中医药对AD肠道菌群调控及炎性反应相关性的研究进展

冯丽娜，王 杰，张馨月，王 琦，黎明全，王庆伟

（1.长春中医药大学中医学院，长春 130117；2.长春中医药大学中西医结合学院，长春 130117；3.长春中医药大学附属第三临床医院脑病科，长春 130117）

随着AD机制研究的不断深入，国内外研究[1]发现 Aβ在脑内的异常沉积只是冰山一角，它既是致病因素也是病理产物，其并非始发因素，不断在脑内聚集、沉淀的诸多因素才是关键。近年来研究[2]认为炎症反应是导致Aβ在脑内异常聚集的重要因素之一，而炎症反应与肠道微生物群落失调密切相关[3]。对于阿尔茨海默病机制的研究以往主要集中在脑部，但是随着近10年肠道菌群（Gut microbiota，GM）对神经系统影响的不断深入研究，发现AD患者的GM与正常人群相比其构成的丰度、多样性及代谢产物的含量有明显差异，而通过重建肠道菌群的药物可减轻大脑中的神经炎症，在改善AD患者认知方面有明显的疗效，这些现象说明了微生物-肠-脑轴是影响AD的发生发展的重要病理途径。

1 GM与AD相关性研究

机体与GM是一种互利共生关系。AD的发生与GM失调关系密切。微生物-肠-脑轴反映了中枢神经系统与胃肠道之间的双向持续沟通[4]。大脑可通过调节自主神经功能影响肠道的代谢和分泌，反之，GM也通过影响代谢产物、内分泌调节、神经递质传递和免疫调节来参与AD的发生发展[5]。

研究[6]表明，在AD患者GM中的短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）与对照组比较明显减少，SCFA可经透过肠道黏膜屏障进入血液循环，并依靠单羧酸转运体透过血脑屏障（blood-brainbarrier，BBB）直接影响大脑的神经细胞功能[7]。而胃肠道中革兰阴性菌细胞壁的结构成分的脂多糖（lipopolysaccharides，LPS），可激活氧化应激而产生活性氧，破坏BBB，导致神经元破坏和丢失，促使神经元变性[8]，肠道内鼠伤寒沙门菌、金黄色葡萄球菌等细菌也可产生Aβ[9]，AD患者肠道黏膜屏障和BBB都具有高通透性[10]，肠道中Aβ蓄积后可进入血液并在脑内积累，造成神经损伤，加速AD发病进程。GM也可以通过氧化应激、胰岛素抵抗来影响tau蛋白磷酸化。肠道内存在的革兰氏阳性菌可以产生γ-氨基丁酸（GABA），GABA 是人类中枢神经系统中的重要的抑制神经递质[11]，GM可通过GABA途径拮抗AD。研究表明大量摄入益生菌和益生元，能提高神经认知能力并降低AD病发风险[12]。粪菌移植（fecal microbiota transplantion，FMT）是将正常菌群移植到菌群失调个体肠道中以达到平衡菌群的目的[13]，FMT的治疗手段在AD实验动物身上取得了很好疗效。

2 炎症（神经炎性、机体炎性）与AD相关性研究

AD的典型组织病理学改变为Aβ异常沉积和tau蛋白过度磷酸化[14]，除此之外，神经炎症已被一系列研究证实为AD患者脑组织的另一个特征。当前通过正电子发射断层扫描（PET）检测到的18 kda转位蛋白（TSPO）水平已被确定为神经炎症最常见的成像生物标志物[15]。

2.1 神经炎性

神经炎症主要由小胶质细胞和星形胶质细胞介导为主。在AD患者的大脑中，小胶质细胞可被可溶性Aβ寡聚物或与PRRs（Toll样受体家族）结合的LPS激活[16-18]。AD早期M1亚型促炎小胶质细胞通过IκB/NF-κB、MAPK/AP-1信号通路持续分泌各种促炎细胞因子[19]并上调BACE1、APP和γ-分泌酶复合物的表达来促使Aβ的生成[20]。同时，激活转化生长因子-β（TGF-β）信号通路，将M1亚型转化为分泌抗炎因子和神经营养因子的M2亚型，对神经元和吞噬异常蛋白的修复起到代偿作用[21]。而在AD的中晚期失代偿过程中，调控存在由抗炎“M2”表型向促炎“M1”表型的动态转化过程[22]，M1表型调控多种神经免疫炎性因子如：TNF-α，IL-1β及NO[23]，使得神经元受损后释放Aβ等毒性物质，促进小胶质细胞向M1表型转化形成恶性循环。星形胶质细胞是分布最广的胶质细胞。不仅与氧化应激和Aβ清除有关，更参与调节神经炎症功能[24]。星形胶质细胞可被诱导成两种表型：具有神经毒性的促炎A1亚型，具有神经营养及保护的抗炎A2亚型[25]。此外，Aβ和促炎细胞因子也可激活星形胶质细胞向A1亚型转化。激活NF-kB信号通路，导致促炎细胞因子和趋化因子的产生和分泌，加剧了Aβ的产生、小胶质细胞功能障碍以及神经元损伤，加速AD的进展[26]。

2.2 机体炎性

除神经炎症外，感染诱导的机体炎症是AD进展的潜在驱动因素。首先，机体炎症可通过修饰毛细血管紧密链接的内皮细胞层和星形胶质细胞足突破坏BBB[27]。其次，促炎物质也可以通过主动转运穿过BBB进入大脑[28]。最后，周围神经通过感知机体炎症信号并将其传递到中枢神经系统[29]。迷走神经是大脑与机体之间的主要通信媒介[30]。迷走神经由20%的传出纤维和80%的传入纤维组成。传入神经元表达IL-1β、TNF、TLR4和外周炎症分子等细胞因子相关受体，相关受体激活后将炎症信号传递到中枢神经系统，直接或间接使小胶质细胞和星形胶质细胞活化为M1和A1表型[31]。最近的研究发现，LPS注射引起的机体炎症通过激活NLRP3炎症小体降低了小胶质细胞对Aβ的清除[32]。综上所述，机体炎症是AD发病机制的重要组成部分。

3 GM介导的阿尔茨海默病的炎症途径研究进展

GM与AD之间已有多种途径相互影响，同时炎症（神经炎性、机体炎性）也已被证明在AD的进展和发病机制中起关键作用。近年来，微生物—肠—脑轴是一个热门话题。炎症途径是两者之间重要的桥梁之一。研究[33]表明，在AD患者检测出的微生物或其碎片不仅存在于血液中而且存在于脑组织中，如LPS、肠毒素、微生物来源的淀粉样蛋白。在各种肠道粘膜屏障和BBB的防御下，通过强烈的神经毒性和促炎作用推动着AD的进程[34]。

3.1 脂多糖（LPS）

LPS是革兰阴性菌的大部分外膜成分。研究发现，AD患者大脑灰质和白质中LPS水平明显高于对照组[35]，且晚期AD患者海马病例样本中的LPS超过对照组的26倍，由此可见LPS的增多与AD病理密切关系[36]。此外，从AD患者的血清中也检测到较高浓度的LPS，同时伴有较高的NO2激活[37]，有研究提示腹腔注射LPS（10 mg·kg-1）可激活经典补体通路和小胶质细胞M1型，导致突出丢失及神经元损伤从而影响学习和记忆[38]。此外，暴露于脆弱拟杆菌LPS后，神经胶质细胞的突触前和突触后膜蛋白均明显降低[39]，进一步的研究证实了突触前破坏与小胶质细胞来源的IL-1β相关[40]。正常情况下，血液中仅有极少量的LPS，当细菌感染期间肠道通透性增加，LPS以高浓度存在于肠道、牙龈和皮肤以及其他组织中[41]，出现“肠源性炎症反应”，使肠道屏障和BBB功能受损[42]。另一方面，透过BBB进入脑内，并与小胶质细胞的Toll样受体（Toll-likereceptors，TLRs）结合释放促炎因子，导致AD发生和发展。在Aβ的产生方面，LPS通过与TLR4受体结合，激活下游的NF-kB通路，释放炎性细胞因子IL-1、IL-6和TNF[43]。同时上调淀粉样前体蛋白（β-APP）mRNA水平和β-分泌酶1（BACE1）活性促进Aβ的生成[44]。在清除Aβ方面，LPS增加BBB的通透性促使促炎物质更容易进入中枢神经系统，减少Aβ清除[8]。在tau的病理方面，LPS通过炎症因子诱导GSK-3β磷酸化，而加剧tau的超磷酸化[45]。综上所述，LPS通过炎症反应、Aβ清除以及tau磷酸化对AD的发生发展有不同的影响。

3.2 GM来源的淀粉样蛋白

人体中的大多数微生物，包括芽孢杆菌属、假单胞菌属、链霉菌属、葡萄球菌属和大肠杆菌等都会分泌淀粉样蛋白[46]。这可能是AD患者中枢神经系统淀粉样蛋白过程的潜在提供者[47]，目前，微生物源淀粉样蛋白在AD病理过程中的作用主要体现在两个方面。一方面，微生物来源的淀粉样蛋白可能启动类似朊病毒的繁殖[48]，AD患者血液中存在淀粉样变性真菌蛋白和弥漫性真菌[49]，可见朊病毒样折叠行为的蛋白质[50]。推测肠道内的淀粉样蛋白通过与滤泡树突状细胞相互作用而进入肠道神经系统，最终扩散到中枢神经系统引发AD[51]。另一方面，微生物源性淀粉样蛋白诱导炎症导致AD[52]。微生物源淀粉样蛋白作为PAMPS，激活TLR2、NF-κB、CD14和促炎症的microRNA-34a[53]。大肠杆菌分泌的淀粉样蛋白与Aβ42的结构和免疫原性相似，可结合小胶质细胞表面的TLR2受体，激活并释放炎症因子，加重AD[54]，此外，细菌淀粉样蛋白也引起NLRP3炎症小体的激活，促进小胶质细胞，释放IL-1β和IL-18，并减少Aβ的清除，使Aβ和p-tau的聚集增多[55]。

3.3 短链脂肪酸（SCFAs）

SCFAs是GM将膳食纤维水解并发酵的产物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等。SCFAs具有调节GM平衡、免疫系统和促进神经递质释放等功能，且对肠道黏膜屏障的完整性发挥着重要作用。丁酸盐是一种SCFAs，而丁酸钠在小胶质细胞中具有抗炎的作用。有研究发现，双转基因AD小鼠经丁酸盐治疗后联想记忆得以改善[56]。研究[57]证实，SCFAs在tau蛋白磷酸化和神经炎症中发挥了至关重要的作用。在生理病理状态下其对小胶质细胞的生长发育起着调节作用，Erny等首次报道了SCFAs可以修复FFAR2小鼠无菌肠道引起的小胶质细胞损伤[58]。这一研究提示了SCFAs的作用可促进小胶质细胞的发育和成熟。且小胶质细胞可清除Aβ沉积，补充SCFAs可改善小胶质细胞异常活化延缓AD进程。此外，研究表明，SCFAs通过抑制衰老小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞的炎症作用，发挥抗炎功能[59]。近期有报道称，单用或联合使用SCFAs可以调节细胞因子和细胞毒素的分泌、小胶质细胞的吞噬活动[60]。

GM直接或间接参与了机体和中枢炎症的调节，因此，在AD的发展和发病机制中起着重要作用。目前，针对GM抗炎治疗研究的干预措施主要有益生菌、益生元等。益生菌可使GM由促炎向抗炎转化。益生菌-4由嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、两歧双歧杆菌和乳酸双歧杆菌组成。有研究发现，使用益生菌-4不仅可以改善记忆功能、神经元和突触损伤、神经胶质细胞活化，而且还能减少因衰老引发的肠道屏障和BBB的破坏[61]。

4 中医药通过调节GM治疗AD

4.1 中药单体对GM的调节

在治疗AD过程中，中医药通过调节GM优势逐渐被发现。巴戟天低聚果糖通过提升有益菌丰度、多样性与稳定性，影响肠道形态、黏蛋白和肠道黏膜通透性，改善氧化应激、下调Aβ1-42表达，延缓AD病理过程[62]。对APP/PS1转基因小鼠运用淫羊藿苷联合三七总皂苷治疗可显著改善GM的多样性及记忆功能[63]。大黄酸可通过调节微生物群稳态、抑制巨噬细胞积聚、抗神经炎症和BDNF表达来治疗高脂血症模型鼠认知功能障碍[64]。实验表明槲皮素可明显改善低维生素D状态下的认知功能。这可能与提高GM多样性及丰度有关，进而减少Aβ沉积、tau磷酸化及神经炎症[65]。有研究发现，经矢车菊素-3-O-葡萄糖苷治疗的PAP小鼠模型可以逆转部分由AD引起的菌群种类及结构失调，促进肠黏膜结构完整性的恢复，改善认知功能[66]。而代谢功能障碍也会加剧AD的进程已被证实。研究发现菊粉可增加小鼠GM中有益微生物群减少有害微生物群，提升盲肠、外周和大脑的新陈代谢，降低了海马中的炎症基因表达，这为调整膳食及益生元来治疗AD提供一定的参考价值[67]。基于“GM-肠-脑轴”轴的银杏酮酯治疗AD实验研究中[68]，当AD发生时，GM的丰富度及多样性遭到破坏，进而影响神经递质的释放，而当给予银杏酮酯治疗后，相应GM稳态失调及神经毒性得以改善。有研究者发现通过使用石菖蒲水提取物治疗3xTg-AD小鼠模型可改变GM结构，且明显改善学习记忆能力[69]。此外，有研究证实[70]，天麻水提取物可以改善AD模型小鼠的学习记忆及空间探索能力。抑制小鼠海马体中P-Tau蛋白的表达，且提高GM的丰度变化。

4.2 中药复方对GM的调节

研究发现，解毒化瘀汤可以通过调控N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）/腺苷三磷酸酶（ATPase）/腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）信号通路并上调AD模型小鼠海马腺苷和GM结构来改善AD模型小鼠的学习、记忆障碍[71]。此外，研究发现柴胡舒肝散能够改变APP/PS1双转基因GM结构，提高小鼠学习和记忆能力，恢复其菌群多样性[72]。LW-AFC是由经典中医方剂六味地黄汤衍生而成的新方剂，研究发现LW-AFC可以通过调节GM来改善空间学习和记忆能力、回避反应能力、物体识别记忆能力等认知行为[73]。另外，芍药当归散可增加APP/PS1转基因GM中的乳酸杆菌科的丰度，降低幽门螺杆菌属、黏液性细菌相对丰度，升高5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）与 GABA 水平[74]，此外，当归芍药散可以激活TLR4/NF-κB信号通路，降低IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS释放，从而抑制细胞炎症反应。

5 解毒益智方的提出及研究进展

课题组传承国医大师任继学的“脑髓理论”，结合《灵枢·大惑论》内容，同时综合李杲、叶天士等先贤的医学理论，创新提出“髓虚毒损”是本病的病机关键[75]，认为肾精不足，脑髓失养，加之脂膏壅塞，水津血互渗，聚为痰涎，毒自内生，神机失用，故应用“上下交损，当治其中”治疗理念，确立解毒益智方。

在临床研究方面，课题组前期证实[76]，运用解毒益智方治疗非痴呆型血管性认知功能障碍（VCIND）72例6个月后，MMSE、MoCA、ADL评分变化明显优于对照组（口服尼莫地平片）。前期亦证实，解毒益智方中黄连多糖（coptis chinensis polysaccharide，CCP）通过抑制MAPK/JNK调控的凋亡信号通路，对Aβ25-35诱导的PC12神经毒性起到保护作用[77]。课题组进行进一步深入探究，在解毒益智方干预Aβ25-35模型大鼠的GM实验分析证实：解毒益智方明显提升肠道多样性，尤以以AD相关乳酸菌种、普雷沃氏菌、约氏乳酸杆菌和罗伊氏乳杆菌属上最为明显，并通过下调焦亡通路上相关蛋白，抑制了AD大鼠体内的炎症反应，起到神经毒性保护作用并提高认知功能。

6 小结

综上所述，课题组在大量前期工作的基础上，结合国内外研究进展，围绕AD的最新发病机制和主要病理改变，提出了“具有多途径、多靶点治疗作用的解毒益智方通过调整消化道微生态，直接或间接的抑制炎症反应，激活脑部免疫反应促进脑内Aβ消解，从而治疗AD”科学假说，将会在后续进行进一步深入研究。