腸源性尿毒癥毒素在腎臟病領(lǐng)域的研究進展

李倩玉，周江慧，李 娜，孫 鈺，劉 鋒

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 腎病內(nèi)科，吉林 長春130033)

我國慢性腎臟病(CKD)的發(fā)病率為10.8%，人數(shù)約為1.2億，目前CKD的發(fā)病率仍然在逐年升高，已逐漸成為危害人類健康的主要疾病。如何延緩CKD進程、改善CKD患者生活質(zhì)量已成為全球熱點?；贑KD的高患病率以及低預(yù)期壽命，我們越來越重視CKD進程中可控的危險因素的干預(yù)。近年來，人們逐漸開始重視腸源性尿毒癥毒素(GDUT)對CKD進展的影響，腸道靶向的治療策略為慢性腎臟病的治療提供新的思路。

1 腸源性尿毒癥毒素

尿毒癥毒素(Uremic toxins)是指CKD患者體液中濃度明顯升高，并且具有毒性作用的物質(zhì)。研究表明，尿毒癥毒素的積累與CKD進展的風(fēng)險增加相關(guān)[1]。當(dāng)eGFR<60 mL/min/1.73 m2時，尿毒癥毒素的積累被認(rèn)為是CKD后果的關(guān)鍵因素[2]。因此探索尿毒癥毒素的來源，在CKD的早期減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生，降低CKD的發(fā)病率及死亡率，顯得尤為重要[3]。臨床上可根據(jù)尿毒癥毒素產(chǎn)生的來源將其分為三類[4]：(1)內(nèi)源性代謝產(chǎn)物：人體自身的代謝產(chǎn)物，如肌酐、尿酸等；(2)微生物代謝產(chǎn)物：大部分微生物代謝產(chǎn)物的前體都是在腸道由腸道菌群合成，即腸源性尿毒癥毒素，如吲哚類、酚類等；(3)外源性攝入物質(zhì)：如草酸鹽等。近年來，腸道微生物群的生物學(xué)潛能及其在各種慢性炎癥發(fā)病機制中的重要作用引起了研究者們對腸道細(xì)菌的高度重視，認(rèn)為腸道細(xì)菌是CKD發(fā)展和并發(fā)癥的一個可能原因，也是延緩CKD進展的目標(biāo)治療方法，因此對GDUT的干預(yù)逐漸成為延緩慢性腎臟病進展的重要方向。

2 腸道菌群失調(diào)與慢性腎臟病的相互作用

腸道菌群在長期的進化過程中，與人體形成共生關(guān)系，主要參與了人體的消化吸收、能量代謝以及免疫調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)。隨著分析生物學(xué)的進步，腸道微生態(tài)和腸道菌群的研究得到了飛速發(fā)展。腸道菌群失調(diào)，加劇GDUT蓄積、破壞腸道上皮細(xì)胞功能、細(xì)菌移位、激活腸道黏膜免疫系統(tǒng)、誘導(dǎo)全身微炎癥反應(yīng)加重腎臟損傷，結(jié)腸轉(zhuǎn)運時間延長使得在腸道中分解蛋白質(zhì)的菌群增多，蛋白質(zhì)在胃腸道停留時間長，導(dǎo)致蛋白結(jié)合類尿毒癥毒素增多；食物中氨基酸若不能很好地被胃腸道吸收則會由腸道菌群分解產(chǎn)生尿毒癥毒素[5]；長期菌群失調(diào)會導(dǎo)致人體產(chǎn)生系統(tǒng)炎癥狀態(tài)，而這也是影響CKD患者生存的獨立危險因素之一；此外腸道菌群的失調(diào)會導(dǎo)致腸黏膜屏障受損，腸道內(nèi)的細(xì)菌及毒素入血，加速系統(tǒng)炎癥的發(fā)生，加速CKD的進展。

同時人們發(fā)現(xiàn)，CKD患者，由于腸水腫、代謝性酸中毒、維生素K明顯缺乏、頻繁使用鐵劑和磷結(jié)合劑、抗生素的濫用、長期應(yīng)用激素及免疫抑制劑等原因，使得腸道內(nèi)可通過發(fā)酵產(chǎn)生尿毒癥毒素的細(xì)菌增多[6]、結(jié)腸中的細(xì)菌移位進入到空腸、腸系膜淋巴結(jié)或血液中[7]、腸道上皮黏膜屏障被破壞[8]，最終導(dǎo)致腸道菌群結(jié)構(gòu)、數(shù)量、組成、分布發(fā)生變化，益生菌種類及數(shù)量減少，條件致病菌增多，形成腸腎之間的惡性循環(huán)。

3 幾種主要的腸源性尿毒癥毒素及對CKD進展的影響

3.1 硫酸吲哚酚與吲哚-3乙酸

硫酸吲哚酚(IS)最初由Obermayer和Popper在1911年分離，并發(fā)現(xiàn)其在腎病患者的血液中濃度較高[9]。色氨酸經(jīng)腸道細(xì)菌分解產(chǎn)生吲哚，經(jīng)門靜脈吸收入肝，羥化生成3-羥基吲哚，最終經(jīng)硫酸化生成IS，90%以上與血漿白蛋白結(jié)合。然后通過有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋白(OAT)OAT-1和OAT-3被腎小管細(xì)胞攝取，由腎小管分泌，隨尿液排出[10]。因此，血清IS水平隨腎功能的惡化而升高。腎功能正常人體內(nèi)IS以低水平存在，并且可能具有尚未鑒定的生理作用。在CKD2期和3期已經(jīng)顯示循環(huán)IS水平的增加[11]。隨著慢性腎臟病的進展，CKD患者的游離型IS平均濃度為3.22 mg/L[2]。腎臟功能減退時IS在體內(nèi)蓄積，加速CKD進展[12]。該過程涉及各種病理生理學(xué)機制。如上所述，IS由腎小管分泌清除，在腎功能不全患者循環(huán)中IS積累，近端小管細(xì)胞中的IS積累破壞了抗氧化系統(tǒng)，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和氧化應(yīng)激[10]。研究表明，IS的水平與內(nèi)皮功能受損標(biāo)志物(血栓調(diào)節(jié)蛋白，粘附分子)，氧化應(yīng)激(超氧化物歧化酶)和單核細(xì)胞活化決定因子(新蝶呤)的標(biāo)志物獨立相關(guān)[13]。IS通過增加TGF-β，TIMP-1和pro膠原蛋白I的表達來加速腎纖維化[14]。RAS系統(tǒng)和氧化應(yīng)激是加速慢性腎臟病進展的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)IS激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)，誘導(dǎo)腎小管細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和凋亡[15]。

吲哚-3乙酸(IAA)作為吲哚的衍生物，也來源于色氨酸代謝，由色胺在腸道或組織中代謝而成[16]，最終通過OAT 1轉(zhuǎn)運體由腎小管分泌排出[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，IAA的濃度隨著腎小球濾過率的降低而升高，提示著IAA可能與CKD的進展有關(guān)[17]。這些色氨酸代謝物是轉(zhuǎn)錄因子芳香烴受體(AhR)的內(nèi)源性配體，AhR的激活通過調(diào)節(jié)細(xì)胞對環(huán)境外源性物質(zhì)的反應(yīng)，增強組織因子在內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和外周血單個核細(xì)胞中的表達，從而增加其穩(wěn)定性，促進血管炎癥和氧化應(yīng)激。在培養(yǎng)的人內(nèi)皮細(xì)胞中，IAA激活了炎癥性非基因組AhR/p38MAPK/NF-κB通路，誘導(dǎo)內(nèi)皮炎癥和氧化應(yīng)激[18]。

3.2 硫酸對甲酚和葡糖苷酸對甲酸

硫酸對甲酚(PCS) 的形成與IS的形成相似。腸道細(xì)菌分解酪氨酸和苯丙氨酸形成4-羥基乙酸，脫羧后形成對甲酚(p-cresol,PC)，經(jīng)門靜脈入肝，最終經(jīng)硫酸化形成PCS和葡萄糖醛酸酐對甲酚(PCG)，PCS主要通過腎小管基底膜側(cè)的OAT分泌到腎小管管腔，隨尿液排出。隨著CKD的進展，PCS濃度可比正常水平高20倍(0.08 mg/L對1.75 mg/L)[2]。對甲酚是一種已知的白細(xì)胞功能抑制劑，目前關(guān)注較多的結(jié)合物主要包括PCS以及PCG。PCS可以誘導(dǎo)白細(xì)胞自由基產(chǎn)生，促進炎癥的發(fā)生[19]，誘導(dǎo)白細(xì)胞向損傷的腎組織浸潤，導(dǎo)致腎臟纖維化的進展。PCS 顯著增加腎組織腎素、血管緊張素1受體( AT1 受體) 的表達，激活RAS系統(tǒng)[20]，PCS還可通過激活 NADPH 氧化酶，產(chǎn)生大量氧自由基，加速CKD的進展[21]。

葡糖苷酸對甲酸雖然體內(nèi)濃度不如PCS高，但由于其蛋白結(jié)合率低，二者活性濃度幾乎相同[22]。已有研究表明，雖然PCG僅為對甲酚的次級代謝產(chǎn)物，但它對尿毒癥患者死亡率的影響與PCS或IS相當(dāng)[23]。PCG本身對白細(xì)胞無活性，但它可提高PCS誘導(dǎo)自由基產(chǎn)生的作用[22]，同時，它們的共同作用下也可引起內(nèi)皮細(xì)胞的白蛋白漏出[24]。

3.3 氧化三甲胺

隨著尿毒素研究的深入，近幾年開始有學(xué)者認(rèn)為腸道菌群的代謝產(chǎn)物氧化三甲胺(TMAO)與慢性腎臟病相關(guān)。腸道菌群代謝膽堿，磷脂酰膽堿(卵磷脂)或l-肉堿，生成三甲胺(TMA)。TMA經(jīng)門脈系統(tǒng)被攝入肝臟，被黃素單加氧酶(FMO1和FMO3)氧化生成TMAO[25]。TMAO最終由腎臟代謝，在一個動物實驗中，高TMAO水平與慢性腎臟病進展已被證實存在生物合理性[26]，雖然目前缺乏有力的證據(jù)證實TMAO對腎臟細(xì)胞的直接毒性作用，但是在一項研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)TMAO水平的升高預(yù)測慢性腎臟病的發(fā)展[27]。TMAO可通過釋放炎性細(xì)胞因子IL-1、β和IL-18誘導(dǎo)炎癥，并通過抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶(ENOS)產(chǎn)生一氧化氮(NO)而觸發(fā)氧化應(yīng)激[28]。此外隨著TMAO水平的增加，腎小管間質(zhì)纖維化和膠原沉積、Smad 3磷酸化增強、腎臟損傷因子-1(KIM-1)、血漿胱抑素C、炎癥反應(yīng)因子如NOX-4和TNF-α均增加，這些因子均會導(dǎo)致慢性腎臟病的進展，而TMA形成抑制劑3即3-二甲基-1-丁醇(DMB)阻止了這些效應(yīng)[29]。

3.4 其他

隨著對腸源性尿毒癥毒素研究的不斷深入，越來越多的腸源性尿毒癥毒素被研究者發(fā)現(xiàn)，如苯基硫酸鹽(phenyl sulfate)、苯酚(phenol)、膽酸鹽(cholate)、馬尿酸鹽(hippurate)、二甲基甘氨酸(DMG)、γ-胍基丁酸酯(γ-guanidinobutyrate)、戊二酸/戊二酸鹽(glutarate)、2-羥基戊酸酯(2-hydroxypentanoate)、苯乙酰谷胺酰胺(phenylacetylglutamine)，硫化雙丙氨酸(lanthionine)等[30-32]。然而，大多數(shù)相關(guān)研究是初步的，需要進行更多的實驗室以及臨床研究以進一步了解腸源性尿毒癥毒素對于CKD進展的影響。

4 結(jié)論

CKD患者由于腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致尿毒癥毒素的蓄積，導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)，加快CKD的進展，形成惡性循環(huán)。通過調(diào)節(jié)腸道菌群、減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生及吸收等治療可能改善CKD患者的臨床癥狀。腸源性尿毒癥毒素與CKD進展的關(guān)系錯綜復(fù)雜，除本文所提及的幾種尿毒癥毒素，尚有許多其他尿毒癥毒素有待深入研究，同時目前對于腸源性尿毒癥毒素產(chǎn)生的機制不是完全確切，在治療過程中清除某一類腸源性尿毒癥毒素的方法并不一定適用于其他尿毒癥毒素，腸道靶向的CKD治療策略仍需不斷探索。