老年糖尿病腎病患者腸道菌群失調(diào)的研究進(jìn)展

杜 菲, 李 英

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院 腎內(nèi)科，河北 石家莊 050051)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病的主要并發(fā)癥，是世界范圍內(nèi)致死率最高的疾病之一[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展及生活方式的改變，每年約有30%的糖尿病患者發(fā)展為DN，給國(guó)家、社會(huì)和家庭帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，DN已經(jīng)成為全球嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題。腸道菌群失調(diào)參與DN的發(fā)生發(fā)展，探討老年DN患者腸道菌群失調(diào)有重要意義。

1 腸道菌群概述

腸道菌群，顧名思義就是定植在人體腸道內(nèi)并長(zhǎng)期與人體相互依存的細(xì)菌群[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì), 腸道細(xì)菌有1 000多種，數(shù)量達(dá)100萬(wàn)億之多，正常腸道菌群包括的主要細(xì)菌門有厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門及放線菌門[3]。腸道菌群在人體中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如參與代謝、調(diào)節(jié)免疫、給予保護(hù)、提供營(yíng)養(yǎng)等[4];由于老年患者腸道功能下降，腸道內(nèi)微生物的種類和數(shù)量均發(fā)生變化[5]，有益菌減少，有害菌增加，導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，引起一系列的健康問(wèn)題。現(xiàn)有研究表明，腸道菌群失調(diào)會(huì)引起與食物相關(guān)的慢性炎癥性疾病，如糖尿病、腎臟病、高血壓病、心血管疾病等[6]，這為進(jìn)一步探索腸道菌群在DN的防治中提供了方向。

2 腸道菌群失調(diào)與慢性炎癥反應(yīng)的關(guān)系

2.1短鏈脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)減少 由于飲食習(xí)慣的改變，高糖、高鹽、高脂肪食物攝入增加，蔬菜、水果、粗糧等食物攝入減少，導(dǎo)致體重增加、胰島素抵抗，進(jìn)而引發(fā)糖尿病、高血壓等疾病[7]。由于糖尿病患者限制飲食，富含糖及鉀的食物攝入減少，加重了腸道菌群失調(diào)[8]。腸道微生物水解發(fā)酵不能被消化吸收的碳水化合物，產(chǎn)生包括乙酸、丙酸和丁酸在內(nèi)的SCFA，其中丁酸對(duì)維持人類健康有著關(guān)鍵作用[9]，它為腸黏膜上皮細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)和能量，維持腸道屏障功能，并增強(qiáng)結(jié)腸運(yùn)動(dòng)功能，促進(jìn)腸黏膜及其功能恢復(fù)，減輕炎癥反應(yīng)[6, 10]。正常情況下，SCFA能激活腸上皮細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)受體(G proteincoupled receptor, GPCR)41及GPCR43。GPCR41刺激肽YY (peptide YY, PYY)的釋放，增加腸道轉(zhuǎn)運(yùn)率和飽腹感，并降低腎小球囊內(nèi)壓、減少蛋白尿，延緩DN的進(jìn)展。GPCR43的激活可以緩解炎癥并刺激L細(xì)胞釋放胰高血糖素樣肽1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1)。GLP-1通過(guò)抑制食欲和食物攝入，增加胰島素的分泌，減少胰高血糖素的分泌，從而降低肝臟的葡萄糖輸出，增強(qiáng)外周對(duì)葡萄糖的攝取。GLP-1受體促腸促胰島素激動(dòng)劑可改善胰島功能，降低血壓、改善血脂異常及控制炎癥[11-12]。SCFA還可能通過(guò)上調(diào)肌肉和肝臟組織中5′-磷酸腺苷 (adenosine 5′-monophosphate, 5′-AMP)激活的蛋白激酶信號(hào)通路，減少脂肪細(xì)胞的分解，并通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)提高胰島素敏感性[13]。因腸道菌群失調(diào)使SCFA減少，加快腎臟疾病進(jìn)展。

2.2脂多糖( lipopolysaccharide, LPS)增多 LPS是革蘭陰性菌細(xì)胞壁外膜中的重要組成成分，亦稱為內(nèi)毒素；可激活慢性炎癥反應(yīng)及免疫系統(tǒng)[14]。越來(lái)越多的研究證實(shí)，內(nèi)毒素在胰島素抵抗及慢性炎癥中發(fā)揮著重要作用，與DN的發(fā)生密切相關(guān)[15]。研究表明，Toll樣受體(toll like receptor ，TLR)結(jié)合LPS，激活觸發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而啟動(dòng)免疫系統(tǒng)及細(xì)胞因子的產(chǎn)生[16-17]。LPS在宿主體內(nèi)通過(guò)TLR2/4介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子核因子κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，刺激腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-1及IL-6等促炎細(xì)胞因子的分泌[18]。另外，TLR2通過(guò)識(shí)別細(xì)菌細(xì)胞壁、脂蛋白和脂肽成分介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[19]，促進(jìn)DN的進(jìn)展。

2.3腸源性毒素增多 正常情況下，人體有完整的腸道上皮細(xì)胞屏障，而腸道營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)影響腸道上皮細(xì)胞緊密連接并減少結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量供應(yīng)，從而增加DN患者結(jié)腸上皮細(xì)胞的通透性，引起細(xì)菌和內(nèi)毒素移位，而DN患者由于腎臟功能下降，循環(huán)中代謝廢物增加，無(wú)法排出體外，而蓄積于人體中，破壞腸道上皮細(xì)胞[20]，大量的腸源性毒素通過(guò)破損的腸道上皮細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)，激活免疫系統(tǒng)，引發(fā)慢性炎癥反應(yīng)[21]。

腸源性毒素大致分為以下三類: ①硫酸吲哚酚(indoxyl sulfate, IS)。營(yíng)養(yǎng)不良時(shí)，機(jī)體中分解色氨酸的細(xì)菌種類增加，將色氨酸轉(zhuǎn)換為吲哚，通過(guò)肝臟代謝形成IS[22]，它是一種蛋白結(jié)合的尿毒癥毒素，很難通過(guò)血液凈化去除[23]。IS誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species, ROS)激活NF-κB及p53促使炎癥因子的表達(dá)[24]，通過(guò)增強(qiáng)LPS介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)破壞腎小管上皮細(xì)胞，抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，增加腎間質(zhì)纖維化[25]。另外，IS通過(guò)增加腎素、血管緊張素受體的表達(dá)，激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)，RAAS通過(guò)增加轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)的表達(dá)，加重腎組織纖維化[26]。②硫酸對(duì)甲酚(paraccresol sulfate, PCS)。由于腸道菌群失調(diào)，結(jié)腸中有害菌增多，其發(fā)酵產(chǎn)生芳香族氨基酸酪氨酸(tyrosine, Tyr)和苯丙氨酸(phenylalanine, Phe)，在肝臟中轉(zhuǎn)化形成PCS[27]。PCS通過(guò)不同機(jī)制使腎小管間質(zhì)組織缺氧，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，造成近端腎小管損傷[28]。此外，PCS通過(guò)增強(qiáng)還原型輔酶Ⅱ(triphosphopyridine nucleotide，NADPH)氧化酶活性和增加ROS的產(chǎn)生，而增加炎癥因子的產(chǎn)生，加重腎組織纖維化[29]，從而進(jìn)一步加重腎臟疾病的進(jìn)展。③氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide, TMAO)。TMAO是從富含三甲胺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(肉堿、磷脂酰膽堿及膽堿)中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物[30]。腸道菌群失調(diào)時(shí)，其代謝減少，通過(guò)上調(diào)血管細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)的表達(dá)，促進(jìn)單核細(xì)胞的黏附、活化蛋白激酶C(protein kinase c, PKC)和NF-κB，促進(jìn)炎癥反應(yīng)[31]。TMAO不僅是重要的生物標(biāo)志物，同時(shí)也是胰島素抵抗、胃腸道癌癥及動(dòng)脈粥樣硬化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[32]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，投喂膽堿(TMAO的前體)或TMAO后，小鼠出現(xiàn)腎小管間質(zhì)纖維化和功能障礙[33]。其機(jī)制為，TMAO增多可引起Smad3磷酸化及TGF-β/Smad3信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化，通過(guò)靶向抑制細(xì)菌膽堿三甲胺裂解酶活性，顯著降低循環(huán)TMAO水平、保護(hù)腎功能及改善不良重塑，并降低多種炎癥和纖維化基因的表達(dá)[34-35]。

3 改善腸道菌群失調(diào)防治老年DN

改善腸道菌群被認(rèn)為是防治DN的新靶點(diǎn)，以微生物為目標(biāo)的干預(yù)措施，如益生菌和糞便微生物群移植等，已被證明對(duì)宿主健康有益，下面介紹幾種改善腸道菌群的方法。

3.1益生菌/益生元 通過(guò)調(diào)整腸道菌群的組成，降低腸道內(nèi)毒素濃度，減輕胰島素抵抗，減緩腎臟疾病的進(jìn)展[36]。益生元可增加腸道中有益細(xì)菌的活性，恢復(fù)腸道菌群的平衡，改善腸道黏膜屏障的完整性，有利于DN的防治?？剐缘矸?resistant starch，RS)是特定的膳食補(bǔ)充劑，被稱為腸道菌群的調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群的比例，減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生，改善腸道屏障的完整性并減少全身的微炎癥狀態(tài)。動(dòng)物研究表明，RS可調(diào)節(jié)腸道菌群的比例并增加SCFA的產(chǎn)生，從而可能降低PCS和IS的水平，此外，RS可通過(guò)增加GLP-1和PYY的產(chǎn)生，增加胰島素的敏感性[37-38]。臨床前研究表明，口服活性炭吸附劑AST-120可恢復(fù)結(jié)腸緊密連接蛋白，其通過(guò)吸附尿素衍生的氨和中斷腸肝尿素循環(huán)，降低氧化物質(zhì)活性和氧化應(yīng)激，降低血漿內(nèi)毒素和炎癥標(biāo)記物水平，減緩腎功能的下降程度[39-40]。另外，臨床上已鑒定出可降低TMAO的藥物，如阿司匹林，白藜蘆醇和煀肼(γ-丁甜菜堿的類似物)[41]。

3.2中藥 已有報(bào)道，中藥如柴胡多糖可通過(guò)調(diào)節(jié)TRL4信號(hào)傳導(dǎo)減弱LPS誘導(dǎo)的炎癥，抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)和ROS的產(chǎn)生，改善腸道菌群失調(diào)，減少炎癥反應(yīng)，降低血糖、血肌酐和尿白蛋白[42-43]。目前腸道菌群的預(yù)防及治療在慢性腎臟病及2型糖尿病中較常見(jiàn)，而在DN中較少見(jiàn)，且缺乏大樣本數(shù)據(jù)的支持，因此，仍需要進(jìn)一步的研究。

3.3糞便移植 糞便微生物移植(fecal microbiologicaltransplantation, FMT)是指將健康個(gè)體的糞便懸液輸注到另一個(gè)體的胃腸道，以治愈特定的疾病[44]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，F(xiàn)MT在一定程度上糾正腸道菌群失調(diào)，并且增加丁酸的產(chǎn)生，同時(shí)糾正促炎和抗炎細(xì)胞因子的失衡[45]。目前該方法已應(yīng)用于復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染、炎癥性腸病、慢性代謝性疾病和自身免疫性疾病等疾病，而在腎臟疾病治療中的報(bào)道較少，F(xiàn)MT作為腎臟疾病的輔助治療有著巨大的潛力。

4 小結(jié)

腸道菌群與DN的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，在人體健康中意義重大，但容易受到自身健康、生活習(xí)慣及環(huán)境變化的影響。腸道菌群通過(guò)刺激免疫系統(tǒng)引起炎癥，進(jìn)而引發(fā)一系列的危害。尤其老年DN患者更容易受到腸道菌群失調(diào)的影響，然而，關(guān)于老年DN患者腸道菌群失調(diào)發(fā)病機(jī)制的研究很少，缺乏預(yù)防及治療老年DN患者腸道菌群失調(diào)的臨床研究。基于此，我們需要更深一步的探索，但可以預(yù)見(jiàn)的是，以腸道菌群為靶點(diǎn)防治老年DN是非常有前景的，創(chuàng)新性地將益生菌、益生元等與藥物相結(jié)合可能是未來(lái)老年DN患者靶向治療的新策略。