基于肠道菌群以及肠道屏障完整性探讨大黄酸治疗结肠炎症的作用机制

[研究背景与目的]大黄中蒽醌类化合物以及含有蒽醌类成分的中药制剂在临床上广泛使用,其中以番泻苷、大黄酸、大黄素等成分最为常用,包括肥胖以及长期便秘患者。尽管长期服用蒽醌类化合物被认为是肠道黑变病的潜在因素,同时其可能存在致炎以及致癌作用,大黄素、大黄酸以及大黄酚也展现出抗菌、抗肿瘤以及抗炎等多种药理作用,自古以来大黄便用于多种炎症性疾病的治疗。因而识别和明确大黄中潜在致炎、致癌的蒽醌类化合物对于大黄临床使用具有重要的指导意义。课题组前期研究发现大黄酸对于DSS诱导的结肠炎症有着明显的缓解作用,但其具体作用机制尚不明确。进一步的文献调研发现肠道菌群参与了大黄蒽醌类化合物的体内结构转换,大黄酸也能够直接影响特定疾病状态下的肠道菌群的组成。本课题旨在明确大黄酸抑制结肠炎症的药效,并从肠道菌群角度探讨大黄酸发挥作用的可能作用方式,为中药研究提供新的思路与策略。[研究内容与结果]本研究选择C57BL/6小鼠作为研究对象,以DSS所致慢性溃疡性结肠炎模型来评价大黄酸对小鼠结肠炎症的影响,持续8周。通过HE染色、结肠长度测量、体重分析以及检测炎性因子水平、炎症细胞浸润情况发现单独给与大黄酸8周并不会诱导结肠炎症的发生。与之相反,大黄酸对DSS诱导的结肠炎症有着明显的缓解作用。16s rDNA肠道细菌丰度以及多样性检测表明大黄酸组动物肠道菌群的组成和丰度与模型组有着显著性差异。采用LEfSe以及STAMP分析发现两组之间的差异细菌是乳酸杆菌属(Lactobacillus genus),同时检测粪便中乳酸的含量以及Lactobacillus spp.基因拷贝数确证Lactobacillus的丰度有着明显的改变,即大黄酸能够使得Lactobacillus丰度和数量增多。利用粪便非靶向代谢组学分析发现大黄酸组动物肠道内嘌呤代谢受到改变,嘌呤代谢终产物尿酸含量较DSS组显著降低。通过相关性分析我们发现Lactobacillus与肠道内尿酸水平呈现负相关,Lactobacillus体外能够直接降低肠上皮细胞的尿酸水平。肠道内过多的尿酸可损坏肠道黏膜屏障从而加重结肠炎症水平,体外实验发现尿酸直接破坏肠上皮细胞NCM-460的紧密连接程度,体内动物水平我们也发现了肠道屏障损伤。最后通过反向移植大黄酸组动物的粪便菌群给DSS组动物我们发现粪菌移植有效缓解小鼠结肠炎症以及肠道屏障受损情况,同时改变小鼠肠道内嘌呤代谢,说明大黄酸能够通过改变肠道内菌群组成影响嘌呤代谢,调控结肠炎症进程。[结论与意义]基于上述结果,我们发现50mg/kg以及100mg/kg大黄酸灌胃小鼠8周能够缓解DSS所诱导的慢性结肠炎症反应,100mg/kg大黄酸的效果优于50mg/kg。大黄酸改变小鼠肠道细菌丰度以及组成,乳酸杆菌丰度升高,影响体内嘌呤代谢,降低肠道内尿酸水平,并提高短链脂肪酸的产生,保护肠道黏膜屏障,从而发挥对结肠炎的缓解作用。粪菌移植也证明了肠道菌群用于治疗结肠炎症的可能性。本研究从肠道菌群的角度阐明了大黄酸治疗结肠炎的可能机制,为中药研究思路提供新的参考。