学术论文│中药通过肠道菌群改善肥胖症及其相关代谢性疾病的研究进展

肥胖症及其相关代谢性疾病的发病率逐年增长，引发了全球性的公共健康问题。越来越多的研究发现肥胖症的发生发展与肠道菌群的结构及功能变化密切相关，两者关系的失衡被认为是代谢障碍的标志之一。中医药在治疗多种糖脂代谢紊乱引起的代谢性疾病中积累了丰富的经验，其在减重、改善糖脂代谢方面效果显著。但中药及其复方的有效成分口服生物利用度低，很难在靶器官达到起效浓度，而肠道可能是其主要作用器官。

上海中医药大学丁丽丽研究员团队围绕肥胖症及其相关代谢性疾病与肠道菌群的相互作用，综述了中药通过调节肠道菌群改善肥胖症、Ⅱ型糖尿病、代谢相关脂肪性肝病等代谢性疾病的研究进展，旨在为中药防治肥胖症等代谢性疾病提供理论依据，并为靶向肠道菌群抗肥胖及其并发症的药物研发提供参考策略。原文已发表于《上海中医药杂志》（2023年57卷第2期  中医药治疗优势病种与重大疾病研究：代谢性疾病专刊）。

通信作者

丁丽丽  研究员

国家优青

专家简介

丁丽丽，中国药科大学生药学博士，美国City of Hope National Medical Center (Diabetes and Metabolism Research Institute) 博士后，上海中医药大学中药研究所研究员。入选国家优青、上海市浦江学者。主要从事胆汁酸信号通路靶点功能和中药防治代谢性疾病生物学机制研究。近年来围绕“肠-肝轴”胆汁酸信号通路靶点调控糖脂代谢改善肥胖和代谢性疾病及中药调控胆汁酸信号通路改善代谢性疾病机制研究方面形成鲜明特色，取得多项研究成果。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、上海市自然科学基金原创探索类项目等多项科研课题，获国家发明专利授权8件。在国内外期刊发表学术论文41篇（SCI 源期刊收录论文31篇），其中以一作/共一/共通讯作者在Hepatology、PNAS、Acta Pharmaceutica Sinica B等杂志发表学术论文20余篇。

1 肠道菌群与肥胖及其相关代谢性疾病

越来越多的研究表明，肠道菌群和肥胖及其相关代谢性疾病的发生发展紧密联系，肠道菌群的失调会破坏肠黏膜屏障、增加脂多糖（LPS）释放引发代谢性内毒素血症，从而促进全身慢性低度炎症和糖脂代谢紊乱。Liu等通过对中国肥胖人群肠道菌群的特征性分析发现，肥胖个体中谷氨酸发酵共生菌拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）的丰度显著降低，与血清谷氨酸浓度呈负相关，并抑制脂质分解代谢。Karlsson等通过粪便宏基因组分析发现，T2DM患者与正常人群相比，有4种乳杆菌（Lactobacillus）的丰度增加，5种梭状芽孢杆菌（Clostridium）的丰度降低，这些菌群组成的差异变化与调节血糖、血脂的代谢相关。

1.1 肠道菌群  人体内环境极其复杂，肠道微生物群是其重要组成部分。肠道菌群作为一个复杂的生态系统，诸多种类的微生物密集分布，并受宿主基因型和环境因素的影响，主要分为三大类，即共生菌群、致病菌群和条件致病菌群。肠道菌群在门水平上主要分为厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）以及少部分的变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia），且根据肠道不同区域pH值和含氧量分布。维持肠道菌群的平衡对宿主的健康至关重要。

1.2 肠道菌群促进肥胖及其相关代谢性疾病发生发展的机制  肥胖的大范围流行促使人们积极探寻影响机体能量平衡的重要因素。肠道菌群可被视为一个独立的内分泌器官，与肥胖、T2DM、MAFLD等代谢性疾病的发生发展紧密相关（见图1）。Peter等通过对肥胖人群和健康人群的肠道菌群进行比较后发现，肥胖与Bacteroidetes和Firmicutes这两类主要菌群的相对丰度变化有关，且肥胖人群因肠道菌群的改变从饮食中获取能量的能力增强。将肥胖小鼠的肠道菌群定植在无菌小鼠和健康野生型小鼠中，可导致全身脂肪累积的显著增加，这些结果将肠道菌群确定为肥胖的一个促成因素。而特定的菌群，如双歧杆菌属（Bifidobacterium）已被证明可以改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠的葡萄糖稳态，减少体质量增加和全身脂质累积，并恢复葡萄糖介导的胰岛素分泌。

图1肠道菌群改善肥胖及其相关代谢性疾病发生发展的机制示例

肠道菌群的分布和结构差异会造成机体能量代谢差异，调节肠道菌群结构有利于改善肥胖人群的能量代谢平衡。肠道菌群的紊乱诱发内毒素产生增加、短链脂肪酸（SCFAs）合成减少及胆汁酸（BAs）代谢紊乱等，促进代谢性疾病的发展。LPS是一种来自革兰氏阴性菌外膜的致病因子，可进入血液循环引发内毒素血症。当肠道菌群失调时，肠黏膜通透性增加，内毒素进入血液循环与脂多糖结合蛋白结合，促进炎症反应和代谢性疾病的发展，如T2DM和MAFLD。革兰氏阴性菌丰度随代谢功能的障碍而显著增加，通过调节其丰度可减少LPS的产生，从而改善糖脂代谢紊乱。此外，SCFAs在糖脂代谢中也发挥重要作用。盲肠和结肠中的肠道菌群通过发酵将碳水化合物转为机体能量，产生SCFAs（醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐等）和其他代谢产物；SCFAs可刺激肠道L细胞分泌胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和酪酪肽（PYY），促进脂肪组织瘦素（leptin）的产生，从而调节胰岛素释放及能量代谢，进而改善肥胖相关的代谢紊乱。BAs作为调控糖脂代谢的重要信号分子，其合成、代谢与肠道菌群的调节作用紧密相关。肠道菌群的变化影响次级胆汁酸的合成，进而通过肠道和肝脏等组织中法尼醇X受体（FXR）、G蛋白偶联受体胆汁酸受体1（GPBAR1）级联信号通路发挥调控糖脂代谢的功能；同时，具有抗菌活性的BAs与肠道菌群相互作用，抑制细菌在肠道内的定植和生长，从而改变肠道菌群结构。肠道菌群是诱导肥胖等代谢性疾病的重要因素，探索肠道菌群与宿主糖脂代谢间的相互作用对调控体内代谢稳态、改善代谢性疾病具有重要意义。

2 中药调控肠道菌群改善肥胖及其相关代谢性疾病的机制

多项研究表明中药及其复方可通过调节肠道菌群稳态，改善肠黏膜屏障或者调控内源性功能分子的释放，从而改善糖脂代谢紊乱。中药调节肠道菌群影响糖脂代谢主要是通过降解影响黏蛋白的菌群[如嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）]的丰度、具有抗炎作用的有益菌群[如普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和罗氏菌属（Roseburia）等]的丰度、产生LPS和SCFAs的菌群[如丁酸弧菌属（Butyrivibrio）、双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）、巨球型菌属（Megasphaera）等]的丰度以及携带胆盐水解酶（BSH）的菌群[如Lactobacillus、Bifidobacterium bifidum等]的丰度，调节肠道黏膜完整性和保护肠道屏障功能，改善内毒素血症和炎症反应；调节肠道菌群的丰度，提高短链脂肪酸的水平，促进肠上皮L细胞释放GLP-1，或影响BAs及色氨酸等功能代谢分子的产生而调控下游信号通路。靶向肠道菌群治疗肥胖及其相关代谢性疾病的作用机制研究已成为中药研究的重要方向。

2.1 中药干预肠道菌群产生的内源性功能代谢分子介导的代谢获益作用

2.1.1 脂肪酸  SCFAs（醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐等）主要通过肠道菌群的厌氧发酵产生，在调节能量代谢、能量供应以及维持肠道环境的稳态方面发挥着重要作用。SCFAs可激活游离脂肪酸受体3（FFAR3）刺激肠道激素PYY的分泌，增强肌肉和脂肪组织中葡萄糖的吸收，产生饱腹感而减少食物摄入量，并激活游离脂肪酸受体2（FFAR2）而促进GLP-1的分泌、增加胰岛素的分泌和减少胰腺胰高血糖素的分泌来间接调节血糖水平。SCFAs不仅可作为底物参与脂质代谢，还可以作为脂质代谢的调节因素。醋酸盐和丁酸盐可以作为肠道脂质合成的主要底物，将SCFAs转化为乙酰辅酶A。丁酸盐还可增加高脂饮食诱导肥胖小鼠棕色脂肪组织中脂肪酸的氧化，改善其肥胖和胰岛素抵抗，促进白色脂肪组织的褐变，缩小脂肪细胞的大小。

黄连的主要活性成分小檗碱，又称“黄连素”，可通过调控多条途径，包括激活单磷酸腺苷依赖的蛋白激酶（AMPK）、改变肠道菌群的结构、减少肝脏中的糖异生和增强外周组织中的糖酵解等，发挥减重、降糖、改善高脂血症及胰岛素抵抗的作用。Zhang等研究发现，小檗碱可通过AMPK/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α(PGC-1α)增加白色和棕色脂肪组织中解偶联蛋白-1（UCP-1）以及相关产热基因的表达促进产热，增加能量消耗，限制体质量增加，对于肥胖症及糖尿病具有潜在的治疗意义。但是小檗碱的生物利用度极低，口服给药后生物利用度低于1%，小檗碱的代谢产物又相当复杂，包括二氢小檗碱、小檗红碱、药根碱等，其是否通过原型或代谢产物在靶器官达到起效浓度而直接靶向AMPK/PGC-1α改善糖脂代谢需要进一步研究。事实上，小檗碱本身还具有一定的抗菌作用，其口服后会改变肠道菌群的组成及丰度已被多项研究证实。小檗碱可通过增加产生SCFAs相关的菌群[如粪球菌属（Coprococcus）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）等）]的丰度，减少部分机会致病菌[如普雷沃菌属（Prevotella）、变形杆菌（Bacillus proteus）]的丰度，增加益生菌（如Lactobacillus、Akkermansia muciniphila）的丰度来改善糖脂代谢。高脂饮食诱导的肥胖小鼠给予小檗碱治疗后，其可以降低肠道Firmicutes和Bacteroidetes的比例（F/B）、上调Akkermansia muciniphila和Bacteroidetes的丰度、提高肠道中SCFAs水平和肠道微生物衍生的功能代谢物（如丁酸盐）的分泌，改善肥胖、糖尿病和非酒精性脂肪肝。

中药黄芪的有效成分黄芪甲苷可有效减轻高脂饮食引起的代谢紊乱，包括减少肝脏脂肪变性的程度、抑制体质量增加和改善胰岛素抵抗。通过宏基因组测序和非靶向代谢组学方法研究发现，非酒精性脂肪肝小鼠给予黄芪多糖后与模型组小鼠相比，肠道微生物组和代谢产物组存在差异变化，黄芪多糖可有效缓解高脂饮食引起的代谢紊乱，改变肠道菌群的组成，降低模型小鼠Firmicutes的相对丰度并增加Bacteroidetes的相对丰度，从而降低F/B水平；进一步体外实验表明，黄芪多糖可使SCFAs含量升高（主要为乙酸），抑制肝脏葡萄糖激酶（GK）、脂肪酸转移酶（CD36）和脂肪酸合酶（FASN）的表达，并降低肝脏肉碱棕榈酰转移酶-1α（CPT-1α）和过氧化物酶增殖物激活受体-α（PPAR-α）mRNA的表达，从而抑制脂肪酸合成和促进脂肪酸的β氧化。麦冬多糖可以改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠肠道菌群的紊乱，降低苏黎世杆菌科（Turicibacteraceae）、乳球菌属（Lactococcus）和肠杆菌属（Enterobacteria）等的比例，增加另枝菌属（Aliistipes）、瘤胃梭菌属（Ruminiclostridium）和理研菌属（Rikenella）等有益菌属的相对丰度，尤其是产生SCFAs的Butyrivibrio和Roseburia丰度明显升高；麦冬多糖被肠道菌群降解利用后，可增加乙酸和戊酸的含量，调节AMPK等信号通路来抑制肝脏脂肪积累，改善MAFLD。

除了中药来源的天然产物外，中药复方也可通过调控肠道菌群产生SCFAs来改善代谢性疾病。中药经典复方黄连解毒汤可改善高脂饮食和链脲佐菌素（STZ）诱导T2DM大鼠的高血糖和胰岛素抵抗，经该复方治疗后可增加SCFAs的水平和抗炎菌群的丰度，如狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）、经黏液真杆菌属（Blautia）、Akkermansia muciniphila，同时减少条件致病菌[如气球菌属（Aerococcus）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和棒状杆菌属（Corynebacterium）]的菌群丰度。

中药及其复方对能量代谢的改善具有益处，大多数研究都集中在肠道菌群产生的SCFAs上，而长链脂肪酸（LCFAs）介导的抗肥胖的相关作用研究较少。有研究表明，口服人参提取物可诱导肥胖小鼠结肠中粪肠球菌（Enterococcus faecalis）丰度增加，促进粪肠球菌产生不饱和的LCFAs类物质肉豆蔻油酸（MA），而MA可以激活棕色脂肪组织（BAT）和促进米色脂肪形成来改善肥胖；该课题组还采用抗生素（ABX）干预和粪菌移植实验验证了Enterococcus faecalis的代谢产物MA是人参提取物改善肥胖的主要因素，证实了人参介导“肠道菌群-LCFAs-BAT轴”在宿主代谢中发挥的重要作用。

2.1.2 胆汁酸（BAs） BAs是胆固醇代谢的主要产物，BAs的产生和排泄对于维持胆固醇稳态至关重要。BAs在肝脏中转化合成，储存于胆囊中，释放到十二指肠以消化营养物质，并主要在回肠段被重新吸收。初级BAs经肠道菌群进行一系列脱氢、脱羟基化和异构体衍生化作用而产生次级BAs，且其重吸收的调节机制之一是由肠道菌群介导的[45]。肠道菌群与BAs间相互作用，通过FXR调控BAs级联信号，进而调节宿主体内的多条代谢途径，在调节能量消耗、脂质代谢以及胆固醇、BAs的稳态方面发挥着关键作用。

STZ诱导的糖尿病大鼠服用黄芪甲苷Ⅳ（AS-Ⅳ）治疗后发现，AS-Ⅳ可以降低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）水平，抑制核因子-κB（NF-κB）在糖尿病肾病中的激活、易位和过度表达。同时，AS-Ⅳ治疗可缓解高脂饮食诱导的代谢障碍，特别是肝脏脂肪变性；AS-Ⅳ给药后携带BSH的菌群丰度显著降低，抑制牛磺-β-鼠胆酸（T-β-MCA）的水解，增加了肠道T-β-MCA水平，而T-β-MCA可抑制肠道Fxr基因的转录活性，降低肠道成纤维细胞生长因子15（FGF15）的分泌，促进肠道GLP-1的释放和降低血清神经酰胺的水平，从而抑制肝脏脂质合成，改善脂肪肝。普洱茶作为一种特产于中国云南地区的发酵茶，也具有多种代谢相关益处，包括可改善高脂血症、肥胖、脂肪肝等。普洱茶提取物可改善高脂饮食诱导的模型动物体质量增长和高脂血症，其主要活性物质茶褐素可降低携带BSH的肠道菌群的丰度，从而降低BSH活性，导致回肠结合型BAs增加，抑制肠道FXR相关信号通路传导，而肝脏中鹅去氧胆酸（CDCA）水平的升高激活了肝脏FXR-小异二聚体配体（SHP）信号轴，增加BAs合成从而替代通路中25-羟基胆固醇7α-羟化酶（CYP7B1）的表达，促进肝脏BAs的合成和脂质在粪便中的排泄，最终减轻高胆固醇血症。

2.1.3 支链氨基酸（BCAAs）  肠道菌群的变化诱导宿主血清代谢产物的变化而影响其胰岛素敏感性，胰岛素抵抗是心血管疾病和T2DM的重要诱发因素，胰岛素抵抗个体的血清代谢组的主要特征是BCAAs水平增加。肠道菌群具有丰富的BCAAs生物合成、运输和代谢潜力，普雷沃氏菌（Prevotella copri）和普通拟杆菌（Bacteroides vulgatus）被认为是驱动BCAAs生物合成和胰岛素抵抗之间联系的主要菌种。从中药陈皮中提取的多甲氧基黄酮（PMFs）可以有效减少高脂饮食诱导的肥胖小鼠的体质量增加和脂肪组织的脂质积累，下调Firmicutes与Bacteroides比率，并调节BCAAs代谢；Liu课题组通过抗生素干预和粪菌移植实验，发现PMFs极大地丰富了共生菌卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）的丰度，而口服给予Bacteroides ovatus可降低高脂饮食诱导肥胖小鼠血清和粪便中BCAAs的浓度，且BCAAs诱导的胰岛素抵抗伴随着哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和核糖体蛋白S6激酶1（S6K1）的激活，给予PMFs后可抑制mTOR和p70核糖体蛋白S6激酶（p70S6K）的磷酸化，并减少甾醇调节元件结合蛋白（SREBPs）表达，以剂量依赖性的方式缓解肥胖小鼠的糖脂代谢紊乱。

2.2 中药修复肠黏膜屏障介导的代谢获益作用  肠黏膜屏障功能的失调与代谢性疾病的发生密切相关，代谢失调会削弱肠上皮细胞中紧密连接蛋白和黏附蛋白的功能，显著干扰肠上皮细胞的稳态和破坏肠道屏障完整性。肠上皮细胞分化异常，紧密连接和黏附蛋白表达降低，可导致肠道屏障损伤，增加代谢紊乱的风险。肥胖小鼠肠道菌群紊乱可导致肠上皮细胞完整性被破坏和肠道通透性受损，增加血液循环中LPS的释放，加速MAFLD向非酒精性脂肪性肝炎发展。中药五味子具有良好的降脂、保肝、抗菌、抗氧化等药理作用，研究证明其主要活性成分五味子酯甲（SinA）和五味子乙素（SchB）可降低Firmicutes丰度、增加Verrucomicrobia丰度，增强肠道黏膜屏障功能，缓解肠道炎症，降低血清中LPS含量，减少LPS进入肝脏和体循环，从而有效改善高脂饮食诱导模型动物的肝脏脂肪变性和炎症。灵芝菌丝体水提取物可通过改善高脂饮食诱导引起的模型动物肠道菌群失调，降低F/B水平及携带内毒素的细菌水平，维持肠道屏障的完整性并减轻代谢性内毒素血症；粪菌移植实验表明，将经灵芝菌丝体水提取物治疗后小鼠的粪便移植给喂食高脂饲料的肥胖小鼠，也能发挥抗肥胖作用，可减轻肥胖小鼠的体质量、炎症和胰岛素抵抗。

2.3 其他相关机制  下丘脑作为中枢神经系统的一部分，可通过感知食欲和饱腹感，调节饮食摄入量，是脑-肠轴的调节中心。大脑、肠道和脂肪组织的互相作用可以调控糖脂代谢途径，其可能与肠源性激素（如GLP-1）、脑源性激素、神经肽及脂肪组织来源的脂肪因子（如leptin）介导的多种代谢调控有关。Akkermansia muciniphila会分泌分子量为84 kDa的P9蛋白质，而P9可以诱导GLP-1的分泌和棕色脂肪组织的产热。GLP-1从肠道中释放，响应碳水化合物、脂质和蛋白质的摄入，刺激下丘脑中的GLP-1受体来增加饱腹感和降低食欲，而中药黄连的有效成分小檗碱可逆转下丘脑细胞结构的扭曲和细胞质肿胀，上调GLP-1受体的mRNA表达。

3 展望

中药及其复方因多成分、多靶点、多作用途径的药效特点，在治疗糖脂代谢紊乱引起的代谢性疾病时，具有独特的优势，而运用现代科学技术手段（包括多组学技术等）对中医药宝库进行深入的机制挖掘是寻找代谢性疾病潜在治疗策略的有效途径。多组学主要包括代谢组学、基因组学、蛋白质组学和转录组学等，多组学分析技术的快速发展推动中药及其复方的作用机制研究不断深入。多数中药及其复方的组成成分复杂，口服生物利用度低，可能主要作用于肠道，中药干预后由肠道菌群产生的功能代谢分子可整体调控机体的糖脂代谢，进而改善肥胖、T2DM、MAFLD等代谢性疾病。采用多组学联合策略，从整体出发，有助于系统认识中药来源的天然产物对机体生物大分子及内源性小分子等的作用机制。

尽管中药及其复方调控糖脂代谢的研究中应用组学技术来阐明其作用机制的应用越来越多，但存在的诸多问题亦不可忽视。

⑴诸多中药和复方的研究停留在组学层面，如仅采用肠道菌群16S rDNA高通量测序或肠道菌群宏基因组测序来表征差异菌群，缺乏进一步关联的功能代谢分子的分析和下游作用机制的挖掘与验证。越来越多的报道表明肠道产生的功能分子通过脑-肠轴、肝-肠轴、肺-肠轴及肠-脂肪轴等调控机体的生理病理进程，中药及其复方相关作用机制亦有报道，但是否是其主要作用机制，还需要更多的证据。

⑵肠道菌群及其代谢产物的复杂性导致证明实验菌株和肠道代谢分子的相关性存在一定的困难，而微生物的培养成为解决该问题的关键。采用高通量培养与宏基因组学相结合的方法，并通过分离和测序以前未培养过的物种，可减少与宏基因组学相关的暗物质认识盲区。中药的研究可以引入微生物培养组学表征功能微生物，探究其与功能代谢分子的相关性及在改善疾病中的作用。

⑶肠道菌群代谢产物种类多样、浓度差异大，且存在动态变化，具有时空特异性，而目前的代谢组学研究技术仅能提供静态的代谢产物丰度信息。因此，捕捉真正起作用的功能代谢分子也具有一定的挑战性。

总之，多组学技术需要有机整合，并结合靶器官及靶细胞群信号通路的作用研究才能较完全阐明中药改善代谢性疾病的作用机制。

药物和宿主肠道菌群之间相互作用、相互影响，结合肠道菌群开展科学研究，是目前药物改善代谢性疾病机制研究的重点。通过以靶向改善肠道菌群失调为目标，治疗肥胖及其相关代谢性疾病的机制探索仍然需进一步的深入研究；探索中药和肠道菌群间的相互作用机制，有望为肥胖及其相关代谢性疾病的治疗带来新突破，亦为中医药改善糖脂代谢紊乱及相关疾病方向的应用带来新契机。

【引用本文】

王紫轩，薛琼雯，罗亦轩，蒋嘉瑞，徐书杨，杨莉，王峥涛，丁丽丽.中药通过肠道菌群改善肥胖症及其相关代谢性疾病的作用机制研究进展[J].上海中医药杂志，2023，57(2):1-7.

WANG Z X, XUE Q W,LUO Y X,et al.Research progress on mechanisms of traditional Chinese medicine in improving obesity and its related metabolic diseases through gut microbiota[J].Shanghai J Tradit Chin Med,2023,57(2):1-7.