低SCFAs水平，加重AD患者认知功能障碍[16]。GABA是机体中枢神经系统的主要抑制性神经递质，研究表明，中枢GABA浓度与胃肠道GABA浓度成正比，肠道乳酸菌和双歧杆菌数量下降使肠道中GABA水平下降，最终导致中枢GABA水平下降，而GABA主要参与神经递质传递与认知行为的调节，其水平下降会导致神经系统障碍，引起认知障碍型神经系统疾病[17]。对AD患者的死后研究也证实，与非AD患者相比，AD患者颞叶皮质各亚区的GBAB水平降低且受体明显减少，导致中枢兴奋和抑制信号失衡[18]。机体95%以上的5-羟色胺(5-Hydroxytryptamine，5-HT)分布于肠道内的肠嗜铬细胞中，肠道微生物菌群在其合成过程中具有重要作用。临床研究显示，5-HT通过与细胞或神经元上的受体结合对认知功能发挥着重要的调节作用，选择性5-HT再摄取抑制剂通过抑制大脑中Aβ蛋白合成，从而降低患AD的风险；若肠道微生物群紊乱，可通过影响前体物质色氨酸的代谢，使5-HT生物合成水平下降，通过神经递质样作用诱导AD病理表现[15]。Yano等[19]通过对无菌动物进行实验证实，与肠道微生物菌群正常且无特定病原体的小鼠相比，无菌小鼠血液中的5-HT含量减少约60%，在对无菌小鼠进行肠道微生物重新调整后，5-HT浓度显著升高。谷氨酸是机体中枢神经系统的主要兴奋性神经突触，N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)作为离子型谷氨酸受体，在学习、记忆和神经系统发育方面发挥主要功能。当肠道微生物群失调使大脑出现Aβ沉积，Aβ寡聚体就会诱导NMDA过度活化，产生更高水平的活化氧，加重患者病程。通过对无菌小鼠研究发现，其海马体中NMDA受体的mRNA表达呈下降趋势，证实当肠道微生物群失调时，大脑特定区域的NMDA受体表达下降，加快AD患者病理进程[1，18]。此外，人体肠道微生物群中蓝藻细菌产生的神经毒性氨基酸——β-甲氨基-L-丙氨酸(β-methylamino L-alanine，BMAA)可能会通过激活受体引发氧化应激反应，导致神经认知功能障碍；当BMAA被错误结合到大脑的多肽链中时，可能会影响蛋白质错误折叠并导致神经炎症反应，加剧Aβ斑块病理程度[20]。

3 中医药干预调节肠道微生物群防治AD

中医学并无阿尔茨海默病这一病名，依照其临床表现可归属于“痴呆”“呆病”“呆痴”等范畴。根据AD的病因病机可将其分为4种证型：髓海不足证、脾肾两虚证、痰浊蒙窍证及痰血内阻证。《内经精义》提出“事物之所以不忘，赖此记性，记在何处，则在肾精，益肾生精化为髓而藏之于脑中”，明确指出痴呆是由肾精不足、髓海不充导致，中医多从肾虚与痰浊瘀血入手辨证论治干预AD[21-22]。同时，肠主受盛化物、泌清别浊，心与小肠一脏一腑，合为表里，将中医学与现代临床实践相结合发现，“心”囊括了现代医学中“脑”的部分，而中医学中“心与小肠相表里”即可表示中枢神经系统与肠道微生物之间的关系[23]。肠道菌群失调使水液代谢障碍，体液犯上于脑，可加重患者病情。众多实验以肠道菌群为切入点研究中药单体及复方防治AD的作用机制，初步证实中医药可以通过干预肠道菌群抑制该病的发生发展，具有抗炎症反应、抑制淀粉样蛋白沉积等作用。

3.1 中药单体及其活性成分临床上，为取得较好的综合疗效，多采用中药复方而并非单位中药，但因中药复方与单体存在“君、臣、佐、使”的内部联系，故研究中药单体治疗AD的临床疗效可为结合中药复方的研究提供理论依据。高炎等[24]通过对近20年来中药治疗AD的临床研究文献进行数据挖掘，得出使用频次位居前5位的中药单体为石菖蒲、熟地黄、黄芪、川芎和远志，药性以温、平、微温为主，符合AD患者瘀滞的病机特点。丹参具有活血化瘀、消炎等功效，可有效改善炎症反应，有安神静心的作用。李惟滔等[25]通过对丹参及其活性成分的研究发现，丹参通过调控一条或多条与AD相关的信号通路，作用于不同位点，发挥扩张血管、阻滞钙离子通道以及抗炎等药理作用，抑制Aβ沉积或Tau蛋白过度磷酸化，从而起到抗AD作用；张淑玲等[26]对AD大鼠给予丹参总多糖干预，发现与对照组相比，丹参总多糖对AD大鼠的记忆和空间学习能力、神经凋亡等具有明显改善作用，亦证明丹参总多糖作为丹参的活性物质对AD具有缓解干预作用。石菖蒲具有化湿开胃、醒脑开窍等功效，邓敏贞等[27]以APP/PS1双转基因小鼠为研究对象，以石菖蒲进行干预发现，干预组小鼠乙酰胆碱转移酶水平显著增加，胶原纤维酸性蛋白表达减少，海马区神经元结构亦发生了明显改变，说明石菖蒲具有保护海马神经系统、促进学习和记忆的作用。此外，黄芪具有补气固表、排脓生肌等功效，屈文英等[28]对AD大鼠以黄芪多糖灌胃干预后，通过采用Morris水迷宫实验观察认知功能及海马体组织病理学表现等，证实黄芪多糖具有改善记忆认知功能、减轻海马组织病理损伤、抑制神经元凋亡等作用。

3.2 中药复方中医认为，AD的病机多与五脏羸弱、脑髓不充有关，脑中气血亏虚、肾精不足为其主要病机，而中医复方具有安全有效、多途径等特点，治疗AD具有独特优势。陈瑶等[29]通过对以“阴虚血瘀-荣气虚滞”为理论基础的活血荣络方进行分子机制研究发现，活血荣络方可通过β-谷甾醇、芒柄花黄素、豆甾醇等有效活性物质参与调节神经突触信号传导及氧化应激反应，发挥抑制AD患者Aβ蛋白沉积的作用。黄连解毒汤可使三焦之火邪去而热毒解，此外还可通过诱导自噬从而降低氧化应激，减弱Aβ毒性，改善AD的临床症状。秦高凤等[30]通过研究黄连解毒汤干预肠道微生物群发现，黄连解毒汤可通过抑制脑内蛋白激酶活性，调控Tau蛋白磷酸化，同时抑制NF-κB活化，减轻神经炎症反应，抑制乙酰胆碱酯酶活性，改善AD患者症状。芎芪醒脑方中以黄芪、党参益气行血，以熟地黄、女贞子滋阴填精，以丹参、川芎活血化瘀，以地龙、蜈蚣通经活络，攻补兼施干预AD。杨淑荃等[31]对70例AD患者以芎芪醒脑方进行干预，研究发现试验组经8周芎芪醒脑方干预后，MMSE评分较对照组明显升高，且血清炎症因子水平下降，证明芎芪醒脑方可能通过抗炎症反应从而治疗AD。此外，温脾通络开窍方以黄芪、三七、石菖蒲、何首乌和绞股蓝等中药配伍使用，在临床中以益气温脾、祛瘀化痰等功效干预AD。陈炜等[32]通过对AD大鼠以温脾通络开窍方干预发现，温脾开窍方可抑制NF-κB通路活化，减少NF-κB p50、Nod样受体蛋白3 (Nod-like receptor protein 3，NLRP3)等相关炎症因子表达，抑制神经系统神经炎症反应，从而改善AD认知功能。肾亏之年，精髓失源，以人参、淫羊藿、远志以及郁金等相配伍而成的补肾方具有补肾益气、活血化瘀等功效，姚璇等[33]通过网络药理学分析补肾方治疗AD，结果显示补肾方中的槲皮素、山柰酚、脱水淫羊藿素等活性成分可拮抗Aβ毒性作用，抑制Aβ纤维积聚，还可通过抑制P13K/Akt/GSK3β抑制Tau蛋白过度磷酸化，调节下游蛋白糖原核酶激酶3，抑制Aβ沉积与神经纤维缠结产生，对神经系统具有保护作用。

3.3 针灸针灸具有多层次、多靶点的特点，近年来，针灸治疗AD的研究逐渐发展起来，治疗机制假说也越来越丰富，其中针灸干预脑内氧化应激这一学说已受到了广泛的关注。研究表明针刺可提高机体氧化防御系统活性，清除过多氧自由基对神经系统的毒性作用；可激活酶性氧化系统，明显提高超氧化物歧化酶活性，减少脂质过氧化反应的发生[34]。有学者通过以头面部的督脉穴位百会、印堂、人中等进行取穴的“通督启神”法电针治疗AD小鼠，结果发现干预后的AD小鼠神经系统炎性反应得到抑制，海马神经元结构形态得到改善，认知功能显著提高，证明“通督启神”法可治疗肝肾亏虚、髓海不足等症，延缓AD病情发展[35]。此外，电针可通过减少Aβ表达、抑制炎症反应、改善胆碱能系统、保护神经元等机制缓解AD症状[34，36]。杨清华等[37]通过电针刺激APP/PS1双转基因AD小鼠，发现电针刺激可通过影响皮质区APP、β分泌酶-1(β-amyloid cleaving enzyme，BACE1)等蛋白表达，调节Aβ浓度，进而减少脑内老年斑(senile plaque，SP)的形成与沉积，改善大鼠学习记忆和空间探索能力。Du等[38]通过益肾调督法对AD大鼠进行电针干预后发现，大鼠海马组织中脂蛋白脂酶、胰岛素降解酶、转甲状腺素蛋白、载脂蛋白E等的表达上调，可促进Aβ蛋白降解，有助于改善AD病理变化，延缓病情。突触囊泡膜蛋白(synaptophysin，SYP)是一种与神经生长、修复再生和突触重塑密切相关的蛋白，其表达量的改变直接或间接反应突触的功能状态，向杜炼等[39]用电针刺激AD小鼠并观察其SYP和突触后致密物-95(eostsynaptic density，PSD95)表达，发现与模型组相比，电针组海马区PSD95、SYP表达明显增加，证明电针疗法可通过调节突触相关蛋白促进海马区突触的可塑性与神经修复再生，改善神经系统功能状态，从而治疗AD。

4 总结

综上所述，肠道微生物群变化趋势与AD的发生发展密切相关，其致病菌与有益菌之间动态平衡的维持对于机体各个系统的生理功能具有重要意义。众多实验证明，肠道微生物群结构及多样性失调主要通过增加肠道和血脑屏障通透性、产生促炎细胞因子等途径加重或诱导AD，是患者认知障碍发生发展的关键因素。随着对肠道菌群及其干预AD的分子机制研究的不断深入，AD患者肠道菌群的靶向治疗策略也受到了高度重视。现有的干预措施主要包括使用益生元、益生菌、粪便移植以及中医药治疗等，而中医药干预具有靶点多、疗效好及不良反应少等优势，可直接调节肠道菌落构成或间接调节肠道菌群代谢产物，发挥抗神经炎症、维持血脑屏障等作用。但目前中医药干预肠道菌群的方法研究尚处于起步阶段，其具体干预靶点及作用机制尚不明确，可进一步构建中医药通过调控肠道菌群干预AD的机制网络；此外，微生物与机体之间的作用机制较为复杂，不同菌落及其代谢产物对机体各系统的作用机制也有待深入研究。综上，本文通过对肠道微生物群对AD认知功能障碍影响机制、中医干预及其潜在治疗途径进行系统阐述，为临床治疗干预提供新视角、新思路。