腸道菌群與腎移植

高佩娟 崔 娟 綜述 陶 冶 審校

人體內(nèi)含有豐富的微生物群落,遍布于呼吸道、消化系統(tǒng)、皮膚表面,甚至外周循環(huán)系統(tǒng),數(shù)量極其豐富[1]。糞便中微生物含量1013～1014/g,其中70%的微生物來自于結(jié)腸[2]。糞便的微生物構(gòu)成可近似看作腸道黏液層的微生物構(gòu)成,從而間接反映腸道菌群的構(gòu)成,成為了近年來研究熱點(diǎn)。腸道微生物群落在機(jī)體代謝、免疫性疾病、感染性疾病及腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展等各個(gè)方面均有參與，其組成與人體的健康以及疾病狀態(tài)密切相關(guān)。腎移植是終末期腎病(ESRD)患者的首選治療方式,隨著新型免疫抑制劑的使用,腎移植受者的短期預(yù)后及長(zhǎng)期存活都較以往有所改善,但腎移植術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥如排斥、慢性移植腎腎病、腹瀉、感染等仍然是限制其長(zhǎng)期存活的關(guān)鍵因素。近年來隨著腸道菌群的研究進(jìn)展,從改善腸道菌群構(gòu)成、補(bǔ)充微生態(tài)制劑來緩解腎移植術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的干預(yù)措施。

腸道菌群與腎功能

正常人腸道細(xì)菌大部分屬于厚壁菌門和擬桿菌門,放線菌門、變形菌門、梭桿菌門、疣微菌門相對(duì)豐度較低,腸道菌群的數(shù)量、構(gòu)成隨著消化道部位的不同而有所差別[3]。在慢性腎臟病(CKD)患者中,小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)(SIBO)較為常見,主要是致病性的腸桿菌科增多[4],并且與健康人群及早期CKD患者相比,ESRD患者體內(nèi)菌群失調(diào)更為明顯,尤其是產(chǎn)丁酸鹽的細(xì)菌數(shù)量明顯減少,而丁酸等短鏈脂肪酸(SCFAs)作為腸道菌群的代謝產(chǎn)物之一,不僅為腸道黏膜提供能量,維護(hù)腸道屏障完整性及功能,還可減輕炎癥及氧化應(yīng)激、抗腫瘤、調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫應(yīng)答等[5]。尿毒癥毒素中,硫酸吲哚酚(IS)、對(duì)甲酚硫酸鹽(PCS)是最主要的腸源性毒素,近年來氧化三甲胺(TMAO)因其心血管毒性也備受關(guān)注[6],腸源性尿毒癥毒素與腸道微生物群組成結(jié)構(gòu)失調(diào)密切相關(guān),不僅加重CKD患者體內(nèi)氧化應(yīng)激、炎癥狀態(tài)、心血管死亡風(fēng)險(xiǎn)等,同樣也影響了腎移植受者存活。一方面部分尿毒癥毒素是腸道細(xì)菌的代謝產(chǎn)物,另一方面腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致腸源性毒素累積、腸壁完整性破壞、腸道菌群易位入血,進(jìn)一步加重了惡性循環(huán)。從改善腸道菌群失調(diào)方面來延緩腎功能惡化有望成為CKD及移植腎功能不全患者治療的新靶點(diǎn)。

腎移植術(shù)后腸道菌群變化

腎移植受者圍術(shù)期經(jīng)歷了抗生素使用、手術(shù)應(yīng)激、大劑量免疫抑制劑、內(nèi)環(huán)境變化、飲食改變、抑酸劑使用等一系列過程,均可影響腸道微生物的分布及構(gòu)成。迄今為止已有多項(xiàng)研究調(diào)查了包含腎移植在內(nèi)的實(shí)體器官移植前后腸道菌群的變化,發(fā)現(xiàn)與術(shù)前相比,移植后腸道菌群主要表現(xiàn)多樣性降低、基線優(yōu)勢(shì)菌群豐度下降以及新優(yōu)勢(shì)菌群出現(xiàn);出現(xiàn)新優(yōu)勢(shì)菌群的往往意味著感染風(fēng)險(xiǎn)增加[7]。與術(shù)前及健康對(duì)照組相比,腎移植受者腸道菌群譜的變化主要為變形桿菌門、腸桿菌目增加,產(chǎn)丁酸細(xì)菌(普拉梭菌屬、直腸真桿菌、靈巧糞球菌、陪伴糞球菌、羅斯氏菌、Gemmiger formicilis等)的顯著減少,這一變化趨勢(shì)可持續(xù)至術(shù)后1年以上[5]。

腸道菌群與術(shù)后并發(fā)癥

研究表明,腸道菌群失調(diào)在腎移植術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生時(shí)尤為明顯,包括排斥、感染、腹瀉等,器官移植術(shù)后變形菌門的增加往往與不良健康狀態(tài)相關(guān)[8]。腸道菌群或許可作為反映移植物狀態(tài)的指標(biāo)來預(yù)測(cè)并發(fā)癥發(fā)生,但是兩者之間的相互機(jī)制和因果效應(yīng)仍然需要深入研究。

排斥盡管現(xiàn)有的免疫抑制藥物更有效、更安全,排斥反應(yīng)仍然是移植腎失功的一個(gè)重要的因素和主要原因。越來越多的證據(jù)提示腸道菌群與免疫系統(tǒng)存在相關(guān)性[9]。動(dòng)物試驗(yàn)也證明腸道定植菌群能夠增強(qiáng)抗原呈遞細(xì)胞對(duì)主要的同種異體反應(yīng)性T細(xì)胞的作用,加速移植物排斥反應(yīng)的發(fā)生[10]。在移植術(shù)后發(fā)生急性排斥反應(yīng)的患者中,腸道菌群組分中乳桿菌目、腸球菌科、腸球菌屬及厭氧細(xì)桿菌屬豐度明顯增加,而梭菌目、毛螺菌科、毛螺菌科有些未分類菌屬及擬桿菌門、擬桿菌屬等豐度顯著減少[11]。不同器官發(fā)生移植后排斥反應(yīng)時(shí)的腸道菌群譜變化,各項(xiàng)研究并不相同[7]。既往動(dòng)物試驗(yàn)中嘗試在移植術(shù)前使用抗生素進(jìn)行預(yù)處理,可延遲主要抗原錯(cuò)配的皮膚移植及MHC-Ⅱ類分子錯(cuò)配的心臟移植的排斥反應(yīng)發(fā)生[10]。由此可見,腸道微生物的成分或可預(yù)示著排斥反應(yīng)的發(fā)生,通過靶向改變腸道菌群的組成或可成為提高移植物的免疫耐受策略之一。

感染腎移植術(shù)后腸道菌群譜的變化,特別在大劑量免疫抑制劑作用下,新的優(yōu)勢(shì)菌群易成為感染的來源,并且圍術(shù)期禁食、應(yīng)激等因素引起腸黏膜屏障破壞,促進(jìn)了腸道細(xì)菌易位入血。研究發(fā)現(xiàn)腸球菌尿路感染的患者糞菌中腸球菌明顯增多[11]。圍術(shù)期抗厭氧菌抗生素的使用顯著降低了產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌的相對(duì)豐度,而產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌的高相對(duì)豐度與腎移植術(shù)后2年內(nèi)呼吸道病毒感染發(fā)生率呈負(fù)相關(guān),但暫未發(fā)現(xiàn)和巨細(xì)胞病毒血癥、多瘤病毒血癥存在類似關(guān)系[12]。在血液病淋巴瘤患者中也發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)往往伴隨血流感染的增加,特別是致病菌的定植引起感染、死亡風(fēng)險(xiǎn)的升高[13]。而對(duì)肝移植及造血干細(xì)胞移植患者口服不易吸收的抗生素進(jìn)行選擇性“去污”可一定程度上減少術(shù)后短期內(nèi)細(xì)菌特別是革蘭陰性菌及真菌感染的發(fā)生,但目前缺乏腎移植受者的臨床試驗(yàn)[14-15]。

腹瀉腹瀉是腎移植術(shù)后常見并發(fā)癥,發(fā)生率高達(dá)20%,可能導(dǎo)致脫水、營(yíng)養(yǎng)不良、免疫力進(jìn)一步降低,嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量,并最終增加移植物丟失和死亡風(fēng)險(xiǎn)[16]。大部分移植后腹瀉為非感染性腹瀉,并未發(fā)現(xiàn)明確病原體[16]。既往普遍認(rèn)為腎移植術(shù)后腹瀉是免疫抑制劑的不良反應(yīng),但是近年來研究表明與腸道菌群失調(diào)緊密關(guān)聯(lián)。研究提示與非腹瀉標(biāo)本相比,腹瀉標(biāo)本的特點(diǎn)是微生物多樣性較低,共生菌分類群的相對(duì)豐度較低,被鑒定為顯著降低的類群中,許多屬于共生梭菌,為結(jié)腸細(xì)胞貢獻(xiàn)丁酸,而腸球菌屬、埃希氏菌屬、Lachnoclostridium菌屬的相對(duì)豐度顯著升高;在非移植受者,腹瀉期間共生細(xì)菌的含量也同樣較低[16]。推測(cè)腸道中共生細(xì)菌類群的顯著減少引起代謝紊亂狀態(tài)從而導(dǎo)致了腹瀉。

移植后糖尿病(PTDM)PTDM是腎移植術(shù)后常見并發(fā)癥,發(fā)生率20%～30%[17]。免疫抑制藥物引起的β細(xì)胞功能障礙是其主要原因。近年來研究發(fā)現(xiàn),PTDM患者常合并腸道菌群組分改變,擬桿菌能促使機(jī)體更有效地獲取和利用碳水化合物,雙歧桿菌含有編碼多種糖基水解酶的基因,幫助宿主利用多聚糖。腎移植術(shù)后腸道菌群中擬桿菌和雙歧桿菌豐度的下降可能也參與了PTDM的發(fā)生[18]。另有研究顯示與非新發(fā)糖尿病患者相比,PTDM患者腸道菌群組分中乳酸菌豐度增高,同時(shí)伴Akkermansia muciniphila(Akk菌)豐度顯著下降[19]。在普通人群中也證實(shí),腸道微生態(tài)失調(diào)通過引起腸道通透性增加、內(nèi)毒素血癥、SCFAs和支鏈氨基酸水平改變以及干擾膽汁酸代謝等,可能參與了胰島素抵抗及2型糖尿病的發(fā)生;合理的運(yùn)動(dòng)可能通過影響腸道菌群構(gòu)成而改善胰島素抵抗[20]。

改善腸道微生態(tài)在腎移植的應(yīng)用

受到供腎質(zhì)量等多方面因素影響,術(shù)后移植腎功能不一定能夠完全代償,并且隨著排斥、感染、腹瀉及慢性移植腎腎病等并發(fā)癥的出現(xiàn),移植腎功能會(huì)逐漸下降。有益于CKD群體的干預(yù)措施同樣適用于腎移植受者,特別是伴蛋白尿、移植腎功能不全的受者?；谀c道菌群與機(jī)體代謝、免疫等多方面的關(guān)系,合理地調(diào)整膳食,輔以微生態(tài)制劑等,促進(jìn)有益共生細(xì)菌的生長(zhǎng),調(diào)節(jié)腸道健康,以期能夠改善腎移植術(shù)后并發(fā)癥,改善移植腎受者生活質(zhì)量及長(zhǎng)期預(yù)后。

合理營(yíng)養(yǎng)腎移植受者多合并高血壓,且因術(shù)后營(yíng)養(yǎng)改善、長(zhǎng)期使用免疫抑制劑，常伴脂代謝、血糖異常及體重增加,增加心血管疾病和CKD風(fēng)險(xiǎn)。故腎移植受者應(yīng)遵循低鹽、低脂、低糖、適量?jī)?yōu)質(zhì)蛋白及膳食纖維的飲食原則。碳水化合物是腸道益生菌的主要調(diào)節(jié)者,特別是不被小腸消化吸收的可食用多糖類化合物——膳食纖維,可提高雙歧桿菌、乳酸菌、Akk菌等益生菌豐度,改善腸道菌群多樣性,緩解腸道菌群失調(diào)[21]。蛋白質(zhì)和脂肪的種類及數(shù)量同樣影響腸道菌群構(gòu)成,地中海飲食或者較低蛋白攝入,可增加腸道中產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌數(shù)量,減少致病性腸桿菌科,降低體內(nèi)腸源性尿毒癥毒素IS、PCS等的水平,恢復(fù)腸道的通透性[22],延緩腎移植受者腎功能進(jìn)展、降低PTDM及死亡風(fēng)險(xiǎn)[23];高蛋白飲食會(huì)降低腸道內(nèi)益生菌豐度[21]。高脂飲食,特別是高飽和脂肪酸,可降低雙歧桿菌和Akk菌等益生菌數(shù)量,增加厚壁菌門/擬桿菌門比值,而不飽和脂肪酸作用恰好相反[21]。動(dòng)物試驗(yàn)還證實(shí)微量營(yíng)養(yǎng)素如維生素、礦物質(zhì)、多酚等可影響腸道菌群的組成(圖1)[21]。

圖1 宏量及微量營(yíng)養(yǎng)素對(duì)腸道菌群的影響[21]

微生態(tài)制劑目前的微生態(tài)制劑包括益生菌、益生元、合生元等。益生菌是指攝入足夠數(shù)量時(shí)對(duì)宿主健康有益的活的微生物,主要來源于乳酸菌屬、雙歧桿菌屬,以及酵母菌、大腸桿菌、芽孢桿菌等[24]。益生元是指對(duì)機(jī)體有益的、不易消化的、部分細(xì)菌的發(fā)酵底物,通常指低聚果糖、半乳糖、乳果糖等,也包括一些非碳水化合物[25]。合生元?jiǎng)t是兩者的結(jié)合。研究表明,益生菌可調(diào)節(jié)腸上皮屏障防御功能、增強(qiáng)黏膜免疫,影響細(xì)胞增殖、病原體清除、宿主代謝和信號(hào)通路[26]。腎移植受者服用乳酸桿菌制劑不僅能預(yù)防和治療腹瀉,在接受抗生素及免疫抑制劑治療的同時(shí)還能夠預(yù)防艱難梭菌感染[27],動(dòng)物試驗(yàn)中還觀察到能夠減輕氧化應(yīng)激和炎癥,延緩小鼠動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展[28]。腎移植受者服用益生元及合生元,不僅可促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌生長(zhǎng),還能降低血漿尿毒癥毒素IS、PCS的水平、提高SCFAs水平、促進(jìn)下游胰高血糖素樣肽1(GLP-1)分泌,有益于控制體重、糖尿病和高血壓[3,29-30]。后生元,是相對(duì)較新的概念,指在宿主體內(nèi)具有生物活性的非活菌組分或益生菌的代謝副產(chǎn)物,如維生素、SCFAs、細(xì)胞表面蛋白、酶等[31]。由于益生菌在危重癥及免疫力極度低下人群中有引起機(jī)會(huì)性感染的風(fēng)險(xiǎn)[24],后生元的益生作用越來越受關(guān)注,尤其SCFAs的作用。

糞便微生物菌群移植(FMT)FMT是將“健康”供者的糞便轉(zhuǎn)移到由于結(jié)腸微生物異常導(dǎo)致相關(guān)性疾病的受者體內(nèi),其目標(biāo)是恢復(fù)機(jī)體“健康”的微生物群落,重建腸道的生態(tài)平衡[32]。FMT在復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染的治療中取得了比傳統(tǒng)藥物萬古霉素、非達(dá)霉素更好的效果,并在炎癥性腸病、肥胖和代謝綜合癥、慢性疲勞綜合癥、帕金森病及多發(fā)性硬化癥等其他疾病中也有所應(yīng)用[32]。近年來也用于包括腎移植術(shù)后難治性腹瀉、艱難梭菌感染甚至復(fù)發(fā)性尿路感染的治療,取得良好效果[33-34]。但多數(shù)研究為個(gè)案或系列病案,尤其在器官移植并發(fā)癥方面,缺乏大型隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),且FMT可引起輕度自限性腹部不適、痛性痙攣、腹脹、腹瀉、便秘,以及內(nèi)鏡操作引起的穿孔、出血并發(fā)癥,特別是在免疫缺陷人群中,有引起感染甚至敗血癥的風(fēng)險(xiǎn),甚至傳播一些難以篩查和檢出的疾病,但是目前研究中并未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)的發(fā)生。

小結(jié)：隨著細(xì)菌基因組學(xué)檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)腸道微生物與疾病狀態(tài)的認(rèn)識(shí)也逐步提高,腸道菌群對(duì)于人體的影響早已超越消化道范疇。盡管多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群與器官移植存在一定相關(guān)性,但其具體機(jī)制仍不甚明確,腸道菌群個(gè)體差異大,需要更大樣本群體來驗(yàn)證。目前腸道菌群的研究大部分是以糞便或直腸拭子間接反映腸道微生物組成,其是否真實(shí)反映腸道微生物群體組成還有待進(jìn)一步明確?，F(xiàn)在研究多為個(gè)案或者小樣本研究,隨訪時(shí)間短,尤其是治療方面,缺乏大規(guī)模的臨床試驗(yàn),相關(guān)治療方案的有效性、安全性和耐受性還需要進(jìn)一步明確。