《Journal of Pharmaceutical Analysis》：Bifidobacterium pseudolongum enriched by arctigenin orchestrates cough variant asthma via the acetate-aryl hydrocarbon receptor-interleukin-33 axis
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咳嗽变异性哮喘(CVA)是经典哮喘的临床前驱表现，其发病机制与肠道菌群紊乱密切相关。本研究针对CVA的临床治疗需求，探讨了中成药苏黄止咳胶囊(SH)的有效成分牛蒡子苷元(AG)的治疗机制。研究人员发现AG通过“肠道菌群-肺”轴发挥治疗作用，其核心是富集益生菌假长双歧杆菌，后者产生的代谢产物乙酸盐进入肺循环，激活芳烃受体(AHR)并抑制肺上皮细胞分泌白细胞介素-33(IL-33)，从而有效缓解气道炎症和重塑。这项研究不仅揭示了SH治疗CVA的明确分子机制，也为靶向肠道菌群的“益生元-益生菌”疗法提供了新策略。
哮喘，一种以反复发作的喘息、气促、慢性咳嗽为特征的异质性疾病，严重影响着全球数亿患者的生活质量。其中，咳嗽变异性哮喘(Cough variant asthma, CVA)是一种特殊亚型，它以慢性咳嗽为主要或唯一症状，同时伴有气道高反应性、嗜酸性粒细胞炎症和气道重塑。CVA不仅是慢性咳嗽的常见原因，更被认为是经典哮喘的前驱阶段。临床上，吸入性支气管扩张剂、皮质类固醇和白三烯受体拮抗剂是主要的治疗手段，但这些药物往往只能缓解症状，无法根治，且可能带来副作用。因此，探寻CVA新型、高效且安全的治疗策略，始终是呼吸疾病领域的重要课题。
近年来，一个名为“肠-肺轴”的概念在医学界引起了广泛关注。大量研究揭示，我们肠道内数以万亿计的微生物——肠道菌群，其稳态与包括哮喘在内的多种肺部疾病的发生发展息息相关。肠道菌群失衡会通过产生和释放各种代谢产物，影响远端的肺部免疫和炎症状态。中成药苏黄止咳胶囊(Suhuang antitussive capsule, SH)是目前唯一被批准用于治疗CVA的中成药，但其具体的作用机制，特别是是否通过调节“肠-肺轴”发挥作用，尚不明确。来自中国药科大学的研究团队，从SH中筛选出具有潜力的活性成分——牛蒡子苷元(Arctigenin, AG)，并开展了一系列深入的研究，旨在揭示AG和SH治疗CVA的科学内涵。这项系统性的研究工作最终发表于《Journal of Pharmaceutical Analysis》杂志。
为了探索AG治疗CVA的机制，研究人员综合运用了体内动物模型、细胞实验以及多种组学和分子生物学技术。研究以卵清蛋白(Ovalbumin, OVA)诱导的雄性Wistar大鼠CVA模型为核心，通过灌胃给予AG、SH或其相关成分进行干预。关键技术方法包括：1）通过抗生素鸡尾酒清除肠道菌群和粪便微生物移植实验，验证治疗效果对肠道菌群的依赖性；2）利用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成变化；3）采用气相色谱-质谱联用技术进行靶向短链脂肪酸代谢组学分析；4）运用RNA测序筛选潜在的关键信号通路和靶点；5）在人类支气管上皮细胞系中，通过siRNA敲低、染色质免疫共沉淀、双荧光素酶报告基因实验、分子对接及细胞热位移分析等技术，在分子和细胞层面验证靶点相互作用。
AG和SH治疗可改善CVA表型
研究人员首先证实，从SH中鉴定出的成分AG，在OVA诱导的CVA大鼠模型中，能够显著减少咳嗽次数、延长咳嗽潜伏期，降低支气管肺泡灌洗液中的炎症细胞总数、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞数量以及2型炎症因子白细胞介素-4(IL-4)、IL-5、IL-13的水平。肺组织病理学染色显示，AG治疗能减轻炎症细胞浸润、胶原沉积和杯状细胞增生。同时，AG还能上调上皮细胞标志物E-钙粘蛋白的表达，下调间质细胞标志物波形蛋白、α-平滑肌肌动蛋白的表达，从而改善气道重塑。这些效果与阳性药地塞米松及SH本身的效果一致。
AG以肠道菌群依赖的方式减轻CVA
一个关键发现是，口服AG后，其大量积累于粪便而非肺或血浆，提示其作用可能与肠道有关。通过使用抗生素清除大鼠肠道菌群，AG对咳嗽、气道炎症和重塑的保护作用被显著削弱。相反，将AG治疗过的CVA大鼠的粪便菌群移植给CVA受体大鼠，能够复制AG的治疗效果，显著改善受体大鼠的CVA症状。这两项实验强有力地证明，AG改善CVA的作用依赖于完整的肠道菌群。
AG逆转肠道菌群失调并富集假长双歧杆菌
那么，AG究竟调节了哪些细菌？16S rRNA测序分析给出了答案。AG治疗能恢复CVA导致的肠道菌群α多样性下降，并显著富集了放线菌门下的双歧杆菌属。进一步分析发现，在多种双歧杆菌物种中，假长双歧杆菌在CVA大鼠中显著减少，而AG和SH治疗能使其丰度明显回升。体外培养实验也证实，AG能直接促进假长双歧杆菌的生长。此外，AG还能增强肠道紧密连接蛋白的表达，降低血清和粪便中脂多糖的水平，修复肠道屏障功能。
假长双歧杆菌单菌定殖可预防CVA形成
为了确认假长双歧杆菌的功能，研究人员直接给CVA大鼠灌胃活的假长双歧杆菌。结果显示，活的细菌能有效模拟AG的治疗效果，减轻咳嗽、气道炎症和重塑，并改善肠道屏障；而热灭活的细菌则无效。这直接证明了假长双歧杆菌本身具有抗CVA的保护作用。
假长双歧杆菌通过产生乙酸盐发挥作用
假长双歧杆菌如何远程影响肺部？研究转向其代谢产物。靶向代谢组学分析发现，假长双歧杆菌培养上清中含量最高的短链脂肪酸是乙酸盐。在CVA大鼠的粪便、血清和肺组织中，乙酸盐水平均显著降低，而灌胃假长双歧杆菌或AG后，这些部位的乙酸盐水平得以恢复。相关性分析显示，粪便乙酸盐水平与咳嗽潜伏期正相关，与咳嗽次数和炎症因子水平负相关。
乙酸盐可减轻CVA相关表型
功能实验证实，在饮用水中补充乙酸盐（以乙酸钠形式），能够显著缓解CVA大鼠的咳嗽、气道炎症和重塑，其效果与灌胃假长双歧杆菌相似。在细胞实验中，乙酸盐或假长双歧杆菌培养上清也能抑制转化生长因子-β诱导的气道上皮细胞间质转化。
乙酸盐通过抑制IL-33产生发挥作用
接下来，机制探索转向乙酸盐的下游靶点。对AG治疗组和模型组的肺组织进行RNA测序，京都基因与基因组百科全书通路富集分析提示“细胞因子-细胞因子受体相互作用”通路被显著影响。火山图显示，AG治疗后白细胞介素-33的表达显著下调。这一发现在蛋白水平得到验证：AG、假长双歧杆菌或乙酸盐治疗，均能降低肺组织和细胞中IL-33的蛋白水平。在细胞实验中，使用IL-33中和抗体可模拟乙酸盐的抗间质转化作用，且二者联用无叠加效应，提示乙酸盐的作用部分归因于抑制IL-33。
乙酸盐通过激活AHR来抑制IL-33表达
最后，研究揭示了乙酸盐抑制IL-33的具体分子通路。生物信息学预测和实验验证表明，乙酸盐并非通过短链脂肪酸的经典受体GPR41/43/109A起作用，而是显著上调了芳烃受体(Aryl hydrocarbon receptor, AHR)及其下游基因的表达。分子对接、药物亲和反应靶点稳定性实验和细胞热位移分析证实，乙酸盐可以直接与AHR蛋白结合。机制上，乙酸盐促进AHR入核，并通过染色质免疫共沉淀和双荧光素酶报告基因实验证实，活化的AHR能够直接结合到IL-33基因的启动子区域，从而转录抑制IL-33的表达。AHR基因敲低或使用其特异性抑制剂CH-223191，均可阻断乙酸盐对IL-33的抑制作用及其抗CVA效果。
研究结论与意义
综上所述，这项研究系统阐明了中药复方苏黄止咳胶囊治疗咳嗽变异性哮喘的现代科学机制之一。研究首次发现，其活性成分牛蒡子苷元能够以“益生元”的方式，富集在CVA中减少的益生菌假长双歧杆菌。该菌产生的关键代谢产物乙酸盐进入体循环并到达肺部，作为芳烃受体的内源性配体，激活AHR信号通路。活化的AHR入核后直接抑制IL-33的转录表达，从而有效遏制了IL-33驱动的2型免疫炎症和气道重塑进程，最终缓解CVA。
该研究的重要意义在于：首先，从“肠-肺轴”的角度完整揭示了中成药苏黄止咳胶囊及其成分牛蒡子苷元治疗CVA的全新作用机制，为中药“多成分-多靶点”的作用特点提供了深入诠释。其次，明确将假长双歧杆菌及其代谢产物乙酸盐确定为连接肠道与肺部炎症的关键媒介，为CVA的微生物疗法提供了新的精准靶点。最后，研究构建了“AG（益生元）→ 假长双歧杆菌（益生菌）→ 乙酸盐（后生元）→ AHR → IL-33”的清晰作用轴，这不仅深化了对“肠-肺”免疫对话机制的理解，也为开发以特定肠道菌群或菌群代谢产物为靶点的“益生元-益生菌-后生元”联合疗法治疗哮喘等免疫性疾病，提供了坚实的理论依据和极具前景的新策略。
