2 型糖尿病腎病與腸道菌群關系的相關研究

高珊，張愛敏，劉曉燕，高宇

(承德醫學院附屬醫院 內分泌科，河北 承德)

0 引言

T2DN 是慢性腎臟病(Chronickidneydisease，CKD) 和終末期腎損傷的主要病因，早期以腎小球濾過率改變和微量白蛋白尿為特征，隨著疾病進展晚期出現腎臟功能衰竭。研究發現腸道菌群參與T2DN 的發病，當腸道菌群失調時出現菌群比例和數量的改變，顯著改變腸道微生態，影響T2DN 的發生和發展。菌群失調引起的腸道上皮屏障功能破壞、尿毒癥毒素水平升高、短鏈脂肪酸產生減少以及脂肪組織參與代謝，激活體內的免疫及炎癥反應，加速腎臟細胞的衰老、凋亡以及腎臟組織的纖維化。本文將對腸道菌群對T2DN 發生發展的影響從多方面進行綜述。

1 腸道菌群失調引起腸道屏障功能障礙誘使T2DN 的發病

腸道屏障功能在抵御內源性和外源性感染、維持腸內健康方面均有重要作用。腸道屏障功能障礙會使腸壁滲透性增強，引起腸道內有害菌定植和內毒素移位，出現“腸漏”，引起機體的慢性低水平炎癥。腸道機械屏障不僅能夠抵御病原體的侵害，還能保護腸粘膜免受機械損傷和化學損傷。尿素由內源性氨基酸在肝臟內代謝產生，通過腸道內含有脲酶的細菌轉化為氨和二氧化碳，部分氨再次轉化為尿素，另一部分轉化為氫氧化胺并通過糞便排出。氫氧化銨的形成使腸道內PH 升高，致使上皮屏障的完整性遭到破壞，同時會刺激白細胞的流入，產生局部炎癥，誘導緊密連接蛋白收縮，使腸壁通透性增加[1]。生物屏障由腸道正常菌群構成，不同的腸道粘膜位置均有不同的菌群定植，能夠防止細菌移位和抵御致病菌的侵襲，通過生物拮抗作用抑制有害菌的生長。相關研究表明CKD 患者腸道內脲酶陽性的細菌數量增加[2]，同時由于腸壁通透性增加，內毒素入血導致代謝性內毒素血癥和低水平炎癥，從而導致胰島素抵抗和T2DM 的進展。腸道屏障功能與腸道菌群的健康生長相互依賴、相互作用，共同發揮保護機體的效能。

2 腸道菌群失調導致尿毒癥毒素水平升高加速腎功能障礙

T2DN 患者腸道菌群失調導致尿毒癥毒素水平升高，進而加速T2DN 進展。硫酸吲哚酚(Indoxyl sulfate，IS)和硫酸對甲酚(P-cresyl sulfate，PCS)均為蛋白質在腸道內發酵的終產物，已有研究發現血清中IS 和PCS 的水平與梭狀芽胞桿菌屬和擬桿菌屬的豐度相關[3]。血清PCS 和IS 的水平與腎功能顯著相關，并隨著腎臟疾病嚴重程度的增加而升高。由于可以與白蛋白結合，IS 和PCS 的清除率均很低，導致腎臟及心血管疾病的進展，增加CKD 患者的死亡率[4]。既往研究表明，IS 可以誘導活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的生成，以及增加腎小管間質纖維化相關基因的表達[5][6]。尿毒癥毒素的積累誘導了ROS 的生成和C 反應蛋白(C-reactive protein，CRP)、白介素-6(Interleukin-6，IL-6)、單核細胞趨化蛋白-1(Monocyte chemoattractant protein，MCP-1)等炎癥因子的釋放，損害腎小管細胞和足細胞[7][8]。過量的ROS 可以通過激活泛素途徑，抑制AMP 蛋白激酶和脂聯素的活化以及降低內皮型一氧化氮合酶活性，促進炎癥和黏附分子的表達，誘發胰島素抵抗[9]。氧化三甲胺(Trimethylamine-N-oxide，TMAO)是一種腸源性尿毒癥毒素，以甜菜堿、左旋肉堿或磷脂酰膽堿為前體，經腸道菌群代謝生成三甲胺(Trimethylamine，TMA)，進入血液循環后，通過肝臟中的含黃色單胺氧化酶(Flavin monooxygenase，FMO) 催化生成。有研究發現，FMO3 是轉化TMA 的肝酶中最活躍的酶，FMO3 的激活和TMAO 水平的升高與膽固醇反向轉運的改變密切相關，可以產生胰島素抵抗，促進血糖及低密度脂蛋白的升高[10][11]。Sun等人通過對喂食高脂飲食小鼠與喂食低脂飲食的小鼠對比，發現喂食高脂飲食的小鼠出現肥胖和代謝紊亂，導致腸道菌群代謝產物TMAO 水平升高，并發現TMAO 的升高與腎小管間質纖維化增強有關，促進腎臟氧化應激和炎癥反應，促進腎功能障礙[12]。

3 腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸對T2DN 的緩解作用

短鏈脂肪酸(Short chain fatty acids，SCFAs)主是腸道細菌對不能吸收的非淀粉多糖、抗性淀粉以及低聚糖等發酵產生的。有研究表明，在體外人體胰腺組織培養中，應用高濃度丙酸鹽可顯著降低細胞因子和棕櫚酸酯誘導的細胞死亡[13]。同樣，在動物實驗中通過應用乙酸鹽、丙酸鹽也得到了相同的結果[14]。這些證據能夠表明SCAFs 具有保護β 細胞免受損害的作用。丁酸鹽可以改善腸道屏障功能，維持腸壁的完整性。Jose 等人對糖尿病小鼠補充櫻桃粉12 周，發現能夠增加小鼠體內降解纖維的腸道菌群豐度，與未補充櫻桃粉的對照組小鼠相比，實驗組小鼠體內SCFAs 含量明顯升高[15]。Xu等人研究發現，糖尿病小鼠在口服丁酸后，可以降低炎癥因子和LPS 水平，經丁酸治療后，局部炎癥細胞浸潤減少，細胞間粘附分子增加[16]。腸道上皮細胞之間形成緊密連接，良好的機械屏障可以抵御有害菌的入侵和內毒素的移位，避免代謝性內毒素血癥，從而改善LPS 誘導的胰島素抵抗。Wang 等人對糖尿病模型小鼠補充富含14 種益生菌的駱駝乳后，發現小鼠腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌、普雷沃氏菌、羅氏菌等SCFAs產生菌的數量明顯增加，還發現claudin-1 和粘蛋白-2 表達的增加能夠改善腸道屏障功能[17]。腎臟疾病患者因為飲食限制，需要減少作為纖維主要來源的水果和蔬菜的攝入，極大減少了腸源性SCFAs 的產生。

4 脂肪組織可能參與T2DN 的發病機制

最新證據表明，人體腸道菌群經由對脂肪組織的調節進而參與宿主血糖的調節[18]。脂肪組織能夠分泌脂聯素、瘦素、抵抗素以及腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor，TNF-α)和IL-6 等多種細胞因子，被認為是一種具有重要代謝功能和內分泌功能的器官。胰島素抵抗是2 型糖尿病的重要發病機制之一，炎癥因子可以通過參與IkB 激酶β(Ikappa Bkinase-β，IKK-β)/NF-κB 通路、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK) 通路、細胞因子信號轉導抑制物(Suppressor of cytokine signaling，SOCS)通路、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路、一氧化氮合酶 (iNOs)/NO 通路持續影響胰島素抵抗。在儲存過量脂質的過程中，白色脂肪團異常擴張，導致細胞出現應激和局部炎癥反應[19]。一些益生菌菌株在預防或抑制脂肪慢性低水平炎癥、減輕胰島素抵抗方面發揮積極作用。Mahalingam 等人對高脂飲食喂養的小鼠補充腸源性發酵乳桿菌6 個月后，發現小鼠體內臟脂肪中促炎因子TNF-α 和IL-6 的含量明顯降低[20]。還有動物試驗顯示，酒清乳桿菌OK67 可以通過降低炎癥狀態和增加小鼠結腸緊密連接蛋白的表達來改善高脂飲食引起的高血糖和肥胖[21]。T2DN 患者病情進展伴隨著腸道菌群的失調，使得體內包括乳酸桿菌等多種益生菌減少，在一定程度上加速了病情的發展，同時腎臟疾病的加重又會影響菌群失調的進一步惡化。

5 結論

已有很多研究探討了T2DN 患者腸道菌群的特征，表示宿主與菌群的之間存在雙向關系。T2DN 患者可能存在腸道菌群數量及比例失調，導致產SCFAs 的益生菌數量減少；腸道內微生態環境改變使腸道屏障功能受到破壞，加速尿毒癥毒素的移位，誘發脂肪組織釋放細胞因子，這些均可誘發體內的慢性炎癥狀態。T2DN 與腸道菌群失調之間形成惡性循環，對腎臟造成不可逆的損害。隨著對腸道微生物和宿主關系的認識加深，今后有望采取補充益生菌、益生元等干預措施調節腸道微生態環境、延緩T2DN 的進展，為T2DN 提供個性化治療方案。