慢性肾脏疾病患者并发肠道菌群失调的研究现状

赵娜，陈杰

(天津市宝坻区人民医院全科医学科，天津 301800)

任何原因引起的肾脏结构慢性改变、肾脏功能障碍都可称为慢性肾脏疾病(CKD)，损害程度不同其症状各有差异，在CKD3期以前，肾小球滤过率正常或轻度下降，患者可无症状或仅出现轻微表现，3期以后肾小球滤过率逐渐下降，患者相关表现逐渐加重，累及其他系统后出现高血压、消化道出血、神经症状等，患者生命质量下降[1]。随着高通量测序技术的发展与应用，人们对于肠道菌群有了更深层次的了解，关于肠道微生物群与高血压、免疫系统疾病、肝硬化、肾脏病变、肥胖等疾病之间的关联逐渐得到验证，肠道菌群与疾病之间的作用机制成为研究热点，本文针对肠道菌群失衡与CKD展开综述。

1 CKD的认识

CKD的发病因素包括家族史、年龄、长期高蛋白饮食、高血压、肥胖代谢综合征等，各种肾小球肾炎、肾脏血管病变及肾小管损伤均是CKD的直接致病因素，因各种危险因素及直接致病因素的增加， CKD发病率逐年提高，逐渐成为全球性的公共卫生问题[2]。针对CKD风险因素及病因予以控制后，取得了较好的效果，但肾脏已经发生的病理改变不可逆转，甚至肾小球滤过率持续下降发展为肾衰竭，同时发生高血压、心血管病变、矿物质骨代谢异常等并发症的概率增加，影响患者生活质量。

2 肠道菌群的认识

正常情况下，健康人胃肠道内有数量、种类繁多的微生物寄存，其中以普雷沃式菌属、拟杆菌属等为主，微生物细胞达100万亿个、菌群种类达1000多种，数量远远超过机体细胞总数[3]，人们将其统称为肠道菌群。依据肠道菌群对机体影响结果，一般将肠道菌群分为有益菌、中性菌及有害菌，胃肠道内分布的菌群稳定性较差，受季节变换、饮食、生活习惯等因素影响，当菌群间平衡破坏后可出现菌群代谢失调，诱导疾病的产生；同理，当机体发生疾病后，对肠道菌群平衡性亦可造成影响。肠道菌群种类复杂，彼此之间具有适应性、稳定性、多样性等特点，在肠道内构成稳态的微生物生态系统，与人体肠道形成共生状态，两者共同维持肠道、机体的代谢平衡及内环境平衡，当此平衡破坏后，与生态平衡相关性疾病(如营养不良、糖尿病、肥胖等)患病风险增加，可根据病情需要选择微生态制剂[4]。肠道菌群研究历史中，以大肠杆菌的发现及其消化作用为开端，研究方式以显微镜等原始仪器为主；20世纪末，分子生物学研究手段应用于肠道微生物环境的探索，在肠道微生态环境的多态性分析及菌群定性定量分析方面取得重大进展，动物模型研究走上轨道，但在菌群检测精度、深度方面仍存在不可忽视的缺陷；基因技术的发展解除了上述的缺陷，高通量测序技术对肠道微生物DNA进行测序，涵盖面积为胃肠道内所有微生物菌落，抛弃了分离培养的传统测序方法，推动肠道微生物的代谢组学及蛋白质学研究，获得肠道微生物及其代谢产物与疾病之间的关联性信息。已有研究证明[5]，肠道菌群与抑郁症、自闭症等中枢神经系统疾病存在相互作用，卢盼盼等[6]认为肠道菌群与糖尿病发生、发展及疾病管理均有密切联系，结合近年来肠道菌群相关文献发现，肠道菌群与疾病之间的相互作用逐步得到验证，临床对于肠道微生物群在免疫系统的塑造及稳态维持中的作用认可度越来越高。

3 CKD与肠道菌群

3.1 CKD患者肠道菌群失调机制

杨康等[7]认为，CKD可对肠道菌群的改变产生诱导效果，使均匀、复杂分布的菌群逐渐变为单一菌落明确主导，肠道微生态环境失调，有研究[8]针对终末期肾脏疾病患者的肠道菌群进行代谢组学检测，该类疾病患者血液中吲哚、尿素酶等含量明显增高，而与甲酚形成酶相关的肠道菌群对此尤为敏感，出现数量上的扩增，同时抑制了部分可产生短链脂肪酸的菌群存活能力，最终并发肠道菌群失调。相关机制包括，首先，CKD患者因肾小球等肾实质的损伤，滤过、重吸收能力下降，尿毒素蓄积后弥散至肠腔，在肠道脲菌酶的分解作用下产生氨，进一步水解形成氢氧化铵，致使肠道酸碱失衡，肠道菌群对肠道上皮的屏障作用减弱，局部炎症逐渐形成、免疫系统的完整性被打破[9]。其次，随着CKD患者肾小球滤过率的下降，特别是肾功能逐步衰竭的CKD患者，肾脏对尿酸、草酸盐、尿素等物质的吸收能力大幅度下降，结肠逐步替代肾脏完成以上物质的吸收，因此肠道内生化、生态环境破坏，菌群发生改变；含钾、草酸食物为肠道菌群提供大量营养，而CKD患者后期需严格限制此类膳食纤维，以免对肠道菌群的生长、代谢、组成及功能状态造成影响。第三，CKD患者因水钠潴留导致同等条件下血容量增多，引起肠壁水肿，诱发肠道内菌群失衡；血容量增多后若利尿剂应用不当，可引起一过性低血压及肠壁水肿缺血，肠道通透性增加，损伤肠道屏障功能[10]。第四，CKD或终末期肾脏疾病患者出现肠蠕动能力减弱、蛋白质同化能力受损，未经消化的氨基酸、蛋白质长时间滞留于肠腔内，为依靠水解蛋白质存活的菌群提供了高营养环境[11]，同时发酵过程中可产生诸多的毒性代谢产物。第五，因病情需要，限制患者磷酸盐摄入或长期口服磷酸盐制剂、铁剂等药物对肠道环境造成干扰，改变菌群的正常分布；此外，肾衰竭后血液透析因血管通路或感染风险，抗生素的应用不可避免，亦增加了肠道菌群紊乱的概率。

3.2 肠道菌群失调对CKD的影响

3.2.1肠道菌群、免疫因子与CKD

Kanbay等[12]认为肠道菌群失衡后肠道上皮通透性改变，肠道细菌代谢产物、脂多糖等进入血液循环，肠道对抗炎因子、促炎信号之间的平衡能力减弱，抗炎因子激活，肾脏免疫性损伤逐渐形成，例如：同时表达于肾小管中的非免疫细胞TOll样受体(TLR)经肠道菌群失调后激活，引起肾脏的自体免疫损伤，越来越多的研究证明CKD疾病进展与获得性免疫缺陷有关[13]。生理情况下，巨噬细胞、自然杀伤细胞、嗜碱性粒细胞等细胞表面有较多的受体识别模式，对外来抗原识别并结合后以补体激活、介导信号转导、内吞等方式诱导机体完成免疫应答进程，CKD患者可检测出全身性炎症因子增高，原因在于内毒素进入内循环，TLR4、CD14等免疫因子与之结合，诱导信号传导及促炎因子的释放。此外，辅助性T细胞17(Th17)等定植于小肠的固有层，依赖肠道菌群生存，当肠道菌群失调后，Th17细胞特异性失衡，肠外组织的自身免疫产生。在关于免疫细胞、肾足细胞损伤关联的研究中发现[14]，Th17失衡后释放的白细胞介素-17(IL-17)通过产生的相关诱导蛋白能将肾病蛋白(Nephrin)磷酸化，使其水平下降，诱导肾足细胞损伤；吴晨悦等[15]在此基础上阐述了IL-17A能将活性氧水平上调，使得炎性小体激活、IL-1β分泌，损害肾脏细胞。关于肠道内的Th17转位于肾脏的路径研究较少，有动物实验[16]认为，肠源性Th17依靠特异性蛋白1转录因子(SP1)受体转移到肠外，通过特定趋化因子迁移肾内。

3.2.2肠道菌群代谢的尿毒症毒素与CKD

食物中的蛋白质及含氮物质在肠道经腐败菌分解后可生成肠源性尿毒症毒素(UTs)，硫酸吲哚酚(IS)及硫酸对甲酚(PCS)是典型代表，在CKD进展过程中发挥着重要作用，均可特异性反映肾功能情况，故临床将之作为肾功能检测的生物学标志[17]。正常情况下，IS、PCS仅作为肠道微生物的代谢产物而存在，当肠道菌群失调后过量UTs产生，IS、PCS含量亦增加。色氨酸酶在分解色氨酸时产生吲哚，后者由机体吸收、肝脏转化后生成IS，有机阴离子转运蛋白(OAT)能将IS以跨细胞屏障、跨组织转运等方式转运至肾脏，定位于肾脏足细胞，使其进入炎症状态；肠道菌群分解苯丙氨酸、酪氨酸时生成对甲酚，肝肠细胞将后者硫酸盐化形成PCS，肾小球功能下降后对IS、PCS的代谢排泄能力减弱，与蛋白结合后即使应用血液透析清除效果亦不明显，UTs的蓄积对CKD患者肾脏造成巨大的潜在毒性。另外，UTs中的三甲胺-N-氧化物(TMAO)以化学伴侣形式修正肾足细胞内质网(ER)基因链[18]，累积于ER中推动蛋白质的折叠过程、抑制其应激能力，长期高脂饮食可引起TMAO水平的增高，增加促炎细胞及肾脏氧化应激活化风险，久之形成肾间质的纤维化改变。

3.2.3肠道菌群、线粒体功能障碍与CKD

研究证明[19]，肠道微生物群失调与肥胖、高脂血症、糖尿病等有密切关联，同时与肾脏损伤的发生存在因果关系，ER应激能诱导ER分子伴侣的保护效应，还能独立诱导内源性细胞的凋亡进程，而细胞线粒体稳态对ER应激程度有重要作用，最终影响肾脏细胞的转归，例如：饱和脂肪酸的主要成分之一为棕榈酸，棕榈酸酯(PA)诱发氧化应激反应，导致线粒体功能的损害，钙离子释放增加、ER应激反应增强，肾足细胞坏死。有学者[20]认为，PA所包含的脂毒性能加速肾脏细胞的炎症反应，同时强化ER应激导致的胰岛素抵抗程度，综合作用下致使肾脏足细胞内相关结构及骨架重整，细胞损伤形成。

3.3 肠道菌群对CKD治疗的影响

关于CKD患者炎症控制方案中肠道菌群调整逐渐成为治疗靶点，膳食纤维、益生菌对UTs产生有抑制作用，能减缓肾脏损伤进程。低聚木糖(XOS)为益生元中一类，能调节糖尿病、肥胖等患者的胰岛素抵抗，减弱肾脏细胞的氧化应激程度，减少肾功能损伤，但是CKD患者是因疾病或其他原因产生的肠道环境变化，由此才出现微生物群组成、功能的变化，因此简单补充利于肠道微生物群恢复的有益菌是狭隘的，有益菌摄入种类、方式仍待临床的进一步研究。

4 小结

肠道菌群与肾脏疾病之间的相互影响推动了“肠-肾轴”学说的建立与发展，为疾病研究、控制提供了更丰富的方向，肠道菌群失调伴随着肠道生理病理的变化，后者引起肠道免疫系统紊乱后出现肠道屏障功能弱化，最终对肠外系统引发免疫反应；而CKD患者因肾小球滤过率的逐渐变化诱导肠道主导菌群的改变，导致肠道菌群为生态环境的破坏，肠道菌群与CKD相互影响、相互作用，在CKD的病因分析中应考虑肠道菌群环境状态，合并菌群失调后应及时予以处理纠正。