袁伟杰教授：慢性肾脏病微生物组研究现状及其临床意义

上海交通大学医学院附属第一人民医院

袁伟杰教授

肠道微生物群失调在慢性肾脏病（CKD）病理生理学中起着关键作用，它们之间的关系是双向的，相互影响、互为因果，见图1。肠道菌群失调引起肠道屏障受损，进而释放炎症因子，引发炎症级联反应，促进CKD进展。毒素潴留、内环境改变又可进一步导致肠道微生态失调，并破坏肠道黏膜屏障，促进肠源性毒素入血，形成恶性循环。

 

图1 CKD与肠道微生物组之间的双向关系

一

CKD中肠道菌群发生变化

目前，肠道菌群中有5个主要门类，包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、疣微菌门。发生CKD时，以上菌群会发生变化，数量或增加或减少，见表1。研究发现，CKD中有益菌群下降，如与CKD进展和长期生存率呈负相关的细菌（双歧杆菌和乳酸杆菌等），产生短链脂肪的细菌（真杆菌、普拉梭菌、产短链脂肪酸菌等），与肥胖、糖尿病、心血管代谢疾病和低度炎症呈负相关的细菌（嗜黏蛋白阿克曼氏菌等）；而致病菌如大肠杆菌、志贺氏菌等增多。肠道菌群的变化促进炎症反应，增加尿素水解为氨，改变肠道pH值，增加肠道屏障通透性，进而引起肾功能下降，体内毒素蓄积。

表1 CKD中肠道菌群的变化 

二

肠道衍生的代谢产物进一步影响肾脏功能

肠道菌群的变化会影响肠道细菌的衍生代谢产物。有害细菌（大肠埃希菌、另枝菌等）产生促进肾脏损伤和CKD进展的有害代谢产物：氧化三甲胺（TMAO）、硫酸吲哚酚（IS）、硫酸对甲酚（PCS）等。除了细菌代谢产生的有害代谢产物，CKD中肠道衍生的毒素还有一部分来源于饮食摄入。见图2。

图2 CKD中肠道衍生的毒素分类

1.IS及吲哚乙酸

色氨酸经肠道微生物代谢可产生吲哚、吲哚乙酸等，吲哚最终在肝内代谢生成IS。IS属小分子毒素，蛋白结合率＞90%，主要通过小管分泌清除，血液透析清除率低，为尿素清除率的1/8，可直接引起肾小管氧化应激、肾小管细胞死亡。

（1）IS对内皮细胞的毒性作用

IS激活内皮细胞内氧化应激，引起TF、ICAM-1，MCP1、E-selectin Ⅱ-8等炎性细胞因子分泌增加，进而导致炎症、血栓及白细胞黏附；引起内皮细胞表面糖蛋白改变，并引起微粒体释放，导致NO、Sirt1、VE-cadherin、ZO-1生产减少，破坏内皮细胞间细胞连接，引起细胞收缩、增殖。

（2）IS与心血管疾病

IS通过激活AhR及促炎、促氧化等机制引起内皮细胞功能障碍，进而导致血小板激活、白细胞黏附、内皮细胞修复障碍，血管生成障碍、血管钙化、平滑肌细胞增殖，最终导致血栓形成、动脉硬化、下肢动脉疾病。

（3）IS及吲哚乙酸对肠黏膜屏障的影响

IS的前体吲哚可通过PXR引起肠道通透性下降，破坏黏膜稳态。IS、吲哚乙酸及吲哚均可激活肠道免疫细胞中的AHR受体，促进IL-22的释放，打破肠道固有免疫及适应性免疫的平衡，促进黏膜炎症反应。IS可通过IRF1-DRP1轴进一步引起肠道细胞线粒体损伤、肠屏障破坏，从而进入恶性循环。

（4）吲哚乙酸对内皮细胞及小管细胞的毒性作用

吲哚乙酸可通过AhR/NF-κB/COX-2通路引起内皮细胞炎症和氧化应激；通过AhR/NF-κB/TF通路导致内皮细胞表面血栓形成；促进小管细胞炎症、氧化应激，引起肾间质纤维化。

2.PCS

PCS属于小分子毒素，蛋白结合率＞95%，结合后的PCS通过小管分泌清除，血液透析清除率低。其可通过多种途径引起肾小管细胞氧化应激、炎症、上皮-间质转化、凋亡，最终导致肾间质纤维化。PCS可通过对心肌细胞、内皮细胞及平滑肌细胞的一系列影响，最终导致心肌细胞功能障碍、动脉粥样硬化及血管钙化，见图3。

图3 PCS对心血管系统的影响

3.马尿酸

马尿酸是由苯甲酸、苯丙酸或甲苯经肠道或呼吸道入血后经肝脏代谢而产生的小分子毒素，蛋白结合率34%，血液透析清除率64%。马尿酸可促进线粒体氧化应激、分裂引起内皮细胞功能障碍；通过抑制NRF2，促进肾小管细胞氧化应激，引起肾脏间质炎症、纤维化，见图4。

图4 马尿酸对内皮细胞、小管细胞的影响

4.TMAO

肠道微生物代谢卵磷脂、胆碱或左旋肉碱后生成三甲胺，约95%的三甲胺在肝脏中氧化，生成TMAO。TMAO属于小分子，不与蛋白结合，可快速从肾脏滤过，约95%的TMAO从尿中排泄，约4%通过粪便排出，低于1%通过呼吸排出。

TMAO可导致小管细胞损伤，间质炎症、纤维化。TMAO促进动脉粥样硬化，通过ASK1-JNK磷酸化信号通路导致肾小管细胞损伤，间质炎症、纤维化，详见图5。我科研究发现，TMAO通过抑制YB1的表达，促进Gadd45a启动子的激活，抑制CCNF、CCNB1、CCNE1、CCNA2等细胞周期调节蛋白表达，引起肾功能损害。

 图5 TMAO对肾脏及心血管细胞的影响

三

肠源性毒素的治疗方法

1.饮食调整

根据毒素来源进行相应调整。增加碳水化合物及膳食纤维的摄入，减少蛋白质摄入；减少苹果、浆果、咖啡豆、奶酪、牛奶、防腐剂的摄入；减少红肉、鸡蛋、海鲜的摄入。

2.调节肠道菌群的药物

服用益生菌、益生元、合生元、后生元。益生菌是活菌株微生物，是个体活的微生物群的组成部分；益生元是可以由微生物群代谢；合生元为益生元和益生菌组合物；后生元是特定细菌灭活后的产物，包括微生物和/或其成分的制剂。研究表明，益生菌 低蛋白饮食可降低患者血清中总IS及脂蛋白相关磷脂酶A2的水平，显著增加患者的无透析生存时间；口服合生元后血清中游离IS显著下降，还可显著改善CKD患者小肠的通透性。

3.吸附剂

AST-120为球形吸附性碳颗粒，有许多孔，能去除某些酸性和碱性有机化合物，尤其是对蛋白质结合的毒素，如IS和PCS。针对CKD5期的非透析患者（n=51），实验组给予AST-120（6 g/d）持续3个月。结果显示，使用AST-120后患者血清中游离及总IS、PCS水平均显著下降。此外，还有研究显示，AST-120可显著降低血清中IS水平，同时改善步态速度；使用48周后，低肌群、肌群减少的比例降低。

4.代谢通路相关酶抑制剂

三甲胺生成酶抑制剂可降低肠道三甲胺及TMAO水平。肠道微生物代谢产物生成三甲胺需依赖酶复合体CutC/D、CutA/B及YeaW/X等，抑制酶复合体即可抑制三甲胺的生成。3，3-二甲基-1-丁醇是一种胆碱类似物，可抑制CutC/D依赖的三甲胺的生成，改善动脉粥样硬化。碘甲基胆碱和氟甲基胆碱，除了可抑制肠道、血清中三甲胺的生成，还可减轻高胆碱饮食引起的血小板的聚集和血栓形成；CutA/B的抑制剂γ-丁酰基氮杂类似物米屈肼，可降低肠道三甲胺及TMAO水平。

编辑：黄瑞

审校：武多先