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我是來自于軍事醫(yī)學研究院輻射醫(yī)學研究所的馬百平，我主要從事中藥的研究。今天很高興有機會來到《腸·道》這樣一個平臺，與大家聊聊中藥與腸道菌群。
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中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，也在中華民族的繁衍生息中，發(fā)揮了重要的作用。中醫(yī)藥有它獨特的理論體系，中藥也是中醫(yī)藥在臨床治病的最主要工具。當大家談到中藥時，最主要想的還是它的復(fù)雜，無論是這些飲片以及我們飲用的湯劑，還是丸散膏丹這些經(jīng)典的中藥，很多人都說它是一個“黑箱”，或者是一個“灰箱”。現(xiàn)代的科學技術(shù)發(fā)展，為中藥的研究和開發(fā)，提供了強有力的工具。中藥的研究主要有兩個方面。一個是它的成分研究，也就是我們想了解中藥里面有什么成分，它發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么。第二個方面是它的藥理以及它的作用和機制靶點的研究，那就是想知道，中藥是怎么樣來發(fā)揮作用的。現(xiàn)在我們對中藥的認識逐漸地加深。在化學上，通過分離純化、通過分析，對它的有效成分有了很多的認識。比方說，蒺藜是一個傳統(tǒng)的藥。它不僅作為一個飲片，同時國內(nèi)的“心腦舒通”也是來自于蒺藜的一味成藥。在歐洲，蒺藜被制成一些非激素類的強壯劑，主要是供一些運動員來使用。我們就想知道，國內(nèi)的心血管制劑和歐洲的這個強壯劑，它們的物質(zhì)基礎(chǔ)是不是有所不同。我們就用液質(zhì)聯(lián)用的技術(shù)，來分析蒺藜中的化學成分。因為蒺藜是一個廣布種，我們從北京采了北京的蒺藜，同時從意大利羅馬采了蒺藜，從地理位置上，新疆跟歐洲最接近，我們也從新疆采了蒺藜。我們就進行了液質(zhì)分析，大家可以看到它們的液質(zhì)的色譜圖。上面北京產(chǎn)的蒺藜，跟中間新疆這個蒺藜，成分有很多相似的地方，但是跟歐洲的蒺藜，確實有一個比較大的差異。我們就用液質(zhì)技術(shù)在線地鑒定其中的成分。我們鑒定了 140 多個成分，其中主要的是大家已經(jīng)報道過的甾體皂苷和黃酮這些成分。我們也是首次發(fā)現(xiàn)，在歐洲產(chǎn)的蒺藜中，還有另外一類像人參皂苷一樣的三萜皂苷，這個可能就是它發(fā)揮強壯劑作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過現(xiàn)在的分析技術(shù)，能讓我們了解它里面的成分以及它的活性成分。除了單味藥，復(fù)方的成分組成就會更復(fù)雜。四物湯是一個經(jīng)典的中醫(yī)補血要藥，它由 4 味藥組成。我們也用液質(zhì)技術(shù)在線地鑒定了其中 113 種成分，使我們了解了這樣一個復(fù)方里面有哪些成分。老話說：“丸散膏丹，神仙難辨?！备訌?fù)雜的是，當我們拿到一個未知的藥物，或者一個湯劑的時候，我們能否了解里面的藥味組成？ 我可以講一個故事。腫瘤科常規(guī)采用手術(shù)、放療、化療手段，來進行腫瘤的治療，但是發(fā)現(xiàn)有些病人會自己服用一些中藥的湯劑，這是醫(yī)院不允許的，很多病人也就出院。過了半年、一年以后來復(fù)查，卻發(fā)現(xiàn)他的腫瘤比預(yù)想的恢復(fù)得要好得多，病人就說是吃了一些中藥。大夫拿到了這樣的一個中藥湯劑以后，就找我們說，你能不能分析它由哪些藥味組成？我們就對這樣一個未知的湯劑做了液質(zhì)分析。大家可以看這色譜圖，我們基本上可以把里面的成分進行全部的鑒定。根據(jù)這些成分歸屬于哪個藥味，從而我們可以推斷這個復(fù)方是由哪些藥味組成，從而使這些丸散膏丹不再難辨。我們除了利用分析的技術(shù)去了解中藥——無論是單味藥，還是復(fù)方里面——有哪些成分，我們還希望能夠拿到這些成分，用于活性篩選、構(gòu)效關(guān)系研究以及后面的開發(fā)。我們?nèi)ツ暌策M行了另外一個傳統(tǒng)中藥——玉竹的植化研究。我們從玉竹里面，能夠分離得到 31 個主要的成分，其中包括 11 個新化合物。這些得到的成分既可以作為對照品，用于后面的質(zhì)控，同時也可以用于后面的活性研究和新藥的篩選。另外一個藥——像延齡草，也是這兩年我們所做的研究。在市場上，延齡草是作為重樓的偽品；另外，延齡草本身在民間也有廣泛的應(yīng)用，有著廣泛的藥理作用。大家可以看到，指紋圖譜里面含有很多的成分，我們可以利用現(xiàn)代的分離技術(shù)，把這些成分全部拿到。我們總共從里面分離鑒定了 88 個化合物，我們對這些拿到的化合物進行了廣泛的活性篩選。根據(jù)它已有的臨床應(yīng)用信息進行篩選，我們發(fā)現(xiàn)：含有兩個糖鏈的呋甾皂苷，這一類成分沒有細胞毒作用，它可以促進造血干/祖細胞的體外增殖；對于含有單個糖鏈的螺甾皂苷，這一類成分就有細胞毒的作用，我們觀察了它對腫瘤的抑制以及對腫瘤微環(huán)境的影響；而對延齡草的另外一類成分，就是寡糖，我們可以看到，它可以促進腸干細胞的增殖。所以，目前除了在化學上對中藥的有效成分可以有充分的認識之外，我們也開始了它的藥理以及作用機制、靶點的研究。在這個方面最有代表性的一個工作，就是 10 年前陳竺院士關(guān)于復(fù)方黃黛片的作用機制研究。他主要利用現(xiàn)代分子生物學的技術(shù)，闡述了復(fù)方黃黛片這樣一個 4 味藥組成的復(fù)方中藥治療白血病的機制。在這 4 味藥里面，分別選了一個主要的成分，進行了相互作用——也就是中藥的“君臣佐使”的研究。在那個時候，像這樣的一個中藥復(fù)方的工作能夠發(fā)表在西方的主流雜志上，還是比較少見的。現(xiàn)在隨著藥理學以及分子生物學技術(shù)的發(fā)展，探究中藥甚至中藥成分的作用機制和靶點，已經(jīng)不是那么的困難了。像這兩年新冠期間，篩選發(fā)現(xiàn)很多中藥和中藥成分能夠抑制新冠病毒。去年也報道了，甘草中的甘草酸是通過作用到刺突蛋白，從而抑制新冠病毒。這個文章也引起了大家的注意。通過這些研究，我們對中藥的有效成分的作用機制，甚至靶點，有了一些很深的認識。在這些認識的基礎(chǔ)上，人們也在傳統(tǒng)中藥的基礎(chǔ)上進行新藥的開發(fā)。最典型的就是青蒿素，它是源于對于青蒿的典籍記載——“青蒿一握水二升”，從而發(fā)現(xiàn)了青蒿素這個分子，從而產(chǎn)生了一系列青蒿素類的抗瘧藥。基于桑枝生物堿降血糖的研究，北京藥物所也開發(fā)了桑枝總生物堿片，去年由國家藥監(jiān)局批準上市，作為一個降糖的新藥。在新冠期間，中醫(yī)藥也發(fā)揮了重要的作用。治療期間產(chǎn)生了“三方”、“三藥”，近期根據(jù)臨床有效的“三方”，也開發(fā)了相應(yīng)的顆粒劑，上個月，國家藥監(jiān)局也批準了這三個顆粒劑上市，為新冠肺炎的治療提供了更多選擇。大家可以看到，對于中醫(yī)藥的研究認識有了很多的進步，但是也存在著一些關(guān)鍵的問題。有些人仍然質(zhì)疑中藥的作用，其中一個最主要的關(guān)鍵問題，就是中藥往往利用水煎劑，它里面的成分往往是水溶性的，這些成分很難通過消化道上皮吸收入血，也就是說生物利用度比較低。按照現(xiàn)代醫(yī)藥學的理論，口服的藥物只有被吸收進入體循環(huán)，通過循環(huán)達到靶組織，才可能去發(fā)揮作用。中藥中這些低生物利用度的成分都很難被吸收入血，那它如何發(fā)揮作用，這就成為了一個關(guān)鍵的學術(shù)問題。
近年關(guān)于腸道菌群與疾病的研究有了很多的進展，而且很多研究發(fā)現(xiàn)了菌群跟疾病的因果關(guān)系，也是為低生物利用度的中藥提供了一個新的視角。我們選擇了一味藥——知母，它是中醫(yī)臨床用于降糖的最常用的一味單味藥，上市的很多降糖中藥復(fù)方里面也含有這一味藥。現(xiàn)在的研究發(fā)現(xiàn)，知母以及其中的甾體皂苷、黃酮以及多糖，都有降血糖的作用，對它的作用機制，也做了很多的探討。但是無論是在臨床上看到的它的降血糖作用，還是在現(xiàn)在的研究里面發(fā)現(xiàn)了它的作用，這些成分的生物利用度普遍存在低的問題。這些低生物利用度的成分怎么樣來發(fā)揮降糖的作用呢？菌群是不是它作用的一個機制環(huán)節(jié)和靶點？這樣我們就利用高糖高脂飼料加小劑量 STZ（鏈脲佐菌素），造了大鼠的 2 型糖尿病的模型，給予糖尿病大鼠 4 周知母提取物，來觀察它的作用，來探究它的作用機制。
藥理指標顯示，無論是對于餐后兩小時的血糖，還是對于胰島素的敏感性，知母都有明顯的作用。同時知母提取物也可以降低總膽固醇，以及降低 TNF-α 和 LPS 這些炎性因子，所以可以在整體動物模型觀察到知母的降糖、降脂及相應(yīng)的作用。在觀察作用的同時，我們?nèi)×思S便、血樣，進行體內(nèi)代謝產(chǎn)物的研究，我們測定了 3 個黃酮、4 個皂苷，這樣 7 個代謝產(chǎn)物。我們發(fā)現(xiàn)，在糞便和血中，它的代謝產(chǎn)物有所不同。最主要的是在糞便中，不論是黃酮還是皂苷，它的暴露量遠遠高于血中的量，在糞便中，它的濃度往往比血中高 2-3 個數(shù)量級。這也跟大家普遍認識的生物利用度低，是吻合的。既然知母灌胃口服以后，大部分的成分暴露在腸道里面，我們就取了關(guān)鍵時間點的糞便進行測序，我們發(fā)現(xiàn)，知母可以顯著地改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)，可以增加腸道菌群的多樣性。在門水平的分析也顯示，對于糖尿病模型組，擬桿菌和厚壁菌門的比例顯著下降了，知母給藥組可以改善這種下降。
進一步的菌群分析顯示，知母提取物可以增加一部分有益菌的相對豐度，降低有害菌的相對豐度。我們同時對這些顯著變化的菌屬與它的藥理指標，也進行了相關(guān)性的分析。我們選擇能夠產(chǎn)短鏈脂肪酸的 Blautia 菌，利用體外的單菌純培養(yǎng)，進行了知母作用的體外驗證。我們發(fā)現(xiàn)，知母提取物可以促進 Blautia 菌的增殖，而且有一定的劑量關(guān)系。同時，我們測了大鼠糞便里面短鏈脂肪酸的含量，可以看到多種短鏈脂肪酸，尤其是乙酸的含量顯著上升，我們在體外孵育實驗里面，也看到了知母提取物可以促進糞便中短鏈脂肪酸的增加。除了知母的這些代謝產(chǎn)物主要暴露在腸道里面，仍然有少量成分可以吸收入血，胰島 β 細胞是分泌胰島素的靶部位，我們就選擇了大鼠的胰腺，進行了蛋白質(zhì)組學的研究。我們總共鑒定、定量了 4000 多個蛋白，其中包括在糖尿病模型鼠中上調(diào)的一些蛋白和下調(diào)的一些蛋白。我們對于在模型大鼠中下調(diào)，但是知母灌胃組顯著上調(diào)的這一部分蛋白，進行了蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)這些上調(diào)的蛋白主要集中在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、蛋白質(zhì)合成以及胰腺分泌等這些信號通路上。我們對這些通路上的蛋白進行了進一步的分析觀察，對于關(guān)鍵的過氧化物還原酶4，我們利用胰腺的免疫熒光實驗，也證實了知母可以顯著地促進這個蛋白的表達，從而來證明，少量吸收入血的成分仍然可以在靶組織通過蛋白這樣一個環(huán)節(jié)來發(fā)揮它的作用。所以，我們整個實驗就是將臨床有效的一個降糖藥物，從藥理實驗上，觀察到了它的效應(yīng)。通過代謝產(chǎn)物的分析，我們發(fā)現(xiàn)它的大部分代謝產(chǎn)物確實暴露在腸道里面。對于這一部分，我們觀察了它對菌群的調(diào)節(jié)以及對相應(yīng)的代謝物——像短鏈脂肪酸的影響。對于少量入血的這樣一些成分，我們利用蛋白組學技術(shù)，觀察了它對于蛋白這個層面的作用和調(diào)節(jié)。也就從這兩個方面，全面地闡述了知母降糖的機制：它可以調(diào)節(jié)菌群，恢復(fù)胰腺的相關(guān)分泌功能。在知母這個研究之外，我們也做了其他的一些類似的研究。大家知道一部分的茶是有降糖、降脂作用的。大家知道，茶葉里面主要是茶多酚、茶多糖這些成分，也都有生物利用度低的問題。我們在觀察降糖作用的同時，我們也看到像六堡茶，它也有增加腸道菌群的多樣性、促進很多益生菌增殖的作用。同時對于普洱茶的熟茶，也看到了相應(yīng)的作用。枸杞是另外一種中藥，主要含有多糖和寡糖，具有增強免疫和抗輻射的作用。我們在觀察到灌胃枸杞提取物可以提高受照小鼠的存活率以及免疫功能的基礎(chǔ)之上，我們對它的糞便也進行了測序?？梢钥吹剑坭揭部梢陨险{(diào)一系列潛在的有益菌。同時，我們利用體外的純培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，枸杞提取物可以促進 Akk 菌的增殖。同時對枸杞里面成分的體外篩選，也發(fā)現(xiàn)里面的多糖和寡糖可以顯著地促進 Akk 菌的增殖，而其他生物堿沒有這樣的作用。以上的研究就可以看到，很多低生物利用度中藥可以作用到菌群，大家目前對于中藥的認識，普遍認為中藥是多成分、多機制、多靶點。在多成分里面，其中很大的一部分偏水溶性的強極性的成分，它們的生物利用度往往很低，這些穿腸而過的成分并不是沒有作用，而是作用到菌群，調(diào)節(jié)腸道菌群。調(diào)節(jié)哪些菌群？如何調(diào)節(jié)菌群？這就可以闡述這一部分中藥及成分的作用的機制、靶點。中藥進入腸道以后，跟腸道菌群會相互作用，那菌群也會代謝中藥的這些成分，哪些代謝產(chǎn)物可以促進益生菌的增殖？可以抑制有害菌？這也就是它在體內(nèi)發(fā)揮作用的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。腸道菌群就為這些低生物利用度的中藥及中藥成分的研究，提供了一個全新的視角。大家知道中藥往往是配伍使用。像現(xiàn)在研究也顯示，補益類的中藥，像人參、靈芝里面的很多成分，像多糖，它都有益生元樣的作用；而清熱解毒的中藥，含小檗堿的黃連、黃柏，以及黃芩這些苦寒類的中藥，它往往有抑菌的作用。中藥就通過這樣的一個配伍使用，從而發(fā)揮重塑菌群的作用。 這些研究也可以加深我們對中藥的認識，在中藥基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，我們也同樣可以進行中藥產(chǎn)品的開發(fā)，包括新藥、保健食品。解放軍總醫(yī)院中醫(yī)科的仝戰(zhàn)旗主任，他就根據(jù)臨床治療潰瘍性結(jié)腸炎的經(jīng)驗方子，與企業(yè)共同開發(fā)了五味苦參腸溶膠囊，用于潰瘍性結(jié)腸炎的治療；我們近期也在進行知母皂苷 BⅡ 抗癡呆的菌群機制研究。 對于這些藥而言，菌群就是它們發(fā)揮作用的一個重要機制方面，我們也是希望“《腸·道》中人”能夠加強合作，進行基于腸道菌群的一些重要的基礎(chǔ)研究。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)一些新的中藥的產(chǎn)品，來推動中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在此，感謝我們課題組從事中藥化學以及腸道菌群研究的同學和老師，尤其要感謝醫(yī)科院生技所的余利巖教授、生命組學研究所的徐平教授以及大連理工大學的董悅生教授，在知母降糖這個課題上的合作與支持，也感謝國家自然基金委的基金支持。
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