肠道功能紊乱与慢性肾脏病

杨楠楠 综述 王金泉 审校

·肾脏病临床·

肠道功能紊乱与慢性肾脏病

杨楠楠 综述 王金泉 审校

越来越多的研究表明，慢性肾脏病(CKD)患者普遍存在炎症反应，且炎症反应可加快CKD的进展。多种因素参与了CKD介导的全身炎症反应及氧化应激反应。近期有研究发现肠道菌群的改变及肠黏膜上皮屏障功能失调与CKD有密切联系。CKD患者肠道菌群的种类及数量常发生改变，肠黏膜上皮细胞的紧密连接受损，肠道渗透压升高，毒素进入血液，引起全身炎症反应及氧化应激反应，从而导致CKD进展。本文就肠道菌群及肠黏膜上皮屏障功能与CKD关系作一综述。

肠道菌群 肠黏膜上皮屏障 全身炎症反应 氧化应激反应 慢性肾脏病

慢性肾脏病(CKD)的发病率逐年上升，其导致的终末期肾病(ESRD)预后差，花费高，已成世界范围内严重危害人类健康的公共卫生问题[1]。

CKD患者普遍存在炎症反应，且全身炎症反应能够促进心血管疾病、感染、贫血等疾病的发生发展，是导致CKD进展甚至死亡的主要原因之一。多种因素能诱导CKD患者在无明显临床感染情况下出现全身炎症反应，而关注肠道病变与CKD关系的研究较少。近期有学者发现[2]，在多种CKD大鼠模型中，肠道菌群种类和数量均发生改变，且胃肠道黏膜上皮紧密连接明显受损，肠道菌群产生硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚等毒素，通过受损的肠黏膜上皮进入血循环，导致全身炎症反应。因此，研究肠道菌群及肠道上皮屏障功能在CKD中的作用，对延缓CKD的进展具有重要意义。

肠道菌群与CKD的关系

正常肠道菌群健康人体胃肠道内寄居着大量正常肠道菌群，与人体形成稳定的共生关系，具有参与物质能量代谢、调节免疫功能等作用[3-4]。正常的肠道菌群能够维持肠道内环境的稳定，抵御致病菌侵袭，促进免疫系统的发育。有学者发现，无菌小鼠出生后存在严重的免疫功能紊乱，而正常小鼠出生后肠道菌群能够通过下调T辅助细胞2(TH2)的表达，维持TH1/TH2平衡，影响肠相关淋巴组织(GALT)功能发育，促进免疫系统的成熟[5]。因此，正常的肠道菌群是人体的重要组成部分，对人体健康起重要作用，其种类及数量的变化可导致疾病的发生和进展，如炎症性肠病、糖尿病、心血管疾病、IgA肾病以及慢性炎症等。

CKD患者肠道菌群CKD患者与健康人群的肠道菌群在种类和数量上有明显差异。CKD患者肠道内有益菌种类及数量——如双歧杆菌、乳酸杆菌等显著减少，而潜在致病菌种类及数量增多，如肠杆菌属细菌、肠球菌属细菌等[2]。近期的一项研究表明，ESRD患者肠道中含有尿素酶、尿酸合成酶、P甲酚合成酶、吲哚合成酶的细菌数量增多，而含有短链脂肪酸合成酶的细菌数量明显减少[6]。多种因素参与CKD患者肠道菌群的改变，如限制膳食纤维摄入、尿素大量进入肠腔转化为NH4OH、肠黏膜上皮大量分泌尿酸及草酸盐、抗生素的应用等均能改变肠道PH，使有益菌种类及数量减少，致病菌种类及数量增多，导致尿毒症毒素产生增多，加快CKD进展[7]。

Aronov等[8]通过比较健康成人、结肠完整的透析患者及结肠切除的透析患者的血液成分发现，结肠完整的透析患者血液中包括硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚在内的多种毒素水平较高，而结肠切除的ESRD患者血液中仅有少量毒素，表明肠道菌群紊乱在毒素的产生中占有重要地位。硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚是主要毒素之一，可作为CKD进展的标志。肾脏功能减退时硫酸吲哚酚可在体内大量堆积，损伤肾小管上皮细胞，导致肾间质纤维化[9]。硫酸P甲酚能够促进氧化应激和炎症因子产生，导致CKD进展[10]。多项研究均证实CKD患者血液中的氧化三甲胺(TMAO)水平升高，与泡沫细胞形成、动脉粥样硬化、心血管事件的发生有一定的联系。与硫酸吲哚酚及硫酸P甲酚不同的是，TMAO是小分子物质能够被透析有效清除[11]。除了肠道菌群的代谢产物参与CKD进展外，其本身的组成成分也在CKD进展中起重要作用。脂多糖(LPS)是革兰阴性菌的细菌壁组成成分之一，也称为内毒素，能够与内皮细胞上的Toll样受体4结合，激活核因子κB(NF-κB)和AP-1，使炎症细胞因子、炎症趋化因子、黏附分子、活性氧等物质产生增多，导致全身炎症反应和氧化应激加重。因此，CKD患者常在无明显临床感染证据情况下出现内毒素血症，且内毒素血症的严重程度与全身炎症反应呈正相关[12]。Smerud等[13]应用主要在回盲部释放的一种新型肠道糖皮质激素——布地奈德(Nefecon®)治疗IgA肾病患者6个月后，患者尿蛋白下降了40%。有研究表明，CKD患者常合并存在全身炎症反应及氧化应激反应，且二者互为因果。一方面，全身炎症反应激活免疫细胞导致活性氧、氮、卤素产生增多，从而引发氧化应激反应；另一方面，氧化应激反应通过激活转录因子NF-κB和促进氧化脂蛋白及糖基化产物的增多，从而加重全身炎症反应，由此形成恶性循环，致使CKD患者贫血、体力下降，心血管事件发生率及住院率、死亡率增加[2,14]。

肠黏膜上皮屏障与CKD关系

正常肠黏膜上皮屏障胃肠道是人体内与外界相通的器官。正常情况下，肠黏膜屏障可阻止有害微生物、有害细菌产物及其他有害物质入血。目前认为肠黏膜有四道屏障，分别是机械屏障、微生态屏障、化学屏障及免疫屏障，其中最主要的是由肠黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接及细菌壁构成的机械屏障。细胞间紧密连接是最主要的机械屏障，由粘附蛋白家族组成，如闭锁蛋白和闭合蛋白家族，ZO蛋白家族，周围肌动蛋白和肌球蛋白环，担负着物质转运及阻止有害物质经细胞旁途径渗入的作用[15]。

CKD患者肠黏膜上皮屏障CKD患者内毒素血症常与肠道黏膜屏障功能受损，细菌移位有关。研究发现，与正常对照组相比，CKD大鼠肠道黏膜闭合蛋白1、闭锁蛋白及ZO1蛋白明显下降或缺失，肠黏膜上皮细胞间紧密连接受损，肠道通透性升高，细菌、内毒素及大分子物质可吸收入血[16]。Vaziri等[17]将人类肠黏膜上皮细胞培养液分别加入ESRD患者透析前血浆、ESRD患者透析后血浆和健康人群血浆，经上皮电阻抗(TER)测定发现，ESRD患者透析前血浆培养的肠黏膜上皮细胞TER明显下降，而TER与肠道通透性呈负相关，同时，闭合蛋白1、闭锁蛋白及ZO1蛋白含量也明显降低。ESRD患者透析后血浆中培养的肠细胞紧密连接损伤程度与透析前组相比较轻。由此可以推测，CKD患者体内潴留的尿毒症毒素及代谢产物能够损伤肠黏膜上皮细胞紧密连接，导致肠黏膜上皮屏障功能失调，而部分尿毒症毒素和代谢产物可经过透析清除。随后，Vaziri等[18]又将肠黏膜上皮细胞分别放置于含有尿素和尿素酶的培养基中培养24h，发现TER和紧密连接蛋白下降程度与尿素水平呈正相关，而尿素酶可放大这种效应，说明尿素水平升高也是CKD患者肠上皮屏障功能损伤的重要原因之一。这可能是由于尿素大量进入肠腔，在含有尿素酶的细菌作用下，尿素逐渐转变为NH4OH，使肠道pH升高，继而导致肠壁通透性增加，紧密连接蛋白溶解，肠黏膜上皮屏障功能受损，内毒素甚至细菌成分如RNA等物质入血，导致全身炎症反应，而全身炎症反应又能激活肌球蛋白轻链激酶、水解紧密连接蛋白，加重肠黏膜上皮屏障损伤[19]。

除了尿毒症毒素及尿素外，CKD患者其他全身因素也会加重肠黏膜上皮屏障功能损伤。如肠水肿和肠缺血。当CKD患者发生失代偿性充血性心力衰竭时，机体水钠潴留，血容量负荷过重，导致肠壁增厚水肿，通透性增高[20]。利尿剂在CKD患者中应用广泛，可造成一过性低血压及肠道缺血[21]。不论是肠道水肿还是缺血，均能够使肠道上皮屏障功能受损，刺激炎症因子的产生，导致全身炎症反应，而全身炎症反应又进一步加重肠道上皮屏障功能的损伤。

预防和改善CKD患者肠道功能紊乱的措施

调节肠道菌群

高膳食纤维结构饮食 如上所述，限制膳食纤维摄入是导致肠道菌群结构和功能改变的一个主要因素。有研究表明，低膳食纤维饮食能够降低肌酐清除率，加重肾间质纤维化、肾小管损伤，破坏Nrf2通路，加重全身炎症反应及氧化应激反应，而高膳食纤维饮食能够减轻肠黏膜上皮细胞紧密连接损伤及延缓肾功能不全进展[22]。维持性透析的ESRD患者补充淀粉后，循环中的尿毒症毒素水平下降[23]。这可能与高膳食纤维饮食时，碳水化合物增多，肠道菌群较稳定，共生菌合成短链脂肪酸增多，结肠细胞能量来源增加有关。同时也有研究表明，应用α糖苷酶抑制剂，如阿卡波糖，可使结肠内碳水化合物水平升高，从而改善CKD患者肠道菌群紊乱情况，减少尿毒症毒素的产生[24]。

益生元及有益菌种 CKD患者肠道内有害菌群增多，由此可以推测，增加肠道内有益菌种的数量，可改善肠道菌群紊乱，从而减轻全身炎症反应。但事实上，最近的研究表明，单用有益菌种，对改善全身炎症反应及其他临床症状无明显效果。因此，又有学者将益生元及有益菌种联合应用于CKD患者[eGFR在10～30 ml/(min·1.73m2)] 6周，发现这些患者血液循环中的硫酸P甲酚明显下降，且粪便中的双歧杆菌数量较前明显增多。但与设想结果不同的是，这些患者的eGFR、血内毒素水平、全身炎症反应及氧化应激反应的标志物并没有明显变化。由于这项临床研究时间较短，其长远的影响不明，因此，益生元及有益菌种的作用还需进一步实验证实[25]。

减少尿素及其他毒素的产生尿素在CKD介导的肠道菌群紊乱及肠黏膜上皮屏障功能受损中起重要作用，因此一些降低尿素水平的措施可以改善CKD患者的临床症状，如低蛋白饮食。有研究表明氨基酸类似物酮酸可减少NH4OH的产生，调节肠道pH，改善肠道菌结构及功能，从而改善全身炎症反应，延缓CKD进展[26]。

活性炭具有较强的吸附能力，AST-120是一种球形活性炭，表面积较大，吸附能力强。有学者将CKD模型大鼠分为两组，一组口服AST-120，一组未使用AST-120，同时健康大鼠作为对照组给予正常饮食，2周后，未使用AST-120组大鼠循环中内毒素、白细胞介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、MCP-1等炎症反应标记物水平升高，同时结肠黏膜上皮紧密连接受损，闭锁蛋白-1、闭合蛋白及ZO1蛋白含量减少。口服AST-120组大鼠上述损伤较轻[27]。因此，AST-120的应用可能改善CKD患者肠黏膜上皮屏障功能损伤，减轻全身炎症反应，延缓CKD的进展。

小结：CKD患者肠道菌群组成结构及功能常发生改变，而肠道菌群代谢产物能够损伤肠黏膜上皮屏障，使内毒素及其他有害物质入血，导致全身炎症反应及氧化应激反应，加重肾脏间质纤维化、肾小管损伤，加快CKD进展，诱发其他伴随疾病的发生，形成恶性循环，如图1所示[2]。因此，肠道菌群及肠黏膜上皮屏障与CKD有着密切的联系，通过恢复肠道菌群结构及功能、减少尿素及其他尿毒症毒素的产生或吸收可能改善CKD患者的临床症状，延缓CKD的进展，如高膳食纤维、低蛋白饮食、益生元及有益菌种应用、口服活性炭等。此外，肠道疾病与肾脏病关系错综复杂，除本文所提及的肠道菌群紊乱及肠上皮屏障功能受损外，其他肠道功能的异常也参与CKD的进展，如长期肠道疾病时钠、钾吸收紊乱导致肾脏对钠钾浓度感应迟钝和肾小球滤过率下降，炎症性肠病时可激发IgA肾病，精氨酸合成障碍通过促进肠道缺血间接的导致了全身炎症反应，最终均能导致CKD的进展，但这些还需进一步的研究。

图1 慢性肾脏病(CKD)时肠道功能紊乱与炎症反应关系CKD患者肠黏膜上皮紧密连接受损，而合并充血性心衰及应用利尿剂时常导致肠黏膜水肿或肠黏膜缺血，引发肠道黏膜上皮屏障功能损伤。CKD患者因饮食限制、磷结合剂及抗生素使用导致患者肠道内环境紊乱，有益细菌种类及数量较少，产生尿素酶的细菌种类及数量增多，氨基盐产生增多，尿毒症毒素可通过受损的肠黏膜上皮屏障移位入血，激活炎症反应，炎症反应又进一步加重肠黏膜上皮功能损伤

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Theintestinalmicrobiota,intestinalepitheliabarrierandchronickidneydisease

YANGNannan,WANGJinquan

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDiseases,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing210016,China

There is increasing evidence pointing to that inflammation is a constant feature and a major mediator of the progression of chronic kidney disease (CKD). Many factors of CKD-induced systemic inflammation and oxidative stress have been explored. Recently, some studies have revealed the relationship between CKD and the dysfunction of intestinal microbiota and the impairment of intestinal epithelia barrier. Significant changes in the composition and function of intestinal bacterial flora are always found in CKD patients, as well as the impairment of the epithelia tight junction. And then, the increased intestinal permeability leads to the uremic toxins transferring to the circulation and systemic inflammation and oxidative stress, which causes the progress of CKD. Here, we will discuss the relationship between intestinal microbiota, intestinal epithelia barrier and CKD.

intestinal microbiota intestinal epithelia barrier systemic inflammation oxidative stress chronic kidney disease

2016-11-28

(本文编辑 逸 沐)

10.3969/j.issn.1006-298X.2017.05.018

国家自然科学基金(81470944)

南京大学医学院附属金陵医院(南京总医院) 硕士研究生(杨楠楠)国家肾脏疾病临床医学研究中心 全军肾脏病研究所(南京，210016)