马百平：20分钟详解从有效成分到肠道菌群，中药如何突破？
我百平，我主要从事中药的研究。今天很高兴有机会来到《肠·道》这样一个平台，与大家聊聊中药与肠道菌群。
中医药是中华民族的瑰宝，也在中华民族的繁衍生息中，发挥了重要的作用。中医药有它独特的理论体系，中药也是中医药在临床治病的最主要工具。
当大家谈到中药时，最主要想的还是它的复杂，无论是这些饮片以及我们饮用的汤剂，还是丸散膏丹这些经典的中药，很多人都说它是一个“黑箱”，或者是一个“灰箱”。
现代的科学技术发展，为中药的研究和开发，提供了强有力的工具。
中药的研究主要有两个方面。一个是它的成分研究，也就是我们想了解中药里面有什么成分，它发挥作用的物质基础是什么。第二个方面是它的药理以及它的作用和机制靶点的研究，那就是想知道，中药是怎么样来发挥作用的。
现在我们对中药的认识逐渐地加深。在化学上，通过分离纯化、通过分析，对它的有效成分有了很多的认识。
比方说，蒺藜是一个传统的药。它不仅作为一个饮片，同时国内的“心脑舒通”也是来自于蒺藜的一味成药。在欧洲，蒺藜被制成一些非激素类的强壮剂，主要是供一些运动员来使用。我们就想知道，国内的心血管制剂和欧洲的这个强壮剂，它们的物质基础是不是有所不同。
我们就用液质联用的技术，来分析蒺藜中的化学成分。因为蒺藜是一个广布种，我们从北京采了北京的蒺藜，同时从意大利罗马采了蒺藜，从地理位置上，新疆跟欧洲最接近，我们也从新疆采了蒺藜。
我们就进行了液质分析，大家可以看到它们的液质的色谱图。上面北京产的蒺藜，跟中间新疆这个蒺藜，成分有很多相似的地方，但是跟欧洲的蒺藜，确实有一个比较大的差异。
我们就用液质技术在线地鉴定其中的成分。我们鉴定了 140 多个成分，其中主要的是大家已经报道过的甾体皂苷和黄酮这些成分。我们也是首次发现，在欧洲产的蒺藜中，还有另外一类像人参皂苷一样的三萜皂苷，这个可能就是它发挥强壮剂作用的物质基础。
通过现在的分析技术，能让我们了解它里面的成分以及它的活性成分。
除了单味药，复方的成分组成就会更复杂。四物汤是一个经典的中医补血要药，它由 4 味药组成。我们也用液质技术在线地鉴定了其中 113 种成分，使我们了解了这样一个复方里面有哪些成分。
老话说：“丸散膏丹，神仙难辨。”更加复杂的是，当我们拿到一个未知的药物，或者一个汤剂的时候，我们能否了解里面的药味组成？
我可以讲一个故事。肿瘤科常规采用手术、放疗、化疗手段，来进行肿瘤的治疗，但是发现有些病人会自己服用一些中药的汤剂，这是医院不允许的，很多病人也就出院。过了半年、一年以后来复查，却发现他的肿瘤比预想的恢复得要好得多，病人就说是吃了一些中药。大夫拿到了这样的一个中药汤剂以后，就找我们说，你能不能分析它由哪些药味组成？我们就对这样一个未知的汤剂做了液质分析。
大家可以看这色谱图，我们基本上可以把里面的成分进行全部的鉴定。根据这些成分归属于哪个药味，从而我们可以推断这个复方是由哪些药味组成，从而使这些丸散膏丹不再难辨。
我们除了利用分析的技术去了解中药——无论是单味药，还是复方里面——有哪些成分，我们还希望能够拿到这些成分，用于活性筛选、构效关系研究以及后面的开发。
我们去年也进行了另外一个传统中药——玉竹的植化研究。我们从玉竹里面，能够分离得到 31 个主要的成分，其中包括 11 个新化合物。这些得到的成分既可以作为对照品，用于后面的质控，同时也可以用于后面的活性研究和新药的筛选。
另外一个药——像延龄草，也是这两年我们所做的研究。
在市场上，延龄草是作为重楼的伪品；另外，延龄草本身在民间也有广泛的应用，有着广泛的药理作用。
大家可以看到，指纹图谱里面含有很多的成分，我们可以利用现代的分离技术，把这些成分全部拿到。我们总共从里面分离鉴定了 88 个化合物，我们对这些拿到的化合物进行了广泛的活性筛选。
根据它已有的临床应用信息进行筛选，我们发现：含有两个糖链的呋甾皂苷，这一类成分没有细胞毒作用，它可以促进造血干/祖细胞的体外增殖；对于含有单个糖链的螺甾皂苷，这一类成分就有细胞毒的作用，我们观察了它对肿瘤的抑制以及对肿瘤微环境的影响；而对延龄草的另外一类成分，就是寡糖，我们可以看到，它可以促进肠干细胞的增殖。
所以，目前除了在化学上对中药的有效成分可以有充分的认识之外，我们也开始了它的药理以及作用机制、靶点的研究。
在这个方面最有代表性的一个工作，就是 10 年前陈竺院士关于复方黄黛片的作用机制研究。他主要利用现代分子生物学的技术，阐述了复方黄黛片这样一个 4 味药组成的复方中药治疗白血病的机制。
在这 4 味药里面，分别选了一个主要的成分，进行了相互作用——也就是中药的“君臣佐使”的研究。在那个时候，像这样的一个中药复方的工作能够发表在西方的主流杂志上，还是比较少见的。
现在随着药理学以及分子生物学技术的发展，探究中药甚至中药成分的作用机制和靶点，已经不是那么的困难了。像这两年新冠期间，筛选发现很多中药和中药成分能够抑制新冠病毒。
去年也报道了，甘草中的甘草酸是通过作用到刺突蛋白，从而抑制新冠病毒。这个文章也引起了大家的注意。
通过这些研究，我们对中药的有效成分的作用机制，甚至靶点，有了一些很深的认识。在这些认识的基础上，人们也在传统中药的基础上进行新药的开发。
最典型的就是青蒿素，它是源于对于青蒿的典籍记载——“青蒿一握水二升”，从而发现了青蒿素这个分子，从而产生了一系列青蒿素类的抗疟药。
基于桑枝生物碱降血糖的研究，北京药物所也开发了桑枝总生物碱片，去年由国家药监局批准上市，作为一个降糖的新药。
在新冠期间，中医药也发挥了重要的作用。治疗期间产生了“三方”、“三药”，近期根据临床有效的“三方”，也开发了相应的颗粒剂，上个月，国家药监局也批准了这三个颗粒剂上市，为新冠肺炎的治疗提供了更多选择。
大家可以看到，对于中医药的研究认识有了很多的进步，但是也存在着一些关键的问题。
有些人仍然质疑中药的作用，其中一个最主要的关键问题，就是中药往往利用水煎剂，它里面的成分往往是水溶性的，这些成分很难通过消化道上皮吸收入血，也就是说生物利用度比较低。
按照现代医药学的理论，口服的药物只有被吸收进入体循环，通过循环达到靶组织，才可能去发挥作用。中药中这些低生物利用度的成分都很难被吸收入血，那它如何发挥作用，这就成为了一个关键的学术问题。
近年关于肠道菌群与疾病的研究有了很多的进展，而且很多研究发现了菌群跟疾病的因果关系，也是为低生物利用度的中药提供了一个新的视角。
我们选择了一味药——知母，它是中医临床用于降糖的最常用的一味单味药，上市的很多降糖中药复方里面也含有这一味药。
现在的研究发现，知母以及其中的甾体皂苷、黄酮以及多糖，都有降血糖的作用，对它的作用机制，也做了很多的探讨。
但是无论是在临床上看到的它的降血糖作用，还是在现在的研究里面发现了它的作用，这些成分的生物利用度普遍存在低的问题。这些低生物利用度的成分怎么样来发挥降糖的作用呢？菌群是不是它作用的一个机制环节和靶点？
这样我们就利用高糖高脂饲料加小剂量 STZ（链脲佐菌素），造了大鼠的 2 型糖尿病的模型，给予糖尿病大鼠 4 周知母提取物，来观察它的作用，来探究它的作用机制。
药理指标显示，无论是对于餐后两小时的血糖，还是对于胰岛素的敏感性，知母都有明显的作用。同时知母提取物也可以降低总胆固醇，以及降低 TNF-α 和 LPS 这些炎性因子，所以可以在整体动物模型观察到知母的降糖、降脂及相应的作用。
在观察作用的同时，我们取了粪便、血样，进行体内代谢产物的研究，我们测定了 3 个黄酮、4 个皂苷，这样 7 个代谢产物。
我们发现，在粪便和血中，它的代谢产物有所不同。最主要的是在粪便中，不论是黄酮还是皂苷，它的暴露量远远高于血中的量，在粪便中，它的浓度往往比血中高 2-3 个数量级。这也跟大家普遍认识的生物利用度低，是吻合的。
既然知母灌胃口服以后，大部分的成分暴露在肠道里面，我们就取了关键时间点的粪便进行测序，我们发现，知母可以显著地改变肠道菌群的结构，可以增加肠道菌群的多样性。
在门水平的分析也显示，对于糖尿病模型组，拟杆菌和厚壁菌门的比例显著下降了，知母给药组可以改善这种下降。
进一步的菌群分析显示，知母提取物可以增加一部分有益菌的相对丰度，降低有害菌的相对丰度。我们同时对这些显著变化的菌属与它的药理指标，也进行了相关性的分析。
我们选择能够产短链脂肪酸的 Blautia 菌，利用体外的单菌纯培养，进行了知母作用的体外验证。我们发现，知母提取物可以促进 Blautia 菌的增殖，而且有一定的剂量关系。
同时，我们测了大鼠粪便里面短链脂肪酸的含量，可以看到多种短链脂肪酸，尤其是乙酸的含量显著上升，我们在体外孵育实验里面，也看到了知母提取物可以促进粪便中短链脂肪酸的增加。
除了知母的这些代谢产物主要暴露在肠道里面，仍然有少量成分可以吸收入血，胰岛 β 细胞是分泌胰岛素的靶部位，我们就选择了大鼠的胰腺，进行了蛋白质组学的研究。
我们总共鉴定、定量了 4000 多个蛋白，其中包括在糖尿病模型鼠中上调的一些蛋白和下调的一些蛋白。
我们对于在模型大鼠中下调，但是知母灌胃组显著上调的这一部分蛋白，进行了蛋白质相互作用的网络分析，发现这些上调的蛋白主要集中在内质网蛋白加工、蛋白质合成以及胰腺分泌等这些信号通路上。
我们对这些通路上的蛋白进行了进一步的分析观察，对于关键的过氧化物还原酶4，我们利用胰腺的免疫荧光实验，也证实了知母可以显著地促进这个蛋白的表达，从而来证明，少量吸收入血的成分仍然可以在靶组织通过蛋白这样一个环节来发挥它的作用。
所以，我们整个实验就是将临床有效的一个降糖药物，从药理实验上，观察到了它的效应。通过代谢产物的分析，我们发现它的大部分代谢产物确实暴露在肠道里面。对于这一部分，我们观察了它对菌群的调节以及对相应的代谢物——像短链脂肪酸的影响。对于少量入血的这样一些成分，我们利用蛋白组学技术，观察了它对于蛋白这个层面的作用和调节。
也就从这两个方面，全面地阐述了知母降糖的机制：它可以调节菌群，恢复胰腺的相关分泌功能。
在知母这个研究之外，我们也做了其他的一些类似的研究。大家知道一部分的茶是有降糖、降脂作用的。大家知道，茶叶里面主要是茶多酚、茶多糖这些成分，也都有生物利用度低的问题。
我们在观察降糖作用的同时，我们也看到像六堡茶，它也有增加肠道菌群的多样性、促进很多益生菌增殖的作用。
同时对于普洱茶的熟茶，也看到了相应的作用。
枸杞是另外一种中药，主要含有多糖和寡糖，具有增强免疫和抗辐射的作用。我们在观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础之上，我们对它的粪便也进行了测序。可以看到，枸杞也可以上调一系列潜在的有益菌。
同时，我们利用体外的纯培养发现，枸杞提取物可以促进 Akk 菌的增殖。同时对枸杞里面成分的体外筛选，也发现里面的多糖和寡糖可以显著地促进 Akk 菌的增殖，而其他生物碱没有这样的作用。
以上的研究就可以看到，很多低生物利用度中药可以作用到菌群，大家目前对于中药的认识，普遍认为中药是多成分、多机制、多靶点。
在多成分里面，其中很大的一部分偏水溶性的强极性的成分，它们的生物利用度往往很低，这些穿肠而过的成分并不是没有作用，而是作用到菌群，调节肠道菌群。调节哪些菌群？如何调节菌群？这就可以阐述这一部分中药及成分的作用的机制、靶点。
中药进入肠道以后，跟肠道菌群会相互作用，那菌群也会代谢中药的这些成分，哪些代谢产物可以促进益生菌的增殖？可以抑制有害菌？这也就是它在体内发挥作用的药效物质基础。
肠道菌群就为这些低生物利用度的中药及中药成分的研究，提供了一个全新的视角。
大家知道中药往往是配伍使用。像现在研究也显示，补益类的中药，像人参、灵芝里面的很多成分，像多糖，它都有益生元样的作用；而清热解毒的中药，像含小檗碱的黄连、黄柏，以及黄芩这些苦寒类的中药，它往往有抑菌的作用。中药就通过这样的一个配伍使用，从而发挥重塑菌群的作用。
这些研究也可以加深我们对中药的认识，在中药基础研究的基础上，我们也同样可以进行中药产品的开发，包括新药、保健食品。
解放军总医院中医科的仝战旗主任，他就根据临床治疗溃疡性结肠炎的经验方子，与企业共同开发了五味苦参肠溶胶囊，用于溃疡性结肠炎的治疗；我们近期也在行知母皂苷 BⅡ 抗痴呆的菌群机制研究。
对于这些药而言，菌群就是它们发挥作用的一个重要机制方面，我们也是希望“《肠·道》中人”能够加强合作，进行基于肠道菌群的一些重要的基础研究。在此基础上，开发一些新的中药的产品，来推动中药产业的发展。
在此，感谢我们课题组从事中药化学以及肠道研究的同学和老师，尤其要感谢医科院生技所的余利岩教授、生命组学研究所的徐平教授以及大连理工大学的董悦生教授，在知母降糖这个课题上的合作与支持，也感谢国家自然基金委的基金支持。
好，谢谢大家！