老年糖尿病肾病患者肠道菌群失调的研究进展

杜 菲, 李 英

(河北医科大学第三医院 肾内科，河北 石家庄 050051)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病的主要并发症，是世界范围内致死率最高的疾病之一[1]。随着社会的发展及生活方式的改变，每年约有30%的糖尿病患者发展为DN，给国家、社会和家庭带来沉重的经济负担。因此，DN已经成为全球严重的公共卫生问题。肠道菌群失调参与DN的发生发展，探讨老年DN患者肠道菌群失调有重要意义。

1 肠道菌群概述

肠道菌群，顾名思义就是定植在人体肠道内并长期与人体相互依存的细菌群[2]。据统计, 肠道细菌有1 000多种，数量达100万亿之多，正常肠道菌群包括的主要细菌门有厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门及放线菌门[3]。肠道菌群在人体中发挥着至关重要的作用，如参与代谢、调节免疫、给予保护、提供营养等[4];由于老年患者肠道功能下降，肠道内微生物的种类和数量均发生变化[5]，有益菌减少，有害菌增加，导致肠道菌群失调，引起一系列的健康问题。现有研究表明，肠道菌群失调会引起与食物相关的慢性炎症性疾病，如糖尿病、肾脏病、高血压病、心血管疾病等[6]，这为进一步探索肠道菌群在DN的防治中提供了方向。

2 肠道菌群失调与慢性炎症反应的关系

2.1短链脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)减少 由于饮食习惯的改变，高糖、高盐、高脂肪食物摄入增加，蔬菜、水果、粗粮等食物摄入减少，导致体重增加、胰岛素抵抗，进而引发糖尿病、高血压等疾病[7]。由于糖尿病患者限制饮食，富含糖及钾的食物摄入减少，加重了肠道菌群失调[8]。肠道微生物水解发酵不能被消化吸收的碳水化合物，产生包括乙酸、丙酸和丁酸在内的SCFA，其中丁酸对维持人类健康有着关键作用[9]，它为肠黏膜上皮细胞提供营养和能量，维持肠道屏障功能，并增强结肠运动功能，促进肠黏膜及其功能恢复，减轻炎症反应[6, 10]。正常情况下，SCFA能激活肠上皮细胞上的G蛋白偶联受体(G proteincoupled receptor, GPCR)41及GPCR43。GPCR41刺激肽YY (peptide YY, PYY)的释放，增加肠道转运率和饱腹感，并降低肾小球囊内压、减少蛋白尿，延缓DN的进展。GPCR43的激活可以缓解炎症并刺激L细胞释放胰高血糖素样肽1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1)。GLP-1通过抑制食欲和食物摄入，增加胰岛素的分泌，减少胰高血糖素的分泌，从而降低肝脏的葡萄糖输出，增强外周对葡萄糖的摄取。GLP-1受体促肠促胰岛素激动剂可改善胰岛功能，降低血压、改善血脂异常及控制炎症[11-12]。SCFA还可能通过上调肌肉和肝脏组织中5′-磷酸腺苷 (adenosine 5′-monophosphate, 5′-AMP)激活的蛋白激酶信号通路，减少脂肪细胞的分解，并通过葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)提高胰岛素敏感性[13]。因肠道菌群失调使SCFA减少，加快肾脏疾病进展。

2.2脂多糖( lipopolysaccharide, LPS)增多 LPS是革兰阴性菌细胞壁外膜中的重要组成成分，亦称为内毒素；可激活慢性炎症反应及免疫系统[14]。越来越多的研究证实，内毒素在胰岛素抵抗及慢性炎症中发挥着重要作用，与DN的发生密切相关[15]。研究表明，Toll样受体(toll like receptor ，TLR)结合LPS，激活触发信号级联反应，从而启动免疫系统及细胞因子的产生[16-17]。LPS在宿主体内通过TLR2/4介导炎症反应，通过激活转录因子核因子κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信号转导通路，刺激肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)、白细胞介素(interleukin, IL)-1及IL-6等促炎细胞因子的分泌[18]。另外，TLR2通过识别细菌细胞壁、脂蛋白和脂肽成分介导炎症反应[19]，促进DN的进展。

2.3肠源性毒素增多 正常情况下，人体有完整的肠道上皮细胞屏障，而肠道营养不良会影响肠道上皮细胞紧密连接并减少结肠上皮细胞的能量供应，从而增加DN患者结肠上皮细胞的通透性，引起细菌和内毒素移位，而DN患者由于肾脏功能下降，循环中代谢废物增加，无法排出体外，而蓄积于人体中，破坏肠道上皮细胞[20]，大量的肠源性毒素通过破损的肠道上皮细胞进入体内，激活免疫系统，引发慢性炎症反应[21]。

肠源性毒素大致分为以下三类: ①硫酸吲哚酚(indoxyl sulfate, IS)。营养不良时，机体中分解色氨酸的细菌种类增加，将色氨酸转换为吲哚，通过肝脏代谢形成IS[22]，它是一种蛋白结合的尿毒症毒素，很难通过血液净化去除[23]。IS诱导活性氧(reactive oxygen species, ROS)激活NF-κB及p53促使炎症因子的表达[24]，通过增强LPS介导的巨噬细胞的炎症反应和氧化应激反应破坏肾小管上皮细胞，抑制血管内皮细胞的增殖，增加肾间质纤维化[25]。另外，IS通过增加肾素、血管紧张素受体的表达，激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)，RAAS通过增加转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)的表达，加重肾组织纤维化[26]。②硫酸对甲酚(paraccresol sulfate, PCS)。由于肠道菌群失调，结肠中有害菌增多，其发酵产生芳香族氨基酸酪氨酸(tyrosine, Tyr)和苯丙氨酸(phenylalanine, Phe)，在肝脏中转化形成PCS[27]。PCS通过不同机制使肾小管间质组织缺氧，内质网应激，造成近端肾小管损伤[28]。此外，PCS通过增强还原型辅酶Ⅱ(triphosphopyridine nucleotide，NADPH)氧化酶活性和增加ROS的产生，而增加炎症因子的产生，加重肾组织纤维化[29]，从而进一步加重肾脏疾病的进展。③氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide, TMAO)。TMAO是从富含三甲胺的营养物质(肉碱、磷脂酰胆碱及胆碱)中产生的代谢产物[30]。肠道菌群失调时，其代谢减少，通过上调血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)的表达，促进单核细胞的黏附、活化蛋白激酶C(protein kinase c, PKC)和NF-κB，促进炎症反应[31]。TMAO不仅是重要的生物标志物，同时也是胰岛素抵抗、胃肠道癌症及动脉粥样硬化的独立危险因素[32]。动物实验研究表明，投喂胆碱(TMAO的前体)或TMAO后，小鼠出现肾小管间质纤维化和功能障碍[33]。其机制为，TMAO增多可引起Smad3磷酸化及TGF-β/Smad3信号通路转导，促进肾间质纤维化，通过靶向抑制细菌胆碱三甲胺裂解酶活性，显著降低循环TMAO水平、保护肾功能及改善不良重塑，并降低多种炎症和纤维化基因的表达[34-35]。

3 改善肠道菌群失调防治老年DN

改善肠道菌群被认为是防治DN的新靶点，以微生物为目标的干预措施，如益生菌和粪便微生物群移植等，已被证明对宿主健康有益，下面介绍几种改善肠道菌群的方法。

3.1益生菌/益生元 通过调整肠道菌群的组成，降低肠道内毒素浓度，减轻胰岛素抵抗，减缓肾脏疾病的进展[36]。益生元可增加肠道中有益细菌的活性，恢复肠道菌群的平衡，改善肠道黏膜屏障的完整性，有利于DN的防治。抗性淀粉(resistant starch，RS)是特定的膳食补充剂，被称为肠道菌群的调节剂，通过调节肠道菌群的比例，减少尿毒症毒素的产生，改善肠道屏障的完整性并减少全身的微炎症状态。动物研究表明，RS可调节肠道菌群的比例并增加SCFA的产生，从而可能降低PCS和IS的水平，此外，RS可通过增加GLP-1和PYY的产生，增加胰岛素的敏感性[37-38]。临床前研究表明，口服活性炭吸附剂AST-120可恢复结肠紧密连接蛋白，其通过吸附尿素衍生的氨和中断肠肝尿素循环，降低氧化物质活性和氧化应激，降低血浆内毒素和炎症标记物水平，减缓肾功能的下降程度[39-40]。另外，临床上已鉴定出可降低TMAO的药物，如阿司匹林，白藜芦醇和煀肼(γ-丁甜菜碱的类似物)[41]。

3.2中药 已有报道，中药如柴胡多糖可通过调节TRL4信号传导减弱LPS诱导的炎症，抑制促炎细胞因子的表达和ROS的产生，改善肠道菌群失调，减少炎症反应，降低血糖、血肌酐和尿白蛋白[42-43]。目前肠道菌群的预防及治疗在慢性肾脏病及2型糖尿病中较常见，而在DN中较少见，且缺乏大样本数据的支持，因此，仍需要进一步的研究。

3.3粪便移植 粪便微生物移植(fecal microbiologicaltransplantation, FMT)是指将健康个体的粪便悬液输注到另一个体的胃肠道，以治愈特定的疾病[44]。动物实验研究表明，FMT在一定程度上纠正肠道菌群失调，并且增加丁酸的产生，同时纠正促炎和抗炎细胞因子的失衡[45]。目前该方法已应用于复发性艰难梭菌感染、炎症性肠病、慢性代谢性疾病和自身免疫性疾病等疾病，而在肾脏疾病治疗中的报道较少，FMT作为肾脏疾病的辅助治疗有着巨大的潜力。

4 小结

肠道菌群与DN的发生发展密切相关，在人体健康中意义重大，但容易受到自身健康、生活习惯及环境变化的影响。肠道菌群通过刺激免疫系统引起炎症，进而引发一系列的危害。尤其老年DN患者更容易受到肠道菌群失调的影响，然而，关于老年DN患者肠道菌群失调发病机制的研究很少，缺乏预防及治疗老年DN患者肠道菌群失调的临床研究。基于此，我们需要更深一步的探索，但可以预见的是，以肠道菌群为靶点防治老年DN是非常有前景的，创新性地将益生菌、益生元等与药物相结合可能是未来老年DN患者靶向治疗的新策略。