肠道菌群与慢性肾脏病

李芸芸，徐璐，黄保霞，李新建

(济宁医学院附属医院肾内科，山东 济宁272000)

1 肠道菌群的组成

健康人群胃肠道含有超过100万亿细菌[1]，在肠道微生物群中90%以上的细菌属于拟杆菌门和厚壁菌门，包括拟杆菌属、拟杆菌属、普雷沃氏菌属、紫菜单胞菌属、梭状芽孢杆菌属、多雷氏菌属、粪杆菌属、真细菌属、乳球菌属和乳杆菌属[2]。胃肠道的每一段都有一个独特的微生物种群。胃肠道菌群遍布消化的全程，并且浓度逐渐增加，粪便中超过65%的重量是肠道微生物[3]。饮食成分的改变将会改变肠道菌群的组成。在饮食不变的情况下，肠道微生物群的组成是稳定的。在一项对健康人的研究中，5天的饮食改变显着改变了肠道微生物群的组成[4]。

2 肠道菌群的作用

第一，肠道菌群参与合成维生素、降解食物中难以消化吸收的成分、降解草酸的功能。第二，肠道菌群对免疫系统的组成与功能有重要的作用，能够抵御致病菌的侵袭，促进免疫系统的发育。免疫系统的发育是通过脆弱杆菌促进树突状细胞和肠相关淋巴组织(GALT)向淋巴器官迁移，从而促使Th1系分化，进而提高有益的T辅助细胞比率(Th1/Th2)，影响肠相关淋巴组织(GALT)功能发育，促进免疫系统的成熟[5]。

3 慢性肾脏病患者的肠道菌群变化机制

在慢性肾脏病患者中，有以下机制改变肠道菌群：(1)慢性肾脏病患者细胞内和细胞外液中尿素浓度的升高，会导致尿素通过被动扩散的形式结合到腺体中而大量流入胃肠道。尿素在微生物尿素酶作用下水解导致大量氨气的形成。这种现象导致管腔pH值改变，并引起尿毒症小肠结肠炎[6,7]。 (2)尿酸是人体正常生理过程的终产物，由嘌呤代谢途径产生，通常通过肾小球滤过、肾小管重吸收和分泌过程的复杂相互作用而排入尿液。但是，在终末期肾功能衰竭中，结肠取代肾脏成为尿酸排泄的主要部位，导致血浆尿酸浓度增高。该过程是由尿酸分泌通量的适应性上升介导的[8,9]。(3)在肾衰竭患者草酸盐的排泄中，结肠起主要作用[10]。(4)饮食成分能够很大程度改变肠道菌群的组成，为了防止CKD患者出现严重的高钾血症和草酸盐负荷，需减少富含钾和草酸盐的水果、蔬菜和高纤维食品摄入。这些食品通常包含大多数难消化的复合碳水化合物，而它们是肠道菌群营养的主要来源。因此，这些饮食的限制可能对肠道菌群的组成和功能产生一定的影响[11]。(5)CKD的患者为通过限制磷酸盐的吸收来预防高磷酸盐血症，每餐需服用大量磷酸盐结合剂(含铝结合剂、含钙结合剂和非钙型结合剂)，然而长期服用这些药物可改变肠腔环境，并影响微生物菌群。(6)CKD患者往往需要使用抗生素来治疗血管通路感染和其他感染，而抗生素的使用也可以改变肠道菌群的组成。综上原因共同作用会改变CKD患者的肠道微生物菌群的组成及功能。

CKD患者肠道菌群的组成与数量与健康人群有明显差异。CKD 患者肠道内有益菌种类及数量显著减少，如双歧杆菌、乳酸杆菌等；而潜在致病菌种类及数量增多，如肠杆菌属细菌、肠球菌属细菌等[12]。

4 肠源性尿毒症毒素的作用

尿毒症毒素(Uremic toxins)是指肾衰竭患者体液中浓度明显增加并有毒性的某些物质。这些物质在体内浓度上升，可引起CKD患者尿毒症症状和多系统功能紊乱。根据尿毒症毒素分子量可将其分为小分子量尿毒症毒素(分子量小于500D)、中分子量尿毒症毒素(分子量500-5000D)和大分子量尿毒症毒素(分子量大于5000D)。根据毒素是否与蛋白质相结合可将尿毒症毒素分为蛋白结合尿毒症毒素和非蛋白结合尿毒症毒素。其中，蛋白结合毒素，如硫酸吲哚酚(indoxyl sulfate，IS)、硫 酸 对 甲 酚(p-cresyl sulfate，PCS)、血 清 马 尿酸(hippuric acid，HA)等，多为小分子尿毒症毒素，但由于其和蛋白结合率高，因而普通透析很难清除。以往研究中，对IS 和 PCS研究最多。肠道菌群通过色氨酸代谢过程产生吲哚，然后由肝脏代谢生成硫酸吲哚酚[13]。硫酸对甲酚是酪氨酸和苯丙氨酸的代谢产物。在健康人中，这些溶质的蛋白质结合率接近100%；然而，在CKD患者中，仅有90%的硫酸对甲酚和85%的吲哚硫酸酚是蛋白质结合的[14]。IS可刺激转化生长因子β1(TGF-β1)合成，促进肾小球纤维化，抑制内皮细胞增殖，激活血管平滑肌中氧化应激反应，加速血管钙化。在慢性肾病大鼠模型中，PCS增加活性氧(ROS)的产生，激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，增加caspase 3活性，导致凋亡率增加[15]。使用HK2细胞的体外研究发现，PCS通过Klotho表达的减少诱导衰老[16]。

5 肠上皮屏障

肠上皮起到了防止微生物入侵组织并减缓肠腔内的炎症反应的作用。肠道屏障是指完整的彼此紧密连接的肠粘膜上皮结构，由肠粘膜上皮细胞、细胞间紧密连接及菌膜三者构成[17]。肠道屏障为选择性屏障，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，同时能够阻止食物抗原、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[18]。

6 慢性肾脏病患者的肠上皮损害

以往研究结果为CKD患者和动物肠屏障功能障碍提供了间接证据。包括(1)尿毒症患者在没有临床感染的情况下，出现内毒素血症最有可能来自胃肠道[19-22]；(2)CKD患者和动物对高分子量聚乙二醇的肠渗透性增加[23,24]；(3)在患有尿毒症的大鼠的肠壁和肠系膜淋巴结中，肠道细菌及其DNA片段证明和在血液透析治疗和未治疗的CKD患者的血液中的肠道来源的微生物DNA的检测，表明在尿毒症中肠道微生物产物向体循环的转移[25-29]；(4)整个胃肠道慢性炎症的组织学证据，即在维持血液透析的CKD患者中的食管炎、胃炎、十二指肠炎、肠炎和结肠炎患病率增高[30]。这些证据证明晚CKD患者肠道屏障功能受损，这种现象可导致该人群全身炎症的发生[31]。紧密连接作为上皮屏障结构和功能的关键组成部分的作用，尿毒症肠通透性的增加可能是由于紧密连接复合体的损伤。

7 预防和改善 CKD 患者肠道功能紊乱的措施

7.1 增加高纤维食物

增加高纤维食物的摄入可能会增加产生短链游离脂肪酸的细菌比例，促进结肠细胞和调节T细胞营养。在腺嘌呤诱导的CKD大鼠模型中，高纤维饮食可减少肾功能丧失、间质纤维化、肾小管损伤和促炎症分子活化[23]。为了验证这一假设，在最近的一项研究中，患有腺嘌呤诱导的慢性肾病的SD大鼠被喂食添加支链淀粉(低纤维对照)或高发酵纤维(直链玉米抗性淀粉，HAM-RS2)的饮食3周。喂食低纤维饮食的CKD大鼠表现出肌酐清除率降低、间质纤维化、炎症、肾小管损伤、结肠上皮紧密连接中断、炎症、氧化和纤维化途径上调以及Nrf2途径受损。高纤维饮食的摄入显著减轻了结肠上皮紧密连接的破坏、氧化应激、炎症和肾功能障碍及病理损伤的严重程度[32]。此外，补充膳食纤维(抗性淀粉)已被证明可显著降低维持慢性血液透析的ESRD患者血清中尿毒症毒素、硫酸吲哚酚和硫酸对甲酚的浓度[33]。综上所述，这些观察表明了低纤维饮食的潜在有害影响和高纤维饮食对慢性肾病进展的有益作用。

7.2 口服吸收剂

AST-120是一种含碳的口服吸附剂，由多孔碳微球制成，可吸附肠道来源的尿毒症毒素，显著降低吲哚酚硫酸盐和对甲酚硫酸盐的血浆浓度[34,35]，并已被证明能恢复肾功能下降的大鼠的上皮紧密连接蛋白[36]。此外，在CKD动物模型中服用AST-120已被证明可减少氧化应激和炎症，并延缓肾脏疾病的进展[37-39]。AST-120的有益效果主要归因于其限制硫酸吲哚酚形成和吸收的能力[40,41]。

7.3 口服益生元制剂、益生菌制剂

益生元是一种膳食补充剂，通过选择性的刺激一种或几种菌落中的细菌生长与活性，从而对人体产生有利作用的功能性低聚糖，不易被肠道消化吸收，却能促进肠道有益菌的繁殖，从而降低体内的尿毒症毒素。目前，很多研究发现益生菌可以降低CKD患者体内的蛋白结合毒素，减少炎症状态和改善肠道菌群组成来改善患者营养状况。Ramezani等[42]认为，益生菌可使肠道pH值降低，低的pH值可以刺激肠蠕动，从而抑制需氧菌的过度繁殖。Nakabayashi等[43]在对大鼠进行肾脏切除术，诱导肾衰竭模型的形成，而后给予乳酸菌治疗，实验结果表明，乳酸菌治疗组大鼠体内的尿毒症毒素明显减少，肠道炎症反应明显减轻。Guida等[44]对30例非透析的ERDS患者进行随机双盲临床实验，试验组予益生菌和益生元制剂，对照组予安慰剂，实验结果显示试验组血中PCS较对照组显著下降。

7.4 新疗法

鲁比前列酮是前列腺素的合成衍生物，可激活肠道中的氯离子通道，用于治疗便秘。在慢性肾脏病大鼠模型中，使用鲁比前列酮治疗降低了大鼠BUN和纤维化，这与肾脏炎症减轻和囊溶菌增殖引起的微生物组特征改善有关。他们还注意到微生物来源的尿毒症毒素，如硫酸吲哚酚和三甲胺氮氧化物(TMAO)减少，柠檬酸循环途径被激活，表明改善了能量代谢[45]。

三甲胺(TMA)抑制剂：3，3-二甲基-1-丁醇(DMB)是胆碱的结构类似物，通过抑制微生物TMA裂解酶来抑制微生物TMA的形成[46]。DMB降低长期服用补充胆碱或补充肉碱饮食的小鼠的血浆TMAO水平。此外，DMB抑制小鼠内源性巨噬细胞泡沫细胞的形成和动脉粥样硬化病变的发展。在一些香醋、红酒、橄榄油和葡萄籽油中检测到了DMB。

8 展望

CKD可以通过影响肠道微生物组成成分、肠上皮屏障完整性诱导尿毒素的蓄积，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、益生元的应用等策略，可以调节肠道菌群，改善结肠上皮功能，减少肠源性毒素的产生，改善 CKD 的炎症及氧化应激，从而发挥肾脏保护作用，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。