参苓白术散对甲基苯丙胺诱导小鼠肠道菌群改变的作用机制研究

徐 琳 ，高开成 ，贾 杰 ，李煜阳 ，王华伟 ，况轶群 ，赵 昱

（1）昆明医科大学第一附属医院临床医学研究中心;2）昆明医科大学第一附属医院生殖遗传科，云南 昆明 650032）

甲基苯丙胺（methamphetamine，METH）俗称冰毒，是一种人工化学合成的新型毒品，METH在中国滥用的人数则最多，占中国总体吸毒人员数量的55.2%，METH 滥用使吸食者产生兴奋和致幻的症状[1-2]，并对吸食者的神经系统、心血管系统、消化系统造成严重损伤[3]，因此，METH滥用成为了医疗界和社会需迫切解决的问题[4]。

胃肠道疾病是METH 滥用吸食者显著的临床共发病之一，人体的肠道微生物种群在协助肠道消化和维持免疫平衡中起到关键的调节作用。METH 滥用破坏了吸食者的肠屏障系统，增加肠道通透性以及肠道炎症[3,5-6]，使得吸食者的肠内大分子、微生物种群以及产物可穿过肠屏障结构，在循环系统介导下从肠道进入大脑，引起外周和中枢神经系统炎症反应，促进个体出现抑郁、焦虑、认知功能障碍等精神症状[7]。

参苓白术散（Shen-ling-bai-zhu-san，SLBZS）是治疗胃肠道疾病一种中成复方药物，主要包括莲子、薏苡仁、砂仁、桔梗、白扁豆、茯苓、甘草、山药、党参和大枣等成分。其在减轻患者的炎症反应，治疗结肠道疾病具有明显效果，并能够改善患者的肠道菌群失衡[8]。本文通过研究SLBZS 干预METH 处理小鼠对小鼠为外周血免疫生化指标以及肠道微生物种群的影响，探讨SLBZS 对小鼠肠道疾病的改善机制，以期为广大METH 滥用吸食者治疗胃肠道疾病提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 实验材料

8 周龄SPF 级C57BL/6J 小鼠（雄性），体重22-25 g；参苓白术散（同仁堂）；甲基苯丙胺（METH）；SPF 级实验鼠维持饲料；SPF 级实验用玉米芯垫料；生理盐水；琼脂糖；EZNA®粪便DNA 试剂盒；建库试剂盒；测序试剂盒。

1.2 实验方法

1.2.1 小鼠分组及模型构建将小鼠分为3 个组，分别为生理盐水组（saline）、甲基苯丙胺组（METH）以及SLBZS 给药甲基苯丙胺组（SLBZS+METH），用于外周血免疫生化指标分析实验的小鼠模型每组5 只；用于16S rRNA 测序以及数据分析的小鼠模型每组6 只。saline 组接受200 μL 的生理盐水腹腔注射，METH 以及SLBZS+METH 组小鼠接受200 μL 的METH 腹腔注射，从2.5 mg/（kg·只）小鼠的剂量起始，1～7 d 每天注射1 次，8～21 d每天注射2 次，每次间隔8 h，每1 次注射相比前1 次递增0.1 mg/kg 的剂量，腹腔注射持续到21 天。

1.2.2 SLBZS 给药及样本收集SLBZS 在成人中的常用剂量为6～9 g/d（标准体重按70 kg 来界定），根据《不同动物间药物剂量交换算法》（人鼠之间药物剂量交换算法为9.1），小鼠体内SLBZS 低剂量为0.86 g/kg，根据之前的研究报道，高剂量（最低剂量的4 倍）的SLBZS 对小鼠有更好的治疗效果[9]，因此本研究SLBZS 针对METH 小鼠治疗浓度为3.44 g/kg。在METH 腹腔注射小鼠21 d 后，将将SLBZS 在使用前将其溶解在无菌蒸馏水中，随后对METH+SLBZS 组小鼠灌胃，每天1 次，每次体积为200 μL，连续灌胃7 d，随后将小鼠从眼眶采血0.5 mL 至装有EDTA-2K 的离心管中，迅速颠倒混匀后使用全自动血常规检测仪检测小鼠外周血免疫和生化指标；将采血后的小鼠采取颈椎脱臼处死，收集小鼠的小肠部位的粪便样本，以备后续实验。

1.2.3 小鼠粪便DNA 的提取及16S rRNA 测序将小鼠粪便样本使用Omega 公司的EZNA®粪便DNA 试剂盒提取DNA，使用特定引物扩增16S rRNA Bac 16S 基因：V3～V4 片段，扩增得到的PCR 产物用1%的琼脂糖凝胶电泳检测，根据GeneTools 分析软件v4.03.05.0（SynGene）以等密度比例混合，然后使用EZNA 凝胶提取试剂盒纯化PCR混合产物。使用NEBNext® Ultra™ DNA Library Prep Kit for Illumina®生成测序文库，并添加索引代码。使用赛默飞Qubit@2.0 荧光计和Agilent Bioanalyzer 2100 系统评估文库质量。最后，该文库在Illumina Hiseq 2500 平台上测序，产生250 bp 的双端读数，根据测序文库分析肠道菌群信息。

1.3 统计学处理

对于小鼠外周血免疫和生化指标的结果，组与组之间的比较分析通过Graphpad Prism 8.4.2 使用one-way ANOVA 分析完成，P＜ 0.05 为差异有统计学意义，P＜ 0.01 为差异有显著统计学意义。小鼠肠道微生物16S rRNA 测序结果通过有效数据的分类操作单元（Operational Taxonomic Unit，OTU）聚类分析，再对所获得的OTU 进行Alpha多样性的计算，结合秩和检验，以P＜ 0.05 为阈值得出代表序列的物种注释、物种信息和基于物种的丰度分布情况。

2 结果

2.1 小鼠外周血免疫生化指标

分析小鼠的外周血免疫生化指标（表1），发现METH 组白细胞数量为3.31（2.42～5.29）×109/L，显著低于saline 组6.22（5.73～8.57）和SLBZS+METH 组6.82（4.76～7.50），差异有统计学意义（P＜ 0.01 和P＜ 0.05）、中性粒细胞的数量在METH 组为0.67（0.44～0.92），高于saline 组0.25（0.16～0.32），P＜ 0.05 以 及SLBZS+METH组0.40（0.10～0.64），P＜ 0.01。METH 组淋巴细胞百分比89.60（85.00～90.90）以及淋巴细胞数量3.01（2.22～4.88），比saline 组的淋巴细胞百分比94.50（92.90～94.80）以及淋巴细胞数量5.86（5.24～8.11）显著降低（P＜ 0.05），该结果显示相比METH 组，SLBZS+METH 组小鼠提高了白细胞、淋巴细胞的数量及百分比，降低了中性粒细胞的数量，其它诸如血细胞、血红蛋白以及血小板相关生化指标在3 组小鼠之间无明显差异（P＞ 0.05），仅大型血小板比率在METH 组5.10（4.00～6.40）高于saline 组4.70（3.90～5.80），P＜ 0.05 以上结果说明SLBZS 增强METH 处理后小鼠的免疫力，降低小鼠体内的炎症反应。

表1 小鼠外周血免疫和生化指标的变化（中位数（范围），n=5）Tab.1 The change of immune and biochemical indices in three mice groups（Medians with range，n=5）

2.2 小鼠肠道微生物种群组成

基于小鼠16S rRNA 测序数据，通过OTU 韦恩图和柱状图分析saline、METH 以及SLBZS+METH 组OTU 组成的相似性以及重叠性（图1A和1B），结果显示saline、METH 及SLBZS+METH 组OTU 的总数量分别为7 347、7 021、7 353，各组独有的OTU 的数量分别为6 128、5 908、6 058，METH 组OTU 总数和独有OTU 数量相比SLBZS+ METH 组降低4.44%和2.48%，提示METH 处理后降低小鼠肠道微生物种群的丰度，通过SLBZS给药后可一定程度地恢复小鼠肠道微生物种群数量。

图1 小鼠肠道微生物种群组成示意图Fig.1 The schematic diagram of intestinal microflora in mice

对物种信息的注释（图1 C 和表2），发现saline、SLBZS+METH 组共有微生物物种有7 种，包括葡萄球菌（Staphylococcus_sp）、乳杆菌（Lactobacillus_sp_C4I9）等；对于METH 组独有微生物物种除了乳酸杆菌以外，也包括了致病菌如奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）、芽孢杆菌（Bittarella_massiliensis）、乙酸钙不动杆菌（Acinetobacter calcoaceticus）。METH 组、SLBZS+METH 组共有微生物物种有14 种，包括促进消化的双歧杆菌（Bifidobacterium_sp_MC_8）、豚双歧杆菌（Bifidobacterium_choerinum）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus_acidophilus），抵御病原体感染分节丝状菌（Candidatus_Arthromitus_sp_SFB-mouse-Japan）等。

表2 小鼠共有和独有的肠道微生物物种的注释Tab.2 The annotation of common and exclusive species of gut microflora in three mice groups

2.3 小鼠肠道微生物的多样性

分析3 组小鼠肠道微生物种群的α 多样性（表3），显示METH 组的sobs、Chao1 和ACE 指数相比saline 和SLBZS+METH 组略有降低，但数据差别无统计学意义（P＞ 0.05）；simpson、shannon指数在3 组小鼠没有明显的差异，该结果提示METH 组小鼠微生物种群的多样性略有降低。

表3 小鼠肠道微生物的α 多样性（）Tab.3 The alpha diversity of intestinal microflora in mice（）

表3 小鼠肠道微生物的α 多样性（）Tab.3 The alpha diversity of intestinal microflora in mice（）

2.4 小鼠肠道微生物的功能

基于 16S rRNA 测序序列信息，使用PICRUSt 对小鼠肠道微生物群落功能进行KEGG Pathway 的预测，由图2（A-D）可知，METH 组小鼠主要降低了碳水化合物代谢（Carbohydrate metabolism）、辅因子和维生素的代谢（Metabolism of cofactors and vitamins）、氨基酸代谢（Amino acid metabolism）、细胞运动（Cell motility）、细胞生长和死亡（Cell growth and death）、环境适应（Environmental adaptation）、感染性疾病（Infectious diseases）等通路的丰度；通过SLBZS 给药METH处理后小鼠后提高以上通路的丰度，其比saline组的小鼠略高。

3 讨论

METH 滥用导致了吸食者肠道屏障出现破坏，增加肠道通透性以及肠道炎症，从而引起肠道疾病的发生[3,10-12]，SLBZS 作为一种中成复方药物，在增强体质、提高免疫力、调节能量代谢和胃肠蠕动方面具有重要功能[8-9]。本研究的小鼠血免疫生化指标说明SLBZS 改善METH 引发的小鼠免疫力低下，并降低炎症反应，有报道称SLBZS 给药肺炎链球菌感染的小鼠降低了肺组织中性粒细胞的数量，抑制多种炎症因子的表达[9,13]，阐明了SLBZS 在控制炎症反应具有显著的作用。

METH 滥用可引起肠道微生物失调，降低益生菌的丰度，并提高致病微生物种群的丰度[14-15]。我们的结果提示METH 处理后降低了小鼠肠道微生物OTU 的数量，METH 组小鼠单独出现几种致病菌及条件致病菌如Proteus mirabilis、Bittarella_massiliensis、Acinetobacter calcoaceticus。研究显示它们与肠道损伤具有紧密的联系，如Proteus mirabilis的出现则与细菌感染后肠上皮细胞屏障功能受损有关[16]；Bittarella则与结肠炎、结直肠癌相关疾病中的致病，以及宿主抑郁症的精神体征有关[17]。Acinetobacter具有较低的毒力，在溃疡性结肠炎、炎症性肠病状态下升高[18]，而SLBZS 给药后METH 处理小鼠肠道中上面描述的致病菌及条件致病菌消失，出现Bifidobacterium_sp_MC_8、Bifidobacterium_choerinum、Corynebacterium_casei等益生菌，对调节人体菌群平衡、降低肠黏膜损伤、抑制有害细菌具有良好的作用[19-20]。尽管我们结果显示METH 组的小鼠降低了微生物种群的多样性，但与saline 组、SLBZS+METH 组相比没有明显的差异。此外，我们小鼠肠道微生物进行功能分析，显示METH 处理后降低碳水化合物、辅因子和维生素、氨基酸相关的代谢功能，这些物质为维持微生物正常的生长繁殖所需的营养元素。有研究显示METH 依赖扰乱了人体正常的代谢稳态，影响了丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢途径，并降低了血清谷氨酸的水平[21]。SLBZS 可通过结肠发酵来改变高乳糖引起的腹泻[22]，并能使微生物组的功能失调正常化，上调能量代谢的途径，减少氧化应激和细菌发病机制[23]。

综上所述，本研究证实了SLBZS 给药METH处理后的小鼠能够增强小鼠免疫力，降低炎症反应，减少小鼠的肠道微生物致病菌出现以及改善肠道基础微生物代谢水平，为广大毒品成瘾患者的肠道疾病治疗提供了一种潜在药物，对改善患者的营养代谢与健康水平具有重要意义。