從腸道微生態(tài)看IgA腎病的防治新策略

趙晉 余紫嫻 惠月清 陳春燕 寧曉暄 孫世仁

IgA腎病(IgAN)是我國(guó)最常見(jiàn)的原發(fā)性腎小球疾病,約20%～30%的患者在發(fā)病15～20年后進(jìn)入終末期腎病(ESRD),需長(zhǎng)期替代治療(血液透析或腎臟移植)來(lái)維持生命,預(yù)后較差[1]。然而,IgAN發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明,目前認(rèn)為半乳糖缺乏的IgA1(Gd-IgA1)生成過(guò)多及由此形成的免疫復(fù)合物在腎小球沉積是IgAN發(fā)生的關(guān)鍵[2]。但Gd-IgA1來(lái)源尚不清楚。目前,指南推薦的治療方法包括血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)/血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑(ARB)和(或)其基礎(chǔ)上的非特異性免疫治療,但臨床療效有限,部分患者還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重藥物不良反應(yīng)(如感染、糖尿病、向心性肥胖等)[3]。因此,闡明Gd-IgA1產(chǎn)生機(jī)制并尋找針對(duì)病因的有效治療策略是IgAN亟待攻克的難題。研究發(fā)現(xiàn),腸道黏膜免疫系統(tǒng)可能是Gd-IgA1的主要來(lái)源[4]。當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí),黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)生紊亂,打破免疫耐受平衡,進(jìn)而產(chǎn)生Gd-IgA1并引發(fā)IgAN[5]。多項(xiàng)研究結(jié)果證實(shí),IgAN患者的腸道菌群發(fā)生紊亂,腸道菌群的結(jié)構(gòu)和豐度發(fā)生特異性改變,因此,重建腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)或能有效從源頭上阻斷IgAN的發(fā)生與發(fā)展[6-7]。近年來(lái),靶向腸道菌群的新興治療方法如益生菌、抗生素、糞菌移植(FMT)等越來(lái)越受到關(guān)注。其主要是通過(guò)改善腸道菌群紊亂、調(diào)節(jié)腸道免疫、減輕腸道炎癥反應(yīng)、降低腸道通透性、增強(qiáng)腸道屏障功能發(fā)揮重要作用[8]。本研究旨在討論IgAN的腸道菌群特征及治療進(jìn)展,為以腸道菌群為靶標(biāo)預(yù)防和治療IgAN提供理論基礎(chǔ)。

一、Gd-IgA1的可能來(lái)源——腸道黏膜免疫紊亂

IgAN是世界范圍內(nèi)最常見(jiàn)的原發(fā)性腎小球疾病,總發(fā)病率超過(guò)2.5/10萬(wàn)人[3]。目前認(rèn)為“四重打擊學(xué)說(shuō)”與IgAN的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān),IgAN患者體內(nèi)出現(xiàn)Gd-IgA1(一重打擊),被循環(huán)中的抗聚糖抗體識(shí)別(二重打擊),形成免疫復(fù)合物后沉積于腎小球系膜區(qū)(三重打擊),激活系膜細(xì)胞增生導(dǎo)致炎癥及纖維化(四重打擊)。因此,阻斷Gd-IgA1的產(chǎn)生是治療IgAN的關(guān)鍵[9]。但由于尚不清楚Gd-IgA1的來(lái)源,導(dǎo)致針對(duì)IgAN發(fā)病機(jī)制的特異性治療方案尚未形成。

人體內(nèi)大部分IgA主要由黏膜相關(guān)淋巴組織合成,其中腸道黏膜淋巴組織(GALT)分泌3～5 g IgA,占全身總Ig的15%[10]。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),黏膜免疫系統(tǒng)中漿細(xì)胞合成的IgA1主要是二聚體結(jié)構(gòu),且缺乏半乳糖,與沉積在腎小球系膜區(qū)的IgA結(jié)構(gòu)一致[11]。IgAN患者常在上呼吸道感染或胃腸道感染后出現(xiàn)肉眼血尿的前驅(qū)癥狀[12],一些IgAN患者合并出現(xiàn)炎癥性腸病(IBD)或乳糜瀉等腸道疾病均提示黏膜免疫在IgAN發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用[13-14]。GALT是黏膜免疫系統(tǒng)中最廣泛和最重要的組成部分,是機(jī)體發(fā)揮局部特異性免疫功能的重要場(chǎng)所,在啟動(dòng)針對(duì)腸道抗原的免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用[15]。正常情況下,抗原可通過(guò)T細(xì)胞依賴(lài)或非T細(xì)胞依賴(lài)途徑激活GALT中的初始B細(xì)胞,使其分化為漿細(xì)胞,分泌IgA(主要是sIgA)[16],而黏膜分泌sIgA的漿細(xì)胞在腸道歸巢過(guò)程中丟失,可能導(dǎo)致血液循環(huán)中出現(xiàn)Gd-IgA1[8]。IgAN患者全基因組關(guān)聯(lián)分析(WAS)發(fā)現(xiàn)IgAN患者腸道內(nèi)IgA合成、腸道上皮屏障完整性、腸道黏膜病原體反應(yīng)等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)基因突變?cè)龆?與IgAN的發(fā)展密切相關(guān)[17]。Sallustio等[18]研究發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照者相比,IgAN患者腸道歸巢調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(Breg)、記憶性B細(xì)胞、IgA+B細(xì)胞增加。另一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn),IgAN患者外周血Gd-IgA1+細(xì)胞、腸道歸巢趨化因子CCR10+、CCR9+細(xì)胞增加[19],提示腸道歸巢可促進(jìn)活化的B細(xì)胞遷移到腸黏膜淋巴結(jié),導(dǎo)致腸道黏膜高反應(yīng)性,參與IgAN發(fā)生發(fā)展。回腸遠(yuǎn)端定點(diǎn)釋放布地奈德或地塞米松抑制了腸道黏膜免疫反應(yīng),降低了IgAN患者的尿蛋白,提示減輕腸道黏膜免疫紊亂可延緩IgAN發(fā)展[20-21]。以上結(jié)果顯示,Gd-IgA1可能來(lái)源于GALT,GALT在IgAN發(fā)生發(fā)展中的作用和機(jī)制還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

二、腸道菌群紊亂參與Gd-IgA1產(chǎn)生

腸道菌群對(duì)黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟發(fā)揮重要的作用,同時(shí)影響免疫應(yīng)答的方向和強(qiáng)度。據(jù)估計(jì),人類(lèi)胃腸道中有多達(dá)1014個(gè)微生物。腸道菌群不僅可刺激杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白、通過(guò)樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)識(shí)別細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育,還可與黏膜表面細(xì)胞上表達(dá)的Toll樣受體(TLRs)相互作用,激活信號(hào)通路,促進(jìn)機(jī)體產(chǎn)生不同細(xì)胞因子,進(jìn)而調(diào)節(jié)T細(xì)胞向不同亞群分化,實(shí)現(xiàn)細(xì)菌耐受與免疫平衡[22]。然而,一旦腸道穩(wěn)態(tài)被打破,腸道微生態(tài)的改變可引起腸道免疫系統(tǒng)功能紊亂,進(jìn)而導(dǎo)致包括IgAN在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生[4]。

B細(xì)胞活化因子(BAFF)和增殖誘導(dǎo)配體(APRIL)在刺激B細(xì)胞的類(lèi)別轉(zhuǎn)換中起重要作用,是維持B細(xì)胞水平和體液免疫的關(guān)鍵因子,參與IgAN的發(fā)生[18]。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,BAFF上調(diào)的無(wú)特定病原體(SPF)小鼠血清IgA1水平升高,在腎小球系膜區(qū)IgA沉積,并進(jìn)展為類(lèi)似IgAN的腎小球損傷。然而,BAFF上調(diào)的無(wú)菌(GF)小鼠沒(méi)有發(fā)生上述現(xiàn)象[18],提示IgAN的發(fā)生依賴(lài)腸道共生菌群。Makita等[23]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),注射TLR9配體CpG-ODN(一種細(xì)菌或病毒中未甲基化的DNA序列)可增加ddY小鼠Gd-IgA1和IgG-IgA免疫復(fù)合物的產(chǎn)生,增加了APRIL誘導(dǎo)的IgA的產(chǎn)生。布地奈德緩釋膠囊靶向作用于回腸末端的黏膜B細(xì)胞,減少Gd-IgA1,達(dá)到治療IgAN的作用[20]。NefIgArd試驗(yàn)顯示,與安慰劑相比,IgAN患者服用16 mg/d布地奈德9個(gè)月后尿蛋白/肌酐比值(UPCR)顯著下降,對(duì)患者隨訪15個(gè)月后,發(fā)現(xiàn)布地奈德顯著延緩IgAN患者的eGFR下降[24]。另一項(xiàng)研究顯示,橙源性細(xì)胞外囊泡包封地塞米松可抑制派爾集合淋巴結(jié)淋巴細(xì)胞激活,減少腸道IgA淋巴細(xì)胞產(chǎn)生和減輕IgAN小鼠腎臟病理?yè)p傷[21]。干酪乳桿菌細(xì)胞壁提取物可誘導(dǎo)小鼠IgA沉積,小腸、派氏結(jié)、腹股溝淋巴結(jié)、脾臟和骨髓中IgA+B220+B細(xì)胞比例升高,腸道屏障功能受損[25]。研究發(fā)現(xiàn),共生微生物如擬桿菌屬、球狀芽胞桿菌和乳酸桿菌的增加和雙歧桿菌屬的下降與小鼠sIgA增加有關(guān)[26]。胃中的共生菌Bacteroidales Family S24-7激活先天淋巴亞群2型(ILC2)產(chǎn)生IL-5,促進(jìn)B細(xì)胞成熟,從而導(dǎo)致IgA的產(chǎn)生[27]。普雷沃氏菌水平與血清白蛋白水平呈正相關(guān),克雷伯氏菌屬、檸檬酸桿菌屬和梭桿菌屬水平與血清白蛋白水平均呈負(fù)相關(guān),嗜膽菌屬與IgAN的牛津分型中腎小球新月體的存在呈正相關(guān)[28]。一項(xiàng)雙向孟德?tīng)栯S機(jī)化研究顯示,腸球菌屬是IgAN發(fā)生的保護(hù)因素,而丁酸球菌屬是IgAN發(fā)生的危險(xiǎn)因素[29]。以上結(jié)果提示,腸道菌群紊亂可引起腸道黏膜免疫紊亂,參與IgAN的發(fā)生發(fā)展。

三、IgAN的腸道菌群特征

目前有多項(xiàng)研究探討了IgAN的腸道菌群特征[6-7,30]。一項(xiàng)納入了11篇橫斷面研究的Meta分析顯示,腸道菌群β多樣性在IgAN患者和健康對(duì)照者之間存在顯著性差異,但α多樣性無(wú)改變。在門(mén)水平上,厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、放線菌門(mén)、變形菌門(mén))、梭菌門(mén)和疣微菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。在屬水平上,埃希菌-志賀菌屬、鏈球菌屬和副孢子蟲(chóng)屬在IgAN患者中占比較高。瘤胃球菌科、毛螺菌科、普拉梭菌屬、普雷沃菌屬、梭狀芽胞桿菌屬、羅氏菌屬在IgAN患者中豐度較低[7]。Zhao等[6]進(jìn)行的一項(xiàng)內(nèi)部建模聯(lián)合外部驗(yàn)證的大樣本量隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn),IgAN患者具有獨(dú)特的腸道菌群特征,具有較低的α多樣性和過(guò)度增殖的菌群鏈(Proteobacteria-Gammaproteobacteria-Enterobacteriales-Enterobacteriaceae-Escherichia-Shigella),其中Escherichia-Shigella對(duì)這一特定菌群鏈豐度激增的貢獻(xiàn)最多,以其為主的腸道菌群診斷模型可高效區(qū)分IgAN和健康對(duì)照,與上述結(jié)果一致。進(jìn)一步對(duì)隨訪6個(gè)月的IgAN患者糞便標(biāo)本進(jìn)行16S rRNA測(cè)序,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在臨床緩解的IgAN患者中,6個(gè)月的免疫抑制治療顯著逆轉(zhuǎn)了Escherichia-Shigella及其屬鏈的擴(kuò)張,菌群多樣性顯著增加,而在未達(dá)到臨床緩解的IgAN患者中沒(méi)有觀察到上述現(xiàn)象,以上結(jié)果提示Escherichia-Shigella顯著增加是IgAN患者腸道菌群失調(diào)的特征,有望成為IgAN的診斷生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群往往通過(guò)其產(chǎn)生的代謝物與宿主相互作用[31]。一項(xiàng)采用宏基因測(cè)序手段探討IgAN患者腸道菌群變化特征的研究通過(guò)MetaCyc代謝數(shù)據(jù)庫(kù)分析預(yù)測(cè)了與微生物群相關(guān)的代謝途徑,結(jié)果顯示氨基酸和聚糖的生物合成與IgAN的發(fā)生有關(guān)。微生物酶分析顯示,普氏梭桿菌分泌的α-半乳糖苷酶和α-N-乙酰基-半乳糖胺酶可能與Gd-IgA1的產(chǎn)生有關(guān)[32]。Chai等[33]發(fā)現(xiàn)IgAN患者糞便短鏈脂肪酸(SCFAs)水平降低與梭菌綱、梭菌目和產(chǎn)糞甾醇真桿菌屬相關(guān)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),高水平的Gd-IgA1、IL-22和腫瘤壞死因子(TNF)-α與色氨酸-犬尿氨酸代謝途徑的活性及較低水平的3-吲哚丙酸有關(guān)。3-吲哚丙酸、犬尿氨酸和吲哚丙烯酸對(duì)調(diào)節(jié)IgAN患者的免疫炎癥反應(yīng)具有協(xié)同作用[34]。以上結(jié)果提示腸道菌群及其代謝物的紊亂可能導(dǎo)致Gd-IgA1的產(chǎn)生,進(jìn)而引起IgAN的發(fā)生,因此靶向腸道微生態(tài)治療IgAN具有重要意義。

四、干預(yù)腸道菌群治療IgAN

1.益生菌:益生菌是定殖在人體內(nèi),改變宿主某一部位菌群組成的一類(lèi)對(duì)宿主有益的活性微生物,主要通過(guò)修復(fù)腸黏膜屏障、防止有害生物擴(kuò)張和移位等機(jī)制平衡腸道菌群,進(jìn)而促進(jìn)健康。Li等[35]使用小鼠慢性腎臟病(CKD)模型發(fā)現(xiàn)普拉梭菌有利于CKD小鼠腎功能的恢復(fù),其機(jī)制可能是普拉梭菌分泌的丁酸鹽介導(dǎo)了腎臟GPR-43信號(hào)傳導(dǎo)。口服益生菌干酪乳桿菌Zhang糾正了急性腎損傷(AKI)誘導(dǎo)的腸道微生態(tài)失調(diào),減輕了腎損傷,延緩了AKI向CKD進(jìn)展[36]。一項(xiàng)Meta分析顯示口服益生菌可改善CKD患者的腎功能和血脂譜[37]。以上結(jié)果提示益生菌可有效改善腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展。多項(xiàng)研究也探索了益生菌在IgAN中的作用和機(jī)制[38-39]。Soylu等[38]研究發(fā)現(xiàn)使用具有益生菌特性的葡萄球菌酵可降低IgAN小鼠體內(nèi)sIgA產(chǎn)生、系膜增生和基質(zhì)擴(kuò)張,從而阻止疾病發(fā)生。其可能機(jī)制包括通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞減少腸道炎癥、抑制病原體、阻礙病原體附著于腸道黏膜、抑制微生物毒素產(chǎn)生、促進(jìn)IgA的產(chǎn)生及對(duì)腸壁產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)。Tan等[39]發(fā)現(xiàn)使用含雙歧桿菌的益生菌可顯著緩解腸道生態(tài)失調(diào)、減輕IgAN病理?yè)p傷和減緩腎病表型。然而,盡管這些研究表明益生菌在IgAN中可能具有重要的作用,但目前尚未有相關(guān)的臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)。因此,有必要進(jìn)行多中心、大樣本的臨床試驗(yàn),以便深入地了解益生菌在IgAN中的作用和效果。

2.抗生素:腸道微生物組對(duì)抗生素的反應(yīng)是高度復(fù)雜和可變的,受多種因素影響。這些影響因素包括抗生素種類(lèi)、劑量和作用時(shí)間等[40]。一些特定抗生素如利福昔明也被證實(shí)具有改變腸道菌群、抑制細(xì)菌附著、預(yù)防腸道炎癥和調(diào)節(jié)腸道屏障功能等作用,從而有助于延緩疾病的發(fā)生[41]。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),使用廣譜抗生素(萬(wàn)古霉素/阿莫西林/新霉素/甲硝唑)消耗腸道菌群可減少α1KI-CD89Tg小鼠IgA1系膜沉積、尿蛋白和腎小球炎癥[42]。另外,利福昔明可降低IgAN小鼠的UPCR、血清hIgA1-sCD89、hIgA1腎小球沉積和CD11b+細(xì)胞浸潤(rùn)。同時(shí),其還能顯著降低BAFF、pIgR和TNF-α的表達(dá)[43]。這些結(jié)果為抗生素在IgAN治療中的潛在作用機(jī)制研究提供了支持。

雖然抗生素治療有一定療效,但也有可能引發(fā)一些嚴(yán)重的問(wèn)題,如艱難梭菌感染和抗生素耐藥[4]。因此,在決定是否使用抗生素進(jìn)行治療時(shí),臨床醫(yī)生需要仔細(xì)權(quán)衡其可能帶來(lái)的益處與潛在的不良反應(yīng)。

3.FMT:FMT是一種新興的治療手段,通過(guò)收集健康供體的糞便,去除雜質(zhì)并分離其中的菌群,制備成糞菌懸液,經(jīng)過(guò)上消化道或下消化道灌注在受體腸道內(nèi)。這種治療方式旨在向受體腸道內(nèi)引入完整的微生態(tài)系統(tǒng)和有益的共生菌群,從而改變受體腸道菌群失調(diào)狀態(tài),調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫系統(tǒng),進(jìn)而治療相關(guān)疾病[44]。

近期研究結(jié)果表明,FMT對(duì)IgAN的治療具有顯著效果。Lauriero等[45]分別向IgAN模型小鼠注射了健康人、無(wú)進(jìn)展期IgAN、進(jìn)展期IgAN患者的糞菌,結(jié)果顯示移植了進(jìn)展期IgAN患者糞菌的小鼠腎臟表型加重,變形菌門(mén)豐度增多,而移植了健康人糞菌的小鼠腎臟病理減輕、IgA1沉積減少。另外,對(duì)2例難治性IgAN患者進(jìn)行FMT治療后,發(fā)現(xiàn)其尿蛋白明顯下降,埃希菌-志賀菌屬(治療前6.0%比治療后0.3%)和變形菌門(mén)(治療前20.0%比治療后3.0%)的豐度顯著減少[46]。Zhi等[47]對(duì)1例患者進(jìn)行FMT治療后,發(fā)現(xiàn)其尿蛋白水平下降,腸道菌群多樣性增加。以上研究結(jié)果表明,FMT重建腸道菌群穩(wěn)態(tài)可作為治療IgAN的一種有效新策略,當(dāng)然其安全性和有效性亟待更加嚴(yán)密設(shè)計(jì)的臨床試驗(yàn)證實(shí)。

五、總結(jié)

“腸-腎”軸理論揭示了腸道微生態(tài)失衡與腎臟疾病的發(fā)生和進(jìn)展之間的密切關(guān)系。腸道菌群紊亂破壞黏膜免疫系統(tǒng)的免疫耐受平衡,促進(jìn)Gd-IgA1的產(chǎn)生,繼而形成免疫復(fù)合物沉積在腎小球系膜區(qū),導(dǎo)致IgAN的發(fā)生。多項(xiàng)研究表明IgAN患者腸道菌群發(fā)生特殊改變,提示靶向腸道微生態(tài)的方案可能成為未來(lái)治療和預(yù)防IgAN的一種新策略。目前,益生菌、抗生素、FMT等治療方案或可成為IgAN治療和預(yù)防的新手段。但仍有一些問(wèn)題尚未得到解決。如各項(xiàng)研究結(jié)果差異較大,研究結(jié)果多為動(dòng)物實(shí)驗(yàn),缺乏大樣本、多中心的臨床試驗(yàn)等。因此,需要積極探索腸道菌群與IgAN之間具體的作用機(jī)制和治療方案,為尋找靶向腸道菌群治療IgAN提供更多的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。