趙玲 張兆洲 卞兆祥 季光

前言

隨著高通量組學(xué)技術(shù)及生物信息學(xué)的高速發(fā)展，微生物組學(xué)已成為當(dāng)下醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為更全面、系統(tǒng)地研究微生物組，包括其與基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組以及微生物與宿主的互作關(guān)系，已有多個(gè)國(guó)家陸續(xù)開展了微生物組研究計(jì)劃。例如：2007年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院?jiǎn)?dòng)“人體微生物組計(jì)劃”、2008年歐盟啟動(dòng)“人類腸道宏基因組計(jì)劃”、2010年美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)“地球微生物組計(jì)劃”、2017年中國(guó)科學(xué)院牽頭啟動(dòng)“中國(guó)微生物組計(jì)劃”等。人類微生物組研究已明確，腸道是人體微生物的主要棲息器官之一，腸道微生物組對(duì)人體的免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。而腸道微生態(tài)長(zhǎng)期、持續(xù)紊亂不僅誘發(fā)腸道疾病（如功能性腸病、炎癥性腸病及消化道腫瘤等），而且參與許多腸外慢性疾?。ㄈ缣悄虿?、肥胖、心血管疾病及精神疾病等）的發(fā)生發(fā)展。隨著微生物組研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)其與中國(guó)醫(yī)學(xué)的整體觀念、陰陽(yáng)學(xué)說(shuō)、邪正盛衰等理論之間存在著諸多相似之處。腸道微生物組不僅已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)疾病診治及新藥研發(fā)的重要靶標(biāo)，也是闡釋中醫(yī)經(jīng)典理論內(nèi)涵、闡明中藥臨床療效及其作用機(jī)理的關(guān)鍵抓手。

消化道中寄生著數(shù)萬(wàn)億個(gè)微生物，其結(jié)構(gòu)組成因人而異

人類腸道中寄生著數(shù)萬(wàn)億個(gè)微生物，以細(xì)菌、真菌和病毒為主。其中，腸道細(xì)菌細(xì)胞數(shù)量高達(dá)100萬(wàn)億個(gè)，占人體總微生物量的78%，其所攜帶的基因大約是人類自身基因數(shù)量的150倍。目前，基因測(cè)序已成功鑒定超過(guò)1 952種腸道細(xì)菌，其中僅有400余種細(xì)菌可被培養(yǎng)。生態(tài)分類學(xué)結(jié)果顯示，人類腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和疣微菌門構(gòu)成。由于不同腸段的含氧量、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)成分等存在差異，腸道菌群的物種及分類結(jié)構(gòu)也有所不同（圖1）。腸道菌群結(jié)構(gòu)受到生產(chǎn)方式、哺乳方式、年齡、地理、氣候、生活及飲食習(xí)慣等諸多機(jī)體內(nèi)、外因素的影響（圖2）。

圖1 人體消化道內(nèi)菌群的數(shù)量及組成

圖2 腸道菌群易受年齡、地理、生活及飲食習(xí)慣等諸多因素影響

腸道菌群具有強(qiáng)大的代謝功能， 廣泛影響機(jī)體的生理病理過(guò)程

腸道菌群已被視為一種“隱秘”內(nèi)分泌器官，具有強(qiáng)大的代謝功能，主要包括：發(fā)酵未消化的食物殘?jiān)a(chǎn)生短鏈脂肪酸、有機(jī)酸等從而為腸道、肌肉及其他遠(yuǎn)端器官供能；代謝或降解藥物及其他外源化學(xué)成分；合成微量元素、B和K族維生素等；產(chǎn)生內(nèi)毒素、次級(jí)代謝小分子等通過(guò)門靜脈入循環(huán)血，從而影響宿主消化器官（腸、肝、膽、胰腺等）及其他遠(yuǎn)端臟器（心、腎、腦）的代謝功能。同時(shí)，腸道菌群衍生的代謝分子也可幫助宿主抵御致病微生物侵害、為有益細(xì)菌提供有利生存條件。

微生物組研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，腸道菌群通過(guò)其自身代謝信號(hào)或調(diào)控宿主代謝信號(hào)，廣泛影響宿主機(jī)體生理功能，主要包括：1）影響以肝-腸循環(huán)為典型通路的機(jī)體消化吸收功能；2）促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)的發(fā)育、成熟，進(jìn)而影響先天性、適應(yīng)性免疫應(yīng)答；3）參與消化道神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)功能，影響腸-腦軸交互。當(dāng)腸道菌群結(jié)構(gòu)及其代謝功能異變，可擾亂消化道乃至遠(yuǎn)端多個(gè)器官的神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌功能，進(jìn)而誘發(fā)多器官功能性或器質(zhì)性病變。

維持腸道微生態(tài)平衡對(duì)人類的健康至關(guān)重要

何為“健康”的腸道菌群，目前尚無(wú)明確定論?？茖W(xué)家提出了一種“森林假說(shuō)”，即腸道菌群像一個(gè)原始森林，物種豐富、相互依存、互利互惠，共同構(gòu)建腸內(nèi)蔥郁、健康的“微生物森林”；人體自身免疫、代謝系統(tǒng)是這片森林的“土壤環(huán)境”，及時(shí)調(diào)整，有益于腸道森林的健康。然而，在諸多外在或內(nèi)在環(huán)境（不良飲食習(xí)慣、作息時(shí)間、疾病史、遺傳因素等）刺激下，腸道菌群結(jié)構(gòu)易于發(fā)生改變，“森林”生態(tài)系統(tǒng)平衡易被打破，從而引發(fā)多種疾病。

腸道微生態(tài)與中醫(yī)學(xué)理論不謀而合

中醫(yī)藥學(xué)博大精深，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，濃縮著中華民族幾千年來(lái)的健康養(yǎng)生觀念和臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。習(xí)近平總書記明確指出：中醫(yī)藥學(xué)是中國(guó)古代科學(xué)的瑰寶，也是打開中華文明寶庫(kù)的鑰匙。

整體觀念是中醫(yī)學(xué)的基本特點(diǎn)之一，它是關(guān)于人體自身的完整性以及人與自然和社會(huì)環(huán)境統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)，是整體思維方法在中醫(yī)理論中的具體體現(xiàn)。整體觀念包涵了人是一個(gè)有機(jī)的整體、人與自然環(huán)境相統(tǒng)一以及人與社會(huì)環(huán)境相統(tǒng)一等基本內(nèi)容。如前所述，腸道微生態(tài)不僅組成復(fù)雜、功能強(qiáng)大，而且參與機(jī)體的多種生理病理活動(dòng)，導(dǎo)致多種腸道疾病和腸外疾病的發(fā)生發(fā)展。目前針對(duì)肝-腸軸、腦-腸軸等的大量研究已經(jīng)將腸道微生物作為腸道與其他臟器相關(guān)聯(lián)的重要橋梁。因此，從腸道微生態(tài)的研究著手，能夠從微觀上闡釋和豐富中醫(yī)學(xué)整體觀念的科學(xué)內(nèi)涵。

陰陽(yáng)學(xué)說(shuō)是中國(guó)古代哲學(xué)理論用來(lái)闡述宇宙間萬(wàn)事萬(wàn)物發(fā)生、發(fā)展和變化規(guī)律的一種學(xué)說(shuō)。中醫(yī)學(xué)在發(fā)展的過(guò)程中引入陰陽(yáng)學(xué)說(shuō)，從陰陽(yáng)之間的對(duì)立制約、相互依存和相互轉(zhuǎn)化等關(guān)系解釋機(jī)體的生理病理活動(dòng)。在腸道微生態(tài)中，也客觀存在著腸道菌群之間的對(duì)立制約、相互依存等關(guān)系。當(dāng)腸道菌群的“陰陽(yáng)平衡”狀態(tài)被打破，則出現(xiàn)菌群失調(diào)，產(chǎn)生疾病。古代中醫(yī)用人中黃等藥治療天行熱、瘟毒、疫戾、痰火、痘疹等疾病，可能是通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)揮治療作用。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)用微生物制劑治療疾病，其作用機(jī)制也主要是通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群實(shí)現(xiàn)的。

正邪理論是中醫(yī)病機(jī)學(xué)的重要組成部分，中醫(yī)認(rèn)為“正氣存內(nèi)，邪不可干”“邪之所湊，其氣必虛”。中醫(yī)理論認(rèn)為，正氣不足是疾病發(fā)生發(fā)展的根本原因，而邪氣侵襲是發(fā)病的重要條件，這與西醫(yī)學(xué)對(duì)機(jī)體免疫功能的論述頗為相似。有研究認(rèn)為，機(jī)體“正氣”的構(gòu)成因素包括微生態(tài)平衡、免疫系統(tǒng)正常的應(yīng)答能力及表達(dá)功能，而“邪氣”包括了病原微生物、外來(lái)抗原物質(zhì)和由于免疫失調(diào)產(chǎn)生的自身抗體、免疫復(fù)合物等。機(jī)體的腸道微生物屏障可以抵御病原微生物的入侵，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物包含了大量的免疫原性物質(zhì)。對(duì)于正常菌群所產(chǎn)生的抗原，腸黏膜免疫系統(tǒng)表現(xiàn)出免疫耐受從而維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定，對(duì)于病原微生物則做出免疫排斥反應(yīng)。腸道微生態(tài)失衡，運(yùn)用正邪理論解釋，主要是因?yàn)闄C(jī)體的正氣不足和（或）邪氣侵襲，產(chǎn)生正邪力量的消長(zhǎng)盛衰變化，從而影響疾病的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等。

腸道微生物組學(xué)相關(guān)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代中醫(yī)藥的臨床和基礎(chǔ)研究。研究發(fā)現(xiàn)中藥方劑、針灸、推拿等的臨床療效均與腸道菌群的改變密切關(guān)聯(lián)，中醫(yī)藥可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝功能有效防治疾病（圖3）。

圖3 腸道微生態(tài)是研究中醫(yī)理論和中藥防治疾病機(jī)理的重要路徑

聚焦功能性胃腸病，從腸道菌群探究病-證的內(nèi)在聯(lián)系

臨床發(fā)現(xiàn)，很多功能性胃腸病患者往往伴有焦慮、抑郁等心理障礙。近年來(lái)，隨著腸道微生態(tài)研究的不斷深入，腦-腸-微生態(tài)軸互動(dòng)在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用以及患者的心理問(wèn)題逐漸得到重視。而隨著醫(yī)學(xué)模式從傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯?心理-社會(huì)醫(yī)學(xué)模式，精神心理因素在功能性胃腸病診治中的作用日益凸顯。

中醫(yī)理論認(rèn)為，肝胃不和、肝郁脾虛是功能性消化疾病的常見(jiàn)證候類型，其中肝郁作為核心病機(jī)貫穿疾病的全過(guò)程。肝主疏泄，具有調(diào)暢氣機(jī)、調(diào)暢情志和促進(jìn)脾胃運(yùn)化的生理功能。脾主運(yùn)化，胃主受納腐熟水谷，脾氣以升為健，胃氣以降為和。脾胃運(yùn)化功能的正常發(fā)揮，不僅需要脾的升清與胃的降濁之間維持協(xié)調(diào)平衡，而且需要肝主疏泄功能的正常發(fā)揮。如果肝失疏泄，影響到脾的升清功能，在上表現(xiàn)為眩暈，在下則表現(xiàn)為泄瀉；肝失疏泄，影響到胃的降濁功能，在上則表現(xiàn)為嘔逆噯氣，在中則表現(xiàn)為不思飲食、腹脹腹痛，在下則表現(xiàn)為便秘等?；谏鲜霾C(jī)，中醫(yī)治療功能性胃腸病常用具有調(diào)和肝脾功效的方藥，比如四逆散、逍遙散、痛瀉要方等。研究表明，痛瀉要方可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群、改善情志狀態(tài)以及調(diào)節(jié)腦-腸-微生態(tài)軸等途徑治療腸易激綜合征。

基于宏基因組測(cè)序及其他表型組學(xué)（代謝組、蛋白組、轉(zhuǎn)錄組等）檢測(cè)，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)脾胃病的這兩大證候的生物學(xué)內(nèi)涵開展了初步探究。例如：脾虛證（脾氣虛證、脾陽(yáng)虛證）人群腸道菌群結(jié)構(gòu)及其多糖分解、脂肪酸及膽汁酸代謝等功能明顯異常。聚焦腸道菌群及其代謝功能，本課題組發(fā)現(xiàn)肝郁脾虛證腸易激綜合征患者腸道梭菌類細(xì)菌明顯富集，且與患者腸道癥狀（如腹瀉、腹痛）的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證據(jù)揭示，梭菌科梭菌屬細(xì)菌（以梭狀芽胞桿菌為例）通過(guò)調(diào)節(jié)腸道內(nèi)膽汁酸比例，削弱腸道法尼醇X受體介導(dǎo)的負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)而增加宿主膽汁酸合成、排泄水平，刺激腸道動(dòng)力、分泌功能導(dǎo)致腹瀉。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，顫螺菌科瘤胃球菌屬細(xì)菌（以活潑瘤胃球菌為例）可將芳香族氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸）代謝為芳香族微量胺（苯乙胺、色胺），通過(guò)激活腸道微量胺受體信號(hào)通路刺激腸道上皮分泌型細(xì)胞合成血清素，進(jìn)而加速腸道蠕動(dòng)并引起腹瀉。以上科學(xué)發(fā)現(xiàn)從腸道微生態(tài)角度科學(xué)闡釋了證候與疾病間的關(guān)聯(lián)性。

腸道菌群也被視為病-證結(jié)合防治疾病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。多種不同消化疾?。êδ苄员忝?、克羅恩病、非酒精性脂肪肝等）的濕熱證患者腸道內(nèi)普遍有大量致病細(xì)菌富集，并伴有腸屏障損傷及腸道炎癥。具有清熱化濕功效的中藥復(fù)方（以葛根芩連湯為例）能夠?qū)駸嵝湍c道菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行重塑，降低致病細(xì)菌豐度及其內(nèi)毒素釋放水平，恢復(fù)腸黏膜屏障功能并降低促炎因子表達(dá)。由此可見(jiàn)，腸道微生物組是探究疾病及其中醫(yī)證候演變規(guī)律的重要橋梁，也是闡釋中醫(yī)辨證論治的科學(xué)性、有效性的重要路徑。

腸道菌群助益中藥復(fù)方療效評(píng)價(jià)及機(jī)理闡述

中藥多以口服方式發(fā)揮作用，而進(jìn)入消化道的中藥成分不可避免與腸道微生物接觸并發(fā)生互作，對(duì)腸道菌群的結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。中藥與腸道微生物互作的模式主要包括兩種：第一，中藥直接調(diào)節(jié)腸道微生物組，改變的微生物及其衍生的代謝產(chǎn)物發(fā)揮效應(yīng)。例如：研究發(fā)現(xiàn)人參可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，增加其戊酸的產(chǎn)生并降低色氨酸-犬尿氨酸代謝，進(jìn)而抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞，從而有效增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)抑制劑的抗腫瘤效應(yīng)。第二，中藥通過(guò)腸道菌群的代謝及生物轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生新的具有生物活性的藥物成分或藥物原成分結(jié)構(gòu)得到一定的修飾后進(jìn)而發(fā)揮效應(yīng)。例如：肉蓯蓉富含苯乙醇苷類成分，其口服利用度極低，無(wú)法通過(guò)腸道重吸收進(jìn)入體內(nèi)，其通過(guò)腸道菌群的多步化學(xué)反應(yīng)，可生成具有抗腫瘤、抗氧化等活性的羥基酪醇、咖啡因小分子進(jìn)入血循環(huán)發(fā)揮療效。

圖4 中藥調(diào)節(jié)腸道微生物組或影響藥物化學(xué)成分的生物轉(zhuǎn)化從而發(fā)揮效應(yīng)

此外，藥物微生物組研究發(fā)現(xiàn)，與肝臟藥物代謝不同，腸道菌群的藥物代謝更傾向于極性、分子量較低的化合物（常見(jiàn)糖苷、多酚類），其生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要包括：水解、氧化、還原、異構(gòu)化、重排、酯化、縮合等，具有高效、選擇性和物種特異性等特點(diǎn)。因人而異的腸道微生物組是中藥乃至其他藥物療效、毒副反應(yīng)存在個(gè)體差異的主要原因之一?；谒幬镂⑸锝M學(xué)技術(shù)，通過(guò)探究腸道微生物組與藥物互作關(guān)系，有助于發(fā)展中醫(yī)藥精準(zhǔn)治療。

總結(jié)和展望

綜上所述，腸道微生物組學(xué)已經(jīng)成為闡明疾病發(fā)生發(fā)展規(guī)律和藥物作用機(jī)制的重要手段和關(guān)鍵突破口。然而，腸道微生物組學(xué)研究目前還存在著一些問(wèn)題，比如：1）目前腸道微生物研究對(duì)象主要以細(xì)菌為主，對(duì)腸道中其他物種的研究不足；2）腸道微生物研究過(guò)程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)整合、生物信息分析技術(shù)以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)仍有待完善；3）基于腸道微生物組的中醫(yī)藥研究剛剛起步，亟須開展高質(zhì)量的基礎(chǔ)和臨床研究等。

基于上述問(wèn)題，我們組建了涵蓋微生物學(xué)、中醫(yī)學(xué)、中藥學(xué)、中西醫(yī)結(jié)合、分子生物學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)專家的研究團(tuán)隊(duì)。秉持多學(xué)科交叉融合、開展有組織科研的科學(xué)研究理念，緊密結(jié)合臨床實(shí)際需求，以功能性胃腸病為研究重點(diǎn)，充分利用腸道微生物組學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)手段，開展病證結(jié)合理論、中藥復(fù)方療效評(píng)價(jià)及其作用機(jī)制研究?；诖罅吭鷮?shí)的前期研究基礎(chǔ)，展望未來(lái)，我們堅(jiān)信，腸道微生物組學(xué)將會(huì)是一把打開祖國(guó)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)的鑰匙！