腸道菌群失調(diào)與慢性腎臟病關(guān)系研究*

李?yuàn)檴?孫倩 楊少寧 于小勇

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽 712046；2.陜西省中醫(yī)醫(yī)院，陜西 西安 710003)

在2017年一項(xiàng)對(duì)全球腎臟病疾病負(fù)擔(dān)的分析發(fā)現(xiàn)，全球共記錄全階段慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)患者697.5萬人[1]。2019年一項(xiàng)流行病學(xué)研究表明，全球CKD患病率約為13.4%，進(jìn)展至終末期腎病(End stage renal disease，ESRD)的患者約為490.2～708.3萬人[2]。CKD因其高發(fā)病率和高死亡率，已造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，越來越成為全球性的公共健康問題。當(dāng)CKD進(jìn)展至ESRD時(shí)，并發(fā)癥多，死亡率高，遠(yuǎn)期預(yù)后差。而傳統(tǒng)的腹膜透析、血液透析以及腎移植等替代療法，都會(huì)受到時(shí)間，條件，腎源等因素的限制，給患者帶來了很大的負(fù)擔(dān)和困擾。因此，為了延緩CKD進(jìn)展，改善CKD患者預(yù)后，新的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的探索至關(guān)重要。腸道菌群在CKD中的作用是近年來研究的熱點(diǎn)。越來越多的研究顯示，腸道菌群的組成結(jié)構(gòu)和功能與腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，腸道菌群有望成為CKD非侵入性診斷標(biāo)志物及新型治療靶點(diǎn)。

1 腸道菌群及其生理作用

近年來，腸道菌群被認(rèn)為是人體健康的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，是人體最大的消化器官和排泄器官。健康人群腸道內(nèi)棲息著100萬億種微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒以及古細(xì)菌等。其中最常見的是5個(gè)細(xì)菌門(包括厚壁菌門、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)。其中，尤以厚壁菌門和擬桿菌門最為常見，約占腸道菌群的90%[3]。這些定值在腸道中的菌群構(gòu)成了人體最龐大、最重要的微生態(tài)系統(tǒng)—腸道微生態(tài)系統(tǒng)[4]，對(duì)人體的健康發(fā)揮著重要作用。健康成人腸道菌群不僅具有分類多樣性，還具有功能多樣性的特征：一方面，參與人體的消化吸收，通過促進(jìn)碳水化合物的消化吸收，生成短鏈脂肪酸、維生素B、維生素K以及氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[5]；另一方面，腸道菌群還能夠促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，促進(jìn)植物多糖、蛋白質(zhì)及脂肪的代謝和轉(zhuǎn)化；此外，腸道菌群能夠調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞的緊密連接蛋白，發(fā)揮腸道黏膜上皮的屏障功能，通過調(diào)節(jié)腸道的pH值，抑制病原菌的過度生長，維持腸道菌群穩(wěn)定[6]；不僅如此，腸道菌群還是“隱形”的免疫器官，能夠促進(jìn)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟，減輕人體對(duì)食物及抗原的過敏反應(yīng)，誘導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)[7]。腸道菌群中有益菌和潛在致病菌保持動(dòng)態(tài)平衡，與宿主處于互利共生的狀態(tài)，腸道菌群與宿主器官之間的關(guān)系在維持宿主內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和各種疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，是腸道生理功能激活和維持的關(guān)鍵[8]。腸道菌群與機(jī)體營養(yǎng)、代謝、生理、免疫功能密切相關(guān)[9]，不同微生物及其代謝產(chǎn)物能參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程中，在一定程度上反映機(jī)體的健康狀態(tài)[10]。

2 腸道菌群失調(diào)對(duì)CKD的影響

2.1腸道菌群失調(diào)的概念 正常情況下，腸道微生物群與宿主是相互依賴的共生關(guān)系，由于某些因素破壞了正常菌群內(nèi)各種微生物之間的相互制約關(guān)系，使其在質(zhì)和量方面都失去平衡，正常生理組成和結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生病理性組合而引起臨床癥狀，稱為腸道菌群失調(diào)。2011年，Meijers等[11]首次提出“腸-腎軸(gut-kidney axis)”學(xué)說；2015年P(guān)ahl等[12]在此基礎(chǔ)上提出“慢性腎臟病-結(jié)腸軸(chronic kidney disease-colonic axis)”的概念。其核心觀點(diǎn)認(rèn)為，CKD發(fā)展過程中會(huì)出現(xiàn)腸道菌群紊亂，加重尿毒癥毒素在體內(nèi)的蓄積，誘發(fā)全身的微炎癥反應(yīng)，加重腎功能的惡化，而衰竭的腎功能不能及時(shí)清除體內(nèi)蓄積的毒素，又加劇腸道微生態(tài)系統(tǒng)的紊亂，最終形成腸-腎之間的惡性循環(huán)。

2.2腸道菌群失調(diào)的原因 CKD患者腸道菌群失調(diào)的原因尚未明確，但是，很多學(xué)者[13-15]認(rèn)為CKD患者出現(xiàn)腸道菌群失調(diào)的相關(guān)因素如下：一則，飲食結(jié)構(gòu)改變，纖維素?cái)z入不足導(dǎo)致益生菌比例減少，而可水解蛋白質(zhì)的有害菌比例增加，含氮廢物聚集于腸道，改變腸道pH值，pH敏感細(xì)菌屬增加，腸道菌群失調(diào)；二則，CKD患者長期應(yīng)用多種藥物，不僅損傷胃腸粘膜，改變了胃腸道的內(nèi)環(huán)境，還可能改變腸道菌群種類和數(shù)量，致使腸道菌群失調(diào)；三則，CKD患者分泌的尿素被腸道菌群水解，產(chǎn)生大量的氨，改變腸腔內(nèi)糞便的pH值，影響腸道共生菌的生長，引起腸道菌群組成和結(jié)構(gòu)的變化；此外，多種因素的共同作用使得結(jié)腸排空時(shí)間延長，致使含氮物質(zhì)在腸腔內(nèi)蓄積并大量繁殖后代，導(dǎo)致菌群結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生改變，發(fā)生腸道菌群紊亂。綜上，各種因素致使尿毒癥毒素蓄積，腸道菌群的組成和豐度發(fā)生改變，進(jìn)而發(fā)生腸道菌群失調(diào)。

2.3腸道菌群失調(diào)的機(jī)制 尿毒癥毒素的蓄積是CKD患者的特征性表現(xiàn)，尿毒癥毒素按其來源部位可分為：內(nèi)源性、外源性以及微生物代謝[16]。其中最主要的三種分子：吲哚酚硫酸酯(indoxophenol sulphate，IS)、對(duì)甲酚硫酸酯(pCS)和三甲胺氮氧化物(trimethylamine nitrogen oxide，TMAO)，是腸道微生物群衍生的尿毒癥毒素，又稱腸源性尿毒癥毒素，能夠損傷CKD患者的內(nèi)皮功能，造成機(jī)體廣泛的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，參與CKD發(fā)病及進(jìn)展以及心血管等各種并發(fā)癥的發(fā)生[17]。其中，IS、pCS是一種蛋白質(zhì)結(jié)合性尿毒癥毒素，是合成尿毒癥毒素的前體物質(zhì)，因其難以通過透析清除而最麻煩和最危險(xiǎn)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白結(jié)合性尿毒癥毒素具有中斷肝臟代謝、誘導(dǎo)腎纖維化、促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化以及介導(dǎo)神經(jīng)性毒性等一系列毒害作用[19]。此外，CKD患者腸道菌群失調(diào)與CKD相關(guān)并發(fā)癥也密切相關(guān)，如：心血管疾病(Cardiovascular disease，CVD)、礦物質(zhì)和骨骼疾病(CKD-MBD)以及認(rèn)知障礙(Cognitive dysfunction)[20-21]。研究發(fā)現(xiàn)[22]，CKD患者血液循環(huán)中脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)水平和CKD進(jìn)展呈正相關(guān)。LPS是革蘭氏陰性菌細(xì)胞外壁的組成成分，由脂質(zhì)和多糖構(gòu)成。其生理作用是通過結(jié)合存在于宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的Toll樣受體(TLR) 4和髓樣分化(MD)因子-2，形成TLR4-MD2-LPS復(fù)合物,進(jìn)而激活下游的NF-κB等通路,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量慢性炎癥前細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和腫瘤壞死因子α(TNF-α)，引起炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[23-24]。CKD患者往往存在著微炎癥狀態(tài)，持續(xù)性全身炎癥狀態(tài)被認(rèn)為是CKD進(jìn)展及不良預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[25]。而促炎細(xì)胞因子水平的升高可誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生更高水平的特異性免疫球蛋白G(IgG)，還可通過樹突細(xì)胞和巨噬細(xì)胞促進(jìn)Th1和Th17反應(yīng)[23]。而過度活化的Th17細(xì)胞是誘發(fā)炎癥性腸炎等自身免疫性疾病的因素之一[26]。CKD患者因腸壁水腫和充血、結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間減慢、酸堿平衡失調(diào)等因素改變腸道上皮的緊密連接，增加腸道通透性，促進(jìn)腸道微生物群發(fā)生易位[27]，腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)進(jìn)而觸發(fā)腸道免疫系統(tǒng)[28]。研究發(fā)現(xiàn)，定值在機(jī)體的微生物群本身就決定了機(jī)體的免疫功能，人體免疫系統(tǒng)與腸道微生物群在保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[29]。

綜上，腸道微生物群與CKD之間是一個(gè)雙向調(diào)節(jié)的過程，尿毒癥毒素、脂多糖、腸道屏障破壞和免疫調(diào)節(jié)障礙是雙向調(diào)節(jié)失衡的重要因素，在雙向失衡中，CKD易導(dǎo)致腸道微生物群的改變，而腸道微生物群失調(diào)又反過來誘導(dǎo)CKD的階段進(jìn)展和并發(fā)癥的發(fā)生，從而陷入相互的惡性循環(huán)[17]。

3 調(diào)節(jié)腸道微生物群對(duì)CKD的潛在治療作用

3.1益生菌 益生菌是對(duì)人體有益的腸道菌群，來源于食物，被稱為“活性微生物”。大量研究證實(shí)，益生菌可以改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)和組成，改善腸道的微生態(tài)環(huán)境，減少血清中IS和PCS等尿毒癥毒素以及LPS的產(chǎn)生，減少細(xì)胞因子及炎癥因子的釋放，減輕腸道黏膜的損傷，改善腸道屏障功能。越來越多的研究表明[30-33]：①補(bǔ)充益生菌能夠改善腸道菌群的組成和結(jié)構(gòu)，重構(gòu)腸道菌群平衡，修復(fù)腸道黏膜上皮細(xì)胞的生物學(xué)屏障功能，抑制致病菌在腸道的入侵和定值，抑制炎癥反應(yīng)；②益生菌代謝產(chǎn)生的乳酸等物質(zhì)，可降低腸道的pH值，既能有效的抑制致病菌的生長，同時(shí)又能阻止腸內(nèi)氨的吸收，減少尿素的生成；③補(bǔ)充益生菌能夠增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，發(fā)揮腎臟的保護(hù)作用；④益生菌能夠發(fā)揮占位效應(yīng)，競(jìng)爭性的抑制病原微生物或抗原與黏膜受體的結(jié)合，減少外源性致病菌的入侵以及抑制內(nèi)源性致病菌的激活，增強(qiáng)機(jī)體的免疫防御能力；⑤此外，補(bǔ)充益生菌不僅能夠改善腸道的蠕動(dòng)功能，促進(jìn)腸道代謝產(chǎn)物的排出；還能通過抑制炎癥反應(yīng)，減少菌群易位來改善CKD患者的營養(yǎng)狀態(tài)。因此，益生菌通過以上因素的協(xié)同作用，減少尿毒癥毒素在體內(nèi)的蓄積，重構(gòu)菌群平衡，穩(wěn)定腸道黏膜屏障功能，參與機(jī)體的新陳代謝，延緩CKD進(jìn)展。但是，關(guān)于補(bǔ)充益生菌、益生元或其聯(lián)合制劑干預(yù)腸道菌群延緩CKD進(jìn)展需要更大樣本量、更長干預(yù)時(shí)間和更高質(zhì)量的研究進(jìn)一步的評(píng)估實(shí)際效果。

3.2糞菌移植 糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，基本原理是將健康者糞便中的正常菌群轉(zhuǎn)接到菌群失調(diào)的患者腸道中，重建腸道微生態(tài)的平衡。對(duì)于腸道菌群失調(diào)的CKD患者來說，F(xiàn)MT是一個(gè)新的治療的方向，但是其中的相關(guān)機(jī)制尚需進(jìn)一步的明確，糞菌移植的安全性有待進(jìn)一步的評(píng)估，潛在風(fēng)險(xiǎn)有待進(jìn)一步的降低，穩(wěn)定性有待進(jìn)一步的提高。

3.3其他 此外，腸道緩瀉劑(如魯比前列酮)、活性炭吸附劑(如AST-120)可以吸附腸道中的毒素，促進(jìn)腸蠕動(dòng)，減少CKD患者體內(nèi)尿毒癥毒素的蓄積，改善腎功能，延緩CKD進(jìn)展[34]。另外，飲食結(jié)構(gòu)的改善，如高膳食纖維飲食、優(yōu)質(zhì)蛋白飲食也能在一定程度上穩(wěn)定腸道菌群的平衡，減少尿毒癥毒素的蓄積，從而進(jìn)行腎臟保護(hù)。

4 中醫(yī)藥在腸道菌群失調(diào)中的作用

CKD屬中醫(yī)學(xué)的“水腫”“腰痛”“虛勞”等范疇，病位主要在脾腎，以脾腎虧虛為本，痰濁濕毒瘀滯為標(biāo)，是為本虛表實(shí)之證。中醫(yī)脾臟與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中機(jī)體代謝、免疫功能及腸道微生態(tài)等多個(gè)系統(tǒng)功能密切相關(guān)，而腸道菌群對(duì)機(jī)體營養(yǎng)、代謝以及免疫作用是脾臟功能生物學(xué)內(nèi)涵的充分體現(xiàn)[35-36]。故CKD腸道菌群失調(diào)當(dāng)從脾論治，而腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致大量腸源性尿毒癥毒素以及內(nèi)毒素的產(chǎn)生，這可能是CKD患者出現(xiàn)本虛標(biāo)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)[37]，因此，治當(dāng)健脾益腎，通腑泄?jié)帷Ｄc道菌群失調(diào)是疾病發(fā)生與藥物起效之間的橋梁，而中藥因具有多成分、多靶點(diǎn)、系統(tǒng)調(diào)節(jié)的作用特點(diǎn)，是理想的腸道菌群調(diào)節(jié)劑[38]。中藥成分能被腸道菌群分解成多種可發(fā)揮藥理作用的生物活性成分，如多酚類物質(zhì)、生物堿、皂苷和多糖等，進(jìn)而改善疾病癥狀，延緩疾病進(jìn)展[39]。有些無藥理活性或活性較低的中藥經(jīng)腸道菌群代謝后能產(chǎn)生新的甚至活性更強(qiáng)的藥效的活性成分[40]?！岸嘟M分對(duì)抗多靶點(diǎn)”作為中醫(yī)藥治療疾病的原則，無論是中藥單品、中藥復(fù)方還是中藥提取物大多數(shù)都是以口服或者灌腸的方式給藥，進(jìn)入消化道，這就為中藥有效成分與腸道菌群相互作用提供可能。通過穩(wěn)定腸道菌群，保護(hù)腸道上皮屏障，減輕尿毒素在體內(nèi)的蓄積，從而發(fā)揮腎臟保護(hù)的作用，延緩CKD的進(jìn)展。現(xiàn)代醫(yī)家基于腸-腎軸理論基礎(chǔ)[41]，綜述近年的研究，認(rèn)為中醫(yī)藥可通過調(diào)節(jié)腸道機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、生物屏障以及免疫屏障來調(diào)節(jié)腸道黏膜結(jié)構(gòu)，平衡腸道菌群，延緩CKD進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)[42-43]，中草藥通過促進(jìn)益生元生長，促進(jìn)腸道菌群平衡，與相關(guān)腸道菌群“相須、相使”，發(fā)揮協(xié)同作用；通過競(jìng)爭性的抑制酶的活性，與相關(guān)腸道菌群“相畏、相殺”，降低腸道微生態(tài)的代謝能力，發(fā)揮拮抗作用，進(jìn)而穩(wěn)定腸道菌群，調(diào)和陰陽，達(dá)到“陰平陽秘”。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，CKD與腸道菌群之間存在著復(fù)雜的關(guān)聯(lián)：一則，CKD的發(fā)生與發(fā)展改變了腸道菌群的組成和結(jié)構(gòu)，破壞了腸道上皮的屏障功能，增加了腸道上皮黏膜的通透性。又因?yàn)轱嬍辰Y(jié)構(gòu)的改變，藥物的使用以及腸道內(nèi)環(huán)境的改變，進(jìn)一步加重腸道菌群的紊亂；二則，以腸道菌群的代謝產(chǎn)物如IS、PCS、TMAO為代表的腸源性尿毒癥毒素在體內(nèi)大量蓄積，以及以細(xì)菌的組成成分如脂多糖為主的內(nèi)毒素的生成和暴露，激活機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)功能，誘導(dǎo)全身的微炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重腎功能的惡化。最終形成腎臟-腸道之間的惡性循環(huán)，預(yù)后不良。雖然益生菌治療、糞菌移植、活性炭吸附劑以及中藥治療等干預(yù)手段打開了CKD治療的新視角，但是仍然存在一定的問題亟待解決。①腸道益生菌的生存率以及抗菌效應(yīng)需要更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)；此外，益生菌對(duì)于腸道微生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)較為單一，主要通過糞便中菌群的種類和數(shù)量，相關(guān)酶的活性、內(nèi)毒素的濃度等，不能動(dòng)態(tài)的評(píng)估菌群中菌種的變化趨勢(shì)和功能分析以及益生菌治療后的菌群變化情況。②大量研究表明了益生菌對(duì)于機(jī)體的保護(hù)作用，但是對(duì)于益生菌的副作用以及長效性鮮有數(shù)據(jù)，仍需要臨床大樣本的數(shù)據(jù)證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，并不是所有的益生菌都能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用，不同特性的益生菌可能對(duì)腎臟疾病產(chǎn)生不同的作用，甚至是相反的作用。因此，益生菌的長效性、安全性、不同特性益生菌對(duì)于腎臟疾病的影響仍需進(jìn)一步的研究。③糞菌移植能夠提高定值在腸道的菌群的數(shù)量及活性，但是長效性仍需大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，安全性有待進(jìn)一步的評(píng)估以及穩(wěn)定性有待進(jìn)一步的提高。④中藥對(duì)于CKD患者腸道菌群調(diào)節(jié)的具體分子機(jī)制仍需要大量的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證；對(duì)于CKD患者腸道菌群中有臨床意義的生物標(biāo)志物以及中藥治療所需的靶點(diǎn)仍需要進(jìn)一步的探究，希望可以通過現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，通過代謝組學(xué)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、分子對(duì)接等手段進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，探索中藥作用機(jī)制，找到精準(zhǔn)有效的切入點(diǎn)。⑤很多對(duì)于CKD患者的腸道菌群研究樣本量不足，加之人群腸道菌群存在較大的差異性，各種腸道微生態(tài)的干預(yù)措施需要更多的、更高質(zhì)量的、大樣本的RCT實(shí)驗(yàn)的支持。因此，對(duì)于腸道和腎臟之間復(fù)雜的雙向交互關(guān)系的研究仍有很長的路要走。