慢性腎臟病與腸道菌群相關(guān)性的研究進(jìn)展

張舒飛 朱琳 周萍

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院兒科（哈爾濱150086）

慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）在世界范圍內(nèi)的疾病負(fù)擔(dān)逐漸加重，據(jù)流行病學(xué)研究表明，全球估計(jì)CKD 患病率為13.4%（11.7%～15.1%），需要腎臟替代治療的終末期腎病患者估計(jì)為490.2 至708.3 萬(wàn)人［1］。當(dāng)CKD 進(jìn)展到后期時(shí)，傳統(tǒng)的治療方式為血液透析，腎臟移植等替代治療方法，但由于受到腎源等因素的限制，臨床急需實(shí)用性更強(qiáng)的治療方法。同時(shí)，基于科技的進(jìn)步和基因組學(xué)的飛速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)于微生物的研究和理解比以往更加透徹。最初，人們的目光局限在腸道菌群對(duì)胃腸道功能的影響，但隨著研究的進(jìn)一步深入，人們逐漸證實(shí)了腸道菌群失調(diào)與心臟、肝臟、腦等器官的功能障礙和糖尿病、腫瘤等疾病的發(fā)生、發(fā)展之間存在密切聯(lián)系［2-5］。近年，大量研究表明，腸道菌群失調(diào)與CKD 之間存在關(guān)聯(lián)，因此，深入研究CKD 與腸道菌群相互作用的機(jī)制，尋找干預(yù)腸道菌群的方法，對(duì)延緩CKD 的病情進(jìn)展具有重要意義。本文旨在總結(jié)目前腸道菌群與CKD 之間的關(guān)系以及腸道菌群作為治療手段的相關(guān)進(jìn)展，以期為CKD 的研究和治療提供參考。

1 CKD 與腸道菌群概述

1.1 CKDCKD 是各種原因引起的腎臟結(jié)構(gòu)或功能異常≥3 個(gè)月，包括出現(xiàn)腎臟損傷標(biāo)志或有腎移植病史，伴或不伴腎小球?yàn)V過(guò)率下降或不明原因的腎小球?yàn)V過(guò)率下降（＜60 mL/min）≥3 個(gè)月規(guī)定為CKD，且當(dāng)CKD 進(jìn)展到末期時(shí)，稱(chēng)之為終末期腎臟病［6］。在對(duì)2017年的全球腎臟病的疾病負(fù)擔(dān)分析中發(fā)現(xiàn)，2017年全球共記錄全階段CKD 患者697.5 萬(wàn)人，并有120 萬(wàn)人死于CKD［7］。

1.2 腸道菌群在健康人群的消化道中，生存著大量的細(xì)菌，這些細(xì)菌在回腸中的密度達(dá)到106～108/mL，而在結(jié)腸中的密度高達(dá)1012/mL 以上［8］，在這些腸道菌中，超過(guò)90%的細(xì)菌可以歸入擬桿菌門(mén)和硬壁菌門(mén)，既有著像雙歧桿菌這樣對(duì)身體有益的“益生菌”，也存在著大量對(duì)身體有害的“腐生菌”［9］。這樣一來(lái)，腸道細(xì)菌的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人體細(xì)胞數(shù)總量，如此龐大的生態(tài)系統(tǒng)，在各種因素的調(diào)節(jié)下保持著相對(duì)平衡。腸道菌群雖然無(wú)法用肉眼觀察到，但其如同肝臟、腎臟一樣，在機(jī)體的新陳代謝等生命活動(dòng)中起到了不可或缺的作用。腸道菌群失衡不止會(huì)導(dǎo)致消化系統(tǒng)疾病，并且會(huì)借助血液淋巴系統(tǒng)等途徑對(duì)全身各個(gè)系統(tǒng)或器官產(chǎn)生不利影響。

2 CKD 相關(guān)的腸道變化

2.1 CKD 患者腸道菌群生存環(huán)境的變化在健康狀態(tài)下，肌酐、尿素等代謝廢物是由腎臟排出的［10］。CKD 患者腎臟功能下降，腎小球?yàn)V過(guò)率降低，循環(huán)中代謝廢物的濃度增高，導(dǎo)致慢性?xún)?nèi)毒素血癥，一部分代謝廢物破壞腸道黏膜上皮屏障，破壞上皮細(xì)胞間的緊密連接，導(dǎo)致腸道菌群和內(nèi)毒素進(jìn)入腸腔和血液循環(huán)［11-12］。尿素酶菌等腸道菌將尿素轉(zhuǎn)化為NH4OH，從而使腸腔內(nèi)的pH值增高，改變了腸道細(xì)菌的生存環(huán)境［13］。與此同時(shí)還有尿酸，三甲胺-N-氧化物（trimethylamine-N-oxide，TMAO）等產(chǎn)物生成，損傷腸上皮屏障［14］。有研究［15-16］表明，TMAO 是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，這導(dǎo)致了CKD患者患并發(fā)癥危險(xiǎn)性增加，降低了CKD 患者的生存質(zhì)量，導(dǎo)致了惡性循環(huán)。因此，CKD不僅使血液中累積的毒素進(jìn)入腸道，并且造成腸源性毒素產(chǎn)生增加，二者共同參與CKD患者病情的進(jìn)展。

近年來(lái)開(kāi)展了許多關(guān)于短鏈脂肪酸（shortchain fatty acids，SCFAs）的研究，生理情況下在上消化道不能被分解的碳水化合物和蛋白，在盲腸和結(jié)腸中被腸道菌群分解，從而產(chǎn)生SCFAs。SCFAs主要參與機(jī)體脂肪生成，維生素的合成，膽固醇代謝等過(guò)程，并參與食欲調(diào)節(jié)［16-18］。WANG 等［19］的研究結(jié)果也顯示，健康對(duì)照組的丁酸鹽含量幾乎是CKD 組的3 倍，SCFAs 也顯著高于CKD 組。就是這樣一種對(duì)消化道乃至整個(gè)機(jī)體都有益的產(chǎn)物，由于CKD 患者的腸道環(huán)境發(fā)生改變，不利于產(chǎn)SCFAs 細(xì)菌的生存［20］而減少。SCFAs 具有調(diào)節(jié)結(jié)腸Treg 細(xì)胞生長(zhǎng)，阻止腸道炎癥反應(yīng)，修復(fù)腸上皮屏障的功能［21］，當(dāng)SCFAs 的減少導(dǎo)致腸上皮的自我保護(hù)能力和修復(fù)功能均遭到破壞。該試驗(yàn)為臨床干預(yù)工作提供了新思路：為CKD 患者補(bǔ)充SCFAs，從而使腸上皮屏障的自我修復(fù)功能得以恢復(fù)。因此，腸道菌群生存環(huán)境是由于上述毒素的累積和有益成分的減少兩方面原因共同作用，使血液中有害物質(zhì)堆積并且產(chǎn)生大量腸道毒素，導(dǎo)致腸上皮屏障被破壞后無(wú)法修復(fù)，更多的毒素進(jìn)入腸腔，同時(shí)也有更多的細(xì)菌和毒素入血，使得腸道菌群嚴(yán)重失調(diào)并造成腎臟功能的進(jìn)一步惡化。

2.2 CKD 患者腸道菌群的變化由于上述腸道菌群的生存環(huán)境發(fā)生改變，CKD 患者，特別是當(dāng)疾病進(jìn)展到CKD 5 期時(shí)，腸道菌群大多會(huì)發(fā)生紊亂。呂晨簫等［22］通過(guò)糞便檢測(cè)來(lái)研究終末期腎臟病患者的腸道優(yōu)勢(shì)菌群，結(jié)果表明：在屬的水平上，雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、瘤胃球菌屬、柯林斯氏菌屬的豐富度明顯高于對(duì)照組，其組成與健康對(duì)照組有明顯的差異。

這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)：健康對(duì)照組的優(yōu)勢(shì)菌群主要為擬桿菌門(mén)，透析治療組的優(yōu)勢(shì)菌群主要為厚壁菌門(mén)，而非透析治療組的優(yōu)勢(shì)菌群主要為放線菌門(mén)。通過(guò)對(duì)比3組的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)CKD進(jìn)展到終末期腎臟病階段時(shí)，腸道優(yōu)勢(shì)菌群已發(fā)生明顯更替，并且透析治療也會(huì)對(duì)腸道優(yōu)勢(shì)菌群的更替產(chǎn)生影響。因此，終末期腎臟病患者的腸道菌群變化顯著，這種變化會(huì)加速惡性循環(huán)，導(dǎo)致不良結(jié)局，雖然此階段采取的透析治療措施會(huì)對(duì)腸道菌群的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，但是否會(huì)對(duì)終末期腎臟病患者的預(yù)后有所改善還需要進(jìn)一步的研究。

如圖1所示［23］，CKD 所致正常腸道菌群的失衡，產(chǎn)生了以下后果：（1）通過(guò)破壞結(jié)腸上皮緊密連接和降低上皮存活率來(lái)?yè)p害腸上皮屏障。腸上皮屏障完整性喪失，使得細(xì)菌和脂多糖移位；（2）免疫反應(yīng)失調(diào)和炎癥反應(yīng)。脂多糖可以通過(guò)活化Toll 樣受體4（TLR4）依賴(lài)性和核因子-κB 途徑激活自然殺傷細(xì)胞。致病菌刺激樹(shù)突狀細(xì)胞激活Th17/Th1 T 細(xì)胞，增加細(xì)胞炎性因子的產(chǎn)生；（3）腸道中的碳水化合物、膽汁酸和蛋白質(zhì)被腸道致病細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生硫酸吲哚酚，TMAO 等有害物質(zhì)。益生菌特別是雙歧桿菌的減少引起SCFAs的減少。

3 腸道菌群失調(diào)對(duì)CKD 的影響

3.1 腸源性毒素對(duì)CKD 的作用大量研究已探明3 種主要腸源性尿毒癥毒素的作用機(jī)制：（1）硫酸吲哚酚通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β 的表達(dá)，激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，并通過(guò)氧化應(yīng)激等機(jī)制促進(jìn)腎組織的纖維化；（2）硫酸對(duì)甲酚主要通過(guò)誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生和炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，導(dǎo)致腎組織的進(jìn)一步纖維化，并通過(guò)激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，進(jìn)一步使腎功能惡化［24］；（3）TMAO 通過(guò)引起全身炎癥反應(yīng)等機(jī)制損害腎功能［14］。這3 種腸源性毒素通過(guò)不同通路上調(diào)炎癥因子的表達(dá)，從而通過(guò)激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)或促進(jìn)氧化應(yīng)激的機(jī)制加重CKD 病人的腎臟損害。

圖1 腸道菌群失調(diào)與CKDFig.1 Intestinal flora imbalance and chronic kidney disease

除上述3 種有害物質(zhì)外，POESEN 等［25］還發(fā)現(xiàn)高血清苯乙酰谷氨酰胺水平組與低血清苯乙酰谷氨酰胺水平組之間的死亡患者數(shù)量存在明顯的差異，這使其成為另一種有可能影響CKD 預(yù)后的危險(xiǎn)因子。雖然其作用機(jī)制尚不明確，但腸源性尿毒癥毒素主要通過(guò)兩種方式導(dǎo)致腎功能的進(jìn)一步惡化：（1）入血后直接損傷腎臟細(xì)胞；（2）入血后誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷腎臟細(xì)胞，故可以將上述兩種機(jī)制作為研究方向。

含尿素酶的腸道菌使尿素轉(zhuǎn)化為NH4OH，從而損傷腸上皮屏障，這種損傷導(dǎo)致炎癥細(xì)胞的募集，正反饋調(diào)節(jié)炎癥因子的大量釋放和緊密連接細(xì)胞的內(nèi)吞作用，使得腸上皮屏障被進(jìn)一步破壞［26］。不完整的腸上皮屏障功能不僅被細(xì)菌直接黏附損害，而且遭受毒素的侵蝕，加之SCFAs 的減少，修復(fù)能力減弱，腸上皮屏障處于一個(gè)長(zhǎng)期進(jìn)行性破壞的惡性循環(huán)中。

3.2 腸道革蘭陰性桿菌大量增殖對(duì)CKD 的作用腸道的革蘭陰性桿菌大量增殖，產(chǎn)生大量的內(nèi)毒素，并通過(guò)腸上皮屏障進(jìn)入血液后，依賴(lài)TLR4激活下游的各種級(jí)聯(lián)炎癥反應(yīng)［27］。不僅如此，還認(rèn)為腸道菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素易位不僅是炎癥反應(yīng)的重要促成因素，同時(shí)也是CKD 的獨(dú)立死亡因子。但也有研究表明，長(zhǎng)期的TLR 活化，容易在全身炎癥反應(yīng)的同時(shí)產(chǎn)生一種免疫耐受，且腸道菌群的脂多糖等成分具有免疫沉默的特性，這會(huì)使單個(gè)細(xì)胞經(jīng)歷從激活到耐受的階段性變化，若反映在全身水平，則成為炎癥反應(yīng)與免疫缺陷的共存狀態(tài)［28］。故可推測(cè)：兩者之間存在一個(gè)平衡點(diǎn)，當(dāng)機(jī)體的免疫耐受與炎癥反應(yīng)達(dá)到這個(gè)平衡點(diǎn)后，機(jī)體可能會(huì)表現(xiàn)出一種反映炎癥水平的各項(xiàng)指標(biāo)正常的假象，此時(shí)更需要提高警惕，指標(biāo)的恢復(fù)可能是到達(dá)平衡點(diǎn)而不是病情的好轉(zhuǎn)。

原發(fā)或繼發(fā)于CKD 的腸道菌群失調(diào)通過(guò)三方面影響著CKD 的發(fā)展和預(yù)后：（1）腸道的環(huán)境不適宜益生菌的生長(zhǎng)，反而更加適合其他有害菌群的增殖，使得大量益生菌死亡，正常優(yōu)勢(shì)菌群被替代，有害菌群產(chǎn)生的大量毒素入血后對(duì)腎臟功能產(chǎn)生不良影響。（2）產(chǎn)生大量?jī)?nèi)毒素，募集炎癥因子，導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步利用免疫反應(yīng)損害腎臟功能。（3）腸道細(xì)菌的黏附作用和大量毒素使得腸上皮屏障功能受損，通透性增加，從而有更多的有害因子可以通過(guò)腸上皮屏障，增強(qiáng)另外兩個(gè)因素對(duì)腎臟的損害作用。CKD 造成結(jié)腸菌群的明顯失調(diào)，并且大大影響腸黏膜上皮屏障的結(jié)構(gòu)和功能，而這些又是造成CKD 不良預(yù)后的重要因素。

4 腸道微生態(tài)的干預(yù)

4.1 益生菌益生菌是指在宿主胃腸環(huán)境定植或植入并發(fā)揮有益健康作用的活微生物，具有免疫調(diào)節(jié)作用，包括調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的NF-κB，絲裂原活化蛋白激酶，CRP，IL-6，IL-8，TNF-α、IL-1β 和干擾素。通過(guò)對(duì)免疫因子和信號(hào)通路的調(diào)整，降低全身炎癥反應(yīng)和對(duì)腎臟的損傷，延緩CKD 進(jìn)展到終末期腎臟病的時(shí)間。不僅如此，大量的基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)了幾種益生菌增強(qiáng)腸上皮屏障功能的機(jī)制：（1）上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)；（2）增強(qiáng)跨上皮的電阻；（3）使黏液分泌增多；（4）上調(diào)丁酸鹽水平；（5）調(diào)節(jié)微生物群［29-30］。益生菌在調(diào)節(jié)免疫的同時(shí)增強(qiáng)腸上皮的屏障作用，減少有害物質(zhì)入血，從而減少炎癥細(xì)胞的募集，改善機(jī)體內(nèi)環(huán)境和CKD的預(yù)后。

如今，人們的膳食結(jié)構(gòu)愈加偏向高脂飲食，但高脂飲食可以通過(guò)提高腸道有害菌群的水平，造成腸道菌群的紊亂，加劇腸道炎癥。其中，大腸桿菌明顯降低了小鼠糞便中SCFAs 的水平，而益生菌又顯著改善了這一現(xiàn)象，不僅如此，益生菌還可以提高小鼠糞便中SCFAs 的含量，有效改善了腸道菌群結(jié)構(gòu)［31］。SUN 等［32］也發(fā)現(xiàn)益生菌的補(bǔ)充顯著降低了反流性食管炎患者的腹瀉綜合征評(píng)分并且有效抑制了腸道菌群的過(guò)度增殖。大量的研究已證實(shí)益生菌對(duì)腸道菌群的確切有益作用，因此可以提倡益生菌在腸道菌群失調(diào)患者中的常規(guī)應(yīng)用，從而改善患者的腸道情況。

4.2 益生元益生元是指能夠選擇性地刺激宿主腸道內(nèi)一種或幾種有益菌的活性或生長(zhǎng)繁殖，而又不能被宿主消化和吸收的一種無(wú)活性的食物成分［33］。近期一項(xiàng)關(guān)于高直鏈玉米抗性淀粉的研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充高直鏈玉米抗性淀粉可以提高SCFAs量，并減少血清尿素、IL-6、TNF-α 和丙二醛的水平［34］。該物質(zhì)通過(guò)提高腸上皮屏障的自我修復(fù)和保護(hù)功能，減少炎癥因子的募集、減弱全身炎癥反應(yīng)，從而改善CKD 預(yù)后。有研究［35］發(fā)現(xiàn)，由于CKD 患者常規(guī)采取限制蛋白飲食，單純的飲食調(diào)節(jié)對(duì)于CKD 病情的改善作用不大，但在配合菊粉的攝入時(shí)，腸道雙歧桿菌的量顯著增加，提高了血清SCFAs 的水平。因此，由于益生元可以明確改善腸道環(huán)境，調(diào)節(jié)腸道菌群且尚無(wú)副作用病例報(bào)告，臨床醫(yī)生或許可以在治療中嘗試聯(lián)合使用幾種益生元制品，根據(jù)患者腸道菌群的結(jié)構(gòu)和不同益生元的作用，找到適合患者的配伍，有針對(duì)性地刺激有益菌群的增殖。

4.3 合生元近年來(lái)，益生菌與益生元的研究成為熱點(diǎn)，將兩者合用，稱(chēng)之為“合生元”，二者合用在理論上可以減少有害成分的產(chǎn)生，增加SCFAs產(chǎn)生，提高腸道自我修復(fù)能力，從而在根本上平衡腸道微生態(tài)，有利于CKD 的治療和預(yù)防。并且有研究發(fā)現(xiàn)合生元的補(bǔ)充能明顯增高腸道雙歧桿菌的量，同時(shí)減少其他有害菌屬的豐度［36］。并且由于胃腸道不良反應(yīng)少，患者依從性較好，治療效果可能優(yōu)于其他藥物。

4.4 維生素在ZHOU 等［37］關(guān)于維生素D 水平高低與結(jié)直腸癌發(fā)展關(guān)系的研究中，分別進(jìn)行結(jié)直腸癌小鼠模型試驗(yàn)和臨床樣本的研究，結(jié)果表明結(jié)直腸癌患者的血清維生素D水平明顯低于對(duì)照組。小鼠模型的研究不僅印證了這一結(jié)果，并且在補(bǔ)充適量的維生素D 后小鼠的整體情況均有所改善。因此，維生素D也可能對(duì)腸道菌群的穩(wěn)態(tài)有調(diào)節(jié)作用，特別是在調(diào)節(jié)腸道益生菌和穩(wěn)定腸上皮屏障方面。

5 挑戰(zhàn)與展望

現(xiàn)如今，CKD 的疾病負(fù)擔(dān)日益增加，對(duì)于CKD和腸道微生態(tài)的研究越來(lái)越深入，二者相互影響，互為因果的機(jī)制也日益清晰。但各類(lèi)腸道菌群的功能并不十分明了，因此需要更多的研究來(lái)揭示腸道菌群的組成和其作用機(jī)制。目前對(duì)于腸道微生態(tài)的干預(yù)措施還不夠規(guī)范，需要更多大樣本、大數(shù)據(jù)的臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)支持，為微生態(tài)制劑干預(yù)治療CKD 展開(kāi)更廣闊的前景。