腸道菌群與慢性腎臟病

李蕓蕓，徐璐，黃保霞，李新建

(濟寧醫(yī)學院附屬醫(yī)院腎內科，山東 濟寧272000)

1 腸道菌群的組成

健康人群胃腸道含有超過100萬億細菌[1]，在腸道微生物群中90%以上的細菌屬于擬桿菌門和厚壁菌門，包括擬桿菌屬、擬桿菌屬、普雷沃氏菌屬、紫菜單胞菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、多雷氏菌屬、糞桿菌屬、真細菌屬、乳球菌屬和乳桿菌屬[2]。胃腸道的每一段都有一個獨特的微生物種群。胃腸道菌群遍布消化的全程，并且濃度逐漸增加，糞便中超過65%的重量是腸道微生物[3]。飲食成分的改變將會改變腸道菌群的組成。在飲食不變的情況下，腸道微生物群的組成是穩(wěn)定的。在一項對健康人的研究中，5天的飲食改變顯著改變了腸道微生物群的組成[4]。

2 腸道菌群的作用

第一，腸道菌群參與合成維生素、降解食物中難以消化吸收的成分、降解草酸的功能。第二，腸道菌群對免疫系統(tǒng)的組成與功能有重要的作用，能夠抵御致病菌的侵襲，促進免疫系統(tǒng)的發(fā)育。免疫系統(tǒng)的發(fā)育是通過脆弱桿菌促進樹突狀細胞和腸相關淋巴組織(GALT)向淋巴器官遷移，從而促使Th1系分化，進而提高有益的T輔助細胞比率(Th1/Th2)，影響腸相關淋巴組織(GALT)功能發(fā)育，促進免疫系統(tǒng)的成熟[5]。

3 慢性腎臟病患者的腸道菌群變化機制

在慢性腎臟病患者中，有以下機制改變腸道菌群：(1)慢性腎臟病患者細胞內和細胞外液中尿素濃度的升高，會導致尿素通過被動擴散的形式結合到腺體中而大量流入胃腸道。尿素在微生物尿素酶作用下水解導致大量氨氣的形成。這種現(xiàn)象導致管腔pH值改變，并引起尿毒癥小腸結腸炎[6,7]。 (2)尿酸是人體正常生理過程的終產物，由嘌呤代謝途徑產生，通常通過腎小球濾過、腎小管重吸收和分泌過程的復雜相互作用而排入尿液。但是，在終末期腎功能衰竭中，結腸取代腎臟成為尿酸排泄的主要部位，導致血漿尿酸濃度增高。該過程是由尿酸分泌通量的適應性上升介導的[8,9]。(3)在腎衰竭患者草酸鹽的排泄中，結腸起主要作用[10]。(4)飲食成分能夠很大程度改變腸道菌群的組成，為了防止CKD患者出現(xiàn)嚴重的高鉀血癥和草酸鹽負荷，需減少富含鉀和草酸鹽的水果、蔬菜和高纖維食品攝入。這些食品通常包含大多數(shù)難消化的復合碳水化合物，而它們是腸道菌群營養(yǎng)的主要來源。因此，這些飲食的限制可能對腸道菌群的組成和功能產生一定的影響[11]。(5)CKD的患者為通過限制磷酸鹽的吸收來預防高磷酸鹽血癥，每餐需服用大量磷酸鹽結合劑(含鋁結合劑、含鈣結合劑和非鈣型結合劑)，然而長期服用這些藥物可改變腸腔環(huán)境，并影響微生物菌群。(6)CKD患者往往需要使用抗生素來治療血管通路感染和其他感染，而抗生素的使用也可以改變腸道菌群的組成。綜上原因共同作用會改變CKD患者的腸道微生物菌群的組成及功能。

CKD患者腸道菌群的組成與數(shù)量與健康人群有明顯差異。CKD 患者腸道內有益菌種類及數(shù)量顯著減少，如雙歧桿菌、乳酸桿菌等；而潛在致病菌種類及數(shù)量增多，如腸桿菌屬細菌、腸球菌屬細菌等[12]。

4 腸源性尿毒癥毒素的作用

尿毒癥毒素(Uremic toxins)是指腎衰竭患者體液中濃度明顯增加并有毒性的某些物質。這些物質在體內濃度上升，可引起CKD患者尿毒癥癥狀和多系統(tǒng)功能紊亂。根據(jù)尿毒癥毒素分子量可將其分為小分子量尿毒癥毒素(分子量小于500D)、中分子量尿毒癥毒素(分子量500-5000D)和大分子量尿毒癥毒素(分子量大于5000D)。根據(jù)毒素是否與蛋白質相結合可將尿毒癥毒素分為蛋白結合尿毒癥毒素和非蛋白結合尿毒癥毒素。其中，蛋白結合毒素，如硫酸吲哚酚(indoxyl sulfate，IS)、硫 酸 對 甲 酚(p-cresyl sulfate，PCS)、血 清 馬 尿酸(hippuric acid，HA)等，多為小分子尿毒癥毒素，但由于其和蛋白結合率高，因而普通透析很難清除。以往研究中，對IS 和 PCS研究最多。腸道菌群通過色氨酸代謝過程產生吲哚，然后由肝臟代謝生成硫酸吲哚酚[13]。硫酸對甲酚是酪氨酸和苯丙氨酸的代謝產物。在健康人中，這些溶質的蛋白質結合率接近100%；然而，在CKD患者中，僅有90%的硫酸對甲酚和85%的吲哚硫酸酚是蛋白質結合的[14]。IS可刺激轉化生長因子β1(TGF-β1)合成，促進腎小球纖維化，抑制內皮細胞增殖，激活血管平滑肌中氧化應激反應，加速血管鈣化。在慢性腎病大鼠模型中，PCS增加活性氧(ROS)的產生，激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，增加caspase 3活性，導致凋亡率增加[15]。使用HK2細胞的體外研究發(fā)現(xiàn)，PCS通過Klotho表達的減少誘導衰老[16]。

5 腸上皮屏障

腸上皮起到了防止微生物入侵組織并減緩腸腔內的炎癥反應的作用。腸道屏障是指完整的彼此緊密連接的腸粘膜上皮結構，由腸粘膜上皮細胞、細胞間緊密連接及菌膜三者構成[17]。腸道屏障為選擇性屏障，能夠允許人體所必需的營養(yǎng)物質、電解質和水由腸腔經跨膜轉運到達體循環(huán)，同時能夠阻止食物抗原、膽汁等有害代謝廢物的進入，從而維持了機體內環(huán)境的穩(wěn)定性[18]。

6 慢性腎臟病患者的腸上皮損害

以往研究結果為CKD患者和動物腸屏障功能障礙提供了間接證據(jù)。包括(1)尿毒癥患者在沒有臨床感染的情況下，出現(xiàn)內毒素血癥最有可能來自胃腸道[19-22]；(2)CKD患者和動物對高分子量聚乙二醇的腸滲透性增加[23,24]；(3)在患有尿毒癥的大鼠的腸壁和腸系膜淋巴結中，腸道細菌及其DNA片段證明和在血液透析治療和未治療的CKD患者的血液中的腸道來源的微生物DNA的檢測，表明在尿毒癥中腸道微生物產物向體循環(huán)的轉移[25-29]；(4)整個胃腸道慢性炎癥的組織學證據(jù)，即在維持血液透析的CKD患者中的食管炎、胃炎、十二指腸炎、腸炎和結腸炎患病率增高[30]。這些證據(jù)證明晚CKD患者腸道屏障功能受損，這種現(xiàn)象可導致該人群全身炎癥的發(fā)生[31]。緊密連接作為上皮屏障結構和功能的關鍵組成部分的作用，尿毒癥腸通透性的增加可能是由于緊密連接復合體的損傷。

7 預防和改善 CKD 患者腸道功能紊亂的措施

7.1 增加高纖維食物

增加高纖維食物的攝入可能會增加產生短鏈游離脂肪酸的細菌比例，促進結腸細胞和調節(jié)T細胞營養(yǎng)。在腺嘌呤誘導的CKD大鼠模型中，高纖維飲食可減少腎功能喪失、間質纖維化、腎小管損傷和促炎癥分子活化[23]。為了驗證這一假設，在最近的一項研究中，患有腺嘌呤誘導的慢性腎病的SD大鼠被喂食添加支鏈淀粉(低纖維對照)或高發(fā)酵纖維(直鏈玉米抗性淀粉，HAM-RS2)的飲食3周。喂食低纖維飲食的CKD大鼠表現(xiàn)出肌酐清除率降低、間質纖維化、炎癥、腎小管損傷、結腸上皮緊密連接中斷、炎癥、氧化和纖維化途徑上調以及Nrf2途徑受損。高纖維飲食的攝入顯著減輕了結腸上皮緊密連接的破壞、氧化應激、炎癥和腎功能障礙及病理損傷的嚴重程度[32]。此外，補充膳食纖維(抗性淀粉)已被證明可顯著降低維持慢性血液透析的ESRD患者血清中尿毒癥毒素、硫酸吲哚酚和硫酸對甲酚的濃度[33]。綜上所述，這些觀察表明了低纖維飲食的潛在有害影響和高纖維飲食對慢性腎病進展的有益作用。

7.2 口服吸收劑

AST-120是一種含碳的口服吸附劑，由多孔碳微球制成，可吸附腸道來源的尿毒癥毒素，顯著降低吲哚酚硫酸鹽和對甲酚硫酸鹽的血漿濃度[34,35]，并已被證明能恢復腎功能下降的大鼠的上皮緊密連接蛋白[36]。此外，在CKD動物模型中服用AST-120已被證明可減少氧化應激和炎癥，并延緩腎臟疾病的進展[37-39]。AST-120的有益效果主要歸因于其限制硫酸吲哚酚形成和吸收的能力[40,41]。

7.3 口服益生元制劑、益生菌制劑

益生元是一種膳食補充劑，通過選擇性的刺激一種或幾種菌落中的細菌生長與活性，從而對人體產生有利作用的功能性低聚糖，不易被腸道消化吸收，卻能促進腸道有益菌的繁殖，從而降低體內的尿毒癥毒素。目前，很多研究發(fā)現(xiàn)益生菌可以降低CKD患者體內的蛋白結合毒素，減少炎癥狀態(tài)和改善腸道菌群組成來改善患者營養(yǎng)狀況。Ramezani等[42]認為，益生菌可使腸道pH值降低，低的pH值可以刺激腸蠕動，從而抑制需氧菌的過度繁殖。Nakabayashi等[43]在對大鼠進行腎臟切除術，誘導腎衰竭模型的形成，而后給予乳酸菌治療，實驗結果表明，乳酸菌治療組大鼠體內的尿毒癥毒素明顯減少，腸道炎癥反應明顯減輕。Guida等[44]對30例非透析的ERDS患者進行隨機雙盲臨床實驗，試驗組予益生菌和益生元制劑，對照組予安慰劑，實驗結果顯示試驗組血中PCS較對照組顯著下降。

7.4 新療法

魯比前列酮是前列腺素的合成衍生物，可激活腸道中的氯離子通道，用于治療便秘。在慢性腎臟病大鼠模型中，使用魯比前列酮治療降低了大鼠BUN和纖維化，這與腎臟炎癥減輕和囊溶菌增殖引起的微生物組特征改善有關。他們還注意到微生物來源的尿毒癥毒素，如硫酸吲哚酚和三甲胺氮氧化物(TMAO)減少，檸檬酸循環(huán)途徑被激活，表明改善了能量代謝[45]。

三甲胺(TMA)抑制劑：3，3-二甲基-1-丁醇(DMB)是膽堿的結構類似物，通過抑制微生物TMA裂解酶來抑制微生物TMA的形成[46]。DMB降低長期服用補充膽堿或補充肉堿飲食的小鼠的血漿TMAO水平。此外，DMB抑制小鼠內源性巨噬細胞泡沫細胞的形成和動脈粥樣硬化病變的發(fā)展。在一些香醋、紅酒、橄欖油和葡萄籽油中檢測到了DMB。

8 展望

CKD可以通過影響腸道微生物組成成分、腸上皮屏障完整性誘導尿毒素的蓄積，導致 CKD 患者系統(tǒng)性炎癥、免疫失調、代謝紊亂、心血管事件的發(fā)生。以腸道為著眼點，旨在降低尿素水平、減輕液體負荷、改善腸道缺血損傷的措施，以及補充高纖維飲食、口服吸附劑、益生元的應用等策略，可以調節(jié)腸道菌群，改善結腸上皮功能，減少腸源性毒素的產生，改善 CKD 的炎癥及氧化應激，從而發(fā)揮腎臟保護作用，為 CKD 的治療提供了一線曙光。目前針對腸道和腎臟之間復雜的雙向交互關系的研究尚處于初始階段。因此，積極尋找確切的生物指標，探索 CKD 時腸道損傷的病理機制，有望為 CKD 的治療找到新的方法。