慢性腎臟病與腸道菌群相關性的研究進展

張舒飛 朱琳 周萍

哈爾濱醫科大學附屬第二醫院兒科（哈爾濱150086）

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）在世界范圍內的疾病負擔逐漸加重，據流行病學研究表明，全球估計CKD 患病率為13.4%（11.7%～15.1%），需要腎臟替代治療的終末期腎病患者估計為490.2 至708.3 萬人［1］。當CKD 進展到后期時，傳統的治療方式為血液透析，腎臟移植等替代治療方法，但由于受到腎源等因素的限制，臨床急需實用性更強的治療方法。同時，基于科技的進步和基因組學的飛速發展，人類對于微生物的研究和理解比以往更加透徹。最初，人們的目光局限在腸道菌群對胃腸道功能的影響，但隨著研究的進一步深入，人們逐漸證實了腸道菌群失調與心臟、肝臟、腦等器官的功能障礙和糖尿病、腫瘤等疾病的發生、發展之間存在密切聯系［2-5］。近年，大量研究表明，腸道菌群失調與CKD 之間存在關聯，因此，深入研究CKD 與腸道菌群相互作用的機制，尋找干預腸道菌群的方法，對延緩CKD 的病情進展具有重要意義。本文旨在總結目前腸道菌群與CKD 之間的關系以及腸道菌群作為治療手段的相關進展，以期為CKD 的研究和治療提供參考。

1 CKD 與腸道菌群概述

1.1 CKDCKD 是各種原因引起的腎臟結構或功能異?！? 個月，包括出現腎臟損傷標志或有腎移植病史，伴或不伴腎小球濾過率下降或不明原因的腎小球濾過率下降（＜60 mL/min）≥3 個月規定為CKD，且當CKD 進展到末期時，稱之為終末期腎臟?。?］。在對2017年的全球腎臟病的疾病負擔分析中發現，2017年全球共記錄全階段CKD 患者697.5 萬人，并有120 萬人死于CKD［7］。

1.2 腸道菌群在健康人群的消化道中，生存著大量的細菌，這些細菌在回腸中的密度達到106～108/mL，而在結腸中的密度高達1012/mL 以上［8］，在這些腸道菌中，超過90%的細菌可以歸入擬桿菌門和硬壁菌門，既有著像雙歧桿菌這樣對身體有益的“益生菌”，也存在著大量對身體有害的“腐生菌”［9］。這樣一來，腸道細菌的數量遠遠超過了人體細胞數總量，如此龐大的生態系統，在各種因素的調節下保持著相對平衡。腸道菌群雖然無法用肉眼觀察到，但其如同肝臟、腎臟一樣，在機體的新陳代謝等生命活動中起到了不可或缺的作用。腸道菌群失衡不止會導致消化系統疾病，并且會借助血液淋巴系統等途徑對全身各個系統或器官產生不利影響。

2 CKD 相關的腸道變化

2.1 CKD 患者腸道菌群生存環境的變化在健康狀態下，肌酐、尿素等代謝廢物是由腎臟排出的［10］。CKD 患者腎臟功能下降，腎小球濾過率降低，循環中代謝廢物的濃度增高，導致慢性內毒素血癥，一部分代謝廢物破壞腸道黏膜上皮屏障，破壞上皮細胞間的緊密連接，導致腸道菌群和內毒素進入腸腔和血液循環［11-12］。尿素酶菌等腸道菌將尿素轉化為NH4OH，從而使腸腔內的pH值增高，改變了腸道細菌的生存環境［13］。與此同時還有尿酸，三甲胺-N-氧化物（trimethylamine-N-oxide，TMAO）等產物生成，損傷腸上皮屏障［14］。有研究［15-16］表明，TMAO 是心血管疾病的獨立危險因素，這導致了CKD患者患并發癥危險性增加，降低了CKD 患者的生存質量，導致了惡性循環。因此，CKD不僅使血液中累積的毒素進入腸道，并且造成腸源性毒素產生增加，二者共同參與CKD患者病情的進展。

近年來開展了許多關于短鏈脂肪酸（shortchain fatty acids，SCFAs）的研究，生理情況下在上消化道不能被分解的碳水化合物和蛋白，在盲腸和結腸中被腸道菌群分解，從而產生SCFAs。SCFAs主要參與機體脂肪生成，維生素的合成，膽固醇代謝等過程，并參與食欲調節［16-18］。WANG 等［19］的研究結果也顯示，健康對照組的丁酸鹽含量幾乎是CKD 組的3 倍，SCFAs 也顯著高于CKD 組。就是這樣一種對消化道乃至整個機體都有益的產物，由于CKD 患者的腸道環境發生改變，不利于產SCFAs 細菌的生存［20］而減少。SCFAs 具有調節結腸Treg 細胞生長，阻止腸道炎癥反應，修復腸上皮屏障的功能［21］，當SCFAs 的減少導致腸上皮的自我保護能力和修復功能均遭到破壞。該試驗為臨床干預工作提供了新思路：為CKD 患者補充SCFAs，從而使腸上皮屏障的自我修復功能得以恢復。因此，腸道菌群生存環境是由于上述毒素的累積和有益成分的減少兩方面原因共同作用，使血液中有害物質堆積并且產生大量腸道毒素，導致腸上皮屏障被破壞后無法修復，更多的毒素進入腸腔，同時也有更多的細菌和毒素入血，使得腸道菌群嚴重失調并造成腎臟功能的進一步惡化。

2.2 CKD 患者腸道菌群的變化由于上述腸道菌群的生存環境發生改變，CKD 患者，特別是當疾病進展到CKD 5 期時，腸道菌群大多會發生紊亂。呂晨簫等［22］通過糞便檢測來研究終末期腎臟病患者的腸道優勢菌群，結果表明：在屬的水平上，雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、瘤胃球菌屬、柯林斯氏菌屬的豐富度明顯高于對照組，其組成與健康對照組有明顯的差異。

這項研究還發現：健康對照組的優勢菌群主要為擬桿菌門，透析治療組的優勢菌群主要為厚壁菌門，而非透析治療組的優勢菌群主要為放線菌門。通過對比3組的結果，可以發現當CKD進展到終末期腎臟病階段時，腸道優勢菌群已發生明顯更替，并且透析治療也會對腸道優勢菌群的更替產生影響。因此，終末期腎臟病患者的腸道菌群變化顯著，這種變化會加速惡性循環，導致不良結局，雖然此階段采取的透析治療措施會對腸道菌群的結構產生一定的影響，但是否會對終末期腎臟病患者的預后有所改善還需要進一步的研究。

如圖1所示［23］，CKD 所致正常腸道菌群的失衡，產生了以下后果：（1）通過破壞結腸上皮緊密連接和降低上皮存活率來損害腸上皮屏障。腸上皮屏障完整性喪失，使得細菌和脂多糖移位；（2）免疫反應失調和炎癥反應。脂多糖可以通過活化Toll 樣受體4（TLR4）依賴性和核因子-κB 途徑激活自然殺傷細胞。致病菌刺激樹突狀細胞激活Th17/Th1 T 細胞，增加細胞炎性因子的產生；（3）腸道中的碳水化合物、膽汁酸和蛋白質被腸道致病細菌發酵產生硫酸吲哚酚，TMAO 等有害物質。益生菌特別是雙歧桿菌的減少引起SCFAs的減少。

3 腸道菌群失調對CKD 的影響

3.1 腸源性毒素對CKD 的作用大量研究已探明3 種主要腸源性尿毒癥毒素的作用機制：（1）硫酸吲哚酚通過上調轉化生長因子-β 的表達，激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統，并通過氧化應激等機制促進腎組織的纖維化；（2）硫酸對甲酚主要通過誘導自由基的產生和炎癥細胞的浸潤，導致腎組織的進一步纖維化，并通過激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統，進一步使腎功能惡化［24］；（3）TMAO 通過引起全身炎癥反應等機制損害腎功能［14］。這3 種腸源性毒素通過不同通路上調炎癥因子的表達，從而通過激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統或促進氧化應激的機制加重CKD 病人的腎臟損害。

圖1 腸道菌群失調與CKDFig.1 Intestinal flora imbalance and chronic kidney disease

除上述3 種有害物質外，POESEN 等［25］還發現高血清苯乙酰谷氨酰胺水平組與低血清苯乙酰谷氨酰胺水平組之間的死亡患者數量存在明顯的差異，這使其成為另一種有可能影響CKD 預后的危險因子。雖然其作用機制尚不明確，但腸源性尿毒癥毒素主要通過兩種方式導致腎功能的進一步惡化：（1）入血后直接損傷腎臟細胞；（2）入血后誘發氧化應激損傷腎臟細胞，故可以將上述兩種機制作為研究方向。

含尿素酶的腸道菌使尿素轉化為NH4OH，從而損傷腸上皮屏障，這種損傷導致炎癥細胞的募集，正反饋調節炎癥因子的大量釋放和緊密連接細胞的內吞作用，使得腸上皮屏障被進一步破壞［26］。不完整的腸上皮屏障功能不僅被細菌直接黏附損害，而且遭受毒素的侵蝕，加之SCFAs 的減少，修復能力減弱，腸上皮屏障處于一個長期進行性破壞的惡性循環中。

3.2 腸道革蘭陰性桿菌大量增殖對CKD 的作用腸道的革蘭陰性桿菌大量增殖，產生大量的內毒素，并通過腸上皮屏障進入血液后，依賴TLR4激活下游的各種級聯炎癥反應［27］。不僅如此，還認為腸道菌產生的內毒素易位不僅是炎癥反應的重要促成因素，同時也是CKD 的獨立死亡因子。但也有研究表明，長期的TLR 活化，容易在全身炎癥反應的同時產生一種免疫耐受，且腸道菌群的脂多糖等成分具有免疫沉默的特性，這會使單個細胞經歷從激活到耐受的階段性變化，若反映在全身水平，則成為炎癥反應與免疫缺陷的共存狀態［28］。故可推測：兩者之間存在一個平衡點，當機體的免疫耐受與炎癥反應達到這個平衡點后，機體可能會表現出一種反映炎癥水平的各項指標正常的假象，此時更需要提高警惕，指標的恢復可能是到達平衡點而不是病情的好轉。

原發或繼發于CKD 的腸道菌群失調通過三方面影響著CKD 的發展和預后：（1）腸道的環境不適宜益生菌的生長，反而更加適合其他有害菌群的增殖，使得大量益生菌死亡，正常優勢菌群被替代，有害菌群產生的大量毒素入血后對腎臟功能產生不良影響。（2）產生大量內毒素，募集炎癥因子，導致全身炎癥反應，進一步利用免疫反應損害腎臟功能。（3）腸道細菌的黏附作用和大量毒素使得腸上皮屏障功能受損，通透性增加，從而有更多的有害因子可以通過腸上皮屏障，增強另外兩個因素對腎臟的損害作用。CKD 造成結腸菌群的明顯失調，并且大大影響腸黏膜上皮屏障的結構和功能，而這些又是造成CKD 不良預后的重要因素。

4 腸道微生態的干預

4.1 益生菌益生菌是指在宿主胃腸環境定植或植入并發揮有益健康作用的活微生物，具有免疫調節作用，包括調節腸上皮細胞的NF-κB，絲裂原活化蛋白激酶，CRP，IL-6，IL-8，TNF-α、IL-1β 和干擾素。通過對免疫因子和信號通路的調整，降低全身炎癥反應和對腎臟的損傷，延緩CKD 進展到終末期腎臟病的時間。不僅如此，大量的基礎研究發現了幾種益生菌增強腸上皮屏障功能的機制：（1）上調緊密連接蛋白的表達；（2）增強跨上皮的電阻；（3）使黏液分泌增多；（4）上調丁酸鹽水平；（5）調節微生物群［29-30］。益生菌在調節免疫的同時增強腸上皮的屏障作用，減少有害物質入血，從而減少炎癥細胞的募集，改善機體內環境和CKD的預后。

如今，人們的膳食結構愈加偏向高脂飲食，但高脂飲食可以通過提高腸道有害菌群的水平，造成腸道菌群的紊亂，加劇腸道炎癥。其中，大腸桿菌明顯降低了小鼠糞便中SCFAs 的水平，而益生菌又顯著改善了這一現象，不僅如此，益生菌還可以提高小鼠糞便中SCFAs 的含量，有效改善了腸道菌群結構［31］。SUN 等［32］也發現益生菌的補充顯著降低了反流性食管炎患者的腹瀉綜合征評分并且有效抑制了腸道菌群的過度增殖。大量的研究已證實益生菌對腸道菌群的確切有益作用，因此可以提倡益生菌在腸道菌群失調患者中的常規應用，從而改善患者的腸道情況。

4.2 益生元益生元是指能夠選擇性地刺激宿主腸道內一種或幾種有益菌的活性或生長繁殖，而又不能被宿主消化和吸收的一種無活性的食物成分［33］。近期一項關于高直鏈玉米抗性淀粉的研究發現，補充高直鏈玉米抗性淀粉可以提高SCFAs量，并減少血清尿素、IL-6、TNF-α 和丙二醛的水平［34］。該物質通過提高腸上皮屏障的自我修復和保護功能，減少炎癥因子的募集、減弱全身炎癥反應，從而改善CKD 預后。有研究［35］發現，由于CKD 患者常規采取限制蛋白飲食，單純的飲食調節對于CKD 病情的改善作用不大，但在配合菊粉的攝入時，腸道雙歧桿菌的量顯著增加，提高了血清SCFAs 的水平。因此，由于益生元可以明確改善腸道環境，調節腸道菌群且尚無副作用病例報告，臨床醫生或許可以在治療中嘗試聯合使用幾種益生元制品，根據患者腸道菌群的結構和不同益生元的作用，找到適合患者的配伍，有針對性地刺激有益菌群的增殖。

4.3 合生元近年來，益生菌與益生元的研究成為熱點，將兩者合用，稱之為“合生元”，二者合用在理論上可以減少有害成分的產生，增加SCFAs產生，提高腸道自我修復能力，從而在根本上平衡腸道微生態，有利于CKD 的治療和預防。并且有研究發現合生元的補充能明顯增高腸道雙歧桿菌的量，同時減少其他有害菌屬的豐度［36］。并且由于胃腸道不良反應少，患者依從性較好，治療效果可能優于其他藥物。

4.4 維生素在ZHOU 等［37］關于維生素D 水平高低與結直腸癌發展關系的研究中，分別進行結直腸癌小鼠模型試驗和臨床樣本的研究，結果表明結直腸癌患者的血清維生素D水平明顯低于對照組。小鼠模型的研究不僅印證了這一結果，并且在補充適量的維生素D 后小鼠的整體情況均有所改善。因此，維生素D也可能對腸道菌群的穩態有調節作用，特別是在調節腸道益生菌和穩定腸上皮屏障方面。

5 挑戰與展望

現如今，CKD 的疾病負擔日益增加，對于CKD和腸道微生態的研究越來越深入，二者相互影響，互為因果的機制也日益清晰。但各類腸道菌群的功能并不十分明了，因此需要更多的研究來揭示腸道菌群的組成和其作用機制。目前對于腸道微生態的干預措施還不夠規范，需要更多大樣本、大數據的臨床隨機對照試驗支持，為微生態制劑干預治療CKD 展開更廣闊的前景。