王逸聞 朱戎

盡管投入了大量的臨床和財政資源，慢性腎臟?。–KD）仍然是一個全球性的健康威脅。流行病學研究表明，1990～2017 年全球、全年齡段CKD 患病率增加了29.3%，死亡率增加了41.5%[1]。目前，對于大多數(shù)CKD 患者尚無特異性的治療方法，而一旦錯過早期干預(yù)，終末期腎病患者最終只有通過腎臟替代療法才能維持生命，且背負較前顯著增加的治療負擔[2]，最終導(dǎo)致醫(yī)療系統(tǒng)的治療壓力激增，社會經(jīng)濟負擔加重。目前越來越多的研究表明腸道菌群對于CKD 疾病發(fā)展有著不可忽視的作用。研究表明，通過益生菌喂養(yǎng)尿毒癥大鼠，可以改善腸道菌群，減少腎臟炎癥和纖維化[3]。因此，如何通過影響腸道菌群從而控制CKD 發(fā)展至關(guān)重要。

1 腸道菌群與CKD 機制研究

正常腸上皮屏障可分為3 個部分：物理屏障、免疫屏障和生物屏障[4]，物理屏障由一層連續(xù)的腸上皮細胞（IEC）及封閉細胞間隙的緊密連接（TJs）組成。其具有雙重功能，可以將病原體從血液循環(huán)中分離出來，同時也可以使有益的代謝物和免疫信號通過跨細胞和旁細胞運輸雙向通過。上皮細胞之間的TJs 防止有害分子的旁路運輸，其頂端藥物轉(zhuǎn)運器阻止一些分子的運輸，同時介導(dǎo)其他分子的主動運輸，包括營養(yǎng)物質(zhì)、維生素和代謝物。由專門的TJs 蛋白形成的孔隙和泄漏途徑促進了旁細胞運輸，TJs 是一組多蛋白復(fù)合體，主要由跨膜蛋白和細胞質(zhì)蛋白組成。其中跨膜蛋白主要包括密封蛋白和閉合蛋白，細胞質(zhì)蛋白常見的有閉鎖連接蛋白-1、閉鎖連接蛋白-2 和閉鎖連接蛋白-3。TJs在調(diào)節(jié)腸黏膜通透性中發(fā)揮著重要作用，其只允許離子與小分子物質(zhì)通過，可有效阻止腸腔細菌、內(nèi)毒素經(jīng)旁細胞途徑進入血液循環(huán)[5]。CKD 患者會出現(xiàn)腸壁水腫和充血、轉(zhuǎn)運時間變慢、代謝性酸中毒，以及飲食纖維的加工減少。這些因素都會改變腸道上皮的TJs，破壞腸道屏障的完整性，導(dǎo)致細菌和細菌成分的易位，引發(fā)腸道免疫反應(yīng)[6]。

有研究揭示了微生物的定植在淋巴組織的形成和隨后的免疫系統(tǒng)發(fā)育中的作用[7]。腸道微生物群的組成及其代謝活動主要通過上皮細胞頂膜調(diào)節(jié)的被動和主動溶質(zhì)跨細胞轉(zhuǎn)運影響?zhàn)つは聦拥拿庖叻磻?yīng)[8]。CKD 患者腸道屏障通透性增加，導(dǎo)致微生物群易位，上皮細胞表達模式識別受體（PRRs），并產(chǎn)生影響骨髓細胞和淋巴細胞的趨化因子。黏膜下層的固有淋巴細胞可被刺激產(chǎn)生細胞因子，而黏膜下層的樹突狀細胞（DCs）往往決定反應(yīng)是促炎還是抗炎[9]。腸道DCs 通過將突起直接伸入腸腔，探測病原體和病原體釋放的因子，跨越腸道上皮進行抗原捕獲[10]，從而參與調(diào)控從幼稚CD4+T 細胞分化出來的輔助T 細胞（Th）亞群，包括Th1、Th2、Th17 和Treg 細胞，維持Treg/Th17 平衡，形成免疫平衡。Th1 細胞是釋放γ 干擾素的炎癥細胞，參與對細胞內(nèi)病原體的免疫，而Th2 細胞主要通過釋放白細胞介素-4（IL-4）參與輔助B細胞。CX3CR1+DCs 被認為會導(dǎo)致Th17 細胞的分化，Th17 細胞在宿主防御各種細菌和真菌方面起著關(guān)鍵作用[11]，但在病理條件下，如自身免疫，Th17細胞會加劇炎癥[12]。耐受性的CD103+DCs 可能調(diào)節(jié)Treg 細胞的數(shù)量，Treg 抑制效應(yīng)性T 細胞的功能，因此其對抗炎癥反應(yīng)至關(guān)重要[13]。腸道DCs 對Treg 的嚴格調(diào)控協(xié)調(diào)了獲得性免疫反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)了中性粒細胞的招募和外滲，然而誘導(dǎo)Treg 細胞和Th 細胞亞群的能力只是其功能之一[14]。腸道微生物群通過激活DC 中的增殖誘導(dǎo)配體受體和B 細胞活化因子來促進分泌免疫球蛋白（IgA）漿細胞的分化。sIgA 對腸道微生物有調(diào)節(jié)作用。然而，CKD 中持續(xù)的先天性免疫激活并不意味著更好的宿主防御[15]，相反，其可能通過觸發(fā)抗炎信號通路的激活而誘發(fā)免疫麻痹[16]。與CKD 有關(guān)的微生物產(chǎn)物從腸道持續(xù)滲出，可能不斷激活并隨后麻痹從骨髓中進化出來的新的單核細胞和粒細胞，導(dǎo)致CKD 中先天免疫和獲得性免疫缺陷的同時激活[17]。

脂多糖（LPS）是一種內(nèi)毒素，其與巨噬細胞上的受體復(fù)合物結(jié)合，進一步導(dǎo)致促炎癥細胞因子的產(chǎn)生[18]。其誘發(fā)的先天免疫依賴于PRRs，能識別因應(yīng)激、組織損傷或細胞凋亡而釋放的損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）和病原體相關(guān)分子模式（PAMPs）[19]，已經(jīng)確定了幾類不同的PRR 家族，其中包括跨膜Toll樣受體（TLRs）、C 型凝集素受體（CLRs）、維甲酸誘導(dǎo)基因（RIGs）受體、細胞內(nèi)Nod 樣受體（NLRs），還包括HIN-200 受體。細胞外PAMPs 和DAMPs 由TLRs 和CLRs 識別，而細胞內(nèi)PAMPs 由NLRs 和RIGs 識別[20]。典型的促炎癥信號通路的激活是核因子κB（NF-κB）和激活蛋白-1，主要基于多種介質(zhì)的刺激，包括促炎癥細胞因子，如IL-1 和腫瘤壞死因子α。人類基因組編碼了23 個NLR 蛋白，其中帶有Caspase 募集結(jié)構(gòu)域的NLR 負責組織炎癥體復(fù)合物和釋放促炎癥細胞因子IL-1β 和IL-18。其中與腎臟疾病有關(guān)的是Nod 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NLRP3），其由TLR 激活促進，從而觸發(fā)NF-κB 途徑[21]。另外已經(jīng)提出配體門控離子通道受體通過ATP 激活，使K+外流和細胞內(nèi)K+減少[22]，K+外流可以觸發(fā)活性氧（ROS）的產(chǎn)生[23]。ROS 作為重要的二級信使，對NLRP3 炎癥小體的激活起著信號作用；NLRP3 激活后通過其半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域與pro-Caspase-1 結(jié)合，導(dǎo)致pro-Caspase-1 裂解，隨后pro-IL-1β 和pro-IL-18 裂解為其活性形式。有研究表明了炎小體在腎臟纖維化的作用[24]。NLRP3-/-小鼠在UUO 后表現(xiàn)出較少的腎小管損傷、炎癥和纖維化，這突出了NLRP3 炎癥體的激活。免疫反應(yīng)失調(diào)和促炎癥細胞因子的長期產(chǎn)生導(dǎo)致全身性炎癥，可進一步加速CKD 的進展。

2 多胺與短鏈脂肪酸（SCFAs）

微生物群是一個復(fù)雜的群體，對宿主的整體平衡和疾病有著重要貢獻。大部分（70%）微生物群居于胃腸道[25]。約有1014個微生物生活在腸道中，比人體細胞的數(shù)量多10 倍，而且其共同表達的基因是人類基因組的250～800 倍[26]。Hida 等[2]發(fā)表了一項關(guān)于CKD 患者腸道菌群組成差異的研究，表明患者潛在致病菌比例更高，如克雷伯氏菌和梭狀芽孢桿菌，腸桿菌和腸球菌的數(shù)量更高，雙歧桿菌的數(shù)量更少。腸道菌群釋放生物活性代謝物，調(diào)節(jié)人體健康和疾病發(fā)生發(fā)展[28]，其中包括多胺、多酚、SCFAs，如丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽，以及由微生物發(fā)酵未消化的營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生的維生素[29]。多胺是指3 種小型脂肪族胺：腐胺、亞精胺和精胺。腸道微生物代謝產(chǎn)生的多胺來自于精氨酸的分解。精氨酸酶將精氨酸轉(zhuǎn)化為尿素和L-鳥氨酸，再由鳥氨酸脫羧酶進一步代謝為多胺[30]。多胺類物質(zhì)會抑制促紅細胞生成素的活性，這可能會減少直接參與貧血的紅細胞前體細胞的增殖，這是慢性腎衰竭患者的主要問題[31]。雖然支持多胺直接毒性的證據(jù)有限，但有充分證據(jù)表明多胺代謝的中間產(chǎn)物是有毒的。精氨酸和精胺會被代謝成過氧化氫、銨和丙烯醛，這些都是細胞毒素[32]。人體所需熱量的10%由SCFAs 提供[33]，研究發(fā)現(xiàn)，正常人群的丁酸鹽較CKD5 期受試者幾乎高3 倍，將從CKD 患者獲得的微生物群移植到CKD 大鼠模型，通過增加氧化三甲胺（TMAO）的產(chǎn)生而加速了CKD 的進展[34]。

3 尿毒癥滯留溶質(zhì)（URS）

隨著腎功能下降，正常情況下由腎臟清除的分子在CKD 患者體內(nèi)積滯增多，這些分子統(tǒng)稱為URS，其中研究最廣泛的URS 是硫酸吲哚酚（IS）、硫酸對甲酚（pCS）和TMAO。CKD 患者腸道微生物菌群失調(diào)的一個核心原因是細菌在消化道內(nèi)通過尿素酶水解尿素，導(dǎo)致腸道內(nèi)氨的增加和腸道pH 值升高。在CKD 患者中占優(yōu)勢的19 個腸道微生物家族中，63%為編碼尿素酶基因[35]。近端結(jié)腸管腔pH 值的上升促進了色氨酸酶活性，色氨酸裂解的吲哚在肝臟中被氧化硫酸化，從而形成IS[36]，進一步導(dǎo)致了菌群失調(diào)。pCS 是由對甲酚于肝臟中轉(zhuǎn)化而成，CKD 患者體內(nèi)pCS 比正常人高21 倍[37]?？剐缘矸郏≧S）是一種促進雙歧桿菌和乳酸菌等腸道細菌增殖的益生菌，并通過調(diào)節(jié)性T 細胞的擴張來緩解炎癥。來自動物模型和CKD 患者的研究表明，RS 的補充可以減弱URS 的濃度，包括IS 和pCS，從而減少腎臟炎癥和纖維化[38]。同時相關(guān)研究提示IS 和pCS 與免疫缺陷狀態(tài)有關(guān)[39]。TMAO是一種肝臟氧化產(chǎn)物，是腸道微生物群通過代謝膽堿、磷脂酰膽堿和L-肉堿產(chǎn)生的三甲胺（TMA）[40]，然后釋放的TMA 通過門靜脈循環(huán)運送到肝臟氧化成TMAO，并最終在體內(nèi)由腎小管分泌清除，因此，CKD 患者的TMAO 水平明顯升高[41]。在一項大型隊列研究中發(fā)現(xiàn)，CKD 患者的TMAO 水平升高使全因死亡風險增加1.7 倍，并可預(yù)測5 年的死亡風險[42]。也有研究表明，即使是基于植物或動物性飲食的短期飲食干預(yù)措施，也會迅速改變糞便菌群[43]，同時可以使TMAO 顯著降低[44]。

其他URS 包括晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）以及馬尿酸（HA）。AGEs 與糖尿病和高血糖有關(guān)，最近的研究表明，AGEs 可以在氧化應(yīng)激相關(guān)疾病狀態(tài)下形成，如CKD[45]。AGEs 與晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（RAGE）結(jié)合并發(fā)出信號，通過NF-κB、絲裂原激活蛋白激酶和Jun N 端激酶途徑發(fā)出信號，啟動促炎癥細胞因子和黏附分子的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致炎癥和氧化壓力[46，47]。HA 由苯甲酸和甘氨酸在肝細胞的線粒體基質(zhì)內(nèi)形成[48]。HA 能使收縮壓升高，從而改變血液動力學，降低腎小球濾過率。此外，HA通過NF-κB 信號誘導(dǎo)纖維化蛋白的產(chǎn)生，造成近端腎小管細胞損傷，隨后近端腎小管發(fā)生間質(zhì)纖維化，推進了慢性腎臟疾病的發(fā)展[49，50]。

4 抗菌肽對腎臟的保護作用

生物屏障由細菌和真菌共生體組成，是機體防御病原體的第一線，主要由IEC 和Paneth 細胞產(chǎn)生的抗菌肽（AMP）組成[51]。AMP 維持腸道的平衡的方式之一是通過殺死或抑制微生物的生長，包括細菌、古細菌、真菌、酵母和病毒，對AMP 具有較低抗性的病原體突變體會失去致病性[52]。抑制細菌的細胞分裂過程是AMP 的另一種作用方式，已被證明在體內(nèi)發(fā)生。AMP 可以直接干擾分裂機制或細菌細胞周期的調(diào)節(jié)器，或者可以誘導(dǎo)一種干擾分裂過程的蛋白質(zhì)[53]。臨床已經(jīng)提出在益生菌療法中使用產(chǎn)生AMP 的細菌來對抗腸道和其他上皮感染[54]。同時，研究表明，腸道微生物群可以通過與IEC、TLR 的相互作用或刺激IL-22 的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)AMP 的表達[55]。防御素作為一種AMP，其對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌都有影響，在某些情況下對真菌、病毒和原生動物也有影響[56]。相關(guān)研究表明，隨著潘氏細胞產(chǎn)生更高的防御素，厚壁菌門呈現(xiàn)下降趨勢，而擬桿菌門則恰恰相反[57]。表明調(diào)節(jié)AMP 的表達可以改善患者腸道微生物群平衡。

綜上所述，各種因素導(dǎo)致的腸道菌群紊亂是腎臟損傷持續(xù)加重的重要因素，而另一方面腎臟損傷也可以引發(fā)菌群失調(diào)。近年來愈來愈多的研究者以腸道微生物作為切入點治療CKD。然而，還需要進行更多的對于微生物群及其成分的作用機制研究，從而在制定治療方案時不會對腸道微生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響。但是越來越明確的是，恢復(fù)菌群的干預(yù)措施可以減少腎小管的損傷并改善腎功能，這可能是解決CKD 臨床治療療效不顯著的關(guān)鍵所在。