吴苹 硕士研究生
陈芳 教授
研究背景
鱼腥草属三白草科，是一种多年生草本植物，在中医应用上历史悠久。鱼腥草含有多种化合物，包括多糖、脂肪酸、多酚、黄酮类化合物和甾醇类化合物等，传统上鱼腥草的提取物可被用于预防或治疗炎症性疾病。鱼腥草多糖是鱼腥草的主要活性成分之一，大量科学研究证明，鱼腥草多糖具有消炎抗菌、抗病毒、免疫调节和保护肠道等多种活性功能。
溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种炎症性肠病，主要在结肠的远端靠近直肠的部位发病，通过在肠黏膜和黏膜下层形成溃疡面而产生连续性炎症反应。这种病的临床症状主要表现为严重的腹痛、腹泻和便血。自21世纪以来，该病的发病率在全球范围内不断呈上升趋势。溃疡性结肠炎的发病机制目前还不清楚，研究表明其发病病因与遗传、环境、免疫以及肠道菌群有关。目前，该病主要以抗炎和免疫调节为主，以生物制剂治疗为辅。但药物治疗在缓解疾病症状的同时常伴有许多副作用。因此，从天然资源中开发创新有效的药物对减少副作用和改善治疗效果尤为重要。
目前，有文献报道天然多糖对溃疡性结肠炎有显著的缓解作用，例如有研究表明鱼腥草多糖能够改善DSS诱导的结肠炎小鼠腹泻和粪便粘稠、不定型等肠炎症状，但是鱼腥草多糖对该病的作用机制尚不清楚。陈芳团队前期探索了鱼腥草粗多糖对结肠炎功能恢复的可行性，现通过对结肠炎小鼠灌胃鱼腥草多糖，探索其对结肠炎的治疗效果及作用机制，为开发具有抗溃疡性结肠炎的功能性食品或保健品提供依据。
1 鱼腥草多糖对结肠炎小鼠体重和
DAI的影响
在饮用2.5% DSS溶液9 d后，与空白组相比，模型组小鼠出现了体重下降、半稀便、大便隐血以及肛门便血的症状，这些现象表明，小鼠结肠炎模型造模成功。如图1-A所示，空白组小鼠的体重一直处于上升趋势，模型组在第6 d出现体重下降。经鱼腥草多糖和阳性药物干预后，小鼠体重逐渐升高。实验第15 d，与模型组相比，鱼腥草多糖高剂量组和阳性药物组小鼠体重显著增加（P<0.01）。实验第18 d，与模型组相比，鱼腥草多糖低、高剂量组和阳性药物组体重均增加，差异极显著（P<0.01）。其中，多糖低剂量、高剂量两组的体重无显著性差异；阳性药物组和多糖低剂量组差异显著（P<0.05），与多糖高剂量组无显著性差异。这表明鱼腥草多糖可以改善小鼠结肠炎所导致的体重下降，且各剂量组间的效果呈剂量依赖性。
DAI评分对评估结肠炎的严重程度具有指导意义，评分反映了小鼠体重变化、粪便稀软程度以及粪便出血情况的总和，分值越高说明结肠炎越严重。从图1-B可以看到，造模期间模型组DAI评分明显高于空白组（P<0.01），经鱼腥草多糖和阳性药物干预后，鱼腥草多糖组和阳性药物组DAI评分明显下降。比较最后一天DAI时发现，与空白组相比，模型组评分明显升高，差异极显著（P<0.01）。与模型组相比，多糖组和阳性对照组DAI评分明显降低，差异具有统计学意义（P<0.05，P<0.01）。这说明鱼腥草多糖能缓解结肠炎小鼠体重下降，减轻腹泻和便血现象。
2 鱼腥草多糖对结肠炎小鼠结肠长度的影响
溃疡性结肠炎会导致小鼠肠壁增厚，结肠长度缩短，因此结肠长度也是评价溃疡性结肠炎的一个间接指标。本次实验结果表明，空白组的平均结肠长度最长，为（11.65±0.59）cm，与空白组相比，模型组结肠长度明显收缩，平均长度为（6.48±0.32）cm，具有极显著性差异（P<0.01，图2A~B）。与模型组相比，鱼腥草多糖低剂量和高剂量组的结肠长度显著增加，平均长度分别为（8.45±0.27）cm和（9.51±0.34）cm，SASP组为（9.77±0.53）cm。以上数据表明，鱼腥草多糖给药处理能改善溃疡性结肠炎小鼠的病理状况。
3 结肠组织病理学分析
通过HE染色法观察分析各组小鼠结肠组织病理的变化。如图3所示，对照组小鼠结肠组织的黏膜上皮结构完整清晰，腺体排列整齐，无炎症细胞浸润。模型组小鼠的结肠组织存在隐窝变形、杯状细胞丢失、炎症细胞浸润和严重的黏膜损伤。鱼腥草多糖低剂量组有少量的溃疡面和炎症细胞浸润，与模型组相比黏膜病变有一定程度的减轻；多糖高剂量组结肠组织结构较完整，溃疡面不明显，但仍存在轻微炎症细胞浸润现象；阳性药物组溃疡面不明显，几乎无炎症细胞浸润。这说明鱼腥草多糖减轻了DSS所致得黏膜病变，保护了结肠组织。
4 鱼腥草多糖对小鼠炎症因子的影响
研究表明，结肠炎与促炎细胞因子（包括TNF-α、IL-1、IL-6和IFN-γ）的上调和抗炎细胞因子（IL-4、IL-10）的下调有关。结果如图4所示，与对照组相比，模型组小鼠血清中促炎因子IFN-γ、IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著增加，差异极显著（P＜0.01）。与模型组相比，鱼腥草多糖低、高剂量组以及阳性药物组小鼠血清中IFN-γ、IL-1β、IL-6和TNF-α的水平明显降低（P＜0.01），给药组间差异不明显。结果表明DSS组的小鼠血清IFN-γ、IL-1β、IL-6和TNF-α水平明显增加，而鱼腥草多糖一定程度地下调了促炎因子的含量，说明鱼腥草多糖对DSS诱导的溃疡性结肠炎有明显的抗炎作用。
5 鱼腥草多糖对结肠炎小鼠肝肾功能
指标的影响
在小鼠肝肾功能相关血清生化指标中，血清中谷丙转氨酶（AST）、谷丙转氨酶（ALT）活性反映肝细胞损伤程度，肝细胞损伤越严重，血清中AST、ALT的水平越高。如图5A-B所示，与空白组相比，模型组ALT、AST水平明显升高（P＜0.01）。相反，与模型组相比，多糖低剂量和多糖高剂量组显著降低了小鼠血清中AST和ALT的水平（P＜0.01）。这说明多糖处理具有保护肝脏受损的作用。血清肌酐（CR）、血尿素氮（BUN）均通过肾脏进行代谢，其浓度越高表明肾脏损伤越严重。如图5C~D所示，与空白组相比，模型组血清中CR、BUN的水平均明显升高，差异极显著（P＜0.01）。给药干预后，与模型组相比，鱼腥草多糖组及阳性药物组中CR水平均极显著降低（P＜0.01），并且给药组间差异不明显。如图5D所示，与模型组相比，鱼腥草多糖高剂量组和阳性药物组的BUN水平均出现极显著下降（P＜0.01），多糖低剂量组则显著下降（P＜0.05），多糖的治疗效果呈现一定的剂量依赖性。以上结果表明，模型组结肠炎小鼠ALT、AST、CR和BUN的水平明显增加，说明小鼠的肝肾产生了一定程度的损伤，而用鱼腥草多糖干预后，小鼠体内ALT、AST、CR和BUN水平明显减少，说明鱼腥草多糖对在保护肝肾功能方面具有一定的作用。
6 鱼腥草多糖对结肠炎小鼠肠道
菌群的影响
本研究采用稀释性曲线（Rarefaction curve）来比较测序数据量不同的样本中物种的丰富度，在图6A中，物种的稀释性曲线最后趋于平滑，说明该样本的测序数据量是合理的。与空白组相比，模型组的物种丰富度较低；与模型组相比，鱼腥草多糖低剂量和高剂量组的物种丰富度升高，并趋向于空白组，这说明鱼腥草多糖能提高结肠炎小鼠的物种丰富度。研究中采用丰度等级图（Rank-abundance）曲线来比较物种丰富度和物种均匀度。在图6B中，与空白组比较，模型组肠道菌群物种丰度降低，与模型组比较，鱼腥草多糖低剂量和高剂量组菌群物种丰度升高。以上结果表明，鱼腥草多糖具有保护肠道菌群的潜在作用。
同时，本研究采用主坐标分析（Principal Coordinate Analysis，PCoA）检测样本间菌群丰度整体差异。PCoA是对多维的微生物数据进行降维，从而在不同的角度表征这两个样本间的群落差异。各组样本OUT丰度的PCoA分析结果显示，各组间区分明显，表明模型组及药物干预组等可影响肠道菌群的丰度及结构。图6C中，与空白组相比，模型组与阳性药物组分散较远，表明模型组和阳性药物组菌群结构较空白组变化大，而鱼腥草多糖低剂量和高剂量组则向空白组靠拢，说明鱼腥草多糖可促进肠道菌群丰度和结构的恢复。
DSS处理后，小鼠肠道屏障受损，肠道环境改变，导致肠道菌群组成发生改变。有研究报道变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）可促进肠道产生过量的促炎细胞因子，二者是结肠炎主要的致病菌门。如图6D所示，从门水平主要的10个菌门可以看出，占比较多的菌门有厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门和变形菌门。与空白组相比，模型组的厚壁菌门的相对丰度显著降低，而拟杆菌门和变形菌门的相对丰度显著升高。与模型组相比，鱼腥草多糖处理组中变形菌门和拟杆菌门的相对丰度显著降低，而厚壁菌门水平明显升高。值得一提的是，与模型组相比，阳性药物组的厚壁菌门和拟杆菌门的水平没有明显变化，这可能是由于柳氮磺胺吡啶副作用的表现。柳氮磺胺吡啶会被结肠内部细菌的偶氮还原酶分解产生磺胺吡啶，长时间服用产生过量的磺胺吡啶可能破坏了肠道内环境，导致有害菌拟杆菌门的水平升高。这说明鱼腥草多糖处理组中促炎因子水平的降低也可能与肠道中变形菌门和拟杆菌门的降低有关。
Bray-Curtis距离是反映两个群落之间差异性的常用指标。本研究基于物种信息的Bray-Curtis距离分析，用来比较各样品间基于群落组成的层次聚类，图6E可见，空白组和鱼腥草多糖低剂量组的距离最近，其次是多糖高剂量组。这表明空白组和鱼腥草多糖组之间的差异性较小。而空白组和模型组的Bray-Curtis距离较远，表明这两组样品间的群落组成的层次聚类差异较大。
7 结论
溃疡性结肠炎的病因和发病机制非常复杂，其中肠道免疫功能失衡是导致结肠炎的重要因素，主要表现为促炎因子和抗炎因子水平不平衡。肠道菌群的多样性减少以及结构失调也会破坏肠道稳态，加重肠道的炎症反应。
本研究表明，鱼腥草多糖不仅减轻了溃疡性结肠炎小鼠的体重减轻、腹泻便血及肠道损伤等病理症状，而且明显减轻了小鼠因饮用DSS而导致的肝肾损伤。促炎细胞因子参与调控结肠炎的发生和发展，病人一旦发病往往伴随着促炎细胞因子水平的升高，因此下调促炎因子水平是治疗该病的一种策略。本研究发现鱼腥草多糖能抑制巨噬细胞分泌TNF-α等炎症因子，降低促炎细胞因子的水平，这与临床上使用TNF-α抑制剂改善急性结肠炎具有相似性。这说明鱼腥草多糖降低小鼠DAI以及缓解组织病理损伤可能与调节炎症因子水平相关。
鱼腥草多糖改善结肠炎的作用还可能与其影响小鼠的肠道菌群有关。变形菌门和拟杆菌门参与调控结肠炎的发病，可通过促进产生过量的促炎因子增加肠道的炎症反应。鱼腥草多糖能显著降低两者的相对丰度，调节肠道菌群紊乱，维持微生物稳态，这可能也是减轻炎症的一个作用方面。此外，鱼腥草多糖还可能影响了肠道菌群代谢产物的含量，如短链脂肪酸，通过代谢产物发挥抗炎保护作用，目前本课题组正开展相关的工作，以期进一步阐明鱼腥草多糖对结肠炎的作用机制。
综上所述，鱼腥草多糖对溃疡性结肠炎的保护作用与炎症因子水平和肠道菌群结构密切相关。本研究揭示了鱼腥草多糖改善肠道损伤、调节细胞因子水平，恢复肠道菌群结构的可能机制，可为开发预防结肠炎的功能性食品或保健品提供理论和实验依据。
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