腸道微生物菌群與足細胞損傷的研究進展

凌霄雁 鄭心彤 林栩

【關鍵詞】腸道微生物菌群;足細胞損傷;代謝性產(chǎn)物

中圖分類號：R692.3文獻標志碼：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.01.018

原發(fā)性或繼發(fā)性腎小球疾病均能造成足細胞損傷，而足細胞是腎小球濾過屏障的主要組成部分，也是腎小球疾病防治的關鍵靶點。目前，腎小球疾病的治療仍以免疫抑制劑為主，其毒副作用不可避免。隨著“微生物組基因計劃”的開展，人類微生物菌群對人類健康和疾病的影響得到了更深入的研究，也成為醫(yī)學科學研究領域的熱點之一。研究成果不僅強調了免疫和飲食在腸道微生物菌群組成中的重要作用，同時也表明了腸道微生物菌群對宿主的營養(yǎng)、肥胖、代謝、免疫功能有著很大程度的影響。近年來，腸道微生物菌群在腎臟生理學和病理生理學中的作用已被揭示，腸道微生物菌群組成和結構發(fā)生變化，會使其產(chǎn)生的毒性代謝產(chǎn)物積聚，隨之免疫炎癥失調促進足細胞損傷和腎臟功能障礙。盡管目前確切的發(fā)病機制尚未完全清楚，但是腸道微生物代謝組學在足細胞損傷的新見解將會為足細胞的防治提供新的理論依據(jù)和策略?，F(xiàn)就腸道微生物菌群在足細胞損傷中的研究現(xiàn)狀進行綜述。

1腸道微生物概況

成年人的腸道微生物由大約100萬億個微生物細胞和1000種不同的細菌種類構成，這些細菌群以擬桿菌屬、普雷沃氏菌屬或瘤胃球菌屬為主，腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)被認為是具有強大內分泌代謝活性的內源性“器官”，它的組成取決于宿主和環(huán)境等。遺傳、年齡、抗生素、長期飲食等外界因素影響著腸道微生物菌群，長期飲食中擬桿菌相關的動物脂肪、普雷沃氏菌相關的碳水化合物、蛋白質與腸道微生物菌群密切相關[1]。復雜且具有多樣性、穩(wěn)定性、適應性的微生物菌群與宿主共生、進化、相互作用，維持了微生物與宿主的腸道界面之間的代謝平衡和內穩(wěn)態(tài)，一旦這個平衡被打破則可能會誘導與生態(tài)失調有關的疾病，包括營養(yǎng)不良、炎癥性腸病、癌癥、肥胖癥、糖尿病、動脈粥樣硬化等[1～2]。

腸道微生物菌群及其代謝產(chǎn)物可激發(fā)炎癥或通過調節(jié)不同的免疫途徑，對宿主免疫功能產(chǎn)生明顯的影響。正常腸道微生物菌群的定植有助于腸黏膜及其腸道相關淋巴組織的成熟，維持腸道上皮屏障的功能，促進宿主早期免疫應答和免疫系統(tǒng)的成熟。同時，腸道上皮黏膜與宿主免疫系統(tǒng)也在腸道微生物菌群生態(tài)平衡中調節(jié)抗炎和促炎信號之間的平衡，主要通過免疫細胞識別受體如Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）、NLR（NOD-like receptor）與誘導轉錄因子維A 酸相關孤獨受體γt（Rorγt）、芳香烴受體（Aryl hydrocarbon Receptor，AHR）和輔助性T細胞17（T helper cell 17，Th17）、調節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）、自然殺傷T細胞以及他們誘導的趨化因子、促炎細胞因子參與調節(jié)免疫炎癥[3]。

2腸道微生物菌群在足細胞損傷中的作用機制

2.1腸道微生物菌群代謝內毒素通過LPS/TLRs/NF-κB或p38 MAPK信號通路損傷足細胞

腸道微生物菌群在腎臟疾病中的作用逐漸受到重視，但目前國內在這方面的研究較少，其病理生理機制的研究仍缺乏。國外研究已發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調對腎臟的損傷作用主要為腸道上皮黏膜通透性增加，細菌代謝物（腸源性尿毒癥毒素）及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等內毒素易位進入循環(huán)，隨后驅動免疫炎癥性腎臟損傷[4]。LPS水平與高脂血癥、胰島素抵抗、肥胖相關疾病及慢性炎癥相關[5]，且其刺激分泌的炎性細胞因子MCP-1可能是腎臟疾病進展的早期標志物。Ryu等[6]在Alport腎病模型中發(fā)現(xiàn)CpG-DNA（模擬細菌DNA）和LPS可通過TLR9/TLR4激活巨噬細胞介導TNF-α引起足細胞損傷。TLR是先天性免疫受體，除了在免疫細胞中表達，也表達于腎小管上皮細胞、內皮細胞和足細胞等非免疫細胞[7]。一些研究證明了TLRs可介導足細胞在腎病綜合征中的促進炎癥和免疫的作用。Banas等[8]研究報道LPS刺激足細胞TLR4參與趨化因子的表達，促進白細胞在局部募集，該研究認為LPS/TLR4可能是膜性增生性腎小球腎炎模型中觸發(fā)腎小球炎癥的關鍵。在微小病變腎病綜合征體外模型研究中表明[9]，LPS激活MyD88依賴性TLRs信號傳導途徑，誘導核轉錄因子κB （nuclear factor-κB，NF-κB）核易位，炎性介質（IL-6及IL-8和MCP-1）顯著增加，從而導致足細胞骨架紊亂，同時他們的研究驗證了上皮細胞屏障激發(fā)先天性免疫系統(tǒng)的功能。此外，Saurus 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，LPS內毒素可促進p38絲裂原活化蛋白激酶（p38mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）凋亡途徑誘導足細胞的凋亡，通過阻斷TLR路徑可抑制LPS引起的足細胞損傷。以上研究證明了在足細胞損傷中LPS受體參與了免疫炎癥的調節(jié)，LPS/TLRs可能是腸道生態(tài)失調中免疫炎癥誘導足細胞損傷的介質，未來需要進一步的研究。

2.2腸道微生物菌群代謝產(chǎn)物（腸源性尿毒癥毒素）直接作用于足細胞導致足細胞損傷

硫酸吲哚酚（indoxyl sulfate，IS）、硫酸對甲酚（pcresyl sulfaye，PCS）、三甲胺-N-氧化物（trimethylamine-N-oxide，TMAO）和短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）是腸道微生物菌群代謝產(chǎn)物的重要成分，它們是依賴腸道菌群存在的[11]，腸道生態(tài)失調會產(chǎn)生過量的腸源性尿毒癥毒素，具有腎臟毒性[12]。IS作為AhR的配體，通過有機陰離子轉運蛋白（OAT）轉運定位于足細胞[13]，有研究表明[14]，IS作用于足細胞后，使足細胞處于炎癥狀態(tài)，足細胞特異性蛋白CD2AP、nephrin、podocin等表達降低，這可能與Rac1 / Cdc42 GTPase磷酸化增加、肌動蛋白細胞骨架重組有關。OAT家族對代謝尿毒癥毒素在腸道及腎臟跨上皮細胞屏障、跨組織運輸?shù)淖饔肹15]，可能解釋了腸-腎軸中腸道微生物代謝毒素可以直接作用于足細胞損傷的途徑。TMAO作為化學伴侶可修正足細胞內質網(wǎng)（Endoplasmic reticulum，ER）podocin的R138Q突變體，TMAO在ER中積累以促進蛋白質折疊[16]，從而抑制ER應激力，攜帶R138Q突變的病人可能會受益于TMAO等化學伴侶的治療。但是在高脂飲食誘導肥胖的小鼠研究中發(fā)現(xiàn)[17]，TMAO水平升高有助于腎氧化應激和促炎細胞因子TNF-α和IL-1β增加，從而導致腎間質纖維化和腎功能障礙。TMAO水平與腎臟疾病患者的長期死亡風險增加相關。SCFA被視為是維持腸道上皮細胞屏障功能、調節(jié)免疫炎癥的有益代謝產(chǎn)物，其對腎臟損傷具有保護性[18]，Huang 等研究認為SCFAs在腎損傷中的腎臟保護作用與足細胞自噬相關[19]，但目前也有證據(jù)表明SCFAs可誘導Th1和Th17細胞的免疫炎癥反應[20]。因此，仍需要更多臨床和基礎研究了解和證實腸源性尿毒癥毒素在足細胞中的作用機制。

2.3腸道微生物菌群通過線粒體功能障礙和內質網(wǎng)應激介導足細胞損傷

腸道微生物菌群失調引起的肥胖以及肥胖相關疾?。ㄌ悄虿?、高脂血癥），與腎臟損傷的發(fā)生密切相關[21]，原因可能是肥胖疾病介導的炎癥、氧化應激、足細胞損傷所致[22]。飽和游離脂肪酸代謝失調是肥胖癥和2型糖尿病的特征，而棕櫚酸是飽和脂肪酸的重要成分，且對人體健康危害極大。最近一些研究對棕櫚酸酯（palmitic acid，PA）導致的足細胞損傷機制進行了探討。Xu 等[23]研究表明PA誘導的氧化應激導致線粒體功能障礙，通過激活PLC-DAG-PKC途徑介導ER Ca2+釋放，ER應激增加，促使肌動蛋白細胞骨架重塑、足細胞凋亡或壞死。Yuan 等[24]在糖尿病腎病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)PA通過線粒體單向轉運體上調線粒體Ca2+，引起細胞色素C從線粒體釋放和ER Ca2+消耗增加，進而加速足細胞凋亡。線粒體穩(wěn)態(tài)對ER應激的影響在足細胞損傷中起著重要的作用， Martinez-Garcia等[25]發(fā)現(xiàn)PA的脂毒性可促進足細胞中的炎癥和ER應激相關的胰島素抵抗，從而導致足細胞肌動蛋白細胞骨架重排。Sun等[26]在高脂飲食小鼠模型研究中提出足細胞損傷和白蛋白尿的發(fā)生是在胰島素抵抗發(fā)生之前，Smad3 中間連接區(qū)磷酸化是肥胖相關腎病發(fā)展的機制，在高脂誘導下，Smad3信號在足細胞中被快速激活，引起線粒體損傷，誘使足細胞特異性蛋白nephrin和synaptopodin下降。以上研究表明腸道微生物菌群對足細胞損傷的機制可能是由高脂肪、高熱量飲食誘導腸道生態(tài)失調引起的肥胖及其相關疾病介導的，為腎小球疾病靶向脂毒性治療提供了一個新的理論依據(jù)。

2.4腸道微生物菌群誘導Th17/IL-17損傷足細胞

Th17是依賴腸道菌群存在的，主要位于小腸固有層，可被腸道中特定的黏附微生物誘導，腸道生態(tài)失調可特異性誘導Th17細胞[27]、Treg 細胞和Th17細胞失衡，從而促使腸外組織自身免疫的發(fā)生，越來越多的證據(jù)表明Th17在腎臟自身免疫炎癥中的重要角色[28]。Wang 等[29]在原發(fā)腎病綜合征的研究中表明Th17/IL-17A細胞以劑量和時間依賴性方式使Podocalyxin 表達減少，可通過Fas/FasL 信號通路誘導足細胞凋亡，還觀察到IL-1β、IL-6、IL23和TGF-β、Rorγt 的表達水平升高， 微小病變腎病綜合征、系膜增生性腎小球腎炎和局灶性節(jié)段性腎小球硬化病理嚴重程度隨IL-17表達逐漸增加。Liu 等[30]發(fā)現(xiàn)Th17釋放的IL-17可通過產(chǎn)生c-巨噬細胞活化因子誘導蛋白（c-mip）來下調nephrin磷酸化和Bcl-2水平，誘導足細胞損傷和凋亡，但具體機制未說明。而Yan 等[31]的研究進一步顯示IL-17A通過上調ROS，激活NLRP3炎性小體和分泌IL-1β，從而誘導足細胞損傷，podocin表達降低、desmin表達增加。這些發(fā)現(xiàn)證明Th17細胞釋放的IL-17在足細胞病變中起著關鍵的作用。然而，腸道Th17如何進入腎臟，以上研究中未闡明。Krebs等[32]使用Kaede小鼠可光轉換的腸細胞來追蹤腸道T細胞啟動腎小球腎炎的反應，第一次證明了腸源性Th17轉移到炎癥腎的途徑，他們的研究發(fā)現(xiàn)淋巴組織Th17細胞轉移并居于腸道，然后依賴SP1（specificity protein 1 transcription factor，SP1）受體排出腸外，通過CCR6/CCL20 軸（趨化因子CC-chemokine ligand 20，CCL20及其受體CC-chemokine receptor 6，CCR6）遷移入腎組織，這個研究為腸道微生物菌群誘導Th17/IL-17損傷足細胞的機制提供了更直接有利的依據(jù)。

3防治策略

近年國外研究證明，膳食纖維、益生菌可以改善腸道菌群紊亂，減少腸源性尿毒素的產(chǎn)生，延緩腎功能惡化。Wanchai等[33]對益生元（低聚木糖XOS）的進一步研究指出，XOS通過調節(jié)肥胖癥、高脂血癥和胰島素抵抗，減少腎氧化應激和細胞凋亡，從而使腎功能得到改善。還有研究表明，針對高脂飲食誘導腸內毒素血癥引起的腎損傷，可通過阻斷LPS介導的免疫炎癥來保護腎臟，Xu等[34]的研究說明了金-槲皮素納米粒子可以抑制LPS下游通路TLR4/NF-κB，抑制促炎細胞因子產(chǎn)生，減少代謝紊亂、代謝性炎癥和氧化應激，從而保護足細胞免受損傷。 此外，目前臨床已使用抗IL-17抗體治療牛皮癬，取得很好的療效[35]，因此針對腸道Th17細胞靶向治療可成為足細胞損傷的新治療策略。以上策略在足細胞損傷治療中具有一定的前景，但足細胞損傷今后治療的方向，仍需更多的臨床和基礎研究進行探討。

4小結和展望

目前腸道微生物菌群對于足細胞損傷機制的研究是初步的，還有很多問題需要進行系統(tǒng)的臨床和基礎研究進一步闡明。足細胞靶分子靶基因的治療從來不是單純的一個靶點，因此，進一步對腸道微生物菌群參與的足細胞損傷機制進行研究，可以為針對不同類型的足細胞病和多方面的發(fā)病機制，提供不同的治療手段，也為其診斷和預防提供更多新的思路，但未來仍需要更全面和無偏見的分析和研究，這對于開發(fā)安全有效的精準治療策略是有益的。

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（收稿日期：2018-06-11修回日期：2018-07-15）

（編輯：梁明佩）