植物醫(yī)學1區(qū): 廣東藥科大學等揭示黃連解毒湯可通過調節(jié)腸道微生物來源的短鏈脂肪酸減輕糖尿病缺血性中風

【寫在前面】：本期推薦的是由廣東藥科大學附屬第一醫(yī)院、中藥經(jīng)典名方現(xiàn)代化國家關鍵實驗室、廣東藥科大學等研究團隊合作近期發(fā)表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示黃連解毒湯通過調節(jié)腸道微生物來源的短鏈脂肪酸減輕糖尿病缺血性中風。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

Huang-Lian-Jie-Du decoction alleviates diabetic ischemic stroke by modulating gut microbiota-derived short-chain fatty acids

背景

糖尿病缺血性中風是一種具有高發(fā)病率和高死亡率的破壞性糖尿病并發(fā)癥。黃連解毒湯作為一種著名的中藥方劑，已被證明具有多種藥理活性，包括改善糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腸道菌群失調。然而，HLJDD 對 DIS 的治療作用及其潛在機制仍不清楚 。

目的

研究 HLJDD 對 DIS 的治療效果，并探討其潛在機制，重點關注腸道微生物來源的短鏈脂肪酸及其介導的 TLR4/NF-κB 信號通路 。

方法

采用高脂飲食和鏈脲佐菌素誘導建立 DIS 大鼠模型，并實施大腦中動脈閉塞/再灌注手術。大鼠被給予 HLJDD 或 SCFAs 進行治療。評估了神經(jīng)功能、腦梗死體積、脂質代謝、炎癥水平和腸道菌群。采用 16S rDNA 測序、氣相色譜-質譜聯(lián)用、實時熒光定量 PCR 和蛋白質印跡法分別分析 SCFAs 水平、菌群組成以及 TLR4/NF-κB 通路相關分子的表達。通過建立偽無菌模型驗證了 HLJDD 療效對腸道菌群的依賴性。

結果

HLJDD 減少了腦梗死體積，改善了神經(jīng)功能缺損，并緩解了血脂異常和氮化應激。它恢復了腸道菌群平衡，增加了 SCFAs 水平，并增強了腸道屏障完整性。HLJDD 抑制了腸-腦軸中 TLR4/NF-κB 通路的激活，從而減輕了全身及神經(jīng)炎癥。補充 SCFAs 能夠復制 HLJDD 的上述益處，而清除腸道菌群則削弱了 HLJDD 的功效。

結論

我們的研究首次提供了證據(jù)，表明 HLJDD 通過增強菌群來源的 SCFAs 并抑制 TLR4/NF-κB 通路來調節(jié)腸-腦軸，從而減輕 DIS，這凸顯了其作為 DIS 一種新的治療策略的潛力。

圖文摘要

【前言】

糖尿病缺血性中風是指作為糖尿病后果而發(fā)生的缺血性中風。糖尿病被公認為缺血性中風的獨立危險因素。國際糖尿病聯(lián)盟報告，2021年全球有5.37億成年人患有糖尿病，預測顯示這一數(shù)字到2045年可能增至7.83億。在中國，卒中的終生風險高達39.9%，位居全球首位。流行病學研究表明，糖尿病顯著升高缺血性中風的風險，糖尿病患者發(fā)生中風的可能性是非糖尿病患者的2至4倍。此外，在糖尿病患者中，缺血性腦血管病占腦血管事件的88%，這凸顯了尋求有效干預措施的緊迫性。

糖尿病和卒中均與腸道菌群失調有關，后者可導致脂多糖等有害物質的產(chǎn)生。LPS會激活Toll樣受體4，觸發(fā)下游核因子κB通路，導致炎癥細胞因子（腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β、白細胞介素-6）的釋放并加劇炎癥反應。在腦缺血再灌注過程中，神經(jīng)元和星形膠質細胞損傷可產(chǎn)生TLR4配體，進一步激活TLR4相關通路并加劇神經(jīng)炎癥。這種失調顯著增加了大腦和神經(jīng)元損傷的風險，導致糖尿病缺血性中風患者相較于非糖尿病中風患者神經(jīng)功能恢復延遲。

近年來，關于黃連解毒湯干預糖尿病或缺血性中風的臨床和動物研究均取得了顯著進展。然而，HLJDD對糖尿病缺血性中風的治療作用尚不清楚。同時，該方劑中成分的生物利用度較低，且處方中的小檗堿等成分具有顯著的抗菌作用，推測其作用機制可能與腸道微生物有關。先前研究也發(fā)現(xiàn)，HLJDD對機體的炎癥反應和腸道菌群具有良好的調節(jié)作用。中醫(yī)藥在維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)方面具有其獨特優(yōu)勢。

在本研究中，我們構建了糖尿病缺血性中風模型以研究HLJDD對其的治療作用。通過藥效學評價，我們評估了外周及神經(jīng)炎癥、腸道菌群和腸道屏障完整性。通過建立偽無菌糖尿病缺血性中風模型，進一步證實了腸道菌群在治療中的關鍵作用。我們的研究結果表明，腸道微生物來源的有益代謝產(chǎn)物——短鏈脂肪酸，在通過灌胃途徑給予時，對糖尿病缺血性中風產(chǎn)生了良好的治療效果。

【結果部分】

1.黃連解毒湯減輕糖尿病缺血性中風大鼠的腦缺血再灌注損傷、改善了DIS大鼠的血脂代謝紊亂、減少DIS大鼠的神經(jīng)細胞損傷、緩解DIS大鼠的硝化應激損傷。

圖1. 黃連解毒湯粗提物（A）與混合對照品（B）在254 nm波長下的高效液相色譜圖，及其化學結構（C）1-梔子苷，2-表小檗堿，3-藥根堿，4-小檗堿，5-黃芩苷，6-漢黃芩苷。

圖2. 黃連解毒湯改善糖尿病缺血性中風大鼠的神經(jīng)功能缺損、調節(jié)血脂代謝異常、減輕腦組織神經(jīng)細胞與神經(jīng)元損傷并緩解氮化應激。(A) 實驗設計示意圖, (B) TTC染色, (C) 梗死面積百分比, (D) Longa評分, (E) 血液脂蛋白(a), (F) 血液甘油三酯, (G) 血液總膽固醇, (H) 腦組織HE染色, (I) 腦組織尼氏染色, (J-M) 不同腦區(qū)尼氏體數(shù)量統(tǒng)計, (N) 腦組織氮化應激指數(shù), (O) 血液氮化應激指數(shù), (P) 盲腸內容物氮化應激指數(shù)。

2.黃連解毒湯減輕糖尿病缺血性中風大鼠腦組織中的神經(jīng)炎癥反應與神經(jīng)元丟失、降低DIS大鼠血漿、結腸和腦組織中的IL-6、IL-1β和LPS水平、下調了 DIS 大鼠腦部和結腸組織中 TLR4/NF-κB 蛋白的表達、腸道、神經(jīng)和全身炎癥的相關分析、。

圖3. 黃連解毒湯改善糖尿病缺血性中風大鼠的腸道炎癥、全身炎癥及神經(jīng)炎癥。(A) 腦組織免疫熒光染色 (GFAP, NeuN)，(B) GFAP陽性細胞熒光強度統(tǒng)計，(C) NeuN陽性細胞熒光強度統(tǒng)計，(D-F) 腦組織炎癥因子水平 (LPS/IL-1β/IL-6)，(G-I) 血液炎癥因子水平 (LPS/IL-1β/IL-6)，(J-L) 結腸組織炎癥因子水平 (LPS/IL-1β/IL-6)，(M, O-P) 腦組織炎癥信號通路蛋白表達 (TLR4/NF-κB)，(N, Q-R) 結腸組織炎癥信號通路蛋白表達 (TLR4/NF-κB)，(S) 腸道炎癥、神經(jīng)炎癥與全身炎癥的相關性分析。

3. 黃連解毒湯修復糖尿病缺血性中風大鼠的腸道損傷。

圖4. 黃連解毒湯改善糖尿病缺血性中風大鼠的腸道損傷并增強腸道屏障功能。(A) 結腸組織HE染色, (B) 結腸組織AB-PAS染色, (C) 結腸絨毛高度、結腸壁厚度、杯狀細胞數(shù)量及結腸黏液厚度, (D-E) 結腸組織緊密連接蛋白ZO-1免疫熒光, (F-I) 腸道屏障相關蛋白表達(ZO-1/Occludin/Claudin5)。

4.黃連解毒湯調節(jié)糖尿病缺血性中風大鼠的腸道微生物代謝紊亂。

圖5. 黃連解毒湯緩解糖尿病缺血性中風大鼠的腸道菌群失調。(A-B) α多樣性指數(shù) (Chao1/ACE), (C-D) β多樣性指數(shù) (Shannon/Simpson), (E) 各組操作分類單元韋恩圖, (F) 各組β多樣性主坐標分析圖, (G) 腸道菌群指示物種分析, (H-J) 腸道菌群物種組成分析, (K) 大腸桿菌宿主殘留蛋白, (L-S) 特定菌群變化, (T-Z) 各短鏈脂肪酸含量變化, (AA, AB) 短鏈脂肪酸受體表達, (AC) 腸道菌群與短鏈脂肪酸及腸道屏障的相關性分析。

5.黃連解毒湯對糖尿病缺血性中風的治療作用依賴于腸道菌群。

圖6. 偽無菌處理后，黃連解毒湯治療糖尿病缺血性中風大鼠腸-腦損傷的能力評估。(A) TTC染色, (B) 梗死面積百分比, (C) Longa評分, (D) 血液脂蛋白(a), (E) 血液甘油三酯, (F) 血液總膽固醇, (G) 腦組織HE染色, (H) 腦組織尼氏染色, (I-L) 不同腦區(qū)尼氏體數(shù)量統(tǒng)計, (M) 結腸組織AB-PAS染色, (N) 結腸組織HE染色, (O-R) 結腸絨毛高度、結腸壁厚度、杯狀細胞數(shù)量及結腸黏液厚度, (S) 腦組織免疫熒光染色 (GFAP/NeuN), (T) GFAP陽性細胞熒光強度統(tǒng)計, (U) NeuN陽性細胞熒光強度統(tǒng)計。

6.短鏈脂肪酸對糖尿病缺血性中風大鼠具有顯著治療作用。

圖7. 短鏈脂肪酸可改善糖尿病缺血性中風大鼠的神經(jīng)功能缺損、調節(jié)血脂代謝異常、減輕腦組織神經(jīng)細胞與神經(jīng)元損傷，并抑制腸腦炎癥信號通路。(A) TTC染色, (B) 梗死面積百分比, (C) Longa評分, (D) 血液脂蛋白(a), (E) 血液甘油三酯, (F) 血液總膽固醇, (G) 腦組織HE染色, (H) 腦組織尼氏染色, (I-L) 不同腦區(qū)尼氏體數(shù)量統(tǒng)計, (M) 腦組織免疫熒光染色 (GFAP/NeuN), (N) GFAP陽性細胞熒光強度統(tǒng)計, (O) NeuN陽性細胞熒光強度統(tǒng)計, (P-R) 腦組織炎癥信號通路蛋白表達 (TLR4/NF-κB), (S-U) 結腸組織炎癥信號通路蛋白表達 (TLR4/NF-κB)。

圖8. 短鏈脂肪酸可減輕糖尿病缺血性中風大鼠的腸道炎癥、神經(jīng)炎癥及全身炎癥，并增強腸道屏障功能。(A-C) 腸道炎癥、神經(jīng)炎癥及全身炎癥指標, (D) 結腸組織HE染色, (E) 結腸組織AB-PAS染色, (F-I) 結腸絨毛高度、結腸壁厚度、杯狀細胞數(shù)量及結腸黏液厚度, (J-K) 結腸組織緊密連接蛋白ZO-1免疫熒光, (L-O) 腸道屏障相關蛋白表達 (ZO-1/Occludin/Claudin5)。

7.黃連解毒湯抗糖尿病缺血性中風的作用機制示意圖

【結論與討論】

本研究首次證實，黃連解毒湯通過增強菌群來源的短鏈脂肪酸、抑制脂多糖誘導的TLR4/NF-κB通路，從而調節(jié)腸-腦軸，緩解糖尿病缺血性中風。我們的發(fā)現(xiàn)凸顯了腸道菌群及其有益代謝物短鏈脂肪酸在糖尿病缺血性中風的病理生理學和治療中的關鍵作用，并表明黃連解毒湯是一種前景廣闊的新型治療策略。

注：本文原創(chuàng)表明為原創(chuàng)編譯，非聲張版權，侵刪！

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