王逸聞 朱戎

盡管投入了大量的臨床和財(cái)政資源，慢性腎臟?。–KD）仍然是一個(gè)全球性的健康威脅。流行病學(xué)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(cuò)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(fù)較前顯著增加的治療負(fù)擔(dān)[2]，最終導(dǎo)致醫(yī)療系統(tǒng)的治療壓力激增，社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)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(jī)制研究

正常腸上皮屏障可分為3 個(gè)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(xì)胞（IEC）及封閉細(xì)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(shí)也可以使有益的代謝物和免疫信號通過跨細(xì)胞和旁細(xì)胞運(yùn)輸雙向通過。上皮細(xì)胞之間的TJs 防止有害分子的旁路運(yùn)輸，其頂端藥物轉(zhuǎn)運(yùn)器阻止一些分子的運(yùn)輸，同時(shí)介導(dǎo)其他分子的主動運(yùn)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(jìn)了旁細(xì)胞運(yùn)輸，TJs 是一組多蛋白復(fù)合體，主要由跨膜蛋白和細(xì)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(xì)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(xì)菌、內(nèi)毒素經(jīng)旁細(xì)胞途徑進(jìn)入血液循環(huán)[5]。CKD 患者會出現(xiàn)腸壁水腫和充血、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)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(xì)菌和細(xì)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(xì)胞頂膜調(diào)節(jié)的被動和主動溶質(zhì)跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞表達(dá)模式識別受體（PRRs），并產(chǎn)生影響骨髓細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的趨化因子。黏膜下層的固有淋巴細(xì)胞可被刺激產(chǎn)生細(xì)胞因子，而黏膜下層的樹突狀細(xì)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(jìn)行抗原捕獲[10]，從而參與調(diào)控從幼稚CD4+T 細(xì)胞分化出來的輔助T 細(xì)胞（Th）亞群，包括Th1、Th2、Th17 和Treg 細(xì)胞，維持Treg/Th17 平衡，形成免疫平衡。Th1 細(xì)胞是釋放γ 干擾素的炎癥細(xì)胞，參與對細(xì)胞內(nèi)病原體的免疫，而Th2 細(xì)胞主要通過釋放白細(xì)胞介素-4（IL-4）參與輔助B細(xì)胞。CX3CR1+DCs 被認(rèn)為會導(dǎo)致Th17 細(xì)胞的分化，Th17 細(xì)胞在宿主防御各種細(xì)菌和真菌方面起著關(guān)鍵作用[11]，但在病理?xiàng)l件下，如自身免疫，Th17細(xì)胞會加劇炎癥[12]。耐受性的CD103+DCs 可能調(diào)節(jié)Treg 細(xì)胞的數(shù)量，Treg 抑制效應(yīng)性T 細(xì)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(yán)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(xì)胞的招募和外滲，然而誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞和Th 細(xì)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(xì)胞活化因子來促進(jìn)分泌免疫球蛋白（IgA）漿細(xì)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(jìn)化出來的新的單核細(xì)胞和粒細(xì)胞，導(dǎo)致CKD 中先天免疫和獲得性免疫缺陷的同時(shí)激活[17]。

脂多糖（LPS）是一種內(nèi)毒素，其與巨噬細(xì)胞上的受體復(fù)合物結(jié)合，進(jìn)一步導(dǎo)致促炎癥細(xì)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(xì)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(xì)胞內(nèi)Nod 樣受體（NLRs），還包括HIN-200 受體。細(xì)胞外PAMPs 和DAMPs 由TLRs 和CLRs 識別，而細(xì)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(xì)胞因子，如IL-1 和腫瘤壞死因子α。人類基因組編碼了23 個(gè)NLR 蛋白，其中帶有Caspase 募集結(jié)構(gòu)域的NLR 負(fù)責(zé)組織炎癥體復(fù)合物和釋放促炎癥細(xì)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(jìn)，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(xì)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(xì)胞因子的長期產(chǎn)生導(dǎo)致全身性炎癥，可進(jìn)一步加速CKD 的進(jìn)展。

2 多胺與短鏈脂肪酸（SCFAs）

微生物群是一個(gè)復(fù)雜的群體，對宿主的整體平衡和疾病有著重要貢獻(xiàn)。大部分（70%）微生物群居于胃腸道[25]。約有1014個(gè)微生物生活在腸道中，比人體細(xì)胞的數(shù)量多10 倍，而且其共同表達(dá)的基因是人類基因組的250～800 倍[26]。Hida 等[2]發(fā)表了一項(xiàng)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(jìn)一步代謝為多胺[30]。多胺類物質(zhì)會抑制促紅細(xì)胞生成素的活性，這可能會減少直接參與貧血的紅細(xì)胞前體細(xì)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(xì)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(jìn)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(gè)核心原因是細(xì)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(gè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)雙歧桿菌和乳酸菌等腸道細(xì)菌增殖的益生菌，并通過調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的擴(kuò)張來緩解炎癥。來自動物模型和CKD 患者的研究表明，RS 的補(bǔ)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(shí)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(yùn)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(xiàng)大型隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，CKD 患者的TMAO 水平升高使全因死亡風(fēng)險(xiǎn)增加1.7 倍，并可預(yù)測5 年的死亡風(fēng)險(xiǎn)[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(shí)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(xì)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(xì)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(xué)，降低腎小球?yàn)V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(xì)胞損傷，隨后近端腎小管發(fā)生間質(zhì)纖維化，推進(jìn)了慢性腎臟疾病的發(fā)展[49，50]。

4 抗菌肽對腎臟的保護(hù)作用

生物屏障由細(xì)菌和真菌共生體組成，是機(jī)體防御病原體的第一線，主要由IEC 和Paneth 細(xì)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(xì)菌、古細(xì)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(xì)菌的細(xì)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(jī)制或細(xì)菌細(xì)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(xì)菌來對抗腸道和其他上皮感染[54]。同時(shí)，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(dá)[55]。防御素作為一種AMP，其對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)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(xì)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(dá)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(diǎn)治療CKD。然而，還需要進(jìn)行更多的對于微生物群及其成分的作用機(jī)制研究，從而在制定治療方案時(shí)不會對腸道微生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)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。