腸道菌群失調與慢性腎臟病關系研究*

李姍姍 孫倩 楊少寧 于小勇

(1.陜西中醫藥大學，陜西 咸陽 712046；2.陜西省中醫醫院，陜西 西安 710003)

在2017年一項對全球腎臟病疾病負擔的分析發現，全球共記錄全階段慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)患者697.5萬人[1]。2019年一項流行病學研究表明，全球CKD患病率約為13.4%，進展至終末期腎病(End stage renal disease，ESRD)的患者約為490.2～708.3萬人[2]。CKD因其高發病率和高死亡率，已造成巨大的社會經濟負擔，越來越成為全球性的公共健康問題。當CKD進展至ESRD時，并發癥多，死亡率高，遠期預后差。而傳統的腹膜透析、血液透析以及腎移植等替代療法，都會受到時間，條件，腎源等因素的限制，給患者帶來了很大的負擔和困擾。因此，為了延緩CKD進展，改善CKD患者預后，新的診斷標志物和治療靶點的探索至關重要。腸道菌群在CKD中的作用是近年來研究的熱點。越來越多的研究顯示，腸道菌群的組成結構和功能與腎臟疾病的發生發展關系密切，腸道菌群有望成為CKD非侵入性診斷標志物及新型治療靶點。

1 腸道菌群及其生理作用

近年來，腸道菌群被認為是人體健康的關鍵調節劑，是人體最大的消化器官和排泄器官。健康人群腸道內棲息著100萬億種微生物，包括細菌、真菌、病毒以及古細菌等。其中最常見的是5個細菌門(包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、疣微菌門)和1個古菌門(廣古菌門)。其中，尤以厚壁菌門和擬桿菌門最為常見，約占腸道菌群的90%[3]。這些定值在腸道中的菌群構成了人體最龐大、最重要的微生態系統—腸道微生態系統[4]，對人體的健康發揮著重要作用。健康成人腸道菌群不僅具有分類多樣性，還具有功能多樣性的特征：一方面，參與人體的消化吸收，通過促進碳水化合物的消化吸收，生成短鏈脂肪酸、維生素B、維生素K以及氨基酸等營養物質[5]；另一方面，腸道菌群還能夠促進營養物質的代謝，促進植物多糖、蛋白質及脂肪的代謝和轉化；此外，腸道菌群能夠調節腸道上皮細胞的緊密連接蛋白，發揮腸道黏膜上皮的屏障功能，通過調節腸道的pH值，抑制病原菌的過度生長，維持腸道菌群穩定[6]；不僅如此，腸道菌群還是“隱形”的免疫器官，能夠促進免疫系統的發育和成熟，減輕人體對食物及抗原的過敏反應，誘導免疫調節[7]。腸道菌群中有益菌和潛在致病菌保持動態平衡，與宿主處于互利共生的狀態，腸道菌群與宿主器官之間的關系在維持宿主內環境穩態和各種疾病的發生發展中發揮著重要作用，是腸道生理功能激活和維持的關鍵[8]。腸道菌群與機體營養、代謝、生理、免疫功能密切相關[9]，不同微生物及其代謝產物能參與多種疾病的發生發展過程中，在一定程度上反映機體的健康狀態[10]。

2 腸道菌群失調對CKD的影響

2.1腸道菌群失調的概念 正常情況下，腸道微生物群與宿主是相互依賴的共生關系，由于某些因素破壞了正常菌群內各種微生物之間的相互制約關系，使其在質和量方面都失去平衡，正常生理組成和結構被破壞，產生病理性組合而引起臨床癥狀，稱為腸道菌群失調。2011年，Meijers等[11]首次提出“腸-腎軸(gut-kidney axis)”學說；2015年Pahl等[12]在此基礎上提出“慢性腎臟病-結腸軸(chronic kidney disease-colonic axis)”的概念。其核心觀點認為，CKD發展過程中會出現腸道菌群紊亂，加重尿毒癥毒素在體內的蓄積，誘發全身的微炎癥反應，加重腎功能的惡化，而衰竭的腎功能不能及時清除體內蓄積的毒素，又加劇腸道微生態系統的紊亂，最終形成腸-腎之間的惡性循環。

2.2腸道菌群失調的原因 CKD患者腸道菌群失調的原因尚未明確，但是，很多學者[13-15]認為CKD患者出現腸道菌群失調的相關因素如下：一則，飲食結構改變，纖維素攝入不足導致益生菌比例減少，而可水解蛋白質的有害菌比例增加，含氮廢物聚集于腸道，改變腸道pH值，pH敏感細菌屬增加，腸道菌群失調；二則，CKD患者長期應用多種藥物，不僅損傷胃腸粘膜，改變了胃腸道的內環境，還可能改變腸道菌群種類和數量，致使腸道菌群失調；三則，CKD患者分泌的尿素被腸道菌群水解，產生大量的氨，改變腸腔內糞便的pH值，影響腸道共生菌的生長，引起腸道菌群組成和結構的變化；此外，多種因素的共同作用使得結腸排空時間延長，致使含氮物質在腸腔內蓄積并大量繁殖后代，導致菌群結構和組成發生改變，發生腸道菌群紊亂。綜上，各種因素致使尿毒癥毒素蓄積，腸道菌群的組成和豐度發生改變，進而發生腸道菌群失調。

2.3腸道菌群失調的機制 尿毒癥毒素的蓄積是CKD患者的特征性表現，尿毒癥毒素按其來源部位可分為：內源性、外源性以及微生物代謝[16]。其中最主要的三種分子：吲哚酚硫酸酯(indoxophenol sulphate，IS)、對甲酚硫酸酯(pCS)和三甲胺氮氧化物(trimethylamine nitrogen oxide，TMAO)，是腸道微生物群衍生的尿毒癥毒素，又稱腸源性尿毒癥毒素，能夠損傷CKD患者的內皮功能，造成機體廣泛的炎癥反應和氧化應激，參與CKD發病及進展以及心血管等各種并發癥的發生[17]。其中，IS、pCS是一種蛋白質結合性尿毒癥毒素，是合成尿毒癥毒素的前體物質，因其難以通過透析清除而最麻煩和最危險[18]。研究發現，蛋白結合性尿毒癥毒素具有中斷肝臟代謝、誘導腎纖維化、促進動脈粥樣硬化以及介導神經性毒性等一系列毒害作用[19]。此外，CKD患者腸道菌群失調與CKD相關并發癥也密切相關，如：心血管疾病(Cardiovascular disease，CVD)、礦物質和骨骼疾病(CKD-MBD)以及認知障礙(Cognitive dysfunction)[20-21]。研究發現[22]，CKD患者血液循環中脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)水平和CKD進展呈正相關。LPS是革蘭氏陰性菌細胞外壁的組成成分，由脂質和多糖構成。其生理作用是通過結合存在于宿主細胞的細胞膜表面的Toll樣受體(TLR) 4和髓樣分化(MD)因子-2，形成TLR4-MD2-LPS復合物,進而激活下游的NF-κB等通路,誘導產生大量慢性炎癥前細胞因子如白細胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和腫瘤壞死因子α(TNF-α)，引起炎癥級聯反應[23-24]。CKD患者往往存在著微炎癥狀態，持續性全身炎癥狀態被認為是CKD進展及不良預后的獨立危險因素[25]。而促炎細胞因子水平的升高可誘導B細胞產生更高水平的特異性免疫球蛋白G(IgG)，還可通過樹突細胞和巨噬細胞促進Th1和Th17反應[23]。而過度活化的Th17細胞是誘發炎癥性腸炎等自身免疫性疾病的因素之一[26]。CKD患者因腸壁水腫和充血、結腸轉運時間減慢、酸堿平衡失調等因素改變腸道上皮的緊密連接，增加腸道通透性，促進腸道微生物群發生易位[27]，腸道微生物群及其代謝產物進入血液循環進而觸發腸道免疫系統[28]。研究發現，定值在機體的微生物群本身就決定了機體的免疫功能，人體免疫系統與腸道微生物群在保持機體內環境穩態方面發揮著關鍵作用[29]。

綜上，腸道微生物群與CKD之間是一個雙向調節的過程，尿毒癥毒素、脂多糖、腸道屏障破壞和免疫調節障礙是雙向調節失衡的重要因素，在雙向失衡中，CKD易導致腸道微生物群的改變，而腸道微生物群失調又反過來誘導CKD的階段進展和并發癥的發生，從而陷入相互的惡性循環[17]。

3 調節腸道微生物群對CKD的潛在治療作用

3.1益生菌 益生菌是對人體有益的腸道菌群，來源于食物，被稱為“活性微生物”。大量研究證實，益生菌可以改變腸道菌群的結構和組成，改善腸道的微生態環境，減少血清中IS和PCS等尿毒癥毒素以及LPS的產生，減少細胞因子及炎癥因子的釋放，減輕腸道黏膜的損傷，改善腸道屏障功能。越來越多的研究表明[30-33]：①補充益生菌能夠改善腸道菌群的組成和結構，重構腸道菌群平衡，修復腸道黏膜上皮細胞的生物學屏障功能，抑制致病菌在腸道的入侵和定值，抑制炎癥反應；②益生菌代謝產生的乳酸等物質，可降低腸道的pH值，既能有效的抑制致病菌的生長，同時又能阻止腸內氨的吸收，減少尿素的生成；③補充益生菌能夠增加短鏈脂肪酸的產生，發揮腎臟的保護作用；④益生菌能夠發揮占位效應，競爭性的抑制病原微生物或抗原與黏膜受體的結合，減少外源性致病菌的入侵以及抑制內源性致病菌的激活，增強機體的免疫防御能力；⑤此外，補充益生菌不僅能夠改善腸道的蠕動功能，促進腸道代謝產物的排出；還能通過抑制炎癥反應，減少菌群易位來改善CKD患者的營養狀態。因此，益生菌通過以上因素的協同作用，減少尿毒癥毒素在體內的蓄積，重構菌群平衡，穩定腸道黏膜屏障功能，參與機體的新陳代謝，延緩CKD進展。但是，關于補充益生菌、益生元或其聯合制劑干預腸道菌群延緩CKD進展需要更大樣本量、更長干預時間和更高質量的研究進一步的評估實際效果。

3.2糞菌移植 糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是當前研究的熱點，基本原理是將健康者糞便中的正常菌群轉接到菌群失調的患者腸道中，重建腸道微生態的平衡。對于腸道菌群失調的CKD患者來說，FMT是一個新的治療的方向，但是其中的相關機制尚需進一步的明確，糞菌移植的安全性有待進一步的評估，潛在風險有待進一步的降低，穩定性有待進一步的提高。

3.3其他 此外，腸道緩瀉劑(如魯比前列酮)、活性炭吸附劑(如AST-120)可以吸附腸道中的毒素，促進腸蠕動，減少CKD患者體內尿毒癥毒素的蓄積，改善腎功能，延緩CKD進展[34]。另外，飲食結構的改善，如高膳食纖維飲食、優質蛋白飲食也能在一定程度上穩定腸道菌群的平衡，減少尿毒癥毒素的蓄積，從而進行腎臟保護。

4 中醫藥在腸道菌群失調中的作用

CKD屬中醫學的“水腫”“腰痛”“虛勞”等范疇，病位主要在脾腎，以脾腎虧虛為本，痰濁濕毒瘀滯為標，是為本虛表實之證。中醫脾臟與現代醫學中機體代謝、免疫功能及腸道微生態等多個系統功能密切相關，而腸道菌群對機體營養、代謝以及免疫作用是脾臟功能生物學內涵的充分體現[35-36]。故CKD腸道菌群失調當從脾論治，而腸道菌群失調導致大量腸源性尿毒癥毒素以及內毒素的產生，這可能是CKD患者出現本虛標實的物質基礎[37]，因此，治當健脾益腎，通腑泄濁。腸道菌群失調是疾病發生與藥物起效之間的橋梁，而中藥因具有多成分、多靶點、系統調節的作用特點，是理想的腸道菌群調節劑[38]。中藥成分能被腸道菌群分解成多種可發揮藥理作用的生物活性成分，如多酚類物質、生物堿、皂苷和多糖等，進而改善疾病癥狀，延緩疾病進展[39]。有些無藥理活性或活性較低的中藥經腸道菌群代謝后能產生新的甚至活性更強的藥效的活性成分[40]?！岸嘟M分對抗多靶點”作為中醫藥治療疾病的原則，無論是中藥單品、中藥復方還是中藥提取物大多數都是以口服或者灌腸的方式給藥，進入消化道，這就為中藥有效成分與腸道菌群相互作用提供可能。通過穩定腸道菌群，保護腸道上皮屏障，減輕尿毒素在體內的蓄積，從而發揮腎臟保護的作用，延緩CKD的進展?，F代醫家基于腸-腎軸理論基礎[41]，綜述近年的研究，認為中醫藥可通過調節腸道機械屏障、化學屏障、生物屏障以及免疫屏障來調節腸道黏膜結構，平衡腸道菌群，延緩CKD進展。研究發現[42-43]，中草藥通過促進益生元生長，促進腸道菌群平衡，與相關腸道菌群“相須、相使”，發揮協同作用；通過競爭性的抑制酶的活性，與相關腸道菌群“相畏、相殺”，降低腸道微生態的代謝能力，發揮拮抗作用，進而穩定腸道菌群，調和陰陽，達到“陰平陽秘”。

5 小結與展望

綜上所述，CKD與腸道菌群之間存在著復雜的關聯：一則，CKD的發生與發展改變了腸道菌群的組成和結構，破壞了腸道上皮的屏障功能，增加了腸道上皮黏膜的通透性。又因為飲食結構的改變，藥物的使用以及腸道內環境的改變，進一步加重腸道菌群的紊亂；二則，以腸道菌群的代謝產物如IS、PCS、TMAO為代表的腸源性尿毒癥毒素在體內大量蓄積，以及以細菌的組成成分如脂多糖為主的內毒素的生成和暴露，激活機體的免疫調節功能，誘導全身的微炎癥反應，進一步加重腎功能的惡化。最終形成腎臟-腸道之間的惡性循環，預后不良。雖然益生菌治療、糞菌移植、活性炭吸附劑以及中藥治療等干預手段打開了CKD治療的新視角，但是仍然存在一定的問題亟待解決。①腸道益生菌的生存率以及抗菌效應需要更進一步的實驗來確認；此外，益生菌對于腸道微生態環境的效應評估指標較為單一，主要通過糞便中菌群的種類和數量，相關酶的活性、內毒素的濃度等，不能動態的評估菌群中菌種的變化趨勢和功能分析以及益生菌治療后的菌群變化情況。②大量研究表明了益生菌對于機體的保護作用，但是對于益生菌的副作用以及長效性鮮有數據，仍需要臨床大樣本的數據證實。研究發現，并不是所有的益生菌都能對機體產生保護作用，不同特性的益生菌可能對腎臟疾病產生不同的作用，甚至是相反的作用。因此，益生菌的長效性、安全性、不同特性益生菌對于腎臟疾病的影響仍需進一步的研究。③糞菌移植能夠提高定值在腸道的菌群的數量及活性，但是長效性仍需大量的實驗驗證，安全性有待進一步的評估以及穩定性有待進一步的提高。④中藥對于CKD患者腸道菌群調節的具體分子機制仍需要大量的臨床試驗驗證；對于CKD患者腸道菌群中有臨床意義的生物標志物以及中藥治療所需的靶點仍需要進一步的探究，希望可以通過現代檢測技術，通過代謝組學、網絡藥理學、分子對接等手段進行大數據分析，探索中藥作用機制，找到精準有效的切入點。⑤很多對于CKD患者的腸道菌群研究樣本量不足，加之人群腸道菌群存在較大的差異性，各種腸道微生態的干預措施需要更多的、更高質量的、大樣本的RCT實驗的支持。因此，對于腸道和腎臟之間復雜的雙向交互關系的研究仍有很長的路要走。