腸源性尿毒癥毒素在腎臟病領域的研究進展

李倩玉，周江慧，李 娜，孫 鈺，劉 鋒

(吉林大學中日聯誼醫院 腎病內科，吉林 長春130033)

我國慢性腎臟病(CKD)的發病率為10.8%，人數約為1.2億，目前CKD的發病率仍然在逐年升高，已逐漸成為危害人類健康的主要疾病。如何延緩CKD進程、改善CKD患者生活質量已成為全球熱點。基于CKD的高患病率以及低預期壽命，我們越來越重視CKD進程中可控的危險因素的干預。近年來，人們逐漸開始重視腸源性尿毒癥毒素(GDUT)對CKD進展的影響，腸道靶向的治療策略為慢性腎臟病的治療提供新的思路。

1 腸源性尿毒癥毒素

尿毒癥毒素(Uremic toxins)是指CKD患者體液中濃度明顯升高，并且具有毒性作用的物質。研究表明，尿毒癥毒素的積累與CKD進展的風險增加相關[1]。當eGFR<60 mL/min/1.73 m2時，尿毒癥毒素的積累被認為是CKD后果的關鍵因素[2]。因此探索尿毒癥毒素的來源，在CKD的早期減少尿毒癥毒素的產生，降低CKD的發病率及死亡率，顯得尤為重要[3]。臨床上可根據尿毒癥毒素產生的來源將其分為三類[4]：(1)內源性代謝產物：人體自身的代謝產物，如肌酐、尿酸等；(2)微生物代謝產物：大部分微生物代謝產物的前體都是在腸道由腸道菌群合成，即腸源性尿毒癥毒素，如吲哚類、酚類等；(3)外源性攝入物質：如草酸鹽等。近年來，腸道微生物群的生物學潛能及其在各種慢性炎癥發病機制中的重要作用引起了研究者們對腸道細菌的高度重視，認為腸道細菌是CKD發展和并發癥的一個可能原因，也是延緩CKD進展的目標治療方法，因此對GDUT的干預逐漸成為延緩慢性腎臟病進展的重要方向。

2 腸道菌群失調與慢性腎臟病的相互作用

腸道菌群在長期的進化過程中，與人體形成共生關系，主要參與了人體的消化吸收、能量代謝以及免疫調節等環節。隨著分析生物學的進步，腸道微生態和腸道菌群的研究得到了飛速發展。腸道菌群失調，加劇GDUT蓄積、破壞腸道上皮細胞功能、細菌移位、激活腸道黏膜免疫系統、誘導全身微炎癥反應加重腎臟損傷，結腸轉運時間延長使得在腸道中分解蛋白質的菌群增多，蛋白質在胃腸道停留時間長，導致蛋白結合類尿毒癥毒素增多；食物中氨基酸若不能很好地被胃腸道吸收則會由腸道菌群分解產生尿毒癥毒素[5]；長期菌群失調會導致人體產生系統炎癥狀態，而這也是影響CKD患者生存的獨立危險因素之一；此外腸道菌群的失調會導致腸黏膜屏障受損，腸道內的細菌及毒素入血，加速系統炎癥的發生，加速CKD的進展。

同時人們發現，CKD患者，由于腸水腫、代謝性酸中毒、維生素K明顯缺乏、頻繁使用鐵劑和磷結合劑、抗生素的濫用、長期應用激素及免疫抑制劑等原因，使得腸道內可通過發酵產生尿毒癥毒素的細菌增多[6]、結腸中的細菌移位進入到空腸、腸系膜淋巴結或血液中[7]、腸道上皮黏膜屏障被破壞[8]，最終導致腸道菌群結構、數量、組成、分布發生變化，益生菌種類及數量減少，條件致病菌增多，形成腸腎之間的惡性循環。

3 幾種主要的腸源性尿毒癥毒素及對CKD進展的影響

3.1 硫酸吲哚酚與吲哚-3乙酸

硫酸吲哚酚(IS)最初由Obermayer和Popper在1911年分離，并發現其在腎病患者的血液中濃度較高[9]。色氨酸經腸道細菌分解產生吲哚，經門靜脈吸收入肝，羥化生成3-羥基吲哚，最終經硫酸化生成IS，90%以上與血漿白蛋白結合。然后通過有機陰離子轉運蛋白(OAT)OAT-1和OAT-3被腎小管細胞攝取，由腎小管分泌，隨尿液排出[10]。因此，血清IS水平隨腎功能的惡化而升高。腎功能正常人體內IS以低水平存在，并且可能具有尚未鑒定的生理作用。在CKD2期和3期已經顯示循環IS水平的增加[11]。隨著慢性腎臟病的進展，CKD患者的游離型IS平均濃度為3.22 mg/L[2]。腎臟功能減退時IS在體內蓄積，加速CKD進展[12]。該過程涉及各種病理生理學機制。如上所述，IS由腎小管分泌清除，在腎功能不全患者循環中IS積累，近端小管細胞中的IS積累破壞了抗氧化系統，導致細胞功能障礙和氧化應激[10]。研究表明，IS的水平與內皮功能受損標志物(血栓調節蛋白，粘附分子)，氧化應激(超氧化物歧化酶)和單核細胞活化決定因子(新蝶呤)的標志物獨立相關[13]。IS通過增加TGF-β，TIMP-1和pro膠原蛋白I的表達來加速腎纖維化[14]。RAS系統和氧化應激是加速慢性腎臟病進展的重要因素。研究發現IS激活腎素-血管緊張素系統(RAS)，誘導腎小管細胞的上皮間質轉化和凋亡[15]。

吲哚-3乙酸(IAA)作為吲哚的衍生物，也來源于色氨酸代謝，由色胺在腸道或組織中代謝而成[16]，最終通過OAT 1轉運體由腎小管分泌排出[9]。有研究發現，IAA的濃度隨著腎小球濾過率的降低而升高，提示著IAA可能與CKD的進展有關[17]。這些色氨酸代謝物是轉錄因子芳香烴受體(AhR)的內源性配體，AhR的激活通過調節細胞對環境外源性物質的反應，增強組織因子在內皮細胞、血管平滑肌細胞和外周血單個核細胞中的表達，從而增加其穩定性，促進血管炎癥和氧化應激。在培養的人內皮細胞中，IAA激活了炎癥性非基因組AhR/p38MAPK/NF-κB通路，誘導內皮炎癥和氧化應激[18]。

3.2 硫酸對甲酚和葡糖苷酸對甲酸

硫酸對甲酚(PCS) 的形成與IS的形成相似。腸道細菌分解酪氨酸和苯丙氨酸形成4-羥基乙酸，脫羧后形成對甲酚(p-cresol,PC)，經門靜脈入肝，最終經硫酸化形成PCS和葡萄糖醛酸酐對甲酚(PCG)，PCS主要通過腎小管基底膜側的OAT分泌到腎小管管腔，隨尿液排出。隨著CKD的進展，PCS濃度可比正常水平高20倍(0.08 mg/L對1.75 mg/L)[2]。對甲酚是一種已知的白細胞功能抑制劑，目前關注較多的結合物主要包括PCS以及PCG。PCS可以誘導白細胞自由基產生，促進炎癥的發生[19]，誘導白細胞向損傷的腎組織浸潤，導致腎臟纖維化的進展。PCS 顯著增加腎組織腎素、血管緊張素1受體( AT1 受體) 的表達，激活RAS系統[20]，PCS還可通過激活 NADPH 氧化酶，產生大量氧自由基，加速CKD的進展[21]。

葡糖苷酸對甲酸雖然體內濃度不如PCS高，但由于其蛋白結合率低，二者活性濃度幾乎相同[22]。已有研究表明，雖然PCG僅為對甲酚的次級代謝產物，但它對尿毒癥患者死亡率的影響與PCS或IS相當[23]。PCG本身對白細胞無活性，但它可提高PCS誘導自由基產生的作用[22]，同時，它們的共同作用下也可引起內皮細胞的白蛋白漏出[24]。

3.3 氧化三甲胺

隨著尿毒素研究的深入，近幾年開始有學者認為腸道菌群的代謝產物氧化三甲胺(TMAO)與慢性腎臟病相關。腸道菌群代謝膽堿，磷脂酰膽堿(卵磷脂)或l-肉堿，生成三甲胺(TMA)。TMA經門脈系統被攝入肝臟，被黃素單加氧酶(FMO1和FMO3)氧化生成TMAO[25]。TMAO最終由腎臟代謝，在一個動物實驗中，高TMAO水平與慢性腎臟病進展已被證實存在生物合理性[26]，雖然目前缺乏有力的證據證實TMAO對腎臟細胞的直接毒性作用，但是在一項研究中已經發現TMAO水平的升高預測慢性腎臟病的發展[27]。TMAO可通過釋放炎性細胞因子IL-1、β和IL-18誘導炎癥，并通過抑制內皮型一氧化氮合酶(ENOS)產生一氧化氮(NO)而觸發氧化應激[28]。此外隨著TMAO水平的增加，腎小管間質纖維化和膠原沉積、Smad 3磷酸化增強、腎臟損傷因子-1(KIM-1)、血漿胱抑素C、炎癥反應因子如NOX-4和TNF-α均增加，這些因子均會導致慢性腎臟病的進展，而TMA形成抑制劑3即3-二甲基-1-丁醇(DMB)阻止了這些效應[29]。

3.4 其他

隨著對腸源性尿毒癥毒素研究的不斷深入，越來越多的腸源性尿毒癥毒素被研究者發現，如苯基硫酸鹽(phenyl sulfate)、苯酚(phenol)、膽酸鹽(cholate)、馬尿酸鹽(hippurate)、二甲基甘氨酸(DMG)、γ-胍基丁酸酯(γ-guanidinobutyrate)、戊二酸/戊二酸鹽(glutarate)、2-羥基戊酸酯(2-hydroxypentanoate)、苯乙酰谷胺酰胺(phenylacetylglutamine)，硫化雙丙氨酸(lanthionine)等[30-32]。然而，大多數相關研究是初步的，需要進行更多的實驗室以及臨床研究以進一步了解腸源性尿毒癥毒素對于CKD進展的影響。

4 結論

CKD患者由于腸道菌群失調導致尿毒癥毒素的蓄積，導致全身炎癥反應及氧化應激反應，加快CKD的進展，形成惡性循環。通過調節腸道菌群、減少尿毒癥毒素的產生及吸收等治療可能改善CKD患者的臨床癥狀。腸源性尿毒癥毒素與CKD進展的關系錯綜復雜，除本文所提及的幾種尿毒癥毒素，尚有許多其他尿毒癥毒素有待深入研究，同時目前對于腸源性尿毒癥毒素產生的機制不是完全確切，在治療過程中清除某一類腸源性尿毒癥毒素的方法并不一定適用于其他尿毒癥毒素，腸道靶向的CKD治療策略仍需不斷探索。