田蕾 吳昊 韋昱 鄭敏 何磊 趙燕

·理論探討·

基于宏基因組學(xué)研究中醫(yī)“肺與大腸相表里”的初步分析與設(shè)想

田蕾 吳昊 韋昱 鄭敏 何磊 趙燕

在中醫(yī)學(xué)中,“肺與大腸相表里”是重要的臟腑相關(guān)理論,自古便有效的指導(dǎo)著中醫(yī)關(guān)于肺腸相關(guān)疾病的治療,受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展,宏基因組學(xué)作為21世紀(jì)生命科學(xué)的產(chǎn)物,其是以生態(tài)環(huán)境中的所有細(xì)菌與真菌的基因組DNA作為研究對(duì)象,通過克隆與異源表達(dá)的方式篩選出有用的基因及其產(chǎn)物,并進(jìn)一步研究這些細(xì)菌與真菌的基因組DNA之間的功能與彼此之間的相互作用與聯(lián)系。因此能夠擺脫傳統(tǒng)只依靠培養(yǎng)微生物基因的方式來進(jìn)行研究的束縛,顯著擴(kuò)大微生物基因的可探測(cè)范圍,近些年來廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域當(dāng)中。本文通過對(duì)肺與大腸相表里的機(jī)制及臨床研究的情況進(jìn)行初步的歸納、分析并對(duì)宏基因組學(xué)技術(shù)及其在肺、腸疾病中的研究應(yīng)用進(jìn)行介紹,旨在提出借助宏基因組學(xué)的技術(shù)與方法來研究中醫(yī)“肺與大腸相表里”理論的初步設(shè)想。

肺; 大腸; 宏基因組學(xué)

“肺與大腸相表里”理論是中醫(yī)藏象學(xué)說從整體的功能狀態(tài)把握與認(rèn)識(shí)人體生命活動(dòng)的重要理論之一,最早記載在《黃帝內(nèi)經(jīng)》中,如《靈樞·本輸》[1]云“肺合大腸”以及《靈樞·九針》[1]云“手陽明太陰為表里”。

“肺與大腸相表里”是指肺與大腸之間存在著彼此互通、對(duì)立互根、交互表征的關(guān)系,這種“表里”關(guān)系,不僅體現(xiàn)在經(jīng)絡(luò)之間的相互聯(lián)屬,生理狀態(tài)下的彼此協(xié)同,還體現(xiàn)在病理狀態(tài)下的相互影響。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué),特別是組織學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的飛速發(fā)展,人們以現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手段為支撐,不斷的深入與豐富著對(duì)于“肺與大腸相表里”的認(rèn)識(shí),本文通過分析總結(jié)近年來學(xué)者對(duì)“肺與大腸相表里”的機(jī)制研究及臨床研究,發(fā)現(xiàn)目前針對(duì)肺與大腸相表里的研究還存在著許多短板,關(guān)于肺的病理改變所引起腸道病變的分子生物學(xué)機(jī)理的報(bào)道較少,是一個(gè)迫切需要更多臨床與實(shí)驗(yàn)證據(jù)的嶄新的領(lǐng)域,具有很重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義,基于此,開展肺與腸道微生態(tài)的研究是個(gè)十分迫切且重要的任務(wù)。而宏基因組學(xué)在分子生物學(xué)與分子遺傳學(xué)理論和技術(shù)方法的支撐下,以基因組學(xué)為基礎(chǔ),可以更深入、廣泛地了解到人體腸道的微生態(tài),為“肺與大腸相表里”理論的深入研究帶來契機(jī)。

1 “肺與大腸相表里”的機(jī)理研究

1.1 生理研究

在生理研究方面,從免疫學(xué)角度[2],呼吸道與胃腸道具有上皮與固有層等典型的黏膜結(jié)構(gòu),且作為SIgA免疫反應(yīng)的主要場(chǎng)所,分泌了大量的SIgA并可通過“歸巢”與共同的免疫系統(tǒng)而相互關(guān)聯(lián)。另外有研究發(fā)現(xiàn)[3]肺組織與大腸組織分別在高、低氧,限食以及限水的條件刺激下全部模型組中的PGE2含量的變化均表現(xiàn)出一定的相關(guān)性聯(lián)系,提示肺與大腸之間存在著共同的免疫物質(zhì)基礎(chǔ),即肺與大腸存在著一定的免疫相關(guān)性。

在神經(jīng)系統(tǒng)方面[4],氣道的神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)除去經(jīng)典的膽堿能與腎上腺能神經(jīng)系統(tǒng)以外,還包含了非腎上腺非膽堿能的神經(jīng)系統(tǒng)。而腸道中的一些神經(jīng)肽素物質(zhì),也大量的分布在氣道與肺血管上,并具有調(diào)節(jié)呼吸道的內(nèi)分泌功能的作用。

從內(nèi)分泌角度來看[5],肺和腸道均屬于內(nèi)分泌器官,都可以合成血管活性腸肽、P物質(zhì)及表面活性物質(zhì)等來調(diào)節(jié)肺與腸的功能和活動(dòng)。如回腸和結(jié)腸的H細(xì)胞分泌出的血管活性腸肽可以刺激呼吸,使氣管松弛從而導(dǎo)致肺臟通氣過度。

組織胚胎學(xué)的研究也已經(jīng)證實(shí)[6],原腸的前腸分化成了肺與氣管,原腸內(nèi)胚層還分化出了呼吸道上皮與腺體。由此可見肺、氣管以及腸的結(jié)構(gòu)來源是相同的,這便被認(rèn)為是“肺與大腸相表里”的組織結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

1.2 病理研究

在病理研究方面,一方面,肺病及腸,支氣管哮喘發(fā)作期的患者與慢性阻塞性肺疾病的急性發(fā)作期的患者其大便異常率分別是70.3%與86.7%[7]。檢查肺臟多鱗細(xì)胞癌的患者可發(fā)現(xiàn)[8-10],癌細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)移到小腸與十二指腸。

另一方面,腸病及肺,從腸缺血的大鼠模型中可以發(fā)現(xiàn)[11],由腸道分泌出來的淋巴因子會(huì)刺激肺部產(chǎn)生一定的炎癥介質(zhì),從而會(huì)導(dǎo)致肺黏膜的分子表達(dá)發(fā)生改變,最終致使肺部細(xì)胞凋亡[12]。用潰瘍性結(jié)腸炎的大鼠模型,分別在模型的不同時(shí)點(diǎn)對(duì)大鼠的呼吸道與腸道的部分菌群進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)腸病的大鼠出現(xiàn)了呼吸道的菌群改變,在“腸病及肺”的整個(gè)病理傳變的過程中,腸病的大鼠呼吸道與腸道的部分菌群出現(xiàn)了同步性的改變,或是同步增多,或是同步減少[13]。

2 “肺與大腸相表里”的臨床研究

2.1 肺病治腸

李麗[14]通過觀察宣白承氣湯加味干預(yù)慢性阻塞性肺疾病的急性加重期證屬痰熱郁肺的臨床療效,發(fā)現(xiàn)宣白承氣湯加味聯(lián)合西藥的常規(guī)治療,可以更好地改善慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者的臨床癥狀與體征,使白細(xì)胞總數(shù)降低、中性粒細(xì)胞的比例下降,并認(rèn)為其作用機(jī)制可能是通過給邪以出路的方式,從而使腸腹氣機(jī)通暢,最終達(dá)到宣降肺氣,化痰平喘的療效。呂江夏[15]也發(fā)現(xiàn)宣白承氣湯口服聯(lián)合加味大承氣湯保留灌腸的方法治療慢性肺心病急性加重期證屬痰濁腑實(shí)證的患者較中西醫(yī)常規(guī)治療有顯著優(yōu)勢(shì),并初步推測(cè)其作用的機(jī)理可能在于使低氧與高碳酸血癥得以糾正,從而使血液的高凝高黏的狀態(tài)得到改善,繼而達(dá)到抑制炎癥反應(yīng),保護(hù)腸道的作用。

付鈺等[16]觀察采用針刺支氣管哮喘的患者肺與大腸的經(jīng)穴,發(fā)現(xiàn)無論是從肺論治、從腸論治還是肺腸同治都可以達(dá)到顯著改善哮喘患者的肺系的癥狀與腸系的癥狀的作用,并且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)肺與腸癥狀的改變之間存在著密切的相關(guān)性。

姫旭科[17]通過臨床觀察評(píng)價(jià)以“肺與大腸相表里”理論為指導(dǎo)的從腸論治肺癌患者證屬痰熱壅盛證的臨床療效,發(fā)現(xiàn)從腸論治總的有效率為93.33%,明顯高于從肺論治的總有效率。

2.2 腸病治肺

張亞琴等[18]觀察了在常規(guī)西醫(yī)治療的基礎(chǔ)上結(jié)合從肺治療慢性非特異性潰瘍性結(jié)腸炎的患者,并與單純的西醫(yī)治療進(jìn)行對(duì)照觀察,發(fā)現(xiàn)從肺治療慢性非特異性潰瘍性結(jié)腸炎,不但可以彌補(bǔ)因單純西藥治療所造成的不良反應(yīng),還能夠提高患者自身的免疫力,改善患者腸道黏膜微循環(huán),從而達(dá)到增加組織血供、修復(fù)并愈合潰瘍的效果。胡靜平[19]運(yùn)用清肺愈結(jié)湯加減來治療慢性結(jié)腸炎患者,發(fā)現(xiàn)本方對(duì)慢性結(jié)腸炎有顯著療效。馮昭明等[20]運(yùn)用調(diào)理肺臟氣機(jī)的方法來調(diào)理大腸的氣機(jī),應(yīng)用清肅肺氣湯治療18例大腸黑變病的患者,經(jīng)臨床試驗(yàn)研究,總有效率達(dá)88.89%,效果顯著。此外,高強(qiáng)等[21]觀察運(yùn)用宣肺理氣活血法治療38例便秘型腸易激綜合征的患者,總有效率達(dá)97.3%。

綜上所述,從臨床干預(yù)試驗(yàn)來看,肺病的患者從腸論治以及腸病的患者從肺論治均能達(dá)到顯著的治療肺病與腸病的療效,一定程度上也反證了肺與大腸之間相表里的關(guān)系。

通過整理歸納“肺與大腸相表里”的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)機(jī)制及臨床研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代研究已經(jīng)證實(shí)了肺與大腸之間存在著物質(zhì)以及功能上的關(guān)聯(lián)性,認(rèn)識(shí)到了肺與大腸之間存在共同的組織胚胎學(xué)基礎(chǔ),彼此之間相互影響的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及內(nèi)分泌系統(tǒng),但其生理及病理功能的關(guān)聯(lián)性目前大多采用臨床干預(yù)實(shí)驗(yàn)的研究來反證,因此目前的認(rèn)識(shí)存在一定的模糊性,尤其若可以從分子生物學(xué)的角度細(xì)致深入的研究,將能更好地使“肺與大腸相表里”的理論客觀化、標(biāo)準(zhǔn)化,這對(duì)今后肺腸疾病的診斷及治療有著重要的指導(dǎo)意義。

3 基于宏基因組學(xué)技術(shù)研究“肺與大腸相表里”的初步思考

3.1 宏基因組學(xué)

1998年,Handelsman等[22]在進(jìn)行土壤微生物的研究時(shí),首次提出了宏基因組學(xué)的概念。宏基因組學(xué)中的“宏”字對(duì)應(yīng)的英文前綴為“meta”,其源自于希臘語,含有超越(overrach)、在外(beyond)以及在上(above)等的含義,在metagenome中包含更高級(jí)和更復(fù)雜的意思。宏基因組學(xué)是以生態(tài)環(huán)境中的所有細(xì)菌與真菌的基因組DNA作為研究的對(duì)象,通過克隆與異源表達(dá)的方式篩選出有用的基因及其產(chǎn)物,并進(jìn)一步研究這些細(xì)菌與真菌的基因組DNA之間的功能與彼此之間的相互作用與聯(lián)系。因?yàn)楹昊蚪M學(xué)并不是采用傳統(tǒng)的培養(yǎng)微生物基因的方式來進(jìn)行研究,而是采取直接提取微生物中的總DNA進(jìn)行研究,因此宏基因組學(xué)技術(shù)的產(chǎn)生,使人們對(duì)占總體99%以上的不可培養(yǎng)的微生物的研究成為可能,這樣便顯著地?cái)U(kuò)大了微生物基因的可探空間。截止到目前為止,宏基因組學(xué)的研究對(duì)象已經(jīng)由最早的土壤微生物發(fā)展到了水體浮游微生物,以及空氣中的懸浮物,現(xiàn)在也包括生物體附生的微生物等,因此在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。2004年,美國的國立衛(wèi)生研究院專門開設(shè)了“應(yīng)用宏基因組學(xué)來研究口腔微生物”的科研項(xiàng)目,不僅說明國際學(xué)術(shù)界對(duì)于宏基因組學(xué)的技術(shù)方法的重視,也表明宏基因組學(xué)的技術(shù)方法運(yùn)用于醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的可行性。

微生物作為自然界中廣泛存在著的一群微小生命,與人類的生存與生活密切相關(guān)。人體自身便存在著適合微生物生長(zhǎng)的環(huán)境,如腸道、口腔、皮膚等,因此利用宏基因組學(xué)的方法來研究這些寄居在人體肺及腸道的微生物群體,尤其是其在肺系及腸道疾病過程中的發(fā)展變化,對(duì)于人類進(jìn)一步揭秘機(jī)體的肺腸疾病的內(nèi)在機(jī)制可以提供更堅(jiān)實(shí)且客觀的證據(jù)。

3.2 基于宏基因組學(xué)研究肺、腸疾病的研究現(xiàn)狀

迄今為止,宏基因組學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,尤其是針對(duì)肺或腸道疾病的研究還處在起步的階段,如楚亞男[23]通過運(yùn)用宏基因組學(xué)技術(shù)對(duì)肺炎病患者支氣管肺泡灌洗液進(jìn)行檢測(cè),取得了下呼吸道的樣本總DNA,經(jīng)過生物信息學(xué)的分析,鑒定出了20種與呼吸道重癥感染密切相關(guān)的細(xì)菌物種,并鑒定到了兩種呼吸道潛在的致病菌Microbacterium laevaniformans與Borrelia garinii,并檢測(cè)出了4種耐藥基因與6種細(xì)菌侵染時(shí)所需要的毒力因子,發(fā)現(xiàn)患者的臨床癥狀和宏基因組學(xué)的研究結(jié)果之間是相互吻合的,這便為肺炎患者快速診斷和合理用藥提供了有力的依據(jù)。Manichanh等[24]運(yùn)用了宏基因組學(xué)的技術(shù)方法研究對(duì)比了正常人與節(jié)段性回腸炎患者的腸道微生物多樣性,發(fā)現(xiàn)患有節(jié)段性回腸炎的患者腸道微生物的多樣性顯著降低,特別是硬壁菌門的細(xì)菌種類減少明顯。Law等[25]應(yīng)用宏基因組學(xué)技術(shù)對(duì)慢性乙肝、丙肝、以及非酒精脂肪肝等患者的血漿進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)該方法不僅快速并且證據(jù)可靠,且該方法使檢測(cè)的范圍擴(kuò)大到患者的尿液、膽汁以及其他體液,這樣就為臨床診治肝病提供了更多可靠證據(jù)。魏曉[26]運(yùn)用宏基因組學(xué)的方法對(duì)16例乙型肝炎肝硬化的患者腸道菌群結(jié)構(gòu)變化與功能代謝的變化進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)與正常人對(duì)比,乙型肝炎肝硬化患者存在著不同程度腸道菌群失調(diào),主要表現(xiàn)為腸桿菌科與韋榮氏球菌的顯著富集、擬桿菌屬缺少,并發(fā)現(xiàn)乙型肝炎肝硬化的患者腸道微生物的功能代謝出現(xiàn)異常。

3.3 基于宏基因組學(xué)研究“肺與大腸相表里”的思考

應(yīng)用宏基因組學(xué)來解釋疾病的過程,與中醫(yī)的整體觀及辨證論治的思維方式是一致的,但是從目前的研究來看,宏基因組學(xué)的技術(shù)方法僅單獨(dú)涉及到肺或是腸道疾病的研究,尚未有人運(yùn)用宏基因組學(xué)的方法全面系統(tǒng)的研究肺與大腸相表里的理論。然而,宏基因組學(xué)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在從系統(tǒng)、整體的角度觀測(cè)研究對(duì)象,而非傳統(tǒng)的從單個(gè)微生物或化合物的變化入手,這種特點(diǎn)是符合中醫(yī)臟腑表里關(guān)系理論中整體性的特點(diǎn),基于以上認(rèn)識(shí),筆者認(rèn)為基于宏基因組學(xué)來研究闡釋“肺與大腸相表里”的理論是一種新的思路,且具備一定的可行性。

基于宏基因組學(xué)的方法,借助其系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)、全面分析于一體的研究特點(diǎn),筆者初步設(shè)想以中醫(yī)“肺與大腸相表里”的中醫(yī)經(jīng)典理論為指導(dǎo),可對(duì)慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期患者進(jìn)行橫斷面臨床信息采集,主要觀測(cè)患者的一般情況,借助肺功能儀、脈象儀、舌象儀,檢測(cè)患者的肺功能及舌脈象,同步收集患者的大便樣本,運(yùn)用16SrRNA基因測(cè)序及腸道微生物全基因組測(cè)序,進(jìn)行腸道微生物的定性、定量分析,基于宏基因組學(xué)提取不同常見證候與腸道微生物特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并應(yīng)用信息分析技術(shù)建立常見慢性阻塞性肺疾病的證候與腸道微生物特征的關(guān)聯(lián)模型,從而找到“肺與大腸相表里”的內(nèi)在微觀物質(zhì)基礎(chǔ),為中醫(yī)“肺與大腸相表里”的科學(xué)內(nèi)涵及中醫(yī)理論的客觀化、標(biāo)準(zhǔn)化提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)。

宏基因組學(xué)已經(jīng)成為世界生命科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)與前沿。國外運(yùn)用宏基因組學(xué)在醫(yī)學(xué)方面的研究尚處在起步階段,國內(nèi)相關(guān)的研究較少,特別是涉及到中醫(yī)經(jīng)典理論相結(jié)合的研究更是沒有,因此迅速開展有關(guān)宏基因組學(xué)的研究,使中醫(yī)學(xué)借助現(xiàn)代技術(shù)得到發(fā)展,同時(shí)也促進(jìn)了中國在宏基因組學(xué)研究中的創(chuàng)新與突破。

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Preliminary analysis and assumption of“the lung and the large intestine being interior-exteriorly related”in Chinese medicine based on metagenomic

TIAN Lei,WU Hao,WEI Yu,et al.
Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China

ZHAO Yan,E-mail：yanzh3232@126.com

“The lung and the large intestine being interior-exteriorly related” is one of the important theory of viscera correlation in TCM,the theory effective guidance of Chinese medicine in the treatment of pulmonary and intestinal diseases since ancient times,has

extensive attention from the academic circles.With the development of modern molecular biology,Metagenomics as a product of life science in 21st century,the genome of DNA of all bacteria and fungi in the ecological environment is regarded as object of study,through cloning and heterologous expression to screen out the useful genes and their products,further study the function and interaction between the genome DNA of these bacteria and fungi.Therefore,it is possible to get rid of the bondage of traditional methods that only rely on the cultivation of microbial genes,and significantly expand the detection range of microbial genes,which has been widely used in the field of medical research in recent years.This paper summarizes and analysis the mechanism and clinical research of“The lung and the large intestine being interior-exteriorly related”,and metagenomic technology and its application in lung and intestine disease are introduced,to propose a preliminary idea to study“The lung and the large intestine being interior-exteriorly related” theory with the techniques and methods of metagenomic.

Lung; Intestinum crissum; Metagenomics

R223.1

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2017.10.008

2016-07-23)

(本文編輯：禹佳)

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2011CB505101);國家自然科學(xué)基金(81373771)

100029 北京中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院[田蕾(碩士研究生)、吳昊、韋昱、鄭敏、何磊、趙燕]

田蕾(1989-),女,2014級(jí)在讀碩士研究生。研究方向：中醫(yī)證候的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化研究。E-mail：tianlei1949@sina.com

趙燕(1977-),女,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師。研究方向：中醫(yī)證候的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化研究。E-mail：yanzh3232@126.com