編者按：

腸道菌群是近年來中醫藥領域的研究熱點，不僅與中醫理論相契合，而且是中藥口服發揮藥效的重要靶點之一?；谀c道菌群的中藥藥理研究近年來也陸續刊登于核心期刊。

為了幫助廣大研究者了解中醫藥相關腸道微生物的研究進展與方法，我們收集整理了近幾年基于中藥及腸靶軸研究的發表于GUT、Nature Communications、Theranostics等高水平期刊的論文。

【中醫藥與腸道菌群專輯】為大家精細解讀重磅研究與進展。

【雜志名】：Genomics, Proteomics & Bioinformatics

【影響因子】：IF=7.05

【中藥】：中藥復方—葛根芩連湯（GQD）、單體—小檗堿

【疾病】：II型糖尿病

【樣本類型】：大鼠動物模型

【技術方法】：16S +代謝組+轉錄組

【是否菌群驗證】：否

【關鍵菌群】：Faecalibacterium, Roseburia

研 究 背 景

【中藥背景】葛根芩連湯（GQD）是一種中藥復方，已被長期應用于代謝類疾病的治療，包括糖尿病。葛根芩連湯（GQD）包含黃連、黃芩、葛根、川芎知母、白頭翁、赤芍和干姜等七種草藥，主要活性成分是小檗堿、黃芩苷和葛根素等，因化學成分復雜，部分限制了其廣泛應用。前期研究發現，葛根芩連湯可通過調節腸道菌群，富集Faecalibacterium、Gemmiger和Blautia等產丁酸細菌而治療II型糖尿病。

【疾病和腸道微生物背景】II型糖尿?。═2DM）是一種常見的代謝性疾病，全球范圍約內有4.25億患者，且II型糖尿病的發病率不斷增加。大量研究表明，腸道菌群失調在II型糖尿病的發生發展過程中發揮著關鍵的作用，會導致有益菌(如Faecalibacterium、Bifidobacterium)的減少以及有害細菌的異常繁殖，從而誘發機體的慢性低水平炎癥，造成胰島素抵抗，引起人體的糖脂代謝異常。因此，以腸道菌群為靶點，采生活方式干預、補充微生態制劑、降糖藥物、菌群移植等手段，對腸道菌群進行靶向性調節成為防治II型糖尿病的新策略。

T2DM的療法是自古有之，其中中藥（TCM）具有較大的占比，其療效被大量的臨床研究與應用所證實。中藥治療不僅比常規治療方案便宜，還表現出更高的療效或更少的不良反應。中科院微生物研究所和中醫科學院廣安門醫院研究團隊比較葛根芩連湯和小檗堿在療效、調節腸道菌群、誘導回腸基因表達譜改變以及改善宿主炎癥狀態等方面的差異，描繪葛根芩連湯關鍵活性成分小檗堿通過調節腸道菌群治療II型糖尿病機制。相關文章發表在權威期刊《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》。

實驗設計

主要理論

1. 藥效學指標檢測: 藥物治療可改善糖尿病大鼠糖代謝狀況

為了探索不同治療方法對大鼠的影響，監測并分析了12周血糖水平和體重的變化、葡萄糖耐量試驗（OGTT）、空腹血漿胰島素水平以及胰島素抵抗（HOMA-IR）。研究發現：

（1）正常動物（N組） VS 糖尿病模型動物（GK）：GK大鼠體重均顯著低于正常組，同時具有更高的空腹血糖（higher nonfasting blood glucose，NFBG）水平。

（2）未治療 VS 藥物治療：葛根芩連湯（GQD）、小檗堿（BBR）、二甲雙胍（M）治療組均達到了降糖作用，但BBR的作用略弱于GQD。進一步發現，藥物處理能夠顯著提高葡萄糖清除能力，顯著降低空腹血漿胰島素水平顯著及胰島素抵抗（HOMA-IR）。

圖1. 藥效學指標（體重、血糖、血糖曲線變化、血漿胰島素、HOMA-IR)

2. 菌群組成分析：藥物干預顯著改變大鼠腸道菌群結構，發現潛在關鍵菌群

（1）整體改變：葛根芩連湯（GQD）和小檗堿（BBR）處理不影響整體菌群水平，但均可改變菌群的結構，即將菌群結構從糖尿病狀態恢復到正常大鼠水平。GQD與BBR的菌群結構具有高度相似性，提示BBR可能是改變大鼠腸道菌群的主要驅動力(圖2A)。

（2）門與屬水平改變： GQD和BBR治療組均顯著富集了Faecalibacterium、Roseburia等高豐度產丁酸菌屬，及許多稀有菌屬包括Parabacteroides、Paraprevotella、Butyricimonas、Alistipes等產丁酸菌屬(圖2B)。此外，GQD和BBR治療還能顯著降低致病菌的相對豐度。

（3）與二甲雙胍比較：二甲雙胍治療后富集的菌屬，與GQD和BBR組中富集的菌屬具有重疊，但是種類相對較少。

以上結果表明，BBR作為GQD的主要活性成分，在調節腸道菌群方面的能力與GQD極其相似，可以顯著富集包括Faecalibacterium和Roseburia在內的產丁酸菌屬。

圖2. 藥物處理前后腸道菌群聚類分析

3. 菌群代謝物檢測：富集菌群顯著增加丁酸表達

（1）短鏈脂肪酸表達水平檢測：GQD和BBR治療后，兩組大鼠糞便中的乙酸、丙酸和丁酸含量均顯著增加。進一步比較各藥物組間的水平發現：GQD的乙酸和丁酸水平高于其他組；而乙酸或丙酸并沒有組間的顯著差異。以上結果表明，GQD和BBR治療后大鼠糞便中短鏈脂肪酸水平顯著升高，這和兩種藥物能顯著富集產丁酸菌屬的結果相一致(圖3A-C)。

（2）代謝物表達水平與菌群豐度的關聯分析：從總體上看，糞便短鏈脂肪酸水平，尤其是丁酸，與上述GQD和BBR組富集的多個產丁酸菌屬的相對豐度呈正相關。而與一些豐度降低的潛在致病菌屬的相對豐度呈負相關，例如Helicobacter(圖3D)。短鏈脂肪酸的含量與相應實驗組腸道微生物組成變化高度一致，提示GQD和BBR治療顯著富集的菌屬增加了短鏈脂肪酸的含量。

圖3. 短鏈脂肪酸變化

4. 回腸基因表達譜：菌群改善炎癥及糖脂代謝相關功能

通過轉錄組學分析來確定不同組大鼠回腸基因表達譜的差異：共獲得的855個差異表達基因(DEGs)，通過聚類分析得到4個Cluster(圖4A)。

（1）炎癥相關Cluster：Cluster 1主要與免疫激活相關，Cluster 2主要與細胞因子產生和分泌有關。Cluster 1和Cluster 2的DEGs主要由GQD和BBR組中顯著下調的基因組成，這暗示了GQD和BBR治療在減輕腸道炎癥中的潛在作用。

（2）糖脂代謝相關Cluster：Cluster 3主要與脂質和碳水化合物代謝有關，Cluster 4主要與脂質代謝相關(圖4B)。鑒于Cluster 3和4中的DEGs在GQD組和BBR組中均顯示了相對較高的表達量，這些結果表明GQD和BBR處理后GK大鼠的脂質和碳水化合物的代謝能力顯著改善。

綜上所述，回腸轉錄組數據表明，GQD和BBR治療可能通過改變腸道菌群，顯著減輕GK大鼠回腸的炎癥情況，并改善脂質和碳水化合物的代謝。

圖4. 大鼠回腸基因表達譜

5. 炎癥指標表達驗證：藥物顯著降低大鼠的系統性與局部炎癥水平

為了驗證上述轉錄譜揭示的藥物改善炎癥的潛在作用，研究者進一步檢測了相關炎癥指標的表達水平：

（1）炎癥因子：檢測血清中6種促炎細胞因子IL-1β、IL-6、IL-17、TNF-α、IFN-γ和MCP-1的含量。表明經藥物治療后，糖尿病模型大鼠的系統性炎癥水平得到顯著降低。

（2）胰島炎癥相關基因：熒光定量PCR技術檢測胰島中關鍵免疫相關基因的表達水平。結果發現，治療12周后，參與胰島β細胞炎癥過程的三個代表性基因（Nfkb1、Stat1和Ifngr1）的表達水平均顯著下調。

以上結果表明，二甲雙胍、GQD和BBR治療藥物干預可以緩解系統性和局部（胰島）的炎癥水平，從而改善糖尿病癥狀。

總結

本研究以藥效學指標出發，運用多組學技術從腸道菌群-代謝物-靶器官，多維度系統性探究了中藥復方葛根芩連湯以及活性成分小檗堿通過靶向腸道菌群緩解II型糖尿病的機制，即通過富集產丁酸細菌，調控腸道黏膜免疫和糖脂代謝等功能，減輕系統性和胰島局部炎癥水平，改善胰島素抵抗。為探究中藥與腸道菌群的相互作用機制提供了很好的研究案例，并增進了對小檗堿這一有望用于治療II型糖尿病的新藥作用機制的理解。

此外，該研究的組別設計也非常值得參考：除了中藥復方組，作者同時設立了主要組分組（小檗堿）及西藥組（二甲雙胍組）。通過復方組與組分組的結果比較，可進一步解釋復方中可能起到主要作用的活性組分；通過與西藥組參比，可更為有力的說明中藥的藥效作用，及突出中藥多靶點的優勢效應。