張秀娟,馬駿池,趙晉彤,高世勇

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076)

小檗堿(Berberine,BBR)是在中國傳統(tǒng)中藥黃連中提取出來的一種具有顯著抗菌作用的異喹啉生物堿,其單體制劑在臨床上多用于抑制革蘭氏陽性菌、陰性菌,治療腸道感染以及細(xì)菌性痢疾[1]。近年來,腸道菌群已成為了解疾病發(fā)展和進(jìn)展的重要前沿。研究表明,許多疾病的發(fā)生發(fā)展都與腸道微生物的結(jié)構(gòu)、種類及豐度有關(guān)。正常情況下,人體腸道內(nèi)的微生物可參與合成體內(nèi)必需氨基酸、維生素、調(diào)節(jié)代謝以及促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收,可通過與宿主的相互作用作用于靶器官,調(diào)節(jié)宿主的穩(wěn)態(tài),但當(dāng)體內(nèi)的微生態(tài)平衡由于外環(huán)境因素或宿主因素被打破造成腸內(nèi)微生態(tài)失衡時(shí),機(jī)體維持正常生理功能的能力減弱,會(huì)使疾病更容易發(fā)生[2]。同理,疾病的發(fā)生發(fā)展也會(huì)導(dǎo)致腸內(nèi)微生態(tài)失衡,目前越來越多的研究表明使用藥物后,藥物分子可以與腸道菌群相互作用,那么利用藥物對(duì)腸道菌群的作用可為臨床中疾病的治療打開新的窗口。

許多研究認(rèn)為,中藥可以調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)腸道菌群的代謝,從而達(dá)到治療效果[3-4]?？紤]到腸道菌群在中醫(yī)藥療效中的重要作用,越來越多的中醫(yī)藥研究學(xué)者關(guān)注腸道菌群,而BBR作為一種從中藥中提取出的生物活性成分單體,在調(diào)節(jié)腸道菌群、治療疾病方面已經(jīng)展現(xiàn)出了巨大應(yīng)用前景,而且其較高的生物活性也使其具有在食品方面的潛在創(chuàng)新價(jià)值,即可以應(yīng)用于功能食品和膳食補(bǔ)充劑的研究與開發(fā),與藥物不同,膳食補(bǔ)充劑的成分是確定且有效的無毒量,可以通過預(yù)防、管理或治療一些慢性疾病來調(diào)理機(jī)體狀態(tài)[5]。綜上,本文總結(jié)了BBR對(duì)腸道菌群的影響,并深入挖掘了其通過調(diào)節(jié)腸道菌群所發(fā)揮的藥用價(jià)值,以期為后續(xù)探究其更多藥理作用與擴(kuò)大應(yīng)用范圍奠定基礎(chǔ)。

1 小檗堿概述

小檗堿又稱黃連素(C20H18NO4),分子量336.37,熔點(diǎn) 145 ℃,為黃色針狀結(jié)晶,1830年經(jīng)Buchner和Herberger首次發(fā)現(xiàn),是中國傳統(tǒng)中藥黃連中的常見生物堿[6]。除此之外,BBR還廣泛分布于大戟科、毛茛科和罌粟科植物的根、根莖和莖中[7]。BBR作為一類非處方藥在臨床中常用于治療腹瀉和胃腸功能紊亂,但近年來現(xiàn)代藥理學(xué)研究證實(shí),BBR這種多靶點(diǎn)的藥物除具有抗菌、抗病毒等作用外,還可應(yīng)用于腫瘤、消化道疾病、心血管疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病等諸多常見疾病[8-9]。正由于BBR的藥理作用十分豐富,且來源分布廣泛、成本低廉、副作用小,所以其具有較大“老藥新用”的潛在開發(fā)應(yīng)用價(jià)值而成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

BBR臨床推廣和應(yīng)用前景廣闊。結(jié)合祖國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)代科學(xué)研究的不斷發(fā)展,研究人員采用不同的研究途徑對(duì)其機(jī)制和作用進(jìn)行深入研究,其中以代謝疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、AMP依賴的蛋白激酶(Adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK)、NF-kappa-b信號(hào)通路和氧化應(yīng)激作為前沿和熱點(diǎn)受到廣泛關(guān)注[10-11]。

圖1 小檗堿結(jié)構(gòu)式

2 腸道菌群概述

在早期研究中,許多學(xué)者認(rèn)為腸道微生物的作用大多與消化、營養(yǎng)有關(guān),但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,腸道菌群在維持人體健康中的重要程度也受到了更多的關(guān)注,人們的認(rèn)知也不僅僅局限于其簡單的消化功能,目前腸道菌群對(duì)免疫系統(tǒng)的影響、調(diào)節(jié)體內(nèi)的脂肪儲(chǔ)存、與代謝極大的相關(guān)性甚至可以被當(dāng)作靶點(diǎn)應(yīng)用于代謝性疾病的防控等新發(fā)現(xiàn)不斷被挖掘[12-14]。

研究發(fā)現(xiàn),腸道內(nèi)壁是人體和外界環(huán)境接觸面積最大的部位,腸道菌群這個(gè)龐大體系附著在內(nèi)壁上的黏膜層上,就像是機(jī)體的守護(hù)神,與宿主互惠共生。Sender等[15]提出正常人體細(xì)胞總數(shù)高達(dá)3.0×1013、腸道菌數(shù)量約為3.8×1013,比例約為1∶1,可見腸道菌數(shù)量近似于人體細(xì)胞的總量。不僅如此,腸道菌群的種類也有很多,包括類桿菌屬、優(yōu)桿菌屬、雙歧桿菌屬等專性厭氧菌的優(yōu)勢(shì)菌群,以及大腸桿菌、鏈球菌等需氧菌或兼性厭氧菌的次要菌群,其中就包括一些具有潛在致病性的細(xì)菌,當(dāng)長期保持不良飲食習(xí)慣、持續(xù)使用某種藥物或是年齡的增長等某些因素使得腸內(nèi)環(huán)境受到影響時(shí),優(yōu)勢(shì)菌群就可能會(huì)發(fā)生替換,導(dǎo)致致病菌在腸道內(nèi)大量增殖,造成腸道菌群失調(diào),進(jìn)而對(duì)機(jī)體的代謝、活動(dòng)及免疫等多方面造成不利影響[16-17]。

中藥單體制劑BBR就可以通過抑制這些細(xì)菌并產(chǎn)生活性代謝物來調(diào)節(jié)恢復(fù)腸道內(nèi)正常的微生物平衡。研究認(rèn)為,BBR作為一種臨床上的廣譜抗菌藥,可以與腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)相互作用,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)其可以通過促進(jìn)腸道細(xì)菌產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)等生物學(xué)物質(zhì)來為宿主提供能量以及為腸道菌群生長繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)[18],也可以通過提高血漿和糞便中的丁酸鹽和硝基還原酶(nitroreductase,NRs)的豐度來進(jìn)一步調(diào)控腸道菌群[19]。

3 小檗堿調(diào)控腸道菌群的作用研究

3.1 改變腸道原有菌群結(jié)構(gòu)

BBR調(diào)節(jié)腸道菌群最常見的途徑就是在一定程度上改變腸道內(nèi)原有的優(yōu)勢(shì)菌種來協(xié)調(diào)微生態(tài)平衡。潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)是人體結(jié)腸黏膜或者是粘膜下層的一種炎癥,而腸道菌群失調(diào)是炎癥性腸病的潛在發(fā)病機(jī)制之一。Liao等[20]以硫酸葡聚糖鈉(dextran sulfate sodium,DSS)誘導(dǎo)大鼠建立UC模型,給藥后發(fā)現(xiàn),BBR能通過增加乳酸產(chǎn)生菌和糖水解菌以及減少條件致病菌來調(diào)節(jié)腸道菌群,改善氨基酸的代謝和生物合成、DNA復(fù)制和修復(fù)能力、碳水化合物的消化和吸收以及糖酵解或糖異生作用,并展現(xiàn)了腸道微生物群作為診斷性生物標(biāo)志物或UC治療的治療靶點(diǎn)的潛力。另有發(fā)現(xiàn)腸道菌群紊亂可能腸易怒綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)的起始動(dòng)因。有學(xué)者動(dòng)物實(shí)驗(yàn)后表明,BBR的抑菌作用,可以調(diào)節(jié)IBS大鼠腸道乳桿菌科細(xì)菌、腸桿菌科細(xì)菌的比例,降低菌群多樣性,給藥劑量100 mg/kg相較于25 mg/kg抑菌作用顯著增強(qiáng),即劑量相關(guān)性明顯[21]。事實(shí)上,小檗堿的劑量相關(guān)性在目前的研究中已受較多關(guān)注,有研究指出,口服BBR過量(4 g以上)會(huì)產(chǎn)生胃腸道反應(yīng)和輕微的腎炎[22],所以其臨床上的應(yīng)用劑量必須要經(jīng)過嚴(yán)格的安全性評(píng)估。

目前已有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)BBR可改善由于腸道菌群失調(diào)間接導(dǎo)致的非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD),如Li等[23]、齊雙翡[24]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每日給藥150 mg/kg的BBR可降低高脂飲食(high-fat diet,HFD)大鼠的普拉梭桿菌、糞桿菌水平,上調(diào)擬桿菌水平,改善腸屏障功能。另腸內(nèi)毛螺旋科和S24-7科中菌屬的生長受到抑制也對(duì)NAFLD有益。非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)亦是如此。Cao等[25]探究了BBR對(duì)HFD誘發(fā)的NASH的影響后發(fā)現(xiàn),每日200 mg/kg的給藥組腸道細(xì)菌中雙歧桿菌相對(duì)水平、擬桿菌門/厚壁菌門比值均得到恢復(fù)。BBR也可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群平衡來緩解慢性或急性肝損傷來發(fā)揮保肝作用。也有學(xué)者認(rèn)為,BBR可以改善糞便微生物群落移植所造成的受體大鼠腸道菌群失調(diào)癥狀,降低急性肝毒性[26]。以上研究提示,BBR具有改善由腸道微生態(tài)失衡所致肝部病變的生物活性,未來的研究可以此為基深入探究。

同受影響的還有代謝性疾病,如糖尿病。熊紅萍等[27]實(shí)驗(yàn)顯示,每日三次500 mg/kg給藥BBR干預(yù)的2型糖尿病(diabetes mellitus,type 2,T2DM)患者治療前厚壁菌門明顯高于治療后,進(jìn)而推測(cè)BBR是通過對(duì)腸道菌群紊亂的糾正來改善糖代謝紊亂。另有Ming等[28]通過對(duì)高血糖人群進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),首次確定了雙歧桿菌和BBR對(duì)糖尿病前期或糖尿病患者的降糖效果和安全性,也為BBR和雙歧桿菌治療糖尿病提供了數(shù)據(jù)支持。實(shí)際上,已有文獻(xiàn)報(bào)道腸道微生物可成為BBR治療胰島素抵抗相關(guān)T2DM的新靶點(diǎn)[29]。賀婭莎[30]經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每日200 mg/kg的BBR干預(yù)可以顯著改善宿主腸道菌群結(jié)構(gòu),增加T2DM模型大鼠腸內(nèi)的乳酸菌屬、雙歧菌屬豐度,同時(shí)也對(duì)降低大腸桿菌屬豐度起到了重要作用,維持腸內(nèi)的微生態(tài)平衡。同時(shí)胰島素抵抗也是多囊卵巢綜合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)的發(fā)病基礎(chǔ)。有研究認(rèn)為,BBR可能通過調(diào)節(jié)PCOS患者的腸道菌群乳酸菌、瘤胃球菌屬、梭狀芽胞桿菌和普氏菌屬的比例來改善胰島素抵抗,從而治療PCOS[31-32]。經(jīng)由以上文獻(xiàn)的發(fā)現(xiàn),有理由認(rèn)為機(jī)體的代謝異常多與腸道微生態(tài)環(huán)境相關(guān),即腸道菌群可成為一般代謝類疾病的治療靶點(diǎn)。

BBR通過腸道微生物群的調(diào)節(jié)也對(duì)HFD所誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化具有一定程度的修復(fù)作用,有研究表明,BBR可以有效提升腸道微生物特別是艾克曼菌的豐度,可助于抗動(dòng)脈粥樣硬化[33]。因此,且該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了通過操縱腸道微生物治療動(dòng)脈粥樣硬化的治療價(jià)值。

慢性應(yīng)激和抑郁癥由于缺乏臨床有效藥物而成為目前極具挑戰(zhàn)性的疾病之一。但也有研究人員發(fā)現(xiàn),每日給藥200 mg/kg的BBR能通過改變胃腸道菌群分布顯著保護(hù)大鼠免受各種慢性應(yīng)激和抑郁癥狀的影響,極具促經(jīng)臨床治療的潛力[34]。另每日給藥BBR量100 mg/kg可對(duì)萬古霉素治療后的難辨梭狀芽胞桿菌感染(Clostridium difficile infection,CDI)復(fù)發(fā)具有顯著改善作用,通過抑制腸桿菌科細(xì)菌的擴(kuò)張,抵消萬古霉素治療的副作用,以促進(jìn)腸道菌群的恢復(fù)[35]。以上研究拓寬了BBR單體的應(yīng)用范圍,并為未來新型BBR藥物的開發(fā)提供了新思路。

3.2 產(chǎn)生生物活性物質(zhì)

BBR單體發(fā)揮調(diào)節(jié)腸道菌群的作用除改變腸道菌群的原有結(jié)構(gòu)外,通過其代謝所產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)也是方式之一。丁酸鹽、短鏈脂肪酸及硝基還原酶是其常見的具有活性的代謝產(chǎn)物。下文將以三種代謝物質(zhì)進(jìn)行展開,深入剖析其對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。

3.2.1 產(chǎn)生丁酸鹽 BBR單體經(jīng)腸道菌群的代謝可產(chǎn)生丁酸鹽,在人體中具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)的生理功能,同時(shí)也是BBR發(fā)揮抗炎等藥理活性的重要指標(biāo)。Yue等[36]研究表明每日給藥200 mg/kg BBR的14 d后,CIA大鼠腸道菌群中變形桿菌的指標(biāo)顯著下降,腸道菌群中產(chǎn)生丁酸鹽的菌屬及丁酰輔酶A和乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶(BUT)的活性均有顯著提升,從而成為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)的治療劑。另外,也有不少學(xué)者通過定量丁酸鹽的生成,深入探求了BBR調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡發(fā)揮的治療價(jià)值。如,經(jīng)連續(xù)灌胃給藥7周120 mg/kg/d BBR的實(shí)驗(yàn)性牙周炎去卵巢(ovariectomized,OVX)模型大鼠,相較其他組而言,其腸道微生物區(qū)系含量更高,丁酸生成率更高,可由此治療雌激素缺乏而加重的牙周骨喪失[37]。Wang等[38]的研究表明,口服BBR可通過抑制細(xì)菌ATP和NADH的水平,導(dǎo)致丁基輔酶A增加并最終通過上調(diào)細(xì)菌中磷酸丁基基酶/丁酸激酶和丁基輔酶A:醋酸輔酶A轉(zhuǎn)移酶來提高丁酸鹽的產(chǎn)生。

3.2.2 產(chǎn)生短鏈脂肪酸 越來越多的證據(jù)表明,腸道菌群是介導(dǎo)肥胖相關(guān)代謝紊亂發(fā)展的重要因素。Zhang等[39]通過分析134個(gè)與肥胖表型變化有著密切聯(lián)系的操作分類單元(Operational Taxonomic Unit,OTUs)后發(fā)現(xiàn),BBR和二甲雙胍可明顯降低134個(gè)OTU中的60個(gè)OTU,增加SCFA產(chǎn)生菌的數(shù)量并降低微生物的多樣性來調(diào)節(jié)HFD引起的腸道菌群結(jié)構(gòu)改變,且給藥量200 mg/kg對(duì)體重增加的負(fù)性作用高于給藥量100 mg/kg,存在一定程度的劑量依賴性。

經(jīng)由BBR調(diào)控生成的SCFA可通過降低腸道pH,減少有毒代謝產(chǎn)物的生成來改變腸道菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體代謝,是BBR調(diào)控腸道菌群的另一種方式。也有研究認(rèn)為,BBR可以通過抑制腸內(nèi)疣微菌門、艾克曼菌屬的數(shù)量,提升SCFAs的產(chǎn)出,抑制結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)Apc min/+小鼠的腸腫瘤生長[40]。另有學(xué)者認(rèn)為BBR也可能通過調(diào)節(jié)微生物-內(nèi)臟-腦軸來改善HFD引起的代謝紊亂[41]。

3.2.3 產(chǎn)生硝基還原酶 NRs是一種能夠還原含氮化合物的細(xì)菌酶。有學(xué)者研究認(rèn)為,腸道細(xì)菌NRs是促進(jìn)BBR腸道吸收的關(guān)鍵因素,腸內(nèi)NRs產(chǎn)生菌數(shù)量的增加和腸內(nèi)NRs產(chǎn)生菌活性的增加是HFD法提高糞便NRs的主要原因,而糞便NRs活性可作為使用BBR治療高脂血癥的生物標(biāo)志物[42],以上文獻(xiàn)同時(shí)也提供了BBR個(gè)性化治療高脂血癥的新思路。

3.3 抑制或激活相關(guān)信號(hào)通路

BBR的攝取可以增加某些腸道菌群來激活某些信號(hào)通路來發(fā)揮保肝作用。在肝臟中,前體膽固醇被代謝成膽汁酸(bile acid,BAs),即膽汁的重要組成成分,隨膽汁進(jìn)入腸道,在脂質(zhì)的消化吸收及膽固醇的穩(wěn)態(tài)代謝中扮演著重要角色。據(jù)研究報(bào)道,BBR可以直接減少梭狀芽胞桿菌等表達(dá)膽鹽水解酶(bile salt hydrolase,BSH)的細(xì)菌來導(dǎo)致?；悄懰?taurocholate acid,TCA)的積累,激活法尼酯衍生物X受體(farnesoid X receptor,FXR)信號(hào)繼而介導(dǎo)膽汁酸、脂質(zhì)和葡萄糖的代謝[43]。另有研究認(rèn)為,BBR在改善膽汁酸代謝及相關(guān)基因的同時(shí),也增加了小鼠腸內(nèi)的擬桿菌的數(shù)量[44]。由此提示,經(jīng)由影響腸道菌群而激活或抑制某些信號(hào)通路來治療疾病可成為下一步BBR的研究重點(diǎn)。

高脂高糖的飲食習(xí)慣很容易引起腸道菌群的結(jié)構(gòu)改變[45],大量的體內(nèi)外試驗(yàn)證實(shí),高脂高糖飲食的習(xí)慣會(huì)改變?cè)械哪c道菌群結(jié)構(gòu),會(huì)給予某些細(xì)菌特定的選擇性生長優(yōu)勢(shì)進(jìn)而替換原有的優(yōu)勢(shì)菌群[46-48],例如長時(shí)間高脂高糖的飲食習(xí)慣很容易導(dǎo)致機(jī)體對(duì)胰島素的不敏感,進(jìn)而產(chǎn)生胰島素抵抗。研究發(fā)現(xiàn),長時(shí)間的HFD通過減少雙歧桿菌等保護(hù)性細(xì)菌和增加大腸桿菌等革蘭氏陰性菌來改變腸道菌群的組成,而BBR可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群并抑制脂多糖/Toll樣受體4/腫瘤壞死因子-α信號(hào)通路來改善胰島素抵抗[49]。而對(duì)于此類的腸道菌群失調(diào),現(xiàn)有的大多數(shù)研究證明,BBR對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)潛力或?qū)Ω咧咛秋嬍沉?xí)慣所導(dǎo)致的肥胖、糖脂代謝紊亂等癥狀存在一定程度的治療作用。并且隨著現(xiàn)代人生活水平的不斷提高,肥胖等相關(guān)的代謝類疾病也越來越普遍,所以通過BBR調(diào)節(jié)患者腸道菌群結(jié)構(gòu)有望成為治療該類疾病的常用途徑。

另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)BBR對(duì)梭桿菌、鏈球菌、腸球菌等條件致病菌的抑制作用也可以阻斷腫瘤相關(guān)通路的激活,降低腫瘤風(fēng)險(xiǎn),防止腸腫瘤的發(fā)生[50]。

4 結(jié)論

腸道微生物群不僅可以在正常情況下參與機(jī)體的一系列生命活動(dòng),也在許多疾病的發(fā)病機(jī)制中產(chǎn)生重要作用,即當(dāng)機(jī)體的這種平衡被打破,腸道菌群失調(diào),進(jìn)而參與疾病的發(fā)生發(fā)展。隨著科研人員對(duì)此重視程度的不斷提高,腸道菌群現(xiàn)已成為治療某些疾病的潛在靶點(diǎn)。BBR作為一種較為常用的傳統(tǒng)中藥活性成分,具有調(diào)控腸道菌群維持體內(nèi)微生物平衡的較高藥理活性。近年來,許多研究人員對(duì)BBR對(duì)腸道菌群的調(diào)控及其對(duì)機(jī)體的影響進(jìn)行更為深入的研究,為實(shí)現(xiàn)BBR進(jìn)一步的挖掘開發(fā)提供理論與數(shù)據(jù)上的支持,但仍有許多問題亟待解決,比如現(xiàn)有的一些BBR調(diào)節(jié)腸道菌群的新用途尚未完全明確,大部分仍停留在實(shí)驗(yàn)階段,是否可以真正用于臨床治療也缺乏進(jìn)一步的醫(yī)學(xué)驗(yàn)證。此外,BBR為草藥中的一種有效單體可否應(yīng)用于除醫(yī)藥領(lǐng)域外的食品方面也值得探究,在歐洲國家BBR已應(yīng)用于糖尿病、血脂異常、腫瘤患者和心血管疾病絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較低的年輕人的膳食補(bǔ)充劑中[51-52],但其鮮見于國內(nèi),特別是在國內(nèi)嚴(yán)查其在保健食品中的濫用情況下,對(duì)其研究必須對(duì)潛在副作用進(jìn)行新的準(zhǔn)確的安全審查和評(píng)估,因此BBR單體作為膳食補(bǔ)充劑在我國仍具有較大的發(fā)展空間。