腸道菌群在腎臟疾病及治療中的研究進(jìn)展

包滿辰（綜述） 鄒建洲 俞小芳△（審校）

（1復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院腎內(nèi)科 上海 200032；2上海市腎病與透析研究所 上海 200032；3上海市腎臟疾病與血液凈化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200032；4上海市腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)中心 上海 200032）

人體內(nèi)共生的細(xì)菌多達(dá)1014個(gè)，是人體自身細(xì)胞總數(shù)的10 倍，其中大部分細(xì)菌定植在腸道。腸道菌群作為復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，對人體的健康起著至關(guān)重要的作用。已有許多研究發(fā)現(xiàn)，腎臟病患者常常伴有腸道菌群的紊亂，而腸道菌群紊亂也會(huì)加速腎臟疾病的進(jìn)程［1-3］。基于調(diào)節(jié)腸道菌群的不同治療方案可能為腎臟疾病提供新的個(gè)體化治療策略。

腸道菌群的構(gòu)成和作用人體腸道表面積約有一個(gè)網(wǎng)球場大?。?00 m2），包含500～1 000 個(gè)細(xì)菌種類，是含有細(xì)菌數(shù)目和種類最多的器官。每個(gè)人腸道菌群的組成都是獨(dú)一無二的。采用16S rRNA 序列分析發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)最主要的兩類腸道菌群為擬桿菌門和厚壁菌門，共占全部腸道菌群的98%，而變形菌門、疣微菌門、放線菌門和梭桿菌門等只占一小部分［4］。

腸道菌群與人體的健康和疾病狀態(tài)密不可分，在體內(nèi)保持著動(dòng)態(tài)平衡。宿主的遺傳基因、出生早期細(xì)菌暴露、飲食、吸煙、飲酒、抗生素、質(zhì)子泵抑制劑和罹患各種疾病等因素都會(huì)引起腸道菌群的改變。腸道菌群的紊亂也會(huì)牽涉到許多慢性疾病，如炎癥性腸?。?］、肥胖［6］、2 型糖尿?。?］、動(dòng)脈粥樣硬化［8］、抑郁癥［9］、慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）［2］，甚至癌癥的發(fā)生［10］。

腸道菌群的生理作用有以下幾點(diǎn)：（1）參與人體的營養(yǎng)和能量代謝，包括促進(jìn)碳水化合物的吸收，合成氨基酸（賴氨酸、蘇氨酸等）和維生素（維生素K，維生素B 等）來維持體內(nèi)氮和微量元素的平衡［11］；（2）維持腸道上皮穩(wěn)態(tài)，并參與免疫防御，能保護(hù)宿主對抗病原體的侵襲，減少機(jī)體對食物和環(huán)境中抗原的過敏反應(yīng)［12］；（3）產(chǎn)生各種具有生物活性的代謝產(chǎn)物，有些是對人體有益的，如短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），包括醋酸鹽、丁酸鹽、丙酸鹽等；有些是對人體有害的尿毒癥毒素，如硫酸吲哚酚（indoxyl sulfate，IS）、硫酸對甲酚（pcresyl sulfate，PCS）和氧化三甲胺（trimethylamine-N-oxide，TMAO）等。

腸道菌群與慢性腎臟病CKD 患者的腸道菌群在數(shù)量上和結(jié)構(gòu)上會(huì)發(fā)生改變。Lun 等［13］比較了CKD 患者與健康人的糞便菌群，發(fā)現(xiàn)CKD 患者腸道中擬桿菌門和變形菌門增加，厚壁菌門減少；與健康人相比，CKD 患者中分別有12 個(gè)或19 個(gè)細(xì)菌種系顯著升高或降低，這31 個(gè)細(xì)菌種系可被用作區(qū)分CKD 患者和健康人的腸道菌群標(biāo)志物，尤其是毛螺旋菌和瘤胃球菌。Wu 等［14］研究發(fā)現(xiàn)，9 個(gè)細(xì)菌種屬與CKD 分期高度相關(guān)，其中帕拉普氏菌屬和假丁酸弧菌屬等在鑒別CKD 和健康人方面優(yōu)于尿蛋白/肌酐比值。由此可見，腸道菌群可以作為CKD 的診斷和分期的標(biāo)志物。

CKD 患者腸道菌群紊亂的原因可能是：（1）CKD 患者腸道尿素的腸肝循環(huán)增加，導(dǎo)致腸道菌群尿素酶水解尿素作用值上升，產(chǎn)生更多的NH3/NH4OH，使腸腔內(nèi)pH 上升，引起腸道菌群的構(gòu)成發(fā)生改變，其中條件致病菌增多，有益菌減少［15］；（2）腸道屏障功能受損：研究發(fā)現(xiàn)尿毒癥大鼠結(jié)腸黏膜緊密連接蛋白claudin-1、ZO1 和閉合蛋白顯著減少，而尿毒癥患者腸壁水腫和血透引起的間歇性低血壓可能會(huì)加劇上述屏障功能損害［16］；（3）醫(yī)源性因素，例如鐵劑、抗生素、鈣磷調(diào)節(jié)劑的服用。其中口服鐵劑會(huì)導(dǎo)致變形菌門增加，而口服抗生素會(huì)降低腸道菌群的多樣性［17］；（4）飲食結(jié)構(gòu)改變：腎臟病患者為了避免高鉀血癥而限制攝入香蕉、豆類、堅(jiān)果等，這些食物富含抗性淀粉，能分解產(chǎn)生對機(jī)體有益的SCFA，SCFA 可以為細(xì)胞提供能量，增加飽腹感，還能促進(jìn)B 細(xì)胞發(fā)育，上調(diào)Treg 細(xì)胞，起到抑制結(jié)腸炎癥的作用［18］。此外，蔬菜等纖維素?cái)z入的減少會(huì)使食物在結(jié)腸中停留時(shí)間縮短，繼而引起腸道菌群的改變。

腸道菌群紊亂將進(jìn)一步加重腎臟損害，加速CKD 進(jìn)展。一方面，CKD 患者腸道上皮緊密連接被NH3/NH4OH 損傷，使腸道通透性增加，腸道內(nèi)蓄積的尿毒癥毒素、細(xì)菌和內(nèi)毒素穿過腸壁進(jìn)入血液循環(huán)，單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)被激活，釋放大量細(xì)胞毒性物質(zhì)，加劇CKD 患者全身微炎癥反應(yīng)和內(nèi)毒素血癥［19-20］。另一方面，黏膜免疫系統(tǒng)激活，也會(huì)導(dǎo)致全身微炎癥反應(yīng)，使得腎功能進(jìn)一步減退。CKD 與腸道菌群紊亂相互作用，形成惡性循環(huán)。

基于以上研究結(jié)果，Meijers［21］和Pahl 等［22］先后提出“腸-腎軸”學(xué)說，即腎臟和結(jié)腸之間具有雙向調(diào)節(jié)作用。近年來又有許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上更新了腸道、腎臟、免疫三者的關(guān)系：CKD 患者會(huì)出現(xiàn)腸道菌群的紊亂，而腸道菌群紊亂通過免疫反應(yīng)的橋梁作用進(jìn)一步加重了腎損傷［23］。

腸道菌群與終末期腎病隨著CKD 的進(jìn)展，患者腎功能進(jìn)一步惡化，最終進(jìn)入不可逆性終末期腎?。╡nd-stage renal disease，ESRD）階段。與CKD 類似，ESRD 同樣伴有腸道菌群紊亂，且腸道菌群的紊亂也是促進(jìn)CKD 進(jìn)展至ESRD 的重要因素之一。腎功能減退是影響腸道菌群改變的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［3］。Jiang 等［24］觀察了從CKD1 期至ESRD 期各個(gè)不同時(shí)期患者的腸道菌群變化，發(fā)現(xiàn)丁酸鹽的產(chǎn)生菌Roseburiaspp.和F.prausnitzii豐度逐漸下降，而C 反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）逐漸增高。丁酸鹽是SCFA 中的一種，可以減輕腎損傷，減少局部炎癥和系統(tǒng)性炎癥［1］。Vaziri 等［3］發(fā)現(xiàn)ESRD 患者的腸道菌群多樣性下降，有190 種細(xì)菌可操作分類單元（operational taxonomic units，OTUs）的豐度與健康對照組存在顯著差異。為了排除個(gè)體間差異和飲食等干擾，研究者通過5/6 腎切除大鼠模型發(fā)現(xiàn)尿毒癥大鼠同樣存在腸道菌群多樣性的下降，有175 個(gè)OTUs 與對照組存在顯著差異，其中普雷沃氏菌科和乳桿菌科顯著下降［3］。ESRD 使腸道菌群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量發(fā)生了很大改變。

腸道菌群與腹膜透析、血液透析和腎移植不同腎臟替代治療的ESRD 患者腸道菌群的構(gòu)成亦有差異。腹透與腸道菌群的關(guān)系尤為密切。Wang等［25］發(fā)現(xiàn)腹透患者的腸道菌群總數(shù)較健康人下降，其中植物乳桿菌、肺炎克雷伯菌和腸球菌下降，而銅綠假單胞菌升高。也有研究發(fā)現(xiàn)腹透兒童腸道厚壁菌門和放線菌門較健康兒童減少［17］。此外，腸道菌群與腹透相關(guān)性腹膜炎也密切相關(guān)。由于腹透液中的葡萄糖可以通過腸道屏障進(jìn)入腸腔，有利于腸道中可發(fā)酵葡萄糖的腸桿菌科生長，當(dāng)腸道屏障損傷時(shí)這些細(xì)菌可遷入腹腔，從而引發(fā)腹膜炎。腸桿菌科細(xì)菌占腹透相關(guān)性腹膜炎病原菌的12%，其中最常見的是大腸埃希菌［26］。使用益生菌等微生物制劑調(diào)節(jié)腸道菌群，可能減少腹透相關(guān)性腹膜炎的發(fā)生，或治療對抗生素耐藥的腹腔細(xì)菌感染，這為腹透相關(guān)性腹膜炎的治療提供了一個(gè)新的思路和方法。血透患者和健康人的腸道菌群在數(shù)量上和種類上亦存在差異，厚壁菌門和擬桿菌門主導(dǎo)了血透患者的腸道菌群，其中需氧菌如大腸埃希菌、肺炎鏈球菌、腸球菌的數(shù)量是健康人的100 倍，厭氧菌如產(chǎn)氣莢膜梭菌增加，雙歧桿菌減少［27］。在兒童中，血透患兒與健康兒童相比，擬桿菌門增加，變形菌門減少［17］。近期也有研究報(bào)道固本泄?jié)犸嫿Y(jié)腸透析能改變尿毒癥大鼠的腸道菌群，下調(diào)不動(dòng)桿菌、蠟樣芽孢桿菌、變形桿菌、福氏志賀菌、大腸埃希菌，上調(diào)雙歧桿菌、乳酸菌、幽門螺桿菌，同時(shí)減少炎癥因子IL-1β、IL-6 和CRP 的表達(dá)［28］。對于腎移植術(shù)后的患者，大劑量使用免疫抑制劑、預(yù)防性應(yīng)用廣譜抗生素、缺血/再灌注損傷及飲食限制等，可造成腸道菌群多樣性下降、菌群數(shù)量改變和移植后腹瀉［29］。腎移植兒童的雙歧桿菌較健康兒童明顯下降［17］。

腸道菌群與腎臟疾病的治療鑒于腸道菌群紊亂與腎臟疾病進(jìn)展密切相關(guān)，如能改善腸道菌群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，則可以減少腸源性尿毒癥毒素的產(chǎn)生，從而改善全身微炎癥狀態(tài)，減輕腎損傷，延緩CKD 進(jìn)展。目前已報(bào)道的可以改善腸道菌群的治療方法包括飲食療法、益生菌、益生元、合生元、吸附劑和糞菌移植等。

飲食療法 尿毒癥毒素IS、PCS 和TMAO 等需要依靠食物來源的氨基酸或膽堿等，經(jīng)腸道菌群分解代謝生成，它們被稱為“腸源性尿毒癥毒素”，通過飲食療法可以從源頭上減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生原料，調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡。Patel 等［30］發(fā)現(xiàn)素食主義者尿液中的IS 和PCS 較非素食者下降58%和62%，可能與素食提供更多的纖維素和更少的蛋白質(zhì)有關(guān)。另一項(xiàng)隨機(jī)對照試驗(yàn)也表明，增加食物中纖維素的攝入可以減少血透患者血清IS，而PCS 雖然有下降但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［31］。纖維素?cái)z入越少，腸道菌群的種類就越少［32］。增加纖維素的攝入，可以改善腸道菌群的種類，從而減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生，延緩CKD 進(jìn)展。另外，增加抗性淀粉的攝入，例如馬鈴薯、香蕉和大米等，可以增加產(chǎn)SCFA 的細(xì)菌，減緩尿毒癥大鼠腎功能丟失、間質(zhì)纖維化、腎小管損傷和減少促炎因子活化［33］，還能增加擬桿菌門／厚壁菌門比例，降低血清和尿液中IS和PCS 濃度［34］。

益生菌 益生菌是一類對人體有益的、能改善腸道菌群結(jié)構(gòu)的活性微生物，例如雙歧桿菌和乳酸菌，它們可以通過產(chǎn)生醋酸和乳酸降低腸道pH 值，并與病原菌競爭腸道上皮黏附位點(diǎn)和營養(yǎng)，從而抑制病原菌的增殖［15］。經(jīng)過益生菌治療的CKD 患者血清PCS 水平明顯下降［35］，亦有研究報(bào)道益生菌可以降低CKD4～5 期患者血清尿素氮水平，減少并發(fā)癥的發(fā)生，提高患者生活質(zhì)量［36］。接受益生菌治療的腹透患者血清促炎因子TNF-α、IL-5、IL-6 和內(nèi)毒素水平都較安慰劑組下降，而抗炎因子IL-10 明顯升高，對殘余腎功能也有保護(hù)作用［37］。此外，益生菌也有降血壓的作用，高鹽飲食會(huì)引起Th17 細(xì)胞數(shù)量增加，Th17 細(xì)胞增加又會(huì)加劇高血壓，而通過補(bǔ)充乳酸菌可以改善鹽敏感狀態(tài)［38］。由此可見，補(bǔ)充益生菌不僅可以減少尿毒癥毒素，還能通過增加抗炎因子、降低促炎因子，改善全身微炎癥和鹽敏感狀態(tài)，保護(hù)殘余腎功能，減輕腎損傷。

益生元 益生元是一種不易被消化的食物成分，如菊粉、低聚果糖和乳果糖等。它們可以選擇性地促進(jìn)結(jié)腸中腸道菌群的生長和活動(dòng)，還可以提高糞便中雙歧桿菌的濃度，減少尿毒癥毒素產(chǎn)生。Sueyoshi 等［39］研究發(fā)現(xiàn)，喂食尿毒癥大鼠乳果糖可以減輕腎小管間質(zhì)纖維化，降低血清IS 水平。此外，腸道中擬桿菌屬、梭菌屬等產(chǎn)生IS 前體的細(xì)菌數(shù)目減少，而雙歧桿菌屬數(shù)目增加。菊粉可以發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs，幫助腸道上皮細(xì)胞能量代謝，發(fā)揮促進(jìn)健康的作用。研究發(fā)現(xiàn)腹透患者攝入菊粉型果糖后可以減少糞便中腸道菌群代謝產(chǎn)生的吲哚［40］。Devlin 等［41］人工定植6 種菌落在無菌小鼠腸道中，將標(biāo)準(zhǔn)飲食改為低聚果糖飲食，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)色氨酸酶的B.thetaiotaomicron菌減少，尿液中IS 也減少，提示可以通過調(diào)節(jié)飲食降低IS 水平。另有研究發(fā)現(xiàn)，血透患者服用富含低聚果糖的菊粉4 周后，血清中的PCS 降低了20%［42］。但近期一項(xiàng)動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，給予TLR5 基因敲除小鼠喂食含菊粉的飼料后，雖然小鼠體重減輕，代謝改善，但約有40%的小鼠發(fā)生了肝癌，同時(shí)小鼠腸道變形菌門和梭狀芽孢桿菌屬明顯增多；研究者把菊粉換成果膠和低聚果糖這兩種可溶性膳食纖維后，仍然觀察到了肝癌的發(fā)生；而在腸道菌群沒被破壞的野生型小鼠中，服用相同的菊粉并沒有觀察到誘發(fā)肝癌的現(xiàn)象［43］。因此，對于已有腸道菌群紊亂的CKD 患者，服用益生元可能在一定程度上改善腎功能，但由此引發(fā)的潛在不良反應(yīng)，例如腫瘤的發(fā)生，值得進(jìn)一步關(guān)注。

合生元 合生元是益生菌和益生元的結(jié)合劑，研究發(fā)現(xiàn)，它不僅可以改善CKD 患者腸道菌群的組成，表現(xiàn)為雙歧桿菌屬增加，疣微菌科減少，而且還能降低CKD 患者和血透患者血清PCS 濃度，但不能降低CKD 患者血清IS 濃度［44-45］。此外，合生元還可以改善炎癥標(biāo)志物，服用合生元的血透患者血清CRP、IL-6 和抗熱休克蛋白70 水平均較益生菌組和安慰劑組顯著降低［46］。

碳吸附劑 在尿毒癥大鼠中，口服碳吸附劑AST-120 能在腸道吸附吲哚，避免其進(jìn)入血液循環(huán)，減輕IS 和PCS 對腎臟的損害，還能修復(fù)腸道上皮細(xì)胞緊密連接蛋白，減少內(nèi)毒素水平，減輕氧化應(yīng)激和炎癥［47］。一項(xiàng)多中心臨床試驗(yàn)入選了2 035例中重度的CKD 患者，發(fā)現(xiàn)口服AST-120 可以降低CKD 患者的血清IS 水平，但并不能改善CKD 患者血肌酐翻倍、腎移植和ESRD 的終點(diǎn)事件［48］。

糞菌移植 糞菌移植是近年來興起的治療腸道菌群功能紊亂的新方法，指的是將異體或自體的糞便處理后，制備成口服液、膠囊口服，或通過內(nèi)鏡、鼻飼管等將糞便移植到患者體內(nèi)，使患者獲得新的腸道菌群。該方法已被用于復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染、炎癥性腸病、慢性代謝性疾病和自身免疫性疾病等的治療。目前糞菌移植在腎臟疾病治療中的報(bào)道較少，但糞菌移植作為腎臟疾病的輔助治療有著巨大的潛力。

結(jié)語腸道菌群與腸源性尿毒癥毒素的產(chǎn)生緊密相關(guān)，并在CKD 和ESRD 病情進(jìn)展和并發(fā)癥發(fā)生中起了重要作用，是腎臟疾病防治研究中有前景的新靶點(diǎn)。通過飲食、微生物制劑、吸附劑和糞便移植等途徑調(diào)節(jié)腸道菌群，可以減少尿毒癥毒素的產(chǎn)生、減輕腎間質(zhì)纖維化、改善全身微炎癥狀態(tài)，從而可能延緩CKD 進(jìn)展，改善ESRD 預(yù)后。近年來，腸道菌群與健康的關(guān)系已成為研究熱點(diǎn)并取得了重大進(jìn)展，但腸道菌群與腎臟疾病的研究尚處于起步階段，部分研究并不深入且有一定的局限性，值得進(jìn)一步研究和探討。