从肠道微生态看IgA肾病的防治新策略

赵晋 余紫娴 惠月清 陈春燕 宁晓暄 孙世仁

IgA肾病(IgAN)是我国最常见的原发性肾小球疾病,约20%～30%的患者在发病15～20年后进入终末期肾病(ESRD),需长期替代治疗(血液透析或肾脏移植)来维持生命,预后较差[1]。然而,IgAN发病机制尚未完全阐明,目前认为半乳糖缺乏的IgA1(Gd-IgA1)生成过多及由此形成的免疫复合物在肾小球沉积是IgAN发生的关键[2]。但Gd-IgA1来源尚不清楚。目前,指南推荐的治疗方法包括血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)/血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂(ARB)和(或)其基础上的非特异性免疫治疗,但临床疗效有限,部分患者还会出现严重药物不良反应(如感染、糖尿病、向心性肥胖等)[3]。因此,阐明Gd-IgA1产生机制并寻找针对病因的有效治疗策略是IgAN亟待攻克的难题。研究发现,肠道黏膜免疫系统可能是Gd-IgA1的主要来源[4]。当肠道菌群失调时,黏膜免疫系统发生紊乱,打破免疫耐受平衡,进而产生Gd-IgA1并引发IgAN[5]。多项研究结果证实,IgAN患者的肠道菌群发生紊乱,肠道菌群的结构和丰度发生特异性改变,因此,重建肠道微生态稳态或能有效从源头上阻断IgAN的发生与发展[6-7]。近年来,靶向肠道菌群的新兴治疗方法如益生菌、抗生素、粪菌移植(FMT)等越来越受到关注。其主要是通过改善肠道菌群紊乱、调节肠道免疫、减轻肠道炎症反应、降低肠道通透性、增强肠道屏障功能发挥重要作用[8]。本研究旨在讨论IgAN的肠道菌群特征及治疗进展,为以肠道菌群为靶标预防和治疗IgAN提供理论基础。

一、Gd-IgA1的可能来源——肠道黏膜免疫紊乱

IgAN是世界范围内最常见的原发性肾小球疾病,总发病率超过2.5/10万人[3]。目前认为“四重打击学说”与IgAN的发病机制密切相关,IgAN患者体内出现Gd-IgA1(一重打击),被循环中的抗聚糖抗体识别(二重打击),形成免疫复合物后沉积于肾小球系膜区(三重打击),激活系膜细胞增生导致炎症及纤维化(四重打击)。因此,阻断Gd-IgA1的产生是治疗IgAN的关键[9]。但由于尚不清楚Gd-IgA1的来源,导致针对IgAN发病机制的特异性治疗方案尚未形成。

人体内大部分IgA主要由黏膜相关淋巴组织合成,其中肠道黏膜淋巴组织(GALT)分泌3～5 g IgA,占全身总Ig的15%[10]。相关研究结果发现,黏膜免疫系统中浆细胞合成的IgA1主要是二聚体结构,且缺乏半乳糖,与沉积在肾小球系膜区的IgA结构一致[11]。IgAN患者常在上呼吸道感染或胃肠道感染后出现肉眼血尿的前驱症状[12],一些IgAN患者合并出现炎症性肠病(IBD)或乳糜泻等肠道疾病均提示黏膜免疫在IgAN发生发展过程中发挥重要作用[13-14]。GALT是黏膜免疫系统中最广泛和最重要的组成部分,是机体发挥局部特异性免疫功能的重要场所,在启动针对肠道抗原的免疫应答中发挥重要作用[15]。正常情况下,抗原可通过T细胞依赖或非T细胞依赖途径激活GALT中的初始B细胞,使其分化为浆细胞,分泌IgA(主要是sIgA)[16],而黏膜分泌sIgA的浆细胞在肠道归巢过程中丢失,可能导致血液循环中出现Gd-IgA1[8]。IgAN患者全基因组关联分析(WAS)发现IgAN患者肠道内IgA合成、肠道上皮屏障完整性、肠道黏膜病原体反应等相关风险位点基因突变增多,与IgAN的发展密切相关[17]。Sallustio等[18]研究发现,与健康对照者相比,IgAN患者肠道归巢调节性B细胞(Breg)、记忆性B细胞、IgA+B细胞增加。另一项研究也发现,IgAN患者外周血Gd-IgA1+细胞、肠道归巢趋化因子CCR10+、CCR9+细胞增加[19],提示肠道归巢可促进活化的B细胞迁移到肠黏膜淋巴结,导致肠道黏膜高反应性,参与IgAN发生发展。回肠远端定点释放布地奈德或地塞米松抑制了肠道黏膜免疫反应,降低了IgAN患者的尿蛋白,提示减轻肠道黏膜免疫紊乱可延缓IgAN发展[20-21]。以上结果显示,Gd-IgA1可能来源于GALT,GALT在IgAN发生发展中的作用和机制还需要进一步研究证实。

二、肠道菌群紊乱参与Gd-IgA1产生

肠道菌群对黏膜免疫系统的发育和成熟发挥重要的作用,同时影响免疫应答的方向和强度。据估计,人类胃肠道中有多达1014个微生物。肠道菌群不仅可刺激杯状细胞分泌黏蛋白、通过树突状细胞(DC)识别细菌及其代谢产物促进宿主免疫系统的发育,还可与黏膜表面细胞上表达的Toll样受体(TLRs)相互作用,激活信号通路,促进机体产生不同细胞因子,进而调节T细胞向不同亚群分化,实现细菌耐受与免疫平衡[22]。然而,一旦肠道稳态被打破,肠道微生态的改变可引起肠道免疫系统功能紊乱,进而导致包括IgAN在内的多种疾病的发生[4]。

B细胞活化因子(BAFF)和增殖诱导配体(APRIL)在刺激B细胞的类别转换中起重要作用,是维持B细胞水平和体液免疫的关键因子,参与IgAN的发生[18]。一项动物实验显示,BAFF上调的无特定病原体(SPF)小鼠血清IgA1水平升高,在肾小球系膜区IgA沉积,并进展为类似IgAN的肾小球损伤。然而,BAFF上调的无菌(GF)小鼠没有发生上述现象[18],提示IgAN的发生依赖肠道共生菌群。Makita等[23]研究结果发现,注射TLR9配体CpG-ODN(一种细菌或病毒中未甲基化的DNA序列)可增加ddY小鼠Gd-IgA1和IgG-IgA免疫复合物的产生,增加了APRIL诱导的IgA的产生。布地奈德缓释胶囊靶向作用于回肠末端的黏膜B细胞,减少Gd-IgA1,达到治疗IgAN的作用[20]。NefIgArd试验显示,与安慰剂相比,IgAN患者服用16 mg/d布地奈德9个月后尿蛋白/肌酐比值(UPCR)显著下降,对患者随访15个月后,发现布地奈德显著延缓IgAN患者的eGFR下降[24]。另一项研究显示,橙源性细胞外囊泡包封地塞米松可抑制派尔集合淋巴结淋巴细胞激活,减少肠道IgA淋巴细胞产生和减轻IgAN小鼠肾脏病理损伤[21]。干酪乳杆菌细胞壁提取物可诱导小鼠IgA沉积,小肠、派氏结、腹股沟淋巴结、脾脏和骨髓中IgA+B220+B细胞比例升高,肠道屏障功能受损[25]。研究发现,共生微生物如拟杆菌属、球状芽胞杆菌和乳酸杆菌的增加和双歧杆菌属的下降与小鼠sIgA增加有关[26]。胃中的共生菌Bacteroidales Family S24-7激活先天淋巴亚群2型(ILC2)产生IL-5,促进B细胞成熟,从而导致IgA的产生[27]。普雷沃氏菌水平与血清白蛋白水平呈正相关,克雷伯氏菌属、柠檬酸杆菌属和梭杆菌属水平与血清白蛋白水平均呈负相关,嗜胆菌属与IgAN的牛津分型中肾小球新月体的存在呈正相关[28]。一项双向孟德尔随机化研究显示,肠球菌属是IgAN发生的保护因素,而丁酸球菌属是IgAN发生的危险因素[29]。以上结果提示,肠道菌群紊乱可引起肠道黏膜免疫紊乱,参与IgAN的发生发展。

三、IgAN的肠道菌群特征

目前有多项研究探讨了IgAN的肠道菌群特征[6-7,30]。一项纳入了11篇横断面研究的Meta分析显示,肠道菌群β多样性在IgAN患者和健康对照者之间存在显著性差异,但α多样性无改变。在门水平上,厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门)、梭菌门和疣微菌门为优势菌门。在属水平上,埃希菌-志贺菌属、链球菌属和副孢子虫属在IgAN患者中占比较高。瘤胃球菌科、毛螺菌科、普拉梭菌属、普雷沃菌属、梭状芽胞杆菌属、罗氏菌属在IgAN患者中丰度较低[7]。Zhao等[6]进行的一项内部建模联合外部验证的大样本量队列研究发现,IgAN患者具有独特的肠道菌群特征,具有较低的α多样性和过度增殖的菌群链(Proteobacteria-Gammaproteobacteria-Enterobacteriales-Enterobacteriaceae-Escherichia-Shigella),其中Escherichia-Shigella对这一特定菌群链丰度激增的贡献最多,以其为主的肠道菌群诊断模型可高效区分IgAN和健康对照,与上述结果一致。进一步对随访6个月的IgAN患者粪便标本进行16S rRNA测序,结果发现在临床缓解的IgAN患者中,6个月的免疫抑制治疗显著逆转了Escherichia-Shigella及其属链的扩张,菌群多样性显著增加,而在未达到临床缓解的IgAN患者中没有观察到上述现象,以上结果提示Escherichia-Shigella显著增加是IgAN患者肠道菌群失调的特征,有望成为IgAN的诊断生物标志物和治疗靶点。

相关研究发现,肠道菌群往往通过其产生的代谢物与宿主相互作用[31]。一项采用宏基因测序手段探讨IgAN患者肠道菌群变化特征的研究通过MetaCyc代谢数据库分析预测了与微生物群相关的代谢途径,结果显示氨基酸和聚糖的生物合成与IgAN的发生有关。微生物酶分析显示,普氏梭杆菌分泌的α-半乳糖苷酶和α-N-乙酰基-半乳糖胺酶可能与Gd-IgA1的产生有关[32]。Chai等[33]发现IgAN患者粪便短链脂肪酸(SCFAs)水平降低与梭菌纲、梭菌目和产粪甾醇真杆菌属相关。另一项研究发现,高水平的Gd-IgA1、IL-22和肿瘤坏死因子(TNF)-α与色氨酸-犬尿氨酸代谢途径的活性及较低水平的3-吲哚丙酸有关。3-吲哚丙酸、犬尿氨酸和吲哚丙烯酸对调节IgAN患者的免疫炎症反应具有协同作用[34]。以上结果提示肠道菌群及其代谢物的紊乱可能导致Gd-IgA1的产生,进而引起IgAN的发生,因此靶向肠道微生态治疗IgAN具有重要意义。

四、干预肠道菌群治疗IgAN

1.益生菌:益生菌是定殖在人体内,改变宿主某一部位菌群组成的一类对宿主有益的活性微生物,主要通过修复肠黏膜屏障、防止有害生物扩张和移位等机制平衡肠道菌群,进而促进健康。Li等[35]使用小鼠慢性肾脏病(CKD)模型发现普拉梭菌有利于CKD小鼠肾功能的恢复,其机制可能是普拉梭菌分泌的丁酸盐介导了肾脏GPR-43信号传导。口服益生菌干酪乳杆菌Zhang纠正了急性肾损伤(AKI)诱导的肠道微生态失调,减轻了肾损伤,延缓了AKI向CKD进展[36]。一项Meta分析显示口服益生菌可改善CKD患者的肾功能和血脂谱[37]。以上结果提示益生菌可有效改善肾脏疾病的发生发展。多项研究也探索了益生菌在IgAN中的作用和机制[38-39]。Soylu等[38]研究发现使用具有益生菌特性的葡萄球菌酵可降低IgAN小鼠体内sIgA产生、系膜增生和基质扩张,从而阻止疾病发生。其可能机制包括通过调节T细胞减少肠道炎症、抑制病原体、阻碍病原体附着于肠道黏膜、抑制微生物毒素产生、促进IgA的产生及对肠壁产生营养效应。Tan等[39]发现使用含双歧杆菌的益生菌可显著缓解肠道生态失调、减轻IgAN病理损伤和减缓肾病表型。然而,尽管这些研究表明益生菌在IgAN中可能具有重要的作用,但目前尚未有相关的临床试验来验证这些发现。因此,有必要进行多中心、大样本的临床试验,以便深入地了解益生菌在IgAN中的作用和效果。

2.抗生素:肠道微生物组对抗生素的反应是高度复杂和可变的,受多种因素影响。这些影响因素包括抗生素种类、剂量和作用时间等[40]。一些特定抗生素如利福昔明也被证实具有改变肠道菌群、抑制细菌附着、预防肠道炎症和调节肠道屏障功能等作用,从而有助于延缓疾病的发生[41]。相关研究结果发现,使用广谱抗生素(万古霉素/阿莫西林/新霉素/甲硝唑)消耗肠道菌群可减少α1KI-CD89Tg小鼠IgA1系膜沉积、尿蛋白和肾小球炎症[42]。另外,利福昔明可降低IgAN小鼠的UPCR、血清hIgA1-sCD89、hIgA1肾小球沉积和CD11b+细胞浸润。同时,其还能显著降低BAFF、pIgR和TNF-α的表达[43]。这些结果为抗生素在IgAN治疗中的潜在作用机制研究提供了支持。

虽然抗生素治疗有一定疗效,但也有可能引发一些严重的问题,如艰难梭菌感染和抗生素耐药[4]。因此,在决定是否使用抗生素进行治疗时,临床医生需要仔细权衡其可能带来的益处与潜在的不良反应。

3.FMT:FMT是一种新兴的治疗手段,通过收集健康供体的粪便,去除杂质并分离其中的菌群,制备成粪菌悬液,经过上消化道或下消化道灌注在受体肠道内。这种治疗方式旨在向受体肠道内引入完整的微生态系统和有益的共生菌群,从而改变受体肠道菌群失调状态,调节肠道黏膜免疫系统,进而治疗相关疾病[44]。

近期研究结果表明,FMT对IgAN的治疗具有显著效果。Lauriero等[45]分别向IgAN模型小鼠注射了健康人、无进展期IgAN、进展期IgAN患者的粪菌,结果显示移植了进展期IgAN患者粪菌的小鼠肾脏表型加重,变形菌门丰度增多,而移植了健康人粪菌的小鼠肾脏病理减轻、IgA1沉积减少。另外,对2例难治性IgAN患者进行FMT治疗后,发现其尿蛋白明显下降,埃希菌-志贺菌属(治疗前6.0%比治疗后0.3%)和变形菌门(治疗前20.0%比治疗后3.0%)的丰度显著减少[46]。Zhi等[47]对1例患者进行FMT治疗后,发现其尿蛋白水平下降,肠道菌群多样性增加。以上研究结果表明,FMT重建肠道菌群稳态可作为治疗IgAN的一种有效新策略,当然其安全性和有效性亟待更加严密设计的临床试验证实。

五、总结

“肠-肾”轴理论揭示了肠道微生态失衡与肾脏疾病的发生和进展之间的密切关系。肠道菌群紊乱破坏黏膜免疫系统的免疫耐受平衡,促进Gd-IgA1的产生,继而形成免疫复合物沉积在肾小球系膜区,导致IgAN的发生。多项研究表明IgAN患者肠道菌群发生特殊改变,提示靶向肠道微生态的方案可能成为未来治疗和预防IgAN的一种新策略。目前,益生菌、抗生素、FMT等治疗方案或可成为IgAN治疗和预防的新手段。但仍有一些问题尚未得到解决。如各项研究结果差异较大,研究结果多为动物实验,缺乏大样本、多中心的临床试验等。因此,需要积极探索肠道菌群与IgAN之间具体的作用机制和治疗方案,为寻找靶向肠道菌群治疗IgAN提供更多的循证医学证据。