腸道菌群對(duì)尿酸代謝的影響

董文學(xué)，蔣雅瓊，馬利鋒，劉曉麗，康龍麗

1.西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部高原相關(guān)疾病分子遺傳機(jī)制與干預(yù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712082；2.西藏民族大學(xué)環(huán)境與疾病相關(guān)基因研究高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.西藏拉薩市城關(guān)區(qū)扎細(xì)街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心

微生物在我們的生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，普遍存在于我們的口腔、腸道、陰道等[1]。但在現(xiàn)有的科技條件下，仍有99%的微生物還不能被成功培養(yǎng)。為此，需要提出新的微生物研究技術(shù)，以提高對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)。人們過去認(rèn)識(shí)到的微生物變異及多樣性存在著一定的偏差。隨著威斯康辛大學(xué)植物病理學(xué)系學(xué)者喬·漢德曼等在1998年提出了宏基因組學(xué)的觀點(diǎn)，以及高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，自然環(huán)境中微生物群落的神秘面紗被逐漸解開[2]。近年來，宏基因組學(xué)及代謝組學(xué)的不斷發(fā)展，人們得以在分子水平上精確解釋病原生物致病機(jī)制以及相關(guān)的進(jìn)化機(jī)制。同時(shí)，也可以獲得很多潛在的分子靶標(biāo)，用于開發(fā)診斷方法以及創(chuàng)新藥物和疫苗[3]。腸道微生物與人體之間的互利共贏的作用已被證實(shí)，它們參與宿主的免疫、代謝、發(fā)育等。腸道菌群的失調(diào)會(huì)影響到宿主營(yíng)養(yǎng)吸收、免疫屏障、代謝等調(diào)節(jié)[4]。

大量研究表明，不同因素對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)有著明顯的影響，主要包括有機(jī)體出生時(shí)的分娩方式和娩出時(shí)長(zhǎng)[5]，個(gè)體的基因型[6]，飲食差異和生活習(xí)慣[7]，機(jī)體的免疫反應(yīng)[8]，藥物[9]，感染[10]等因素，這些因素均有可能引起菌群結(jié)構(gòu)的改變，失調(diào)的菌群又會(huì)反過來對(duì)宿主的健康產(chǎn)生影響。腸道菌群失調(diào)有可能改變以下代謝途徑：微生物-腦-腸軸[11]，能量的吸收[12]，內(nèi)毒素血癥[13]，膽堿代謝[14]，短鏈脂肪酸代謝[15]，膽汁酸代謝[16]等多種途徑。

尿酸作為一種獨(dú)立的標(biāo)志物或危險(xiǎn)因素[17]，是嘌呤代謝的最后氧化產(chǎn)物[18]，在轉(zhuǎn)化過程中需要一系列酶的參與，這些酶的改變會(huì)導(dǎo)致尿酸代謝異常。尿酸的產(chǎn)生和分泌過程是影響尿酸代謝的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，尿酸的代謝也與體內(nèi)某些特定的微生物有關(guān)[19]。高尿酸血癥(hyperuricemia，HUA)[20]、痛風(fēng)[21]患者與正常人群相比，腸道菌群存在差異性改變。經(jīng)藥物治療降尿酸后腸道菌群結(jié)構(gòu)會(huì)改變[22]，且益生菌可能對(duì)尿酸異常有一定的對(duì)抗作用[23]。因此，探究腸道菌群對(duì)尿酸代謝及其相關(guān)疾病的影響機(jī)制，有望發(fā)現(xiàn)診治HUA及痛風(fēng)的分子靶點(diǎn)。本文將對(duì)尿酸代謝與腸道菌群相關(guān)研究進(jìn)展作一概述。

1 HUA患者的腸道菌群特點(diǎn)

HUA是嘌呤代謝異常導(dǎo)致以尿酸升高為特征的代謝性疾病，HUA生化指標(biāo)的特征是在正常嘌呤飲食狀態(tài)下，非同日兩次空腹血尿酸水平男≥420 μmol/L(7 mg/dl)，女≥357 μmol/L(6 mg/dl)[24]。近年來，HUA在兒童及青少年中的發(fā)病率也呈上升趨勢(shì)[25-26]。當(dāng)血清尿酸鈉濃度超過420 μmol/L時(shí)，尿酸鈉沉淀晶體，進(jìn)而沉積在血管壁、關(guān)節(jié)表面、腎小管中，引起若干相關(guān)的病理變化，甚至導(dǎo)致痛風(fēng)和腎臟損傷[27]。此外，糖尿病[28]、肥胖癥[29]、心血管疾病[30]等疾病也與HUA有關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)的改變，包括口腔菌群的改變，會(huì)致使尿酸代謝異常，進(jìn)而引發(fā)HUA。Liu等對(duì)痛風(fēng)患者、HUA患者、正常人的口腔菌群測(cè)序并進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)或HUA患者的中間普氏菌(Prevotellaintermedia)的豐度明顯高于正常人，而粘質(zhì)沙雷氏菌(Serratiamarcescens)豐度則顯著降低。提示痛風(fēng)或HUA患者有患牙周炎的風(fēng)險(xiǎn)[31]。

瑪依娜·卡哈爾等研究了維吾爾族與漢族HUA患者與健康人群腸道菌群的差異，發(fā)現(xiàn)HUA患者的腸道內(nèi)毛螺旋菌科Roseburia屬(LachnospiraceaeRoseburia)以及乳酸菌(lactobacillus)二者水平均比正常人高[20]。Yu等復(fù)制出了HUA的大鼠模型發(fā)現(xiàn)，較正常大鼠，其腸道菌群的主要變化是擬桿菌門(Bacteroidetes)和黏膠球形菌門(Lentisphaerae)的水平較高，而厚壁菌門(Firmicutes)和柔膜菌門(Tenericutes)的水平較低。用別嘌呤醇或苯溴馬隆藥物治療后，腸道菌群發(fā)生改變：經(jīng)別嘌呤醇處理后，放線菌門(Actinobacteria)水平升高，黏膠球形菌門水平降低；苯溴馬隆治療后，放線菌門和Thermi水平升高，擬桿菌門和黏膠球形菌門水平降低[22]。眾所周知，服用別嘌呤醇藥物治療可抑制尿酸的生物合成或尿酸的產(chǎn)生[32]。所以，這些證據(jù)表明，別嘌呤醇和苯溴馬隆在HUA的治療中可以對(duì)抗HUA患者腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化。這為我們對(duì)HUA的治療提供了新的方向：利用藥物降尿酸為主，輔以生物療法以改善患者腸道菌群。

2 痛風(fēng)患者的腸道菌群特點(diǎn)

痛風(fēng)的發(fā)生與血尿酸高低呈正相關(guān)，但HUA既不能作為痛風(fēng)確診的證據(jù)，也不能忽視其發(fā)展為痛風(fēng)的可能。目前認(rèn)為，只有在現(xiàn)在或之前出現(xiàn)尿酸鹽結(jié)晶沉積的臨床癥狀或體征(包括痛風(fēng)發(fā)作、慢性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎或皮下痛風(fēng))的患者被診斷為痛風(fēng)[33]。然而，一般醫(yī)院對(duì)疑似痛風(fēng)患者采用CT或超聲的影像檢查，但應(yīng)用此類檢查診斷痛風(fēng)主觀性較強(qiáng)，對(duì)操作醫(yī)師要求較高，靈敏性和準(zhǔn)確性較低，較易發(fā)生漏診和誤診[34]。且到目前為止，痛風(fēng)還不能根治，對(duì)痛風(fēng)患者主要是采取控制血液中的尿酸水平，降低急性關(guān)節(jié)炎的發(fā)作，減少尿酸晶體的沉積，防止痛風(fēng)的發(fā)生和尿酸造成的腎功能損傷[35]。有報(bào)道顯示，晚期痛風(fēng)會(huì)導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形[36]。由此，我們亟需尋找新的靈敏性、準(zhǔn)確性更高的診療方法。

近年來，已有不少學(xué)者通過利用宏基因組學(xué)與代謝組學(xué)的研究手段獲取了大量的資料。有研究者在無菌小鼠和抗生素處理后小鼠的關(guān)節(jié)分別注射了單鈉尿酸鹽晶體，發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變會(huì)導(dǎo)致小鼠關(guān)節(jié)對(duì)注射單鈉尿酸鹽晶體的炎性反應(yīng)降低[37]。Guo等[21]通過對(duì)正常人和痛風(fēng)患者進(jìn)行腸道菌群測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，痛風(fēng)患者的腸道菌群結(jié)構(gòu)與健康人有很大的不同。主要發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)患者腸道中的糞便擬桿菌(Bacteroidescaccae)和木糖降解擬桿菌(Bacteroidesxylanisolvens)的豐度比正常人高，普氏糞桿菌(Faecalibacteriumprausnitzii)和假小鏈雙歧桿菌(Bifidobacteriumpseudocatenulatum)豐度較正常人降低[21]。有學(xué)者利用宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)，發(fā)現(xiàn)一些在痛風(fēng)患者腸道內(nèi)豐度較高的菌群與痛風(fēng)患者的代謝物增多有關(guān)。例如：擬桿菌屬與琥珀酸呈正相關(guān)，厭氧繩菌科(Anaerolineaceae)與丙氨酸和α-木糖呈正相關(guān)。丹毒絲菌種(Erysipelotrichaceaesp.)與肌苷呈負(fù)相關(guān)，擬桿菌屬S24_7組與丙氨酸、琥珀酸、牛磺酸呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，擬桿菌屬S24_7組也與痛風(fēng)患者代謝降低的產(chǎn)物纈氨酸、苯丙氨酸呈正相關(guān)[38]。雖然代謝物和菌群之間的聯(lián)系并不意味著它們之間有人和生物相互作用，但它們很可能是糞便特征的組合。因此，我們應(yīng)該更深入的研究腸道微生物區(qū)系、代謝產(chǎn)物、營(yíng)養(yǎng)、免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)之間的復(fù)雜相互作用。這可能給我們之后在痛風(fēng)的診療過程中提供一定的參考意義。

3 腸道菌群與尿酸代謝的關(guān)系

隨著全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人們受到了西方飲食習(xí)慣的沖擊，通過腸道微生物群和基因組適應(yīng)來忍受高嘌呤和高脂肪的飲食[39]。而對(duì)于嘌呤攝入較少的生物，他們的腸道微生物則會(huì)回收尿素、尿酸，利用回收的氮合成宿主大量獲得的必需氨基酸[40]。因此，腸型在代謝尿酸能力上的差異可能導(dǎo)致腸型之間血清尿酸水平的差異[41]。尿酸產(chǎn)生增多以及分泌減少均是導(dǎo)致尿酸代謝異常的主要原因。

3.1 腸道菌群對(duì)尿酸生成的影響體內(nèi)的尿酸20%源于食物攝入，攝入富含嘌呤類食物包括牛羊肉、海鮮、豆類、酵母、各種酒類尤其是啤酒等[42]，均會(huì)增加尿酸的生成。有研究通過高嘌呤飲食喂養(yǎng)鵪鶉，其腸道菌群會(huì)發(fā)生變化，外周血中的脂多糖水平增高，黃嘌呤氧化酶活性增高以及尿酸水平升高，給予抗菌藥物后，腸道菌群改善，盲腸內(nèi)容物和外周血中的脂多糖水平下降，黃嘌呤氧化酶活性也下降，血尿酸趨向正常水平。高嘌呤飲食導(dǎo)致腸道微生物失調(diào)，進(jìn)而使外周血中脂多糖升高和黃嘌呤氧化酶活性升高，可能是致使尿酸升高的重要原因[43]。Chiaro等給無菌小鼠接種了釀酒酵母或橙黃紅酵母后，發(fā)現(xiàn)無菌小鼠的嘌呤代謝增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生了更多的尿酸，他們發(fā)現(xiàn)尿酸越高的人群血清中抗酵母抗體水平也越高[44]。然而，有觀點(diǎn)認(rèn)為，部分食品(如：果糖等)造成的尿酸水平升高可能主要是由于尿酸分泌減少造成的[45]，這提示我們尿酸排泄減少是尿酸升高的主要原因。

3.2 腸道菌群對(duì)尿酸排泄的影響腸道既是尿酸分布的重要場(chǎng)所，又是尿酸清除的靶器官[46]，是尿酸腎外排泄的重要途徑。已有學(xué)者通過全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)了很多與尿酸代謝相關(guān)的位點(diǎn)。例如OAT1、GluT9、URAT1等位點(diǎn)均在尿酸排泄中具有重要作用[47]。其中，介導(dǎo)尿酸排泄的ABCG2在腸道和腎臟中均有表達(dá)[48]。Ichida等[49]發(fā)現(xiàn)，ABCG2功能障礙可導(dǎo)致“生產(chǎn)過?！盚UA的發(fā)生頻率增加。

在腸道中尿酸被腸道細(xì)菌分解成尿囊素[41]。雖然目前對(duì)于腸道菌群影響尿酸代謝的研究仍處于初步階段，其詳細(xì)機(jī)制尚未可知，但許多學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到腸道菌群對(duì)尿酸排泄作用的重要性。有研究[50]報(bào)道，無脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis)小鼠可降低血尿酸水平。腸道中乳酸桿菌PA3可通過削弱嘌呤代謝來降低尿酸濃度，從而起到預(yù)防和緩解痛風(fēng)的作用[51]。另有研究[52]報(bào)道，給予蟑螂抗生素以殺死體內(nèi)共生菌后，原本含有細(xì)菌的脂肪體顯示尿酸增加了20倍，表明其體內(nèi)的布拉巴卡菌(Blattabacteria)有可能將尿酸循環(huán)利用。

3.3 益生菌對(duì)尿酸代謝的影響由FAO/WHO提出的益生菌官方定義是“活的微生物，當(dāng)給予足夠量的時(shí)候，會(huì)給宿主帶來健康益處”[53]。以往研究表明，益生菌對(duì)機(jī)體的益處是顯著改善腸道免疫功能，可直接或間接調(diào)節(jié)腸道免疫應(yīng)答[54]。越來越多的益生菌被認(rèn)為對(duì)特定適應(yīng)證，如利用益生菌預(yù)防抗生素相關(guān)艱難梭菌(Clostridiumdifficile)感染[55]，可以發(fā)揮一定的作用[56]。但也有益生菌在一些臨床應(yīng)用上鎩羽而歸[57]。

在尿酸代謝方面有證據(jù)表明，益生菌補(bǔ)充劑具有降低尿酸水平的生物作用，可以預(yù)防HUA引起的腎臟損傷和高血壓。但益生菌的處理并未恢復(fù)由于HUA引起的腸道菌群的改變[57]。Szulińska等每日給予肥胖絕經(jīng)后女性益生菌，持續(xù)12周。發(fā)現(xiàn)較服用安慰劑的女性相比，服用高劑量益生菌的女性的尿酸水平得到了改善[23]。

但在其他相關(guān)研究中卻有不同的觀點(diǎn)：Haghighat等將75例接受血液透析的患者隨機(jī)、雙盲分為合生制劑、益生菌、安慰劑組，干預(yù)12周發(fā)現(xiàn)，合生制劑和益生菌干預(yù)對(duì)血清內(nèi)壞死標(biāo)志物細(xì)胞角蛋白18(CK-18)、血清尿酸、磷酸鹽水平無影響[58]。甚至可能有著相反的作用：Firouzi等納入了1967-2016年的13項(xiàng)補(bǔ)充益生元、益生菌、合生制劑對(duì)腎功能指標(biāo)的臨床研究進(jìn)行薈萃分析，結(jié)果表明益生元、益生菌、合生制劑補(bǔ)充干預(yù)可降低腎小球?yàn)V過率，增加肌酐，但其對(duì)二者的影響差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相較安慰劑對(duì)照組，干預(yù)組可顯著增加尿酸，降低尿素和血尿素氮[59]。

以上研究表明，益生菌對(duì)尿酸代謝有著一定的影響作用，眾多有關(guān)益生菌的研究可能仍存在缺陷[56]，益生菌領(lǐng)域迫切需要可靠的研究來闡明其確切的作用機(jī)理[60]。由于益生菌種類繁多，具有不同的作用機(jī)制和腸道定植能力，甚至具有潛在致病性，其安全性也有待研究，并且部分菌株具有獲得性耐藥特點(diǎn)[61]。目前對(duì)于益生菌菌群結(jié)構(gòu)也無統(tǒng)一的定論，這均有可能是造成益生菌在不同情況下對(duì)尿酸代謝影響差異的原因。因此，為探明益生菌在個(gè)體體內(nèi)定植傾向以及對(duì)機(jī)體影響的機(jī)制，相關(guān)研究應(yīng)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和臨床可靠的數(shù)據(jù)才能證明益生菌的效用。

4 總結(jié)與展望

尿酸代謝異常可以歸咎于高嘌呤、高果糖飲食的過多攝入和腎或腎外尿酸排泄能力的降低。當(dāng)然，腸道菌群在尿酸代謝中的影響亦不可忽略。微生物群與宿主會(huì)共同進(jìn)化[62]，內(nèi)部因素(性別、遺傳等)和外部因素(飲食、藥物、壓力、環(huán)境等)也可影響菌群組成，菌群結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)影響著宿主表型[63]。目前微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展緩慢，上游基礎(chǔ)研究仍存在瓶頸。重視多學(xué)科的深度合作，會(huì)對(duì)微生態(tài)系統(tǒng)在相關(guān)疾病中的作用有更清晰的認(rèn)識(shí)。在生物治療方面，利用個(gè)性化和精準(zhǔn)配型糞菌移植技術(shù)，通過靶向調(diào)控，重建腸道內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)型菌群，對(duì)人類健康具有重要意義。益生菌如雙歧桿菌和乳酸菌可以降低尿酸水平，但目前尚缺乏針對(duì)糞菌移植治療尿酸代謝異常的研究。

腸內(nèi)菌群會(huì)引起尿酸代謝異常，而尿酸代謝異常也會(huì)反過來改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，兩者之間影響的分子機(jī)制有待進(jìn)一步的研究，以為尿酸代謝提供新的見解，對(duì)其相關(guān)疾病提供診斷的新途徑，針對(duì)不同的患者提供“個(gè)體化”治療方案。同時(shí)，正常的腸道菌群結(jié)構(gòu)的概念及結(jié)構(gòu)組成仍需更深的探索，加快建立、健全標(biāo)準(zhǔn)糞菌庫(kù)以及新型功能菌株的開發(fā)，以給予腸道菌群研究有力的參考。