硫酸吲哚酚及硫酸對甲酚在慢性腎功能衰竭中的作用研究進展

盧棉 楊發奮

【關鍵詞】 慢性腎功能衰竭;硫酸吲哚酚;硫酸對甲酚;腸道菌群

中圖分類號：R692.5 ? 文獻標志碼：A ? DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2020.11.014

我國慢性腎功能衰竭（CRF）尿毒癥患者逐年上升，如何延緩CRF進展、提高CRF患者生活質量已成為國內外的研究熱點?；贑RF的高發病率、低生活質量、低預期壽命等特點，我國愈發重視對CRF進展過程中可控因素的干預。近年來，研究腸源性尿毒癥毒素（GDUT）對CRF患者的影響以及如何清除GDUT成為熱點。而硫酸吲哚酚（IS）、硫酸對甲酚（PCS）是GDUT中的兩個最主要的毒素，現對其一些新認識作一綜述。

1 IS、PCS的生物特性

在CRF患者中不能經尿液排出、蓄積于體液并且具有毒性作用的物質，稱為尿毒癥毒素。CRF進展與尿毒癥毒素密切相關。微生物代謝產物是尿毒癥毒素的一類，GDUT是此類物質中經腸道菌群代謝產生的蛋白質結合類毒素。IS、PCS是GDUT的代表毒素，相對分子質量分別為251、188，與白蛋白均有較高的結合率，可達90%以上。大腸桿菌分解食物產生吲哚并由門靜脈進入肝臟，經羥化、硫酸化而最終生成IS。PCS由腸道厭氧菌把食物的酪氨酸及苯丙氨酸轉化為對羥基苯乙酸，對羥基苯乙酸經脫羧生成對甲酚，腸道黏膜吸收對甲酚，并在腸道上皮細胞磺基轉移酶的作用下，生成PCS。IS、PCS在腎功能正常的人體中均以低水平存在[1]。IS、PCS可通過炎癥反應、氧化應激等途徑促使腎纖維化，加速CRF進展，損害機體，引發一系列并發癥。

2 IS、PCS產生的影響因素

2.1 CRF導致的IS、PCS累積

CRF可破壞菌群平衡，致使病菌大量繁殖，益生菌減少，導致CRF患者腸道功能紊亂[2]。腸菌失調下，腸道中分解蛋白質的菌群增多，蛋白質在胃腸道停留時間延長，導致IS、PCS生成增多。此外，CRF患者常并發功能性便秘，阻滯IS、PCS等GDUT通過腸道排泄[3]。自MEIJERS等人[1]提出了“腸腎軸”學說以來，不少學者針對“腸腎軸”學說展開研究。他們認為，CRF可致毒素蓄積并引起毒素通過腸壁血管滲入腸腔，加劇腸菌失調及IS、PCS等GDUT合成。當腎功能損害時，IS、PCS可在機體蓄積，血清肌酐≥3.0 mg/dL時，患者血清IS濃度可升到0.8～1.0 mg/dL，PCS在腎功能進行性損害時，可比正常狀態下升高20倍[4]。由此可見，CRF除了導致IS、PCS排泄減少外，還可以引起腸道菌群失調，通過“腸腎軸”導致IS、PCS累積。

2.2 腸道菌群對IS、PCS的調節作用

存在于腸道的共生微生物稱為腸道菌群，其可維持微生態平衡及保護腸道正常運行功能，如腸道菌群可將難以消化的多糖轉化為短鏈脂肪酸、單糖，為機體供給氨基酸及維生素;腸道菌群可通過阻斷病原菌黏附、封閉抗原物質等機制參與人體的免疫自穩、免疫調節等[5]。正常的腸道菌群可保護腎臟功能，清除體內毒素。CRF腸道菌群失衡可破壞正常菌群以上的作用。研究認為腸道菌群可通過調節內毒素誘發慢性炎癥、激活免疫等參與CRF的發生、演變過程[6]。腸道菌群失調下，小分子毒素可通過腸道黏膜分泌進入腸腔，在腸道細菌酶的作用下，大部分毒素分解所產生的氨又經門靜脈吸收入血形成腸肝循環。毒素入血加劇CRF患者腸道菌群失衡，破壞腸道上皮的緊密連接，會減少防御素分泌，以上均可增加腸道通透性，破壞腸道組織完整性，致使IS、PCS等毒素通過腸道進入循環系統，加劇炎癥性損傷，加重CRF病情的演變[7]。因CRF腸道菌群失調與IS、PCS蓄積密切相關，有學者嘗試通過調節腸道菌群來減少IS、PCS合成并促進其排泄。

腸道菌群具有保護腸道功能的作用，一旦腸道菌群失調可促進IS、PCS生成，減少IS、PCS的排泄，導致CRF患者體內IS、PCS累積。

3 IS、PCS對CRF患者的影響

3.1 IS、PCS介導的炎癥反應

IS、PCS蓄積可激活機體單核巨噬細胞系統，促進其釋放大量炎癥因子及氧自由基，加重腸道黏膜屏障本身的炎癥損傷，誘導全身炎癥反應，造成多器官功能障礙，最終導致CRF患者病情惡化，逐步進入尿毒癥期[1]。IS、PCS可通過各種炎癥介質及氧自由基損傷腎臟。研究表明，IS、PCS可在體外誘導腎小管細胞損傷及衰老，促進炎癥因子表達。IS可通過調升炎癥反應基因表達，誘導腎小管上皮細胞轉分化，促進腎小管間質纖維化，并通過炎癥反應、氧化應激等產生多種病理改變，引起多個系統功能失調[1]。IS還可誘導金屬蛋白酶組織抑制因子-1（TIMP-1）、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）和細胞間黏附分子-1（ICAM-1）等炎癥因子及單核-巨噬細胞浸潤促進腎小管間質纖維化。PCS可激活煙堿胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，促進氧自由基大量產生，加速CRF進程。IS、PCS均可在血管內募集白細胞，IS負責促進白細胞在血管內黏附及溢出，PCS促進血管壁白細胞滾動，二者均可導致白細胞從毛細血管外滲，誘導血管炎癥反應[8]。

炎癥反應是機體常見現象，一方面可通過炎癥介質清除體內損害因子，阻抗毒素侵害，另一方面，又可通過致炎因子破壞機體功能，例如其可通過增加血管通透性，促進IS、PCS移位吸收，阻礙毒素排泄。反復炎癥刺激促使腎臟纖維化，使其失去正常代謝功能。如何在利用炎癥反應清除機體損害因子的基礎上降低炎癥反應對腎臟的破壞，是臨床上難以把握的臨界點，期待后續研究。

3.2 IS、PCS與血管鈣化

血管鈣化指磷酸鈣礦物質沉積于血管中，血管鈣化主要見于動脈的彈力層鈣化及晚期動脈粥樣硬化（AS）[9]。IS、PCS可通過以下途徑引起血管鈣化：①IS介導可溶性載質轉運蛋白2B1基因編碼的轉運體，活化巨噬細胞，提高巨噬細胞膽固醇轉運受體CD36的mRNA表達，促使巨噬細胞噬脂形成泡沫細胞，逐步形成脂紋、粥樣斑塊，致使管腔狹窄，甚至血栓形成，加速AS進程[10]。②脂蛋白-a與血管鈣化息息相關，當其與鈣離子結合，可形成一種膠體，減少血管鈣化的影響，IS可減少肝細胞內脂蛋白-a濃度，促使血管鈣化[11]。③IS具有成骨刺激作用，可促進主動脈壁增厚鈣化，在血管平滑肌細胞（VSMCs）功能障礙的CRF患者中，IS可增加NADPH氧化酶的活性，促使自由基形成及成骨細胞蛋白（如堿性磷酸酶、骨橋蛋白、核心結合因子1）的性能，促使血管鈣化[11]。④IS、PCS還可通過激活NADPH酶及產生大量氧自由基，引起血管內皮細胞發生氧化應激，損傷血管內皮細胞，促使血管鈣化，最終導致心血管事件的發生[12～13]。

血管鈣化通過促使血管狹窄、增加血管脆性等途徑，誘導CRF心腦血管等并發癥發生，如何減少IS、PCS以減緩血管鈣化也是CRF治療的重要部分。

3.3 IS、PCS與心力衰竭

CRF對心臟的損害主要表現為促進心力衰竭（HF）和心肌纖維化，其中HF是CRF的主要心源性死因。有研究發現，游離的IS、PCS濃度與左心室舒張功能不全發生相關，該致病效應可能與IS、PCS促炎、促纖維化、氧化等機制相關[14～15]。具體如下：①PCS通過上調MCP-1、TNF-α、IL-1等炎癥因子的表達，增強心肌組織中纖維化程度，提升纖維化相關蛋白標志物[14]。②PCS降低心肌的自發收縮率，改變心肌細胞縫隙連接的結構功能;激活NADPH氧化酶、增加活性氧（ROS）生成以促進CRF患者心肌細胞損傷、心臟組織重構，促使HF發生[11，16]。③IS、PCS激活腎素-血管緊張素-醛固酮（RAAS）系統[11]，促使機體水鈉潴留，增大循環容量負荷，致使心輸出量降低，促進HF形成。④IS增強甲基轉移酶活性，促使Klotho基因（護腎基因）甲基化，降低Klotho的活性，破壞血管內皮細胞、心肌細胞等，致使竇房結功能紊亂及損害心臟功能[11]。⑤IS可降低抗氧化防御，促使心肌氧化應激，導致心肌細胞肥大、心肌纖維化[17]。以上預示著IS、PCS參與了CRF患者HF的發生、發展，目前關于IS、PCS致CRF患者出現HF的相關研究仍十分有限。

3.4 IS、PCS對腎臟的毒性作用

IS、PCS對腎臟的毒性作用主要在腎小管，其可通過腎臟近端小管上皮細胞基底側膜上的有機陰離子轉運蛋白（OATs）攝入細胞，然后通過管腔側膜上的乳腺癌耐藥蛋白（BCRP）及多藥耐藥蛋白-4（MDRP-4）被分泌到腎小管內，最后通過尿液排出機體[18]。CRF的腎小管上皮細胞OATs表達降低，而其他組織表達OATs變化不明顯，在繼續攝入IS、PCS的基礎上減少該毒素的腎臟排泄，此可導致IS、PCS蓄積[19]。研究表明[20]，游離狀態下的IS、PCS可通過抑制衰老基因表達、介導氧化應激、激活炎癥反應等途徑加速CRF腎臟纖維化。此外，IS、PCS可通過抑制護腎基因表達（例如Klotho基因）、激活RAAS系統、促進促炎因子及近端腎小管上皮細胞炎性相關基因表達等途徑促使CRF腎臟纖維化，加速CRF惡化[21]。IS、PCS還可誘導腎小球系膜細胞及腎小管上皮細胞自由基產生、激活核因子κB（NF-κB）、損傷線粒體等，加速CRF進展[22]。

腎臟是機體主要代謝器官，如何降低體內毒素水平，減少炎癥反應及氧化應激，減輕腎小管損害，以減緩腎臟纖維化及腎功能惡化是研究的重點。

4 對IS、PCS的清除研究現狀

4.1 血液灌流聯合血液透析（HP+HD）對IS、PCS的清除作用

血液透析濾過、高通量血液透析因其能較好地清除毒素而廣泛應用于臨床，而蛋白結合類毒素因多室分布、高白蛋白結合等特性而難以被HD所清除。IS、PCS是小分子蛋白結合類毒素，與白蛋白結合后，直徑常大于透析濾膜的濾孔，所以HD難以清除。而HP在清除此類物質時起主要作用，主要是HP的吸附作用，灌流器的樹脂吸附劑可通過范德華力、氫鍵等作用，吸附蛋白結合類毒素，不僅可清除游離狀態的IS、PCS，且對高蛋白結合率的毒素也體現出優勢。且HP+HD可能在聯合清除細菌代謝產物的蛋白結合類毒素及其他毒素的基礎上，改善了機體腸道環境，進而使IS、PCS生成減少。在歐志強等人的研究中[23～24]，在清除高蛋白結合率的IS、PCS時，HP+HD明顯優于HDF、HD。而現有的臨床觀察研究表明，HP血流速度越快，吸附IS、PCS等蛋白結合類毒素率越低，所需灌流治療時間越長;反之，流速越慢，吸附率越高，灌流時間越短[25]。雖然目前已有研究對IS、PCS的作用機制展開了相關研究，但在血液凈化等治療方面，研究尚少，需進一步了解。

4.2 益生菌治療對IS、PCS的清除作用

益生菌是一類改善菌群平衡且對機體有益的活性微生物，可定植于人體腸道中。因腸道菌群與CRF關系密切，有學者開始通過干預致病菌生長及減少尿毒癥毒素吸收等措施來減少IS、PCS生成，致力于予腸道細菌制劑來干擾IS、PCS的代謝及產生。有研究證實[26]，益生菌發酵駝乳可有效緩解腎單位病理損傷，減緩大鼠CRF發展并改善其生命力。某些益生菌可通過減輕結腸上皮緊密連接、減少炎癥介質釋放來改善CRF患者的內毒素血癥，從而有效降低CRF患者血清中IS、PCS水平[27]。通過服用雙歧桿菌制劑可以抑制大腸桿菌生長，降低大腸桿菌分解色氨酸而顯著降低CRF患者的IS水平。ROSSI等人的研究中[28]，將未行腎臟替代治療的CRF患者納入了一項隨機、雙盲、對照實驗，進行為期6周的合生素治療，發現該治療可以有效改變CRF患者腸道微生物結構，促進雙歧桿菌增殖，減少胃瘤球菌的數量，降低了實驗對象中血清PCS的水平。雖然不少實驗認為益生菌在減少IS、PCS生成方面起到了有效作用，但研究發現并非所有的益生菌都可產生正性效應，某些益生菌可促使毒素生成，致使腸道緊密連接蛋白缺失、上皮細胞電阻丟失而導致毒素吸收，加重IS、PCS蓄積[29]。

益生菌可調節腸道菌群生長分布，進而影響IS、PCS的生成及排泄，但對其研究尚欠缺長期大量的臨床實驗考究。

4.3 中醫藥治療對IS、PCS的清除作用

有研究通過對5/6腎切除法CRF大鼠模型，分別實行無手術處理組，生理鹽水組，尿毒清組，通腑化濁涼血方低中高劑量3組，以IS、常規腎功能等為觀察指標，得出經通腑化濁涼血方可降低大鼠血清中IS含量，此方可清除此類蛋白結合型尿毒癥毒素，達到延緩腎損害進展的目的[30]。楊桂蓮[31]通過對30例CRF患者進行自身對照實驗，治療前后IS、PCS具有明顯差異，表明自擬補氣活血泄濁湯可有效清除CRF非透析患者血清中IS、PCS濃度。在戴銘卉的研究中[32]，亦證實了通腑泄濁法可有效降低IS的生成蓄積。IS、PCS可能與中醫辨證學上的血瘀濕濁之邪相關，中藥治療可能通過清熱解毒、調節腸道菌群等途徑減輕IS、PCS生成、蓄積，從而改善CRF患者病情，具體機理仍待研究。

4.4 其他藥物治療對IS、PCS的清除作用

因腸道菌群與IS、PCS密切相關，通過干預腸道菌群，維持腸道微生態平衡，減少IS、PCS前體產生，清除IS、PCS蓄積可能是未來治療IS、PCS蓄積的方向。改善腸道微生態是延緩各器官損害潛在的治療靶點，目前臨床上可用磷結合劑、檸檬酸鐵在降低高磷血癥、改善貧血、調節電解質平衡的基礎上改善CRF腸道菌群失衡，減少IS、PCS生成[33]。研究表明，司維拉姆（新型磷結合劑）、AST-120（口服碳質吸附劑，通過抑制氫氧化銨、氨的吸收來降低腸道屏障結構及功能損害）可降低HD、非透析CRF患者循環中IS、PCS的生成，以降低IS、PCS蓄積所致的腸道破壞[34～35]。

腸道菌群的干預治療一般可通過飲食調整、藥物均衡、益生菌補給、血液凈化等綜合性治療。上述的綜合性治療方案尚需循證醫學證據，期待未來有效合理的治療方案問世。

5 小結

腸道菌群是機體不可或缺的組成部分，與健康息息相關，其在機體內發揮著毒物分解與排泄、營養代謝與合成、維持腸上皮穩態等作用。CRF腸道菌群失調，可導致IS、PCS蓄積，進而通過一系列損傷因子加速腎臟代謝紊亂及腎臟纖維化。如何有效清除IS、PCS及平衡腸道菌群生態，是治療、延緩CRF進展的重要組成部分之一，期待以后更多的臨床研究為CRF患者帶來更有效的治療方案。

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（收稿日期：2020-06-29 修回日期：2020-07-28）

（編輯：王琳葵 潘明志）