腸道菌群是近年來中醫(yī)藥領域的研究熱點，不僅與中醫(yī)理論相契合，而且是中藥口服發(fā)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(xù)刊登于核心期刊。

為了幫助廣大研究者了解中醫(yī)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(fā)表于GUT、Nature Communications、Theranostics等高水平期刊的論文。

【中醫(yī)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】：Gut

【影響因子】：IF=19.819

【中藥】：人參提取物

【疾病】：肥胖

【樣本類型】：小鼠動物模型

【技術方法】：16S +非靶代謝組

【是否菌群驗證】：是

【關鍵菌群】：E. faecalis（糞腸球菌）

研究背景

【中藥背景】?

人參被廣泛用作傳統(tǒng)醫(yī)學或功能性食品。人參的主要活性成分是人參皂苷，具有防治肥胖和肥胖相關疾病等多種生物學功能。人參皂苷在被吸收到血液之前，通過腸道微生物的去糖基化反應被代謝為稀有皂苷(如人參皂苷CK)。此外，也有研究表明長期服用人參提取物(GEs)可以改變腸道微生物組成。

【疾病與腸道菌群背景】

肥胖已成為全球流行病。肥胖導致各種疾病的風險增加，包括胰島素抵抗、II型糖尿病、脂肪肝疾病、心血管疾病和某些類型的癌癥。目前的抗肥胖策略主要旨在限制能量攝入和吸收。此外，增加棕色脂肪組織也可能是預防和治愈肥胖及其相關疾病的新穎有效的治療方法。腸道菌群是肥胖過程能源獲取和儲存的重要因素，因此，調節(jié)腸道微生物群被認為可防止和治療肥胖。已有研究表明，使用益生元和抗生素調節(jié)腸道微生物群可以改善宿主代謝，進而減少肥胖和相關的代謝疾病。

中科院動物所與延邊大學團隊立足于長白山道地藥材--人參，探討人參提取物(GE)對腸道菌群的潛在調節(jié)作用，識別特定的菌株及其代謝產物，特別是介導人參抗肥胖作用的長鏈脂肪酸（LCFA）的作用機制。相關研究成果發(fā)表于頂級期刊《Gut》。研究設計

主要研究結果

1. 藥效學指標檢測與初步機理：人參提取物（GE）激活棕色脂肪組織提高能量代謝降低肥胖

（1）藥效：人參提取物（GE）處理顯著降低了db/ db小鼠的體重和肥胖程度（圖1A-C）。

（2）藥效機理-GE抗肥胖作用是由于能量消耗增加，而非食物攝入量減少或體力活動增加：與對照組相比，GE處理顯著增加了能量消耗(圖1D)；而在食物攝取量、能量攝取量、體力活動、呼吸交換比(RER)、未被吸收的能量方面兩組則沒有顯著差異。

（3）藥效機理-GE能改善肥胖小鼠的能量穩(wěn)態(tài)：當暴露于4℃（4h）時，GE處理組核心體溫顯著升高(圖1E, F)；GE還可改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)、胰島素敏感性、逆轉肝臟脂肪變性。

（4）藥效機理-GE通過激活BAT增加全身能量代謝：GE的作用可部分歸因于BAT的產熱活性提高（圖1G）和解偶聯(lián)蛋白1（UCP1）的表達增加（圖1H, I）。BAT是一種生熱器官，對維持核心體溫至關重要，其生熱活性在熱中性時受到抑制。然而，GE處理并不影響熱中性體重增加。這一結果證明GE的抗肥胖作用依賴于BAT活性。

2.GE處理引起的腸道菌群的變化：發(fā)現潛在關鍵菌群

GE誘導腸道菌群的組成顯著改變，且糞腸球菌顯著富集：GE處理的小鼠菌群多樣性（ACE, Chao 1, Shannon指數和Simpson指數）顯著低于對照組小鼠，主成分分析顯示兩組菌群具有明顯差異性(圖2A)。但經GE處理后，門水平的比例豐度（尤其是厚壁菌門和擬桿菌門）無顯著差異。但糞腸球菌在科-屬-種水平上顯著富集(圖2B-D)。

3.菌群功能驗證：糞便移植

為了進一步說明糞腸球菌在肥胖中的具有功能作用。作者以高脂飲食小鼠為模型，糞腸球菌移植治療，發(fā)現：糞腸球菌移植治療與GE的效果一致，包括體重、能量消耗、BAT等指標（圖3-H），判斷糞腸球菌通過激活BAT和棕色脂肪形成而增加能量消耗進而降低肥胖。

4.菌群作用機理研究：血清和培養(yǎng)基的代謝物改變及代謝物對BAT的調控

（1）糞腸球菌可能參與脂肪酸代謝：對血清樣本進行非靶向代謝組學分析，發(fā)現糞腸球菌灌胃顯著改變多種LCFAs的表達(圖4A)。作者分別對經糞腸球菌處理和未經處理的培養(yǎng)基進行LCFA含量測定比較，結果發(fā)現糞腸球菌處理后肉豆蔻油酸（MA，C14:1)含量非常高（圖4B）。

（2）進一步研究LCFAs對BAT活性的潛在影響：結果表明肉豆蔻油酸 (MA，C14:1)顯著上調耗氧量（圖4C），降低了體重和脂肪組織重量（圖4D-E），增加了體溫及能量消耗（圖4F-G）。MA增加了UCP1的表達，使用UCP1 敲除小鼠進一步驗證了MA對BAT的抗肥胖作用（圖4I-J），再次論證了糞腸球菌產生的MA通過增加BAT活性和全身代謝來減少肥胖。

5. 調控腸道菌群代謝與功能的關鍵基因與功能驗證

之前的研究表明ACOTs家族是參與脂肪酸和CoA產生的關鍵酶（圖A）。為了闡明糞腸球菌如何參與MA產生，作者利用Crispr-dCas9技術構建ACOT基因敲除(KD)和WT糞腸球菌株(圖5B)。發(fā)現WT菌株誘導MA的積累明顯高于ACOT KD菌株(圖5C)，表明MA的產生部分由ACOT介導。

作者進一步通過小鼠模型及上述多種指標進行表型評價（圖5D-J），證實ACOT基因在MA生物合成及發(fā)揮相關抗肥胖過程中的重要作用。

小結

本研究通過腸道微生物組和血清代謝組，發(fā)現人參提取物處理后糞腸球菌在科-屬-種水平上顯著富集，糞腸球菌富集可誘導生成肉豆蔻油酸(MA)，從而發(fā)揮抗肥胖作用。同時揭示了糞腸球菌通過ACOT基因促進MA的產生，從而闡明人參提取物 - E. faecalis - LCFA(尤其是MA)軸通過增加BAT活性和棕色脂肪的形成發(fā)揮顯著的抗肥胖作用。

該研究是一個中藥藥理與病理機理探究相結合的典型模式：從中藥的藥效活性出發(fā)，進一步切入到關鍵的病理調控因子的發(fā)現，同時達到藥理機理闡述和疾病機理創(chuàng)新研究的雙重目標。