慢性肾脏病与肠道微生态的关系、治疗策略及中医药干预研究

杨康，纪越，赵庆云，杨洪涛

(天津中医药大学第一附属医院，天津 300380)

慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)发病率呈现逐年上升趋势，且因终末期肾衰竭治疗的高额花费及不良预后，使其逐渐成为一项公共社会负担[1]。研究表明，心血管事件、营养不良、系统性炎症等参与患者CKD进程[2-3]。因此，找到引起CKD不良预后的病理标靶迫在眉睫。近年来，诸多证据表明CKD患者存在肠道微生态失调[4-5]。而肠道微生态失调又是诱导CKD进展及并发症发生的主要原因[6-7]。如是，肠道有望成为干预CKD进展的新靶点。

在中医学中，根据CKD的发病特点，可将其归为“腰痛”“水肿”“虚劳”等范畴。其病因病机为脾肾亏虚，湿浊内蕴，病位在脾、肾，并与肠相关。现代诸多中医医家认为，CKD与肠道功能失衡的相互影响，是其由虚致实、虚实夹杂的病理特点的体现。由此，基于以上视角，深入开展CKD介导肠道病理损伤的机理及干预研究，对于不断扩大的CKD人群，不断增长的终末期肾脏病(ESRD)患者，不啻为最大的福音和最迫切的需求。

1 CKD与肠道菌群

1.1 正常肠道菌群

肠道是人体进行营养物质消化和吸收的场所，其内寄居着约500种、1011/mL的细菌，对宿主生理稳态的维持具有重要作用。正常情况下，食物中植物多糖、抗性淀粉和粘蛋白等难消化成分经结肠多种菌群进行有序降解。首先，分泌聚糖降解酶的拟杆菌将食物中的复杂碳水化合物转化为单糖和类寡糖；随后进行初步发酵，产生氢气、二氧化碳、乙醇和短链脂肪酸等，而短链脂肪酸是结肠细胞的主要能量及营养来源[8]。正常肠道微生物菌群能够保护宿主抵抗病原微生物，维持肠道营养平衡(如产生维生素B、维生素K、苏氨酸等)。此外，肠道微生物群在塑造免疫系统和维持免疫稳态中亦发挥了重要作用[9]。

1.2 CKD对肠道菌群的影响

机体肾功能损伤可通过多种途径诱导肠道菌群的改变。首先，CKD时尿毒素蓄积，大量尿素涌入肠道，经肠道脲酶菌代谢为氨，进而水解为具有腐蚀作用的氢氧化铵，导致肠道pH升高，局部炎症产生[10]。第二，由于肾小球滤过率下降，大量尿酸和草酸盐进入肠道，肠道菌群分布显著发生改变，导致以能产生短链脂肪酸的菌群减少，而以分泌脲酶的菌群占主导地位[11-13]。第三，由于对含钾食物(水果和蔬菜)摄入的限制，CKD患者对膳食纤维的摄入不足，因此严重影响了肠道菌群的结构功能和代谢。第四，各种磷结合剂、抗生素的应用，亦能对CKD患者肠道微生物环境产生影响。Vaziri等[4]通过对比ESRD患者及健康者粪便细菌DNA发现，两者有超过190个细菌操作分类单位( OTU) 的丰度存在差异。同样，与健康大鼠相比，在5/6肾切除大鼠中亦存在175个OTU丰度差异。

2 CKD与肠上皮屏障

2.1 正常肠上皮屏障

肠道屏障结构具有防止肠内有害物质(如细菌、毒素等)穿过肠黏膜进入人体内其他组织、器官和血液循环的功能。其构成成分主要是由肠黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接及细菌壁构成的机械屏障。肠道屏障作为一种选择性屏障，能够允许人体所必需的营养物质、电解质和水由肠腔经跨膜转运到达体循环，同时阻止食物抗原、胆汁等有害代谢废物的进入，从而维持了机体内环境的稳定性[14]。随着Meijers等[15]提出“肠肾轴”的概念，揭示了肠道屏障在 CKD 进程中扮演了重要角色。肠道屏障在CKD进程中的作用受到了越来越多的关注。

2.2 CKD对肠上皮屏障的影响

诸多研究为CKD进展期肠屏障损伤提供了证据。紧密连接(TJ)结构作为肠道屏障结构和功能最重要组成部分，其损伤是尿毒症患者系统性炎症的主要原因。Feroze等[16]发现尿毒症患者在没有临床感染证据的情况下，仍然存在内毒素血症。Almeida等[17]发现尿毒症模型大鼠肠系膜淋巴结存在肠道细菌及其DNA片段。Shi[18]等证实ESRD患者血液中存在肠源性细菌DNA片段，提示了尿毒症患者存在肠道细菌的转移入血。Varizi等[19]将ESRD患者透析前后血浆分别加入到T84细胞培养基中培养发现，经透析前血浆培养的T84细胞跨膜电阻与透析后相比明显降低，细胞间TJ结构蛋白Claudin-1、Occludin及ZO-1的表达亦明显降低。在此基础上，Varizi等[20]又将尿素及尿酶分别加入到T84细胞培养液中，发现细胞间紧密连接蛋白表达下调，其下降程度与尿素水平呈正相关，且尿酶可放大此种效应。该研究明确了尿毒素在CKD患者肠上皮屏障损伤过程中的重要作用。此外，CKD由于水液在体内的潴留，血容量过高导致的肠壁水肿，以及利尿剂使用不当，造成一过性低血压及肠壁缺血，均会导致肠道屏障损伤，通透性增加[21]。

3 肠道微生态失调对CKD进程的影响

肠道微生态失调可经多种途径参与CKD病程进展。食物中的色氨酸经大肠埃希菌分解转化为吲哚，随后在肝脏代谢生成硫酸吲哚酚(IS)，经肾小管排出。Wu等[22]观察268名CKD患者发现，其血清IS水平与其肾功能进展及全因死亡率密切相关。Osamu等[23]发现IS可下调肾小球足细胞骨架蛋白、骨形态发生蛋白的表达，诱导肾小球足细胞损伤。肠道厌氧菌可将食物中的苯丙氨酸和络氨酸酵解转化为硫酸对甲酚(PCS)。研究发现[24]，PCS可上调肾小管上皮细胞FN、α-SMA、Snail表达，介导其EMT进程。同时,腹腔注射PCS可以激活CKD模型大鼠肾组织RAS系统，并导致TGF-β1/Smads信号通路的活化，从离体和在体两个层面证实了PCS的促CKD进展效应。氧化三甲胺(TMAO)是肠道微生物分解代谢的产物。Tang等[25]发现大鼠血清TMAO水平增高可导致其肾组织病理损伤，胶原纤维在肾间质大量沉积，随着时间进展，其血清胱抑素C明显升高，提示TMAO可加速CKD进展。

4 肠道微生态失调对CKD并发症的影响

4.1 肥胖与糖尿病

近来研究显示，肠道微生物分布可对宿主体质量产生显著影响。Turnbaugh[26]等通过基因组学研究发现，先天性肥胖小鼠肠道拟杆菌及厚壁菌的相对丰度与正常小鼠相比具有显著差异，其从食物中获取能量的能力更强。并且将肥胖小鼠肠道菌移植到正常受体后，受体小鼠体质量明显增大。另有研究表明，Ⅱ型糖尿病患者肠道机会致病菌数量明显增高[27]，而肠道菌群失调是其发生系统性炎症及胰岛素抵抗的主要原因[28]。

4.2 心脑血管疾病

越来越多的证据支持动脉粥样硬化的“感染学说”。Koren等[29]通过16s rRNA测序，发现人动脉粥样硬化斑块中存在多种细菌，而其中部分菌属可能来源于肠道。血清内毒素是动脉粥样硬化强有力的风险因子，其水平的升高与CKD及血透患者CVD的发生密切相关[30]。此外，IS水平与CKD患者主动脉钙化发生率、PCS与ESRD患者全因死亡率、TMAO对心血管事件的发生，均在一定程度反映了肠道微生态破坏对循环系统的影响[31-33]。

4.3 骨代谢紊乱

部分尿毒症毒素可能对CKD骨代谢产生影响。Kim等[34]发现IS可通过诱导成骨细胞氧化应激，促进成骨细胞凋亡。Tanaka等[35]通过PCS干预原代小鼠成骨细胞，发现当PCS的浓度在0.125 mmol/L以上时，能够显著抑制甲状旁腺激素诱导的cAMP生成；当PCS浓度在0.25 mmol/L时以上时，细胞内ROS含量亦显著升高，细胞活性显著降低。而利用JNK及P38抑制剂能够改善以上损伤的发生。这些结果提示IS、PCS可能作为致病因子，导致CKD骨代谢的异常。

4.4 免疫失调

CKD患者临床感染发生率的增加，往往与其免疫功能紊乱有关[36]。据报道，ESRD患者即使在接种高剂量疫苗后，其T/B细胞特异性抗原反应依然启动不足[37]。Wingender等[38]发现肠道菌群能够影响无菌小鼠体内恒定自然杀伤T(iNKT)细胞表型及功能。Shiba等[39]发现，PCS能够负向调控小鼠超敏反应。同时体外干预研究发现，PCS抑制了IFN-γ诱导的Th1生成，提示了肠源性内毒素PCS可以抑制Th1型细胞免疫应答，导致机体免疫失衡。

5 CKD肠道微生态失调的干预

随着对肠道生理功能及病理状态认识的不断深入，大多数改善CKD患者肠道微环境的治疗措施都聚焦在了调整肠道菌群、促进肠道尿毒素吸收两个方面。

5.1 高纤维食物

如前所述，CKD/ESRD患者膳食纤维摄入受限是其肠道微生态失衡的主要原因之一。正常肠道菌群能将食物中复杂性碳水化合物转化为不饱和脂肪酸，为结肠上皮细胞及T淋巴细胞供能。研究表明[40]，ESRD患者T淋巴水平显著降低。Vaziri等[41]通过观察CKD大鼠高纤维饮食发现，与对照组相比，高纤维饮食组大鼠结肠上皮紧密连接、氧化应激、炎症反应、肾功能及病理损伤均显著降低。此外，抗性淀粉的应用，亦被证实能够显著降低ESRD患者血清尿毒素水平[42]。

5.2 口服吸收剂

碳吸附剂AST-120能够显著降低CKD动物模型氧化应激及炎症状态，延缓肾功能进展[43]。Varizi等[44]发现AST-120能够减轻尿毒素诱导的肠上皮紧密连接结构的损伤。与对照组相比，AST-120组大鼠血清内毒素、IL-6、TNF-α、MCP-1、CINC-3、L-selectin、ICAM-1水平显著下降。因此，应用AST-120改善宿主炎症状态及肠道损伤，可作为治疗CKD的研究方向之一。

5.3 益生菌、益生元

益生菌由乳酸菌、双歧杆菌、链球菌等活性菌构成，对宿主肠道菌群的分布及炎症反应的调节具有重要作用。Ranganathan等[45]发现益生菌能够延缓5/6肾切除大鼠肾功能进展。Wang等[46]发现，在口服益生菌6个月后，腹透患者血清TNF-α, IL-5, IL-6及内毒素水平显著降低，其残存肾单位得到了较好的保护。研究表明[47]，益生元能够促进肠道双歧杆菌的生长，减轻宿主炎症状态，促进新陈代谢。Meijers等[48]发现口服菊粉能够降低血透患者血清PCS与IS水平，该发现可能为CKD合并心血管患者带来获益。

5.4 其他西医措施

糖苷酶抑制剂可增加碳水化合物向结肠传递，改善肠道环境。Evenepoel等[49]发现，阿卡波糖可显著降低CKD患者尿、血清和粪便中对甲酚的水平。基于此，建议CKD患者服用阿卡波糖以减轻尿毒素蓄积。卢比前列素能够激活肠道氯离子通道，用于便秘的治疗。在CKD大鼠模型中，卢比前列素治疗能够减弱肾组织炎症损伤，改善糖酵解菌的分布。同时，他们发现大鼠体内三羧酸循环激活，提示了机体能量代谢得到改善[50]。3,3-二甲基-1-丁醇(DMB)能够抑制微生物三甲胺(TMA)裂解酶进而抑制TMA形成。研究表明[51]，DMB能够降低高胆碱饮食大鼠血浆TMAO水平，提示了其具有降低CKD内毒素的可能。此外，肠道菌群的移植有望成为改善CKD患者炎症状态及免疫缺陷的有效手段[52]，亦值得我们进一步研究。

6 中药对CKD肠道微生态失调的干预

慢性肾脏病在中医学中属“腰痛”“水肿”“虚劳”等范畴。其病机责之于脾肾亏虚，湿浊内蕴。机体水液代谢与肾的气化功能密切相关。肺、脾、三焦、大肠、小肠通过肾阳的蒸腾作用，才能正常发挥津液的布散、转输等功能。因此，脾肾亏虚，无力运行津液，则可造成痰湿浊毒的停聚。因此，肠道微生态失衡所产生大量有毒物质，可能是CKD出现本虚标实的生物学基础。根据慢性肾脏病本虚标实的中医特点，虚以补益脾肾，实则祛湿泄浊，以恢复机体阴阳之平衡。当肠道菌群受到破坏，出现脾虚的症状时，可用健脾益气之法，补机体之不足；而肠源性尿毒素的蓄积，与湿浊内生相合，可通过祛湿泄浊之法，有效减少机体毒素蓄积。中医药是我国医学的宝贵遗产，在历史的发展过程中，其逐渐形成了独特的理论体系和应用形式。天然中药因其具有多靶点、疗效显著、毒副作用小的特点，在CKD肠道功能失调的治疗当中发挥了独特的优势。诸多研究显示，基于肠道为着眼点的治疗探究从未间断。

6.1 健脾益气类中药的应用

肠道菌群的改变与肠上皮屏障的损伤、肠道菌群移位的发生密切相关。研究证实，诸多健脾补气的中药具有改善肠道菌群结构的作用。吴秀等[53]发现，四君子汤所含多糖成分可以增加肠道微生物对碳水化合物的吸收，进而改善脾虚型小鼠肠道菌群的分布。Zhang等[54]发现，参苓白术散能够提高宿主肠道有益菌的分度，抑制LPS诱导炎症的生成。梁金花等[55]发现黄芪多糖能够有效改善大鼠肠道菌群失调状态，使双歧杆菌、乳酸杆菌增多，肠球菌含量下降。

6.2 通腑泄浊类中药的应用

通腹泻浊法常应用于慢性肾脏病的临床治疗当中。钟瑜萍等[56]通过观察中药大黄水提物对CKD大鼠肠道菌群及黏膜屏障的影响发现，给药组大鼠体内内毒素含量显著降低，组织肠道菌群移位率显著降低，紧密连接蛋白表达升高。常沁涛等[57]发现益肾汤保留灌肠能够有效清除CKD毒素，减轻患者微炎症状态。邹川等[58]发现中药复方(大黄、蒲公英、生牡蛎)灌肠能够改善CKD 5期非透析患者肠道微环境，为经结肠靶向给药延缓慢性肾脏病的治疗提供了理论依据。戴铭卉[59]等观察了通腹泄浊方对CKD大鼠模型的干预作用，发现给药组大鼠肾功能得到显著改善，肠道大肠杆菌减少，而双歧杆菌增加，血清IS含量降低。证实了通腹泄浊方能够通过调节CKD大鼠肠道菌群，延缓肾脏损伤。

7 展望

CKD可导致结肠上皮屏障完整性、肠道微生物结构发生显著改变。而这些病理变化又能进一步诱导尿毒素的蓄积，导致CKD患者系统性炎症、免疫失调、代谢紊乱、心血管事件的发生。以肠道为着眼点，旨在降低尿素水平、减轻液体负荷、改善肠道缺血损伤的措施，以及补充高纤维饮食、口服吸附剂、中医药的应用等策略，为CKD的治疗提供了一线曙光。目前针对肠道和肾脏之间复杂的双向交互关系的研究尚处于初始阶段。因此，积极寻找确切的生物指标，探索CKD时肠道损伤的病理机制，有望为CKD的治疗找到新的方法。