楊玉芳，何建成

（上海中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院 上海 201203）

人體腸道定殖著數(shù)以萬計的微生物群落，即腸道菌群。近年來許多前沿研究都在關注腸道系統(tǒng)及寄居腸道的微生物群對機體的影響，隨著腦-腸-軸概念的提出和深化[1]，腸道菌群和神經(jīng)系統(tǒng)相互作用的科學研究進展飛速。腸道被稱為第二神經(jīng)系統(tǒng)，腸道微生物參與了代謝系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)相關的多種疾病的發(fā)病機制，尤其在多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）甚至罕見病多系統(tǒng)萎縮（multiple system atrophy，MSA）等神經(jīng)退行性疾病中，腸道菌群發(fā)揮著重要作用。

隨著人口老齡化的加劇，神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率日漸增高，迄今尚未有長期有效的治療藥物。中醫(yī)理論認為，“要想長壽，腸道長清”，提示腸道健康與老年健康密切相關。近年來現(xiàn)代醫(yī)學的相關研究，為腸道系統(tǒng)和老年疾病尤其是老年神經(jīng)退行性疾病之間的相關性提供了實驗證據(jù)和理論依據(jù)。本文對近年來報道的中醫(yī)藥以調(diào)節(jié)腸道菌群為主要機制治療神經(jīng)退行性疾病的研究結(jié)果進行綜述，以期為神經(jīng)退行性疾病的機制研究和中醫(yī)藥治療策略提供新的思路。

1 腸道菌群作用中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要機制

腸道微生物已被證實能夠調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)的功能，并能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，影響機體的行為表現(xiàn)[2]。多種免疫細胞群的分型、遷移和功能都受到腸道菌群的影響[3]。外周和中樞免疫系統(tǒng)之間的免疫細胞通路是協(xié)調(diào)微生物作用于腦功能和行為變化的主要機制[4,5]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫反應主要由小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞介導。腸道菌群可通過其代謝物，如短鏈脂肪酸SCFAs[6]、色氨酸[7,8]等，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的激活，從而調(diào)控大腦內(nèi)的炎癥反應，影響疾病進程。

腸道來源的小分子也可以通過免疫系統(tǒng)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。機體應對微生物分子入侵時通過模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）激活固有免疫反應，最常見的PRR 即Toll 樣受體家族（Toll-like receptors，TLRs），在固有免疫細胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中均有表達[9]。比如革蘭氏陰性細菌細胞壁外壁主要成分為脂多糖，系統(tǒng)性注射脂多糖可以激活大腦內(nèi)表達TLR4 的神經(jīng)細胞如小膠質(zhì)細胞，引發(fā)神經(jīng)炎癥[10]，但細菌來源的微生物相關分 子 模 式（microbe-associated molecular patterns，MAMPs）究竟如何影響神經(jīng)炎癥仍有待深入研究。

在機體發(fā)生感染、炎癥和自身免疫反應時，腸道菌群可以調(diào)節(jié)腸粘膜表面的固有和適應性免疫反應，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)[11]。比如格蘭氏陽性的分節(jié)絲狀細菌（Segmented filamentous bacteria）可促進小鼠小腸上皮細胞中的輔助性 T 細胞 17（T helper cell 17，TH17）發(fā)育，從而促進IL-17A的分泌[12,13]；如果將這類細菌移植至無菌小鼠腸道，可能通過TH17 細胞介導[14]，從而促進實驗性自身免疫性腦脊髓炎（Experimental Autoimmune Encephalomyelitis，EAE）的發(fā)生[15]。人腸道的脆弱擬桿菌屬（Bacillus fragilis）可通過莢膜多糖（polysaccharide A，PSA）誘導調(diào)節(jié)性T 細胞（Regulatory cells，Tregs）分泌 IL-10；向 EAE 模型小鼠移植野生型的脆弱擬桿菌可減緩EAE 病程，而移植缺失莢膜多糖的菌株則會增強EAE 的易感性[16]，提示腸道菌群能直接作用于外周免疫細胞，調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥相關退行性疾病的發(fā)病進程。

相應的，中樞神經(jīng)系統(tǒng)同樣能夠調(diào)節(jié)腸道環(huán)境，其主要通過迷走神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)作用。迷走神經(jīng)是一叢副交感神經(jīng)的運動和感覺纖維束，腸道菌群介導的多種運動和感覺行為都依賴于腸迷走神經(jīng)的傳輸[17,18]。腸道迷走神經(jīng)的神經(jīng)元可以控制腸道蠕動、神經(jīng)化學分子的釋放和腸道的免疫環(huán)境，比如迷走神經(jīng)刺激可通過神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿來減緩免疫反應[19]。腸道定殖的細菌也與神經(jīng)化學系統(tǒng)的發(fā)育密切相關，可影響血清素等神經(jīng)遞質(zhì)的分泌[20]。宿主內(nèi)的絕大多數(shù)血清素都來源于胃腸道[21]，其他神經(jīng)遞質(zhì)比如GABA[18]、去甲腎上腺素和多巴胺[22]等都受到腸道菌群的調(diào)控。中樞神經(jīng)系統(tǒng)也通過HPA 軸（下丘腦-垂體-腎上腺軸）調(diào)節(jié)腸道的生理狀態(tài)，比如應激反應可通過HPA 軸調(diào)節(jié)腸道通透性、腸蠕動和腸粘液的分泌[23]。因此微生物群-腸-腦的相互作用不僅體現(xiàn)在腸道菌群對神經(jīng)中樞的影響，也體現(xiàn)于神經(jīng)中樞對腸道環(huán)境、菌群組成和免疫功能的調(diào)節(jié)。

2 神經(jīng)退行性疾病中的腸道菌群紊亂

愛爾蘭政府發(fā)起的ELDERMET（Metagenomics of the Elderly）計劃，主要針對老年人的腸道菌群進行研究，通過178 名65 歲以上人群的樣本研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的多樣性和個體的健康狀況呈正相關[24]，提示腸道菌群的多樣性可以潛在反映老年人群的健康水平。針對人群的排泄物樣本腸道菌群16S rRNA 測序結(jié)果顯示，神經(jīng)退行性疾病患者的腸道菌群豐度相較正常人顯著不同，其中神經(jīng)退行性疾病如多發(fā)性硬化[25,26]、帕金森病[27,28]、阿爾茨海默病[29]，甚至罕見神經(jīng)退行性疾病多系統(tǒng)萎縮[30]病人的腸道菌群豐度都較正常人群有著顯著變化，提示腸道菌群成為神經(jīng)退行性疾病的治療靶點之一。

對MS 病人的排泄物樣本分析發(fā)現(xiàn)，相較于健康人樣本，MS 病人腸道菌群豐度上升的細菌種屬有：甲烷短桿菌（Methanobrevibacter），疣微菌屬的Akkermansia，脫磷孤菌屬的Desulfovibroneceae[25]；假單胞菌屬（Pseudomonas），枝動桿菌屬（Mycoplana），嗜血桿菌屬（Haemophilus），Blautia屬 ，Dorea屬[26]，鏈 球 菌 屬（Streptococcus）和遲緩埃格特菌（Eggerthella）[31]，瘤胃球 菌 屬（Ruminococcus）[32]。 豐 度 下 降 的 菌 屬 有 ：Butyricimonasshu屬[33]；毛螺旋菌科（Lachnospiraceae），瘤 胃 菌 科（Ruminococcaceae）[25]；Parabacteroides屬 ，Adlercreutzia屬，普雷沃菌屬（Prevotella）[26]；梭狀芽胞桿菌 群（Clostridia clusters XIVa and IV）[31]，擬 桿 菌 科（Bacteroidetes）和糞桿菌屬（Faecalibacterium）[31,32]。

對PD 病人排泄物樣本分析發(fā)現(xiàn)，相較于健康人樣本，PD 病人腸道菌群中豐度上升的細菌種屬有：Blautia屬，糞球菌屬（Coprococcus），氏菌屬（Roseburia），變形菌門（Proteobacteria）[27]。豐度降低的細菌種屬有：糞 桿 菌 屬（Faecalibacterium）[27]，普 雷 沃 氏 菌 科（Prevotellaceae）[27-28]。

對AD 病人排泄物樣本分析發(fā)現(xiàn)，AD 病人發(fā)病率與細菌和病毒感染顯著相關[34]。更多的樣本結(jié)果顯示，AD 病人腸道菌群中的一些細菌種屬如擬桿菌屬（Bacteroides），放線菌類（Actinobacteria），瘤胃球菌屬（Ruminococcus），毛螺菌屬（Lachnospiraceae），月形單胞菌屬（Selenomonadales）等顯著改變[29]。

對中國大陸的15 例MSA 病人及其對照樣本的糞便宏基因組測序[30]發(fā)現(xiàn)，MSA病人的腸道菌群中，豐度升高的菌屬有：Akkermansia，氏菌屬的Roseburia hominis，Akkermansia muciniphila，Alistipes onderdonkii，副血鏈球菌（Streptococcus parasanguinis）和木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）；豐度顯著降低的細菌種屬有：巨單胞菌屬（Megamonas），雙歧桿菌屬（Bifidobacterium），Blautia，Aggregatibacter，擬桿菌屬的Bacteroides coprocola，巨單胞菌屬的Megamonas funiformis， 雙 歧 桿 菌 屬 的Bifidobacterium pseudocatenulatum，梭狀芽胞桿菌的Clostridium nexile，擬桿菌屬的Bacteroides plebeius和顆粒鏈菌屬的Granulicatella adiacens。

盡管多項研究紛紛證實神經(jīng)疾病患者腸道菌群的異常，但樣本研究結(jié)果之間的差異也導致靶向單一異常菌群的治療方案難以實施。因此，通過靶向腸道菌群開發(fā)具有臨床滿意療效的神經(jīng)退行性疾病的綜合治療方案成為當下研究的需求。

3 腸道菌群參與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制

在使用高通量測序技術分析神經(jīng)退行性疾病患者腸道菌群異常的同時，神經(jīng)退行性疾病動物模型的各項研究則逐步揭示了腸道菌群參與神經(jīng)疾病發(fā)病的具體機制。

3.1 腸道菌群參與多發(fā)性硬化發(fā)病機制

MS 是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)神經(jīng)細胞髓鞘炎性脫落為主要病變的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，目前研究多認為多發(fā)性硬化是一種自身免疫性疾病，病毒感染、遺傳、環(huán)境等也可能是其致病因素，實驗性變態(tài)反應性腦脊髓炎EAE 模型其最常用的研究模型。無菌小鼠相對于正常對照小鼠更不容易感染EAE，而該種抗性在移植了正常小鼠的糞便腸道菌群后得到逆轉(zhuǎn)[15,35]。羅伊氏桿菌屬可將食源性的色氨酸代謝為吲哚-3-甲醛等芳基烴受體（aryl hydrocarbon receptors，AHR）的天然配體[7,8]。在EAE小鼠中，抗生素可減少AHR協(xié)同劑吲哚-3-硫酸鹽（indoxyl-3-sulfate，I3S）的表達水平并加重EAE的疾病進程，反之補充I3S和吲哚-3-甲醛可促進EAE 的恢復。色氨酸富足時，TGFα可與星形膠質(zhì)細胞中的ErbB1 受體發(fā)生作用，限制星形膠質(zhì)細胞激活和EAE 病程；色氨酸缺乏時，小膠質(zhì)細胞分泌VEGF-B，觸發(fā)星形膠質(zhì)細胞中的FLT-1 信號傳導，激活星形膠質(zhì)細胞，導致EAE 惡化[36]，表明腸道菌群的代謝物可調(diào)控中樞炎癥參與多發(fā)性硬化發(fā)病。

3.2 腸道菌群參與帕金森病發(fā)病機制

PD 是以中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能（dopaminergic，DA）神經(jīng)元的進行性丟失和神經(jīng)元內(nèi)過度沉積的α-突觸核蛋白形成的病理性的路易小體為主要病理特征，以靜止性震顫、肌僵直、運動遲緩和姿勢步態(tài)異常等為主要臨床特征。其發(fā)病機制復雜，神經(jīng)炎癥是導致PD 發(fā)病的元素之一。在受到持續(xù)刺激時，腦內(nèi)激活的小膠質(zhì)細胞可分泌細胞炎癥因子如ROS，NO，TNF-α和 IL-1β等，引起多巴胺能神經(jīng)元的死亡[37]。Devos 等在PD 患者結(jié)腸活組織中檢測到促炎因子如TNF-α、IFN-γ、IL-6 等表達水平的升高和小膠質(zhì)細胞的激活[38]，證明腸道菌群是PD 的潛在致病因素。在以α-突觸核蛋白過表達的PD 小鼠模型中，抗生素治療減緩PD 進程，而重新回歸有菌環(huán)境則促進PD 病理變化。向無菌小鼠移植特殊的細菌代謝物將促進神經(jīng)炎癥和運動癥狀的發(fā)生；向PD 小鼠移植細菌則發(fā)現(xiàn)，相比于正常病人的糞便，PD病人的糞便顯著增強小鼠的病理損傷；提示腸道菌群能夠調(diào)控小鼠的運動障礙[39]。在MPTP亞急性造模的PD小鼠模型中，移植PD小鼠的腸道菌群能夠誘導正常小鼠的運動功能損傷和紋狀體神經(jīng)遞質(zhì)的減少，而向PD 小鼠移植正常小鼠的糞便腸道菌群則能夠減緩腸道菌群紊亂和黑質(zhì)區(qū)膠質(zhì)細胞的激活，提高紋狀體多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)含量，減少運動損傷[40]。在6-OHDA 所致大鼠PD 模型中，抗生素處理顯著改善大鼠運動障礙和多巴胺能神經(jīng)元損傷[41]?？梢娔c道菌群的紊亂可引起黑質(zhì)致密部膠質(zhì)細胞的激活，加劇PD 病理進程，而菌群移植能夠改善PD 小鼠腸道菌群，并且改善PD 樣的運動功能損傷。

3.3 腸道菌群參與阿爾茨海默病發(fā)病機制

AD 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)第一大退行性病，以腦內(nèi)毒性Aβ42錯誤折疊形成的β-淀粉樣蛋白沉積，Tau蛋白異常磷酸化引起的神經(jīng)原纖維纏結(jié)以及皮質(zhì)神經(jīng)元丟失為主要病理特征。無菌來源的AD 模型APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠大腦內(nèi)和血清的β-淀粉樣蛋白均顯著下降[42]。APP/PS1 小鼠使用光譜抗生素治療后腦內(nèi)Aβ斑塊顯著減少[43]，同樣抗生素或益生菌處理能夠改善AD 動物的學習和記憶[44,45]。AD 的大腦Aβ沉積是由防御細菌入侵所致的概念被提出[46]，同時研究發(fā)現(xiàn)，相較于正常人，AD 病人糞便中介導炎癥的埃希氏菌屬和志賀氏桿菌屬豐度顯著升高，而且這些細菌的豐富與病人血液中促炎因子的富集度顯著相關[47]。一些飲食策略如生物活性類的食物也可以調(diào)節(jié)腸道菌群，改善AD 小鼠的突觸損傷等病理癥狀，其中促炎類細菌的變化最為顯著[48]，提示腸道菌群可能通過促進神經(jīng)中樞炎癥影響AD 病程。在果蠅AD 模型中，腸道菌群的SCFA 代謝產(chǎn)物醋酸鹽顯著下降，提示腸道菌群可以影響SCFA 等的代謝，參與AD 病理發(fā)展[49]。而向無菌小鼠移植來自AD 病人的糞便代謝物可引起小鼠的顯著的學習記憶行為學障礙[50]，表明腸道菌群紊亂可以直接導致AD相關病理癥狀。

4 中醫(yī)藥調(diào)節(jié)腸道菌群治療神經(jīng)退行性疾病

腸道菌群通過腦-腸軸和外周免疫系統(tǒng)參與了多種神經(jīng)退行性疾病的病理進程，也為中醫(yī)藥治療神經(jīng)退行性疾病的可能機制提供了藥效基礎。中藥解毒化瘀湯（黃連解毒湯加味方）能夠改善AD 模型小鼠的學習記憶，并改變了小鼠腸道Firmicutes，Bacteroidetes，Proteobacteria等菌屬的多樣性，其中Dorea菌屬為其中關鍵作用的腸道菌群[51]?；诹兜攸S湯藥效物質(zhì)的新方LW-AFC 及其活性成分灌胃APP/PS1 小鼠可顯著改善其記憶能力，而經(jīng)灌胃的小鼠糞便再灌胃APP/PS1 小鼠同樣能夠顯著改善其學習記憶，表明LWAFC可通過調(diào)節(jié)腸道菌群改善AD病理癥狀[52]。

中藥佛手散可改善APP/PS1 小鼠記憶障礙，并且減緩LPS所致炎癥損傷，同時上調(diào)了Lactobacillus菌屬的豐度，降低了E.coli的豐度[53]。中藥化風丹在魚藤酮合并LPS 毒性所致PD 大鼠模型中顯著改善運動行為障礙，減緩了多巴胺能神經(jīng)元的丟失和小膠質(zhì)細胞的激活，同時調(diào)節(jié)了紊亂的腸道菌群[54]。以上研究提示，復方中藥可能通過調(diào)節(jié)腸道菌群抑制神經(jīng)退行性疾病中的炎癥反應。以海洋褐藻提取物為原料制備的AD治療新藥—低分子酸性寡糖化合物甘露特納（GV-971），已在臨床三期實驗中顯著改善MCI 病人的認知功能，研究進一步發(fā)現(xiàn)其可重塑AD 小鼠的腸道菌群組成，從而抑制Th1細胞的分化和M1型小膠質(zhì)細胞激活，同時也能改善輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）病人的腸道菌群組成[55]。此外，大麻類的中藥單體能夠改善EAE 小鼠的神經(jīng)損傷，抑制IL-17、IFN-γ等炎癥因子，并顯著改變腸道菌群豐度，下調(diào)促炎細菌Akkermansia muciniphila豐度，而腸道的短鏈脂肪酸如丁酸，異戊酸，和戊酸等含量升高。重新移植食用大麻類藥物的小鼠糞便至EAE 小鼠可改善其病理癥狀，證明腸道菌群的改變是大麻類藥物發(fā)揮保護作用的關鍵[56]。以上研究進一步證明，中藥單體可直接調(diào)節(jié)腸道菌群，抑制神經(jīng)炎癥，減緩神經(jīng)退行性疾病的損傷。

腸道菌群可調(diào)節(jié)小鼠腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF的表達，并改變小鼠的行為學表現(xiàn)[57]。BDNF 也參與了腸道菌群改善PD 的機制。一些飲食策略比如模仿禁食的飲食減緩了MPTP 神經(jīng)毒性所致小鼠PD 病理損傷，抑制神經(jīng)炎癥，并提高了Firmicutes，Tenericutes和Opisthokonta等菌屬的豐度，降低了Proteobacteria菌屬的豐度，并且提高了BDNF 的表達水平[58]，提示BDNF 可能協(xié)同腸道菌群改善PD 病例癥狀。使用Lactobacillus rhamnosus GG，Bifidobacterium animalis lactis和Lactobacillus acidophilus的益生菌組合治療分別在魚藤酮和MPTP 毒性所致PD 小鼠中減緩了神經(jīng)損傷，提高了BDNF的表達，降低了MAO-B 的表達，其中Lactobacillus rhamnosus GG是主要作用菌株。因此可以推測，具有上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子功能的復方中藥也可能改善疾病模型的腸道菌群組成，比如中藥復方地黃顆粒顯著改善6-OHDA 所致PD 大鼠模型的運動障礙并提高BDNF 及其受體的表達[59]，可針對腸道菌群的變化進一步挖掘其藥效機制。

5 展望

隨著現(xiàn)代研究的深入，“腸道微生物-腸-腦軸”相互作用機制逐漸被揭示，腸道菌群在神經(jīng)系統(tǒng)疾病尤其是MS、AD、PD 等炎癥參與的神經(jīng)退行性疾病的中發(fā)揮著重要作用，甚至還參與了MSA 這類罕見老年神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病進程。盡管如此，腸道菌群或腸道菌群代謝物究竟如何傳遞信號至神經(jīng)系統(tǒng)，改變神經(jīng)退行性疾病進程，具體機制尚未明確。

越來越多的研究表明，中醫(yī)藥可通過靶向腸道菌群參與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病進程，為神經(jīng)退行性疾病的中醫(yī)藥治療策略提供了新思路。中醫(yī)藥在疾病治療中，以多靶點、多途徑和多層次療效見長，腸道菌群為其復雜療效提供了豐富的作用靶點，亟待進一步的研究和探索。

我國原創(chuàng)藥GV-971 以海洋褐藻提取物為原料，是國際首個靶向腦—腸軸治療輕中度AD 的上市藥物，其以調(diào)節(jié)腸道菌群、抑制神經(jīng)炎癥為主要作用機制，最近受FDA 獲批直接進入III 期臨床試驗，突顯了對治療阿爾茨海默病的迫切需求，以及美國監(jiān)管機構對其在中國臨床試驗記錄數(shù)據(jù)所示治療效果的肯定，為靶向腸道菌群治療神經(jīng)退行性疾病的相關中藥提取物的新藥研發(fā)創(chuàng)造了美好的愿景。此外，基于改善腸道菌群的飲食策略在神經(jīng)退行性疾病模型中也發(fā)揮著保護作用，為中醫(yī)進補的基本理論提供了堅實的實驗證據(jù)。

未來的研究將基于腸道菌群對中樞和外周免疫系統(tǒng)的作用機制，聯(lián)合使用特定腸道菌群代謝物、抗生素、益生菌和中醫(yī)藥治療，進一步開發(fā)神經(jīng)退行性疾病的新型治療策略。