腸道功能紊亂與慢性腎臟病

楊楠楠 綜述 王金泉 審校

·腎臟病臨床·

腸道功能紊亂與慢性腎臟病

楊楠楠 綜述 王金泉 審校

越來越多的研究表明，慢性腎臟病(CKD)患者普遍存在炎癥反應，且炎癥反應可加快CKD的進展。多種因素參與了CKD介導的全身炎癥反應及氧化應激反應。近期有研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變及腸黏膜上皮屏障功能失調與CKD有密切聯(lián)系。CKD患者腸道菌群的種類及數(shù)量常發(fā)生改變，腸黏膜上皮細胞的緊密連接受損，腸道滲透壓升高，毒素進入血液，引起全身炎癥反應及氧化應激反應，從而導致CKD進展。本文就腸道菌群及腸黏膜上皮屏障功能與CKD關系作一綜述。

腸道菌群 腸黏膜上皮屏障 全身炎癥反應 氧化應激反應 慢性腎臟病

慢性腎臟病(CKD)的發(fā)病率逐年上升，其導致的終末期腎病(ESRD)預后差，花費高，已成世界范圍內嚴重危害人類健康的公共衛(wèi)生問題[1]。

CKD患者普遍存在炎癥反應，且全身炎癥反應能夠促進心血管疾病、感染、貧血等疾病的發(fā)生發(fā)展，是導致CKD進展甚至死亡的主要原因之一。多種因素能誘導CKD患者在無明顯臨床感染情況下出現(xiàn)全身炎癥反應，而關注腸道病變與CKD關系的研究較少。近期有學者發(fā)現(xiàn)[2]，在多種CKD大鼠模型中，腸道菌群種類和數(shù)量均發(fā)生改變，且胃腸道黏膜上皮緊密連接明顯受損，腸道菌群產生硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚等毒素，通過受損的腸黏膜上皮進入血循環(huán)，導致全身炎癥反應。因此，研究腸道菌群及腸道上皮屏障功能在CKD中的作用，對延緩CKD的進展具有重要意義。

腸道菌群與CKD的關系

正常腸道菌群健康人體胃腸道內寄居著大量正常腸道菌群，與人體形成穩(wěn)定的共生關系，具有參與物質能量代謝、調節(jié)免疫功能等作用[3-4]。正常的腸道菌群能夠維持腸道內環(huán)境的穩(wěn)定，抵御致病菌侵襲，促進免疫系統(tǒng)的發(fā)育。有學者發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠出生后存在嚴重的免疫功能紊亂，而正常小鼠出生后腸道菌群能夠通過下調T輔助細胞2(TH2)的表達，維持TH1/TH2平衡，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]。因此，正常的腸道菌群是人體的重要組成部分，對人體健康起重要作用，其種類及數(shù)量的變化可導致疾病的發(fā)生和進展，如炎癥性腸病、糖尿病、心血管疾病、IgA腎病以及慢性炎癥等。

CKD患者腸道菌群CKD患者與健康人群的腸道菌群在種類和數(shù)量上有明顯差異。CKD患者腸道內有益菌種類及數(shù)量——如雙歧桿菌、乳酸桿菌等顯著減少，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[2]。近期的一項研究表明，ESRD患者腸道中含有尿素酶、尿酸合成酶、P甲酚合成酶、吲哚合成酶的細菌數(shù)量增多，而含有短鏈脂肪酸合成酶的細菌數(shù)量明顯減少[6]。多種因素參與CKD患者腸道菌群的改變，如限制膳食纖維攝入、尿素大量進入腸腔轉化為NH4OH、腸黏膜上皮大量分泌尿酸及草酸鹽、抗生素的應用等均能改變腸道PH，使有益菌種類及數(shù)量減少，致病菌種類及數(shù)量增多，導致尿毒癥毒素產生增多，加快CKD進展[7]。

Aronov等[8]通過比較健康成人、結腸完整的透析患者及結腸切除的透析患者的血液成分發(fā)現(xiàn)，結腸完整的透析患者血液中包括硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚在內的多種毒素水平較高，而結腸切除的ESRD患者血液中僅有少量毒素，表明腸道菌群紊亂在毒素的產生中占有重要地位。硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚是主要毒素之一，可作為CKD進展的標志。腎臟功能減退時硫酸吲哚酚可在體內大量堆積，損傷腎小管上皮細胞，導致腎間質纖維化[9]。硫酸P甲酚能夠促進氧化應激和炎癥因子產生，導致CKD進展[10]。多項研究均證實CKD患者血液中的氧化三甲胺(TMAO)水平升高，與泡沫細胞形成、動脈粥樣硬化、心血管事件的發(fā)生有一定的聯(lián)系。與硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚不同的是，TMAO是小分子物質能夠被透析有效清除[11]。除了腸道菌群的代謝產物參與CKD進展外，其本身的組成成分也在CKD進展中起重要作用。脂多糖(LPS)是革蘭陰性菌的細菌壁組成成分之一，也稱為內毒素，能夠與內皮細胞上的Toll樣受體4結合，激活核因子κB(NF-κB)和AP-1，使炎癥細胞因子、炎癥趨化因子、黏附分子、活性氧等物質產生增多，導致全身炎癥反應和氧化應激加重。因此，CKD患者常在無明顯臨床感染證據(jù)情況下出現(xiàn)內毒素血癥，且內毒素血癥的嚴重程度與全身炎癥反應呈正相關[12]。Smerud等[13]應用主要在回盲部釋放的一種新型腸道糖皮質激素——布地奈德(Nefecon?)治療IgA腎病患者6個月后，患者尿蛋白下降了40%。有研究表明，CKD患者常合并存在全身炎癥反應及氧化應激反應，且二者互為因果。一方面，全身炎癥反應激活免疫細胞導致活性氧、氮、鹵素產生增多，從而引發(fā)氧化應激反應；另一方面，氧化應激反應通過激活轉錄因子NF-κB和促進氧化脂蛋白及糖基化產物的增多，從而加重全身炎癥反應，由此形成惡性循環(huán)，致使CKD患者貧血、體力下降，心血管事件發(fā)生率及住院率、死亡率增加[2,14]。

腸黏膜上皮屏障與CKD關系

正常腸黏膜上皮屏障胃腸道是人體內與外界相通的器官。正常情況下，腸黏膜屏障可阻止有害微生物、有害細菌產物及其他有害物質入血。目前認為腸黏膜有四道屏障，分別是機械屏障、微生態(tài)屏障、化學屏障及免疫屏障，其中最主要的是由腸黏膜上皮細胞、細胞間緊密連接及細菌壁構成的機械屏障。細胞間緊密連接是最主要的機械屏障，由粘附蛋白家族組成，如閉鎖蛋白和閉合蛋白家族，ZO蛋白家族，周圍肌動蛋白和肌球蛋白環(huán)，擔負著物質轉運及阻止有害物質經細胞旁途徑滲入的作用[15]。

CKD患者腸黏膜上皮屏障CKD患者內毒素血癥常與腸道黏膜屏障功能受損，細菌移位有關。研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，CKD大鼠腸道黏膜閉合蛋白1、閉鎖蛋白及ZO1蛋白明顯下降或缺失，腸黏膜上皮細胞間緊密連接受損，腸道通透性升高，細菌、內毒素及大分子物質可吸收入血[16]。Vaziri等[17]將人類腸黏膜上皮細胞培養(yǎng)液分別加入ESRD患者透析前血漿、ESRD患者透析后血漿和健康人群血漿，經上皮電阻抗(TER)測定發(fā)現(xiàn)，ESRD患者透析前血漿培養(yǎng)的腸黏膜上皮細胞TER明顯下降，而TER與腸道通透性呈負相關，同時，閉合蛋白1、閉鎖蛋白及ZO1蛋白含量也明顯降低。ESRD患者透析后血漿中培養(yǎng)的腸細胞緊密連接損傷程度與透析前組相比較輕。由此可以推測，CKD患者體內潴留的尿毒癥毒素及代謝產物能夠損傷腸黏膜上皮細胞緊密連接，導致腸黏膜上皮屏障功能失調，而部分尿毒癥毒素和代謝產物可經過透析清除。隨后，Vaziri等[18]又將腸黏膜上皮細胞分別放置于含有尿素和尿素酶的培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h，發(fā)現(xiàn)TER和緊密連接蛋白下降程度與尿素水平呈正相關，而尿素酶可放大這種效應，說明尿素水平升高也是CKD患者腸上皮屏障功能損傷的重要原因之一。這可能是由于尿素大量進入腸腔，在含有尿素酶的細菌作用下，尿素逐漸轉變?yōu)镹H4OH，使腸道pH升高，繼而導致腸壁通透性增加，緊密連接蛋白溶解，腸黏膜上皮屏障功能受損，內毒素甚至細菌成分如RNA等物質入血，導致全身炎癥反應，而全身炎癥反應又能激活肌球蛋白輕鏈激酶、水解緊密連接蛋白，加重腸黏膜上皮屏障損傷[19]。

除了尿毒癥毒素及尿素外，CKD患者其他全身因素也會加重腸黏膜上皮屏障功能損傷。如腸水腫和腸缺血。當CKD患者發(fā)生失代償性充血性心力衰竭時，機體水鈉潴留，血容量負荷過重，導致腸壁增厚水腫，通透性增高[20]。利尿劑在CKD患者中應用廣泛，可造成一過性低血壓及腸道缺血[21]。不論是腸道水腫還是缺血，均能夠使腸道上皮屏障功能受損，刺激炎癥因子的產生，導致全身炎癥反應，而全身炎癥反應又進一步加重腸道上皮屏障功能的損傷。

預防和改善CKD患者腸道功能紊亂的措施

調節(jié)腸道菌群

高膳食纖維結構飲食 如上所述，限制膳食纖維攝入是導致腸道菌群結構和功能改變的一個主要因素。有研究表明，低膳食纖維飲食能夠降低肌酐清除率，加重腎間質纖維化、腎小管損傷，破壞Nrf2通路，加重全身炎癥反應及氧化應激反應，而高膳食纖維飲食能夠減輕腸黏膜上皮細胞緊密連接損傷及延緩腎功能不全進展[22]。維持性透析的ESRD患者補充淀粉后，循環(huán)中的尿毒癥毒素水平下降[23]。這可能與高膳食纖維飲食時，碳水化合物增多，腸道菌群較穩(wěn)定，共生菌合成短鏈脂肪酸增多，結腸細胞能量來源增加有關。同時也有研究表明，應用α糖苷酶抑制劑，如阿卡波糖，可使結腸內碳水化合物水平升高，從而改善CKD患者腸道菌群紊亂情況，減少尿毒癥毒素的產生[24]。

益生元及有益菌種 CKD患者腸道內有害菌群增多，由此可以推測，增加腸道內有益菌種的數(shù)量，可改善腸道菌群紊亂，從而減輕全身炎癥反應。但事實上，最近的研究表明，單用有益菌種，對改善全身炎癥反應及其他臨床癥狀無明顯效果。因此，又有學者將益生元及有益菌種聯(lián)合應用于CKD患者[eGFR在10～30 ml/(min·1.73m2)] 6周，發(fā)現(xiàn)這些患者血液循環(huán)中的硫酸P甲酚明顯下降，且糞便中的雙歧桿菌數(shù)量較前明顯增多。但與設想結果不同的是，這些患者的eGFR、血內毒素水平、全身炎癥反應及氧化應激反應的標志物并沒有明顯變化。由于這項臨床研究時間較短，其長遠的影響不明，因此，益生元及有益菌種的作用還需進一步實驗證實[25]。

減少尿素及其他毒素的產生尿素在CKD介導的腸道菌群紊亂及腸黏膜上皮屏障功能受損中起重要作用，因此一些降低尿素水平的措施可以改善CKD患者的臨床癥狀，如低蛋白飲食。有研究表明氨基酸類似物酮酸可減少NH4OH的產生，調節(jié)腸道pH，改善腸道菌結構及功能，從而改善全身炎癥反應，延緩CKD進展[26]。

活性炭具有較強的吸附能力，AST-120是一種球形活性炭，表面積較大，吸附能力強。有學者將CKD模型大鼠分為兩組，一組口服AST-120，一組未使用AST-120，同時健康大鼠作為對照組給予正常飲食，2周后，未使用AST-120組大鼠循環(huán)中內毒素、白細胞介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、MCP-1等炎癥反應標記物水平升高，同時結腸黏膜上皮緊密連接受損，閉鎖蛋白-1、閉合蛋白及ZO1蛋白含量減少?？诜嗀ST-120組大鼠上述損傷較輕[27]。因此，AST-120的應用可能改善CKD患者腸黏膜上皮屏障功能損傷，減輕全身炎癥反應，延緩CKD的進展。

小結：CKD患者腸道菌群組成結構及功能常發(fā)生改變，而腸道菌群代謝產物能夠損傷腸黏膜上皮屏障，使內毒素及其他有害物質入血，導致全身炎癥反應及氧化應激反應，加重腎臟間質纖維化、腎小管損傷，加快CKD進展，誘發(fā)其他伴隨疾病的發(fā)生，形成惡性循環(huán)，如圖1所示[2]。因此，腸道菌群及腸黏膜上皮屏障與CKD有著密切的聯(lián)系，通過恢復腸道菌群結構及功能、減少尿素及其他尿毒癥毒素的產生或吸收可能改善CKD患者的臨床癥狀，延緩CKD的進展，如高膳食纖維、低蛋白飲食、益生元及有益菌種應用、口服活性炭等。此外，腸道疾病與腎臟病關系錯綜復雜，除本文所提及的腸道菌群紊亂及腸上皮屏障功能受損外，其他腸道功能的異常也參與CKD的進展，如長期腸道疾病時鈉、鉀吸收紊亂導致腎臟對鈉鉀濃度感應遲鈍和腎小球濾過率下降，炎癥性腸病時可激發(fā)IgA腎病，精氨酸合成障礙通過促進腸道缺血間接的導致了全身炎癥反應，最終均能導致CKD的進展，但這些還需進一步的研究。

圖1 慢性腎臟病(CKD)時腸道功能紊亂與炎癥反應關系CKD患者腸黏膜上皮緊密連接受損，而合并充血性心衰及應用利尿劑時常導致腸黏膜水腫或腸黏膜缺血，引發(fā)腸道黏膜上皮屏障功能損傷。CKD患者因飲食限制、磷結合劑及抗生素使用導致患者腸道內環(huán)境紊亂，有益細菌種類及數(shù)量較少，產生尿素酶的細菌種類及數(shù)量增多，氨基鹽產生增多，尿毒癥毒素可通過受損的腸黏膜上皮屏障移位入血，激活炎癥反應，炎癥反應又進一步加重腸黏膜上皮功能損傷

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Theintestinalmicrobiota,intestinalepitheliabarrierandchronickidneydisease

YANGNannan,WANGJinquan

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDiseases,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing210016,China

There is increasing evidence pointing to that inflammation is a constant feature and a major mediator of the progression of chronic kidney disease (CKD). Many factors of CKD-induced systemic inflammation and oxidative stress have been explored. Recently, some studies have revealed the relationship between CKD and the dysfunction of intestinal microbiota and the impairment of intestinal epithelia barrier. Significant changes in the composition and function of intestinal bacterial flora are always found in CKD patients, as well as the impairment of the epithelia tight junction. And then, the increased intestinal permeability leads to the uremic toxins transferring to the circulation and systemic inflammation and oxidative stress, which causes the progress of CKD. Here, we will discuss the relationship between intestinal microbiota, intestinal epithelia barrier and CKD.

intestinal microbiota intestinal epithelia barrier systemic inflammation oxidative stress chronic kidney disease

2016-11-28

(本文編輯 逸 沐)

10.3969/j.issn.1006-298X.2017.05.018

國家自然科學基金(81470944)

南京大學醫(yī)學院附屬金陵醫(yī)院(南京總醫(yī)院) 碩士研究生(楊楠楠)國家腎臟疾病臨床醫(yī)學研究中心 全軍腎臟病研究所(南京，210016)