基于肠-肾轴理论探讨糖尿病肾病作用机制及研究进展

艾珊珊 韩 聪 崔 涛 周 乐 申 振 李祥宇 李 伟

(1山东中医药大学，济南，250014； 2 山东中医药大学附属医院肾病科，济南，250014)

糖尿病(Diabetes Mellitus，DM)病情迁延日久可引起肾脏损伤，进而发展至糖尿病肾病(Diabetic Kidney Disease，DKD)，这种疾病在临床上为隐匿性进展，患者常无明显不适。持续性白蛋白尿和(或)估算肾小球滤过率(Estimated Glomerular Filtration Rate，eGFR)进行性下降及微血管病变等为DKD主要特征，且疾病后期伴有多种并发症，甚而进展至慢性肾脏病(Chronic Kidney Disease，CKD)和终末期肾病(End Stage Renal Disease，ESRD)[1]。国际糖尿病联盟第九版糖尿病地图集数据表明在全球成年人中(20～79岁)约有4.63亿人(9.3%)患有DM。其中，我国DM患者高达1.164亿，是全球DM患者最多的国家，DM相关医疗支出总额高达1 090亿美元[2]。30%～40%的糖尿病患者发展为DKD，患者数量为3 480万～4 640万，DKD患者较不合并DKD的DM患者病死率更高，且多为心血管疾病引起[3]。DKD所带来的病死率及社会负担仍居高不下，亟待寻求更完备的治疗方案。

DKD的发病机制复杂，目前仍未有学说可以解释完全，主要聚焦在可能导致肾脏结构和功能变化的一些途径上，肾脏血流动力学异常、糖脂代谢紊乱、内毒素累积、炎症反应、氧化应激反应增强、促/抑纤维化细胞因子失衡等多个环节均参与其中，近年来肠道菌群的治疗作用逐渐成为研究热点，在肾脏疾病的防治，尤其是DKD防治中，针对菌群失衡的靶向治疗成为新的治疗途径。

1 肠道菌群的相关作用

多种细菌、真菌、噬菌体等组成的微生物群落构成一个遍及肠道黏膜表面的共生生态系统，即为肠道菌群。其中细菌是数量最多的微生物组分，正常状态下至少有1 000种不同种类的数量超过100万亿的微生物一直居住在人体中，并且与内部和外部环境相联系[4]。其主要的生理作用为：1)维持胃肠道的完整与功能，包括维持蛋白结构、抵御病原体等；2)免疫与炎症调节，肠道微生物群不仅通过产生多种代谢产物来调节宿主的免疫，还通过其细胞成分，如脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)、脂壁酸(Lipoteichoic Acid，LTA)、肽聚糖、鞭毛蛋白和DNA等来调节，通过阻止病原体在肠道定植、调节炎症状态、激活补体旁路途径、中和代谢废物等参与机体免疫途径；3)调节代谢，主要通过帮助分解植物多糖及抗性淀粉并生成代谢产物如短链脂肪酸(Short Chain Fatty Acid，SCFAs)来给机体提供各种维生素及必需氨基酸，并降低机体毒素的累积[5-7]。肠道菌群与宿主相互协调共存，其具有自我调节能力，能够在菌种数量、群落结构、功能状态保持动态平衡和相对稳定。胃肠道环境及营养物质的变化是肠道菌群改变的主要原因。研究表明[8]肠道菌群紊乱由多种外部干扰因素和内部病理变化造成。

2 DKD与肠道菌群的相互作用

Meijers和Evenepoel[8]在2011年提出“肠-肾轴”概念，揭示了肠道微生态的改变可通过调控代谢产物影响CKD进展。同年Ritz[9]提出“肠肾综合征”，认为肠与肾在肠道微生物、肠黏膜屏障、炎症及免疫反应、能量代谢等方面密切相关。与健康人比较，在DKD患者中发现微生物群群的组成和功能存在显著差异[8]。一项在中国人群中进行的全基因组关联研究表明，与健康受试者比较，2型糖尿病患者肠道中产生有益丁酸的细菌数量较少，机会性病原体数量较多，皆证明DKD患者肠道菌群与疾病进展存在某种联系[10]。近年来诸多研究证明，肠道菌群失调，肠道通透性增加，形成“肠漏”，其与多种肾脏疾病紧密联系，促进肠内代谢废物和致病菌进入血液循环，增加胰岛素抵抗，促进DM进展，并与多种慢性疾病的发展相关，如肥胖症，代谢综合征等，进而损伤肾单位，eGFR降低，肾功能恶化[11-12]。肾损伤导致的循环代谢废物过度蓄积通过受损肠壁进入肠腔，进一步加重肠内菌群紊乱，形成肠-肾恶性循环。

2.1 炎症和免疫共同作用 在DKD发生、发展过程中慢性炎症发挥着举足轻重的作用。“肠漏”状态下进入体循环的细菌等物质引起慢性炎症并诱导胰岛素抵抗[14]。肠道菌群、慢性炎症及糖尿病肾病已成为一个系统通路。在肠道菌群结构失调的情况下，病原菌优势有益菌并释放大量免疫原物质，包括脂多糖和肽聚糖。作为存在于革兰氏阴性菌外膜中的强效内毒素，它们激活肠道黏膜免疫系统并破坏肠道通透性，细菌产物转移到宿主循环系统，有利于产生炎症介质，如白细胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)、γ干扰素(Interferon-γ，IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)，加剧肾脏损伤[13]。Salguero等[14]通过对粪便样本中16S核糖体RNA基因的高变亚区进行测序，分析了2型糖尿病患者和健康对照组的微生物群多样性。2型糖尿病患者体内变形菌、疣微菌和梭杆菌的相对丰度显著增加，LPS、TNF-α、IL-6水平显著升高。这为DKD患者肠道菌群变化提供了明显思路，在慢性炎症及免疫的共同作用下，肠道病原菌含量增加，有益菌减少，肠道通透性增加，炎症介质及毒素积累从而加重DKD病情，而病情加重亦使炎症和免疫反应进一步加剧，二者之间互相影响。

2.2 短链脂肪酸作用 在肠道菌群中的厌氧菌在代谢不可消化的多糖的最终产物为SCFAs，其可通过信号转导通路激活G蛋白偶联受体G(Protein Coupled Receptors，GPR)，从而促进肽YY释放，肽YY通过改善胰岛细胞的功能，缓解炎症状态，刺激胰高血糖素样肽1(Glucagon-like Peptide-1，GLP-1)释放减少胰岛素抵抗，对DKD有明显的益处[15-17]。SCFAs也可刺激肠上皮细胞释放黏蛋白Muc2，增强肠道屏障功能，增强对病原体和共生细菌的反应[18]。当肠道菌群失调时，相应菌群数量减少，阻碍SCFAs的产生。研究表明产生丁酸的梭菌属细菌可以通过增加丁酸的产生和上调肠道中SCFAs受体的表达来发挥抗糖尿病作用[19-20]。饮食补充醋酸盐可诱导大鼠肥胖及胰岛素抵抗，故肠道菌群总体改变倾向与SCFAs在调节能量代谢中的功能息息相关。

2.3 肾素-血管紧张素系统作用 长期以来的研究表明，肾素-血管紧张素系统在DKD发病中起着关键性作用，疾病早期即出现肾小球灌注不足和高滤过的血流动力学改变导致肾小球毛细血管中白蛋白泄漏[21]。一项新的研究证明在DM大鼠中血浆乙酸水平与肾内血管紧张素Ⅱ蛋白表达呈正相关[22]。肠道菌群紊乱，血浆乙酸及乙酸盐水平升高，蛋白尿增加，肾小球基底膜增厚，足细胞足突消失，肾功能明显恶化。同时DM大鼠肾脏中血管紧张素Ⅱ、血管紧张素转换酶和血管紧张素Ⅱ 1型受体的蛋白质水平显著增加。而在使用广谱抗生素完全杀灭肠道菌群后，血浆乙酸盐水平显著降低，肾素-血管紧张素系统被抑制，肾脏损伤减轻。肠道菌群失调，乙酸盐累积，血管紧张素Ⅱ表达亢进，诱导前肾素受体和肾素的表达，高滤过状态加重DKD损伤，这可能是肠道菌群失调影响DKD的又一佐证。

3 靶向肠道微生物群提供新的肾脏保护治疗措施

3.1 饮食调节和益生元 通过饮食调节来改变肠道菌群的丰富度和组成已被研究证明[23-24]。流行病学研究一致显示膳食纤维与2型糖尿病发病率负相关，膳食纤维和全谷物已被证明可增加人类肠道微生物群的多样性，且普雷沃氏菌属变化最为明显[25-27]。益生元是通过改变肠道微生物群来选择性地激活刺激一个或一组肠道内有益菌的代谢和繁殖，从而改善宿主健康的有机物质，主要包括菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖、多酚和乳果糖等[28]。有研究表明在CKD患者中，益生元的使用表现出有益效果：肠道微生物群恢复，肾功能改善[29-30]。Medina-Vera等[31]进行了一项特殊功能饮食干预治疗2型糖尿病的双盲、随机、安慰剂对照试验，包括81例2型糖尿病患者，一组遵循低能量饮食，饮食组合包括高纤维、富含多酚和植物蛋白的功能性食物；另一组服用安慰剂。最终结果功能性食物的饮食干预通过增加和改变特定细菌的多样性和丰度，显著改善了粪便微生物群。与对照组比较，糖尿病组的葡萄糖、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇、游离脂肪酸、糖化血红蛋白、三酰甘油曲线下面积显著减少，抗氧化活性增加。表明长期坚持高纤维、富含多酚和植物蛋白的饮食，进行益生元疗法有利于粪便微生物群的组成，并可能为改善血糖控制、血脂异常和炎症提供潜在的治疗方法。最近研究的菊粉-丙酸酯的新型靶向递送系统也被证明可以减少热量摄入、保护胰岛B细胞功能、改善葡萄糖代谢[32-33]。

3.2 益生菌 另一个治疗是应用益生菌作为食物或补充剂摄入的活微生物。当摄入益生菌时，可通过释放抗菌物质，对抗不同的病原体，强化肠道屏障来发挥有益作用[34]。双歧杆菌和乳酸杆菌是补充剂中应用最广泛的菌株，嗜酸乳杆菌和乳酸杆菌补充剂干预的小鼠证明了益生菌具有预防糖尿病的作用[35]。长双歧杆菌可以降低血糖，缓解胰岛素抵抗，调节免疫，改善炎症状态[36-37]；黏膜乳杆菌可以改善糖脂代谢，稳定屏障功能，减少“肠漏”及病原体在肠道的定植，降低疾病易感性。二者都可代谢产生乳酸、乙酸及醋酸盐，降低肠道pH值，阻止病原体生长，与其他共生微生物群(例如粪杆菌)构建微生物生态网络，共同改善肾脏代谢[38]。

3.3 粪便微生物群移植 通过特定手段将健康供体肠道菌群移植到受体肠道，不受环境和其他微生物相互作用影响的技术，即为粪便微生物区系移植(Fecal Microbiota Transplantation，FMT)。研究表明FMT可以改善多种代谢性疾病和慢性病，如非酒精性肝炎、高脂血症、艰难梭菌慢性感染[39-40]。移植后受体肠道屏障被修复，菌群结构恢复平衡，有益菌丰度、丁酸盐等有机代谢产物增加，机会性病原体和内毒素水平降低。一项在DKD小鼠模型中进行16S rDNA测序及FMT的研究表明，Blautia与24 h尿蛋白含量显著负相关，Anaerosporobacter则相反，Allobaculum属与小鼠体质量及血糖水平正相关，故Anaerosporobacter属、Allobaculum属可能加剧肾功能恶化，而Blautia属可能是DKD的保护因素子[41]。

4 肠-肾轴中医理论解释

张蕾和刘旭生[42]对DKD中医病名进行了源流探索，结果表明糖尿病肾病属于中医学的“下消”“肾消”“水肿”“虚劳”等范畴。《医宗必读·卷一》有云：“夫脾具土德，脾安则土为金母，金实水源。土不凌水，水安其位，故脾安则肾俞安。”故治肾之病，当先实脾。在张元素“养正积自除”思想的指导下，李东垣提出“脾胃之气既伤，而元气亦不能充，而诸病之所由生”的理论，认为“元气之充足皆由脾胃之气无所伤，而后能滋养元气。若胃气之本弱，饮食自倍，则脾胃之气既伤，而元气亦不能充”。并且指出“地气者，人之脾胃也，脾主五脏之气，肾主五脏之精，皆上奉于天，二者俱主生化以奉升浮，是知春生夏长皆从胃中出也”。主张脾胃是精气升降的枢纽，脾气升发，元气充溢，气机才能活跃。脾的上述生理功能与肠道菌群的代谢、营养、免疫等作用不谋而合。中医学未从微观研究肠道菌群组成，而是聚焦在整体脏腑功能上，肠道菌群的功能与脾胃功能有相同之处，又与大肠、小肠之功密不可分。我们应该在此基础上阐释中医学理论机制并创新。

4.1 整体观念 《素问·宝命全形论》有云：“天地合气，命之曰人。”“人以天地之气生，四时之法成。”人体自身以及与自然之间是相互关联的。自然环境的变化以及饮食药食物、生活起居、季节气候等的变化必然会影响机体，从而出现生理或者病理变化。故广义来讲，肠道菌群与肾脏代谢是相互影响，双向调节的。

4.2 正邪理论 《素问·评热病论》记载：“正气存内，邪不可干。”“邪之所凑，其气必虚。”表明正气不足为疾病发生的根本原因，邪气侵袭为发病条件。中医认为糖尿病肾病所属疾病的范畴，皆虚证实证共存，扶正祛邪共用。正如明·张会卿所著《类经》云：“气得其和则为正气而生物，犯其变则为邪气而伤物。”《素问·六微旨大论》云：“非其位则邪，当其位则正，邪则变甚；逆则变生，变则病。”这种肠道菌群处于相对平衡的状态即属于“正气”，肠道菌群失调即属于“邪气”。邪气侵袭则使DKD进展加快。

4.3 阴阳学说 《素问·阴阳应象大论》有云：“阴胜则阳病，阳胜则阴病。”阴阳之间既和谐统一又相互制约。肠道微生态中存在多种菌群，它们保持动态平衡，相互协作又相互制约。“阴阳贵和”，外界因素干扰后多种菌群的动态关系遭到破坏，就会出现“阴损及阳”或“阳损及阴”，疾病就会出现。再进行针对性的治疗，使其恢复动态平衡的原始状态，达到“阴平阳秘”，疾病也会得到缓解。

4.4 藏象学说 《素问·经脉别论》有云：“饮入于胃，游溢精气，上输于脾，脾气散精，上归于肺，通调水道，下输膀胱。水精四布，五经并行。”言脾胃主司腐熟运化水谷精微。现代医学所证明肠道菌群的作用，即脾胃腐熟水谷并散精功能。“小肠者，受盛之官，化物出焉”“大肠者，传导之官，变化出焉”。小肠主液，大肠主津，肠主司糟粕传递与津液吸收，故肠道菌群虽部位在肠，功能属脾胃。

5 中医药防治

5.1 中药复方 吴莉娟等[43]对2型糖尿病大鼠使用自制中药复方糖耐康灌胃6周，发现肠道中乳酸杆菌、普雷沃氏菌的丰度改变可改善大鼠血糖。姚宇剑等[44]发现在DKD小鼠中，使用缩泉益肾方可以调节肠道微生物的结构组成，观察组与对照组有4个菌门相对丰度差异显著，从而降低DKD小鼠血糖水平、降低尿蛋白，发挥保护肾脏的作用。Zhao等[45]发现糖肾方可显著抑制DKD大鼠糖尿病肾损伤，调节肠道微生物群，从而降低脂多糖和硫酸吲哚氧基的水平，减轻肾脏炎症。临床研究证明参芪地黄汤可以恢复患者肠道菌群平衡，改善中医症状，减轻蛋白尿，保护肾功能[46]。金麦温胆汤可以降低患者肠球菌属和大肠杆菌属数量，升高柔嫩梭菌属数量，改变肠道菌群结构从而发挥治疗作用[47]。

5.2 单味中药 人参补脾益肾，可改善糖尿病状态下的肠道菌群失衡，调节SCFAs代谢，降低血浆IL-1β与IFN-γ，进而降低血糖[48]。黄芪为补中气的主药，有温养升发的功能，可增加产丁酸与乳酸的益生菌含量，调控紊乱的炎症、氧化应激、纤维化代谢产物而改善肾损害[49-50]。黄连、白术可通过降低肠道通透性，促进益生菌生长及抑制有害菌繁殖，减少血液中炎症介质，降低血脂等作用改善DKD[51-52]。芡实可降低影响DKD小鼠肾功能的相关糖脂代谢生化指标，升高血清超氧化物歧化酶活力和总抗氧化能力，提高肠道双歧杆菌和肠球菌等益生菌数目，改善菌群失调[53]。

5.3 中药提取物 近年来的研究表明，多种中药成分如党参皂苷、枸杞叶提取物、贯叶连翘提取物、黄连素等，可通过改善氧化应激、炎症及代谢等作用在DKD中起到保护肾脏的作用[54-57]。Feng等[58]分别用柴胡多糖与二甲双胍对比治疗链脲佐菌素糖尿病小鼠模型6周。结果表明，口服柴胡多糖后，小鼠血糖、血肌酐和尿白蛋白降低，肾脏和结肠中炎症反应的表达减少，肠道菌群结构调整，糖尿病得到明显改善。此外，还有研究发现柴胡多糖可显著降低小鼠血糖水平并增加胰岛素水平，佐证了柴胡多糖治疗DKD的疗效[59]。Li等[60]发现在石斛多酚提取物治疗后，DKD小鼠的肠道菌群平衡得到改善，肠道中拟杆菌门与厚壁菌门的比值以及普雷沃氏菌、阿克曼菌的相对丰度得到提高，赖肯氏菌、大肠杆菌的相对丰度下降。且进行肠道微生物群的功能预测表明，参与糖代谢或脂代谢的微生物组成发生了变化，证明石斛多酚提取物可能通过减少炎症以及氧化应激反应，改善肠道菌群平衡减轻小鼠糖尿病和并发症的症状。Cai等[61]发现白藜芦醇治疗DKD小鼠可以改善肠道通透性和炎症状态，逆转小鼠中以类杆菌属、阿利斯泰尔氏菌属、Rikenella属、Odoribacter属、副类杆菌属和Alloprevotella属的低丰度水平为特征的生物失调，缓解DKD的临床指标。张文杰等[62]使用山药多糖对DKD大鼠进行灌胃治疗，结果显示山药多糖治疗后大鼠体质量、尿蛋白、血肌酐、血清尿素氮水平均下降，且治疗后模型组厚壁菌门、毛螺菌属、韦荣球菌属、芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、酸梭菌属相对丰度均低于正常组；拟杆菌门、变形菌门、拟杆菌属、埃希菌属、志贺菌属、沙门菌属相对丰度均高于正常组。结果证明山药多糖可以调节肠道微生态来发挥治疗作用。另有研究发现地黄叶总苷可能通过调节肠道菌群来实现DKD小鼠的肾脏保护作用。丹参酮可以调节DKD大鼠中的肠道菌群失调。桑叶多糖可以改善胰岛素抵抗，调节肠道菌群失调，延缓DKD进展[63-66]。

5.4 中成药 中成药可以通过调节肠道微生物群的组成或功能来改善DKD。黄葵胶囊可以降低拟杆菌、双歧杆菌的含量，增加柔嫩梭菌和乳杆菌含量，影响肠道菌群的分布和亚群，有助改善和调节DKD患者血糖水平[67]。肾炎康复片降低了DKD小鼠的空腹血糖和糖化血红蛋白水平，减轻了肾小球和肾小管损伤以及肾脏炎症(TNF-α和IL-1β)[68]。并且增加了厚壁菌的相对丰度，减少了类杆菌数量，表明代表性微生物群相对丰度与肾功能参数之间的直接相关性。金芪降糖片可以显著增加DKD小鼠肠道疣状杆菌丰度，降低大肠杆菌、去铁杆菌丰度，改变了肠道微生物群的组成，同时具有改善胰岛素抵抗作用[69]。芪地糖肾颗粒显著降低了DKD小鼠的尿白蛋白排泄，减轻了肾脏的病理损伤及肠道微生物群组成，肠道微生物群胆汁酸轴可能是治疗DKD及肾脏保护的重要靶点[70]。

5.5 中药灌肠法 张仲景采用蜜煎导法、猪胆汁导法，首创中药灌肠法，其利用肠黏膜的通透性促进体内代谢产物随灌肠液排出体外，同时中药成分也可吸收入血液发挥治疗作用，直接作用于肠道改善其功能。徐艳文等[71]使用糖肾涤肠方(生大黄、煅牡蛎、黄芩、泽泻、蒲公英各30 g，丹参20 g)对DKD患者进行灌肠治疗效果显著。可见中药灌肠可以稳固肠道黏膜屏障，排出代谢废物，延缓肾损害进展。

6 小结与展望

近年来，通过宏基因组学、宏转录组学及其代谢组学来探讨肠-肾轴已成为研究聚焦之处，肠道菌群与肾脏代谢的相互作用已成为DKD的突破点。综上所述，肠道菌群可通过影响机体炎症、免疫、代谢及肾素-血管紧张素系统来改善DKD，多种中医药治疗方案为靶向治疗肠道微生态相关疾病提供理论依据和研究基础。而防治糖尿病肾病，西医以肠道菌群为研究对象，中医则以“脾”为靶标，整体论治从扶正、祛邪2个角度综合考虑，最终达到气血和调，阴阳平衡。未来仍需要以此为基础深入研究。