慢性腎臟病患者腸道菌群的變化及影響研究

包文晗，王悅

健康人群的消化道內(nèi)定居著約100萬億的微生物，其基因總數(shù)約為人體基因數(shù)量的100倍，構(gòu)成了人體消化道內(nèi)復(fù)雜而龐大的微生態(tài)系統(tǒng)［1］。正常情況下，腸道菌群與人體相互適應(yīng)、互利共生，人體為腸道菌群提供寄居場所，腸道菌群參與人體的消化吸收、能量代謝、免疫調(diào)節(jié)等生理活動(dòng)［2］。近年來，多項(xiàng)研究表明腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能紊亂與多種疾病相關(guān)，如慢性腎臟?。–KD）、癌癥、肥胖、糖尿病、炎癥性腸病等［2-3］。CKD患病率為8%～16%，已成為威脅人類健康的重要疾?。?］，其與腸道菌群的關(guān)系也受到越來越多的關(guān)注。本文就CKD患者腸道菌群的變化及影響做一綜述，希望通過調(diào)節(jié)腸道菌群延緩CKD進(jìn)展以降低病死率。

1 腸道菌群的組成和生理作用

健康人群腸道內(nèi)定居著種類繁多的微生物，其中以5個(gè)細(xì)菌門（厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、疣微菌門）和1個(gè)古菌門（廣古菌門）最常見。厚壁菌門和擬桿菌門占腸道菌群的90%［2］。腸道菌群中既包含對人體有益的益生菌，又包含一些潛在致病菌，二者處于共生狀態(tài)。腸道菌群保持動(dòng)態(tài)平衡并與人體相互作用，發(fā)揮著重要生理功能。腸道菌群可通過修復(fù)腸上皮細(xì)胞緊密連接結(jié)構(gòu)、誘導(dǎo)熱休克蛋白表達(dá)、上調(diào)黏蛋白基因、競爭性抑制病原菌、分泌抗菌肽、抑制腸道炎性反應(yīng)等方式維持腸道的結(jié)構(gòu)與功能［2，5］。腸道菌群參與重要免疫反應(yīng)，可促進(jìn)免疫系統(tǒng)發(fā)育和成熟，降低人體對食物或環(huán)境中抗原的過敏反應(yīng)，誘導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)及細(xì)胞分化［2，6］。此外，腸道菌群還可參與能量物質(zhì)代謝，如降解難消化的植物多糖，促進(jìn)碳水化合物的消化吸收，合成維生素B、維生素K和氨基酸等［3，7］。正常情況下，腸道菌群與人體處于動(dòng)態(tài)平衡、互利共生狀態(tài)。一旦這種平衡被打破，可引起一系列疾病，而疾病的發(fā)生發(fā)展亦可導(dǎo)致腸道菌群發(fā)生變化。

2 CKD/終末期腎臟?。‥SRD）患者腸道菌群變化

CKD/ESRD患者腸道菌群與人體間的平衡被打破，腸道菌群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。VAZIRI等［3］研究發(fā)現(xiàn)切除5/6腎臟的尿毒癥大鼠腸道中乳酸桿菌和普雷沃菌的比例顯著降低。ESRD患者腸道中短桿菌、伯吉古菌、腸桿菌、鹽單胞菌、莫拉菌、涅斯捷連科菌、多囊黏菌、假單胞菌及絲硫菌家族的比例顯著增多。王尊松等［8］對60例非透析尿毒癥患者、60例透析尿毒癥患者及30例健康志愿者的糞便進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)透析尿毒癥和非透析尿毒癥患者糞便中長雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌水平明顯降低，糞腸球菌、大腸埃希菌水平明顯升高。由此可見，CKD/ESRD患者腸道內(nèi)益生菌減少，而致病菌增加。CKD/ESRD引起菌群失調(diào)的機(jī)制目前尚不明確，可能的機(jī)制包括：（1）飲食中纖維素?cái)z入減少：CKD/ESRD患者為限制鉀離子攝入而減少蔬菜和水果的攝入，導(dǎo)致飲食中纖維素?cái)z入減少，腸道內(nèi)纖維素和蛋白質(zhì)比例失調(diào)，分解蛋白的細(xì)菌增加，最終導(dǎo)致菌群失調(diào)［9］。（2）結(jié)腸排空時(shí)間延長：多種因素如生活方式、飲食限制、磷酸鹽結(jié)合劑、原發(fā)性腎臟病及并發(fā)癥等均可導(dǎo)致結(jié)腸排空時(shí)間延長，含氮物質(zhì)在腸腔內(nèi)潴留，菌群能量結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起菌群失調(diào)［2，10］。（3）腸道內(nèi)可利用的蛋白質(zhì)增多：CKD/ESRD患者蛋白消化吸收功能受損，導(dǎo)致腸道內(nèi)可利用的蛋白質(zhì)增多，腸道內(nèi)分解蛋白質(zhì)的細(xì)菌數(shù)量增多［10-11］。（4）腸道pH值增加：CKD/ESRD患者血液中尿素水平增加，腸道細(xì)菌可將尿素水解產(chǎn)生氨，引起腸腔內(nèi)糞便pH值增加，從而導(dǎo)致菌群失調(diào)［2，8］。（5）藥物：CKD/ESRD患者治療過程中服用的抗生素、磷酸鹽結(jié)合劑、代謝拮抗物等藥物均會(huì)影響局部腸道導(dǎo)致菌群失調(diào)［2-3］。CKD/ESRD患者腸道菌群失調(diào)可引起腸道菌群移位、局部或全身炎性反應(yīng)、尿毒癥毒素增加，進(jìn)而加快CKD進(jìn)展［1-2，6］。

3 CKD/ESRD患者腸道屏障功能受損

CKD/ESRD可以損害腸道屏障功能，引起菌群移位，導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥及炎性反應(yīng)。正常情況下，腸黏膜上皮細(xì)胞及其頂端的緊密連接蛋白能阻止細(xì)菌及有害物質(zhì)由腸道入血。研究發(fā)現(xiàn)尿毒癥小鼠結(jié)腸壁中緊密連接蛋白的重要組成部分：閉合蛋白、封閉蛋白-1、ZO-1的表達(dá)明顯下降，導(dǎo)致腸道通透性增加［2，12-13］。VAZIRI等［14］用血液透析前的ESRD患者血清培養(yǎng)腸上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)體外腸道上皮細(xì)胞的通透性增加，并伴有閉合蛋白、封閉蛋白-1、ZO-1的減少。尿毒癥毒素水平增加可引起細(xì)胞間緊密連接蛋白表達(dá)下降，導(dǎo)致腸道屏障功能受損。腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白表達(dá)下降也可降低腸道上皮防御功能，引起腸道屏障功能受損、腸道通透性增加［2］。此外，腸道低灌注，尤其是透析時(shí)超濾量過多或血壓較低時(shí)，也可導(dǎo)致腸道屏障功能受損，腸道通透性增加［2，15］。CKD/ESRD患者腸道屏障功能受損及腸道通透性增加可引起腸道內(nèi)致病菌及毒素移位進(jìn)入血液循環(huán)，導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥、局部或全身炎性反應(yīng)，加速腎功能惡化，形成惡性循環(huán)［2，5］。

4 腸道菌群失調(diào)與尿毒癥毒素

腎功能減退時(shí)，經(jīng)腎臟排泄的尿毒癥毒素在體內(nèi)蓄積可以影響腎臟正常生理機(jī)制。近年來，蛋白結(jié)合性尿毒癥毒素（PBUTs）越來越受到重視［2］。PBUTs前體由腸道菌群分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生，CKD/ESRD患者腸道內(nèi)誘導(dǎo)碳水化合物分解的菌群減少，而誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分解的菌群增多，可導(dǎo)致PBUTs產(chǎn)生過度。此外，CKD/ESRD患者腸道蠕動(dòng)減慢，食物蛋白在腸道內(nèi)停留時(shí)間過長，也可導(dǎo)致PBUTs產(chǎn)生增加［2，16-17］。PBUTs多與清蛋白結(jié)合，難以被血液透析清除，不但使CKD患者腎功能惡化，還可以誘發(fā)炎性反應(yīng)，是心血管疾病的危險(xiǎn)因素之一［17］，其中硫酸吲哚酚（IS）和對甲酚硫酸鹽（PCS）最具代表性［18］。食物中的色氨酸以及苯丙氨酸、酪氨酸在腸道菌群作用下轉(zhuǎn)化為吲哚和對甲酚，經(jīng)腸道吸收后在肝臟代謝產(chǎn)生IS、PCS。IS和PCS主要經(jīng)腎臟排泄，而CKD患者血清中IS和PCS水平增加［2，19］。血液透析對IS和PCS的清除率＜10%［2］，這可能是血清中IS和PCS與CKD進(jìn)展、全因死亡率和心血管疾病病死率密切相關(guān)的原因［20-22］。IS可促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞活性氧（ROS）產(chǎn)生，激活核因子κB（NK-κB）、p53等調(diào)節(jié)因子，使趨化因子表達(dá)上調(diào)，引起腎間質(zhì)單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞聚集，導(dǎo)致腎臟纖維化［23-24］。IS也可以通過激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS），促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）表達(dá)、腎臟纖維化，加速腎功能惡化［25］。PCS可通過激活RAAS促進(jìn)腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞增殖和分化，加重腎臟纖維化［26］。PCS具有促炎作用，可促使腎間質(zhì)單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞浸潤及白介素6（IL）-6、TGF-β等炎性因子表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)腎臟纖維化［27］。IS及PCS均可導(dǎo)致Klotho基因超甲基化，抑制Klotho基因表達(dá)，使其產(chǎn)物對腎臟的保護(hù)作用減弱，促進(jìn)腎臟纖維化，加速腎功能惡化［28-29］。DOU等［30］研究發(fā)現(xiàn)IS可通過促氧化應(yīng)激作用導(dǎo)致血管損傷。IS也可通過削弱抗氧化屏障作用和促氧化應(yīng)激作用促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大和心肌纖維化［31］。PCS是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［22，29］。HAN 等［32］研究發(fā)現(xiàn)PCS可通過增強(qiáng)還原性輔酶Ⅱ氧化酶活性，增加ROS，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡。

近年來，隨著對腸道菌群和尿毒癥毒素的研究深入，腸道菌群代謝產(chǎn)物氧化三甲胺（TMAO）逐漸成為研究熱點(diǎn)。富含膽堿、肉堿、甜菜堿等的食物經(jīng)腸道菌群代謝產(chǎn)生三甲胺，后經(jīng)肝臟分泌的黃素單氧酶氧化成TMAO。TMAO主要經(jīng)腎臟排泄［33］，隨著腎功能減退，TMAO在體內(nèi)蓄積，血清中其水平顯著升高［34］。TANG等［35］研究發(fā)現(xiàn)TMAO可使磷酸化的Smad3水平增高，促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化。MISSAILIDIS等［36］對179例CKD 3～5期患者和80例健康對照者研究發(fā)現(xiàn)，透析治療不影響患者血清TMAO水平，TMAO水平與其血清IL-6、纖維蛋白原、超敏C反應(yīng)蛋白水平呈正相關(guān)；TMAO水平與增加的系統(tǒng)性炎癥相關(guān)，是CKD 3～5期患者病死率的獨(dú)立預(yù)測因素。有文獻(xiàn)報(bào)道TMAO是動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、心功能不全發(fā)生和發(fā)展的危險(xiǎn)因素，其作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究［33］。此外，腸道菌群也可促進(jìn)胍類衍生物、馬尿酸鹽、苯乙酸谷氨酰胺、硫化氫等尿毒癥毒素產(chǎn)生，對人體造成損害［1］。

5 腸道菌群失調(diào)與免疫調(diào)節(jié)功能

正常情況下，人體與腸道菌群處于動(dòng)態(tài)平衡，腸道菌群對抵抗病原體感染、促進(jìn)免疫系統(tǒng)形成及成熟、誘導(dǎo)免疫耐受、維持免疫穩(wěn)態(tài)起著重要作用。如果人體與腸道菌群間的動(dòng)態(tài)平衡被打破，可對人體產(chǎn)生許多負(fù)面影響。CKD/ERSD患者腸道屏障功能受損、腸道菌群移位、致病菌過度繁殖，可激活局部和全身免疫反應(yīng)以清除病原體。WANG等［37］在尿毒癥大鼠中發(fā)現(xiàn)腸道菌群移位，菌群從腸道進(jìn)入腸系膜淋巴結(jié)、血液、肝臟及脾臟，并伴有血清IL-6、C反應(yīng)蛋白水平增加。腸道菌群失調(diào)可使腸黏膜上皮細(xì)胞分泌IL-1和IL-6增加，使B細(xì)胞產(chǎn)生大量特異性免疫球蛋白G，誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞激活輔助性T1（Th1）細(xì)胞和輔助性T17Th17細(xì)胞［38］。MCINTYRE等［39］研究發(fā)現(xiàn)CKD患者血液循環(huán)中細(xì)菌內(nèi)毒素，即脂多糖（LPS）水平隨CKD進(jìn)展而升高。LPS被巨噬細(xì)胞識別，促進(jìn)干擾素（IFN）-β、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子（TNF）α等釋放［2］。大量細(xì)胞因子、炎性因子等釋放可加重腸道屏障功能的損傷，促使腸道菌群移位，形成惡性循環(huán)。持續(xù)性全身炎性反應(yīng)是CKD不良預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［40］。細(xì)菌的產(chǎn)物可激活血管內(nèi)皮細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等細(xì)胞上的識別受體。LPS的受體Toll樣受體4（TLR4）參與動(dòng)脈粥樣硬化的形成過程。因此，CKD/ESRD患者中LPS/TLR4信號上調(diào)，可加速動(dòng)脈粥樣硬化的形成［41］。

CKD/ESRD患者雖處于慢性全身性炎癥狀態(tài)，但仍存在免疫缺陷，使感染概率增加，其機(jī)制尚不明確［2，6］。有學(xué)者推測，在CKD/ESRD患者中，移位的腸道菌群及產(chǎn)物持續(xù)刺激Toll樣受體（TLRs）可產(chǎn)生免疫耐受現(xiàn)象，而伴隨炎性反應(yīng)上調(diào)的抗炎因子可以抑制免疫功能，形成免疫缺陷狀態(tài)［6，42］。上述機(jī)制是否正確有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

6 CKD/ESRD患者腸道菌群失調(diào)的治療

近年來，部分報(bào)道顯示患者服用益生菌、益生元或合生元可減少尿毒癥毒素產(chǎn)生、減輕全身炎性反應(yīng)、延緩CKD進(jìn)展［1-2，38，43］。而益生菌是對人體健康有益的活菌，包括雙歧桿菌、乳酸桿菌、鏈球菌等。益生元是指能被宿主體內(nèi)菌群選擇性利用并有益于宿主健康的物質(zhì)［44］，包括菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、低聚木糖、焦糊精等［43］。益生菌和益生元結(jié)合在一起，稱為合生元［2］。RANGANATHAN等［45］對46例CKD 3～4期患者進(jìn)行6個(gè)月的隨機(jī)雙盲交叉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)服用益生菌（嗜酸乳桿菌KB27、長雙歧桿菌KB31、嗜熱鏈球菌KB19復(fù)合制劑）可使患者血尿素氮水平下降。WANG等［46］研究發(fā)現(xiàn)腹膜透析患者服用益生菌（兩歧雙歧桿菌A218、鏈狀雙歧桿菌A302、長雙歧桿菌A101、植物乳桿菌A87復(fù)合制劑）可降低血清中細(xì)菌內(nèi)毒素、TNF-α、IL-6、IL-5水平，增加抗炎因子IL-10水平。MEIJERS等［47］對血液透析患者使用菊粉治療4周，血清PCS顯著下降。ROSSI等［48］研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者服用合生元（菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖、乳酸菌、雙歧桿菌、鏈球菌復(fù)合制劑）可明顯降低血清PCS，但對IS無明顯影響，并且可使腸道中雙歧桿菌增多，疣微菌減少。此外，益生菌也可延緩腎臟纖維化、減輕動(dòng)脈粥樣硬化［5］。目前，益生菌、益生元等對腸道菌群、腸道屏障結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確。由于研究樣本量較小、隨訪時(shí)間較短，益生菌、益生元等對CKD/ERSD的治療效果并不清楚［2，38］。有文獻(xiàn)報(bào)道，CKD患者飲食中纖維素增加，可促進(jìn)益生菌增殖、減少炎性反應(yīng)、降低全因死亡率，認(rèn)為CKD/ESRD患者應(yīng)適當(dāng)攝取富含纖維素食物［9］。但目前對飲食中纖維素的最佳攝入量并沒有明確報(bào)道［1-2，5］。調(diào)節(jié)腸道菌群可治療并延緩CKD進(jìn)展，這為CKD的治療提供了新思路，目前仍需大量基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)明確其機(jī)制和療效。

近年來，有研究發(fā)現(xiàn)腸道吸附劑（AST120）和緩瀉劑（魯比前列酮）可通過吸附腸道內(nèi)毒素、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)等機(jī)制降低CKD患者體內(nèi)尿毒癥毒素水平，延緩CKD進(jìn)程［2，5］，但其作用機(jī)制及療效有待進(jìn)一步研究。

7 小結(jié)及展望

腸道菌群構(gòu)成人體消化道內(nèi)復(fù)雜而龐大的微生態(tài)系統(tǒng)，與人體處于互利共生、動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。CKD患者中人體與腸道菌群間的動(dòng)態(tài)平衡被打破，導(dǎo)致菌群數(shù)目及結(jié)構(gòu)變化、腸道屏障功能受損。腸道菌群失調(diào)可引起菌群移位、尿毒癥毒素產(chǎn)生增多以及局部/全身炎性反應(yīng)，加速CKD進(jìn)展，增加全因死亡率［1-2，43］。腸道菌群失調(diào)與CKD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。由于腸道菌群數(shù)量龐大，組成及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不同人群中腸道菌群的組成和豐度不同，其參與CKD發(fā)生發(fā)展的確切機(jī)制尚不明確。目前，中國學(xué)者對腸道菌群與CKD關(guān)系的研究較少，腸道菌群對中國CKD患者的影響有待進(jìn)一步研究。隨著人類微生物組計(jì)劃的進(jìn)行和高通量基因組測序技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人類對腸道菌群的研究越來越深入，有望通過調(diào)節(jié)腸道菌群延緩CKD進(jìn)展、改善動(dòng)脈粥樣硬化、降低病死率，前景十分廣闊。

作者貢獻(xiàn)：包文晗進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)收集、整理，撰寫并修訂論文；王悅負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。