肠道微生态与慢性肾脏病

大光

肠道微生态与慢性肾脏病
作者：王江丽，张文贤，赵嘉懿，刘茂东，李英
作者单位：河北医科大学第三医院肾内科
来源：《临床荟萃》　2017年6月5日第32卷第6期


　　肠道微生态系统是一个复杂的微生态系统，也是人体微生态系统最重要的组成部分。肠道微生态系统参与了人体物质能量代谢、肠黏膜免疫调节、人类基因表达的调控及营养物质吸收等一系列生理过程，具有重要的作用。最近研究发现，肠道微生态环境的改变除了与炎症性肠病、过敏性疾病、糖尿病及肥胖等疾病相关外，还与慢性肾脏病（CKD）的发生发展密切相关。


1　肠道微生态与宿主的关系


　　人体肠道微生态系统由肠道及庞大的微生物群落（即肠道菌群）组成，它包含有300～500个细菌物种，是人体微生态系统最重要的组成部分。人体肠道内大约寄居了10^4个微生物，其总数相当于人体细胞总数的约10倍。细菌基因组也远远大于人类基因组，有近200万个基因存在。人体内细胞占人体总微生物量的78％，总重量约为1kg。
　　数目庞大的肠道菌群共同构成肠道微生态的动态平衡，参与维持肠道黏膜组织学与解剖结构的完整性。
　　有益菌、有害菌和中性菌共同组成了人体肠道菌群。
　　益生菌包括：双歧杆菌、乳酸杆菌、肠球菌等，是肠道内的优势菌群。其中厌氧菌还能够合成维生素B1、B2、B12、维生素A、E、K等多种维生素，促进肠道蠕动及食物的消化，还能够抑制致病菌群的繁殖，加快毒害物质的分解，对于维护人体健康起着不可或缺的作用。当有害菌大量繁殖时会产生致癌物等有害物质，使免疫系统功能发生紊乱，引发多种疾病。
　　中性菌如大肠杆菌等，具有双重作用，肠道微生态平衡时对人体无害，一旦大量增殖或从菌群原寄居部位发生转移，就会侵袭宿主本身，导致人体发病。
　　正常肠道菌群与宿主相互依存、相互抑制、相互竞争，除调节宿主代谢、促进营养物质吸收外，还可以通过分泌细菌素杀灭致病菌、拮抗致病菌的定植，抵抗内源性机会致病菌和外源性致病微生物，保护人体健康，对抵御肠道病原菌导致的感染性疾病至关重要。
　　肠道菌群最显著的特征之一是它的稳定性，这些细菌通常保持组成结构的稳定和平衡，被称为肠道微生态平衡，是由肠道生理菌群与宿主共同维持的动态生理性状态。但这种动态平衡状态一旦被破坏，肠道正常菌群的结构、数量发生改变，打破生理组合，肠道外来菌和环境菌的大量进入，而原寄居于肠道的优势菌和共生菌数量下降，引起菌群失调。
　　菌群失调的常见诱因是抗生素的长时间应用及所用抗生素抗菌谱过广，在杀死敏感菌的同时许多非敏感菌或外籍菌如艰难梭菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等也随之入侵、繁殖，引起抗生素相关性腹泻甚至伪膜性结肠炎的发生。
　　引起菌群失调的因素还包括感染、外伤、肿瘤及环境恶化等。
　　菌群失调会引起多种肠道相关的炎症性疾病和自身免疫综合征的发生，常见的有炎症性肠病。菌群失调导致的腹腔疾病会出现肠道通透性增加、上皮细胞凋亡等一系列病理改变。


2　肠道菌群失调对肾脏疾病的影响


2．1　肠道菌群失调与IgA肾病（IgAN）
　　肠道菌群受宿主基因、环境、饮食等多因素影响，肠道菌群失调表现为益生菌数量及种类的减少和致病菌数量及种类的增加，肠黏膜屏障被破坏，导致疾病的发生。
　　我国已有研究报道，空肠弯曲菌、大肠杆菌等致病菌数量增加时可导致IgAN。有研究证实，异常糖基化多聚体免疫球蛋白A（pIgA）和针对共生菌的特异IgA抗体大量存在B细胞刺激因子（BAFF）转基因小鼠血清中，异常糖基化pIgA会沉积在肾小球系膜区，引起IgAN发病。
　　目前认为肠道菌群失调引起IgAN的机制为：肠道菌群失调会损伤肠道黏膜屏障，肠黏膜通透性增加，促使毒素吸收入血，使B细胞迁移至黏膜固有层分泌分泌型免疫球蛋白A（SIgA），导致由异常糖基化IgAｌ形成的循环免疫复合物增加且最后沉积于肾小球系膜区。


2．2　肠道菌群失调与CKD
　　CKD的进展与肠道菌群组成的改变及摄入缺乏富含纤维的食物严格相关。更重要的是解释了微生物代谢产物会对肾衰竭的进展和肾脏分泌的尿素、尿酸等含氮化合物产生影响，这导致了与尿毒症毒素产生相关的胃肠道细菌的进入和过度生长。一个巴西的学术团队也讨论了一个不健康的肠道微生物群对于CKD的进展是起因还是结果的问题？许多证据支持菌群失调可能与肾脏疾病的进展相关。
　　研究发现，依赖肠道菌群产生的三甲基胺氧化物（TMAO）在CKD患者体内明显升高，TMAO除加速CKD患者肾功能恶化外，还会增加其病死率。对大鼠进行高TMAO饮食后发现，高TMAO会明显加重大鼠肾脏纤维化程度。
　　尿毒症患者产生的尿素经肠道细菌尿素酶作用后，分解生成CO2和NH3，肠黏膜又可以重吸收NH3并在肝脏再次合成尿素，促进尿毒症患者病情的恶化。
　　菌群失调长期存在会引发机体产生系统炎症状态，同时系统炎症状态又是CKD患者恶性生存的独立危险因素之一。其机制可能为：CKD或者终末期肾脏病（ESRD）患者因为肠道中益生菌减少，条件致病菌容易定植到其肠黏膜上，使肠黏膜通透性增加。CKD患者及动物的肠黏膜电镜结果显示，细胞间的紧密连接发生变化，而且通过机体紧密连接蛋白表达的下降等，都发现确定存在肠道通透性的改变。菌群失调时ESRD患者肠道的条件致病菌增多，而且肠黏膜通透性增加，这些细菌更容易进入到体内。在患者的血液中也检测到了来源于肠道的细菌。肠黏膜屏障受损时，肠黏膜通透性增加，随着肠道细菌和毒素大量进入血液，单核巨噬细胞系统被激活，释放大量细胞毒性物质，加重肠黏膜屏障的炎性损伤。氧化应激又会促使内毒素和细菌移位，加速系统炎症的发生，形成恶性循环。


2．3　肠道菌群失调与CKD患者免疫功能
　　肠道全身免疫和局部免疫与肠道微生态的作用密切相关，当CKD患者肠道菌群失调时可导致宿主免疫功能损伤。肠道相关淋巴组织构成了肠道黏膜免疫系统，在其组成结构出现变化时，细菌产物进入血液循环，并激活血管内皮细胞、树突状细胞以及肾脏内外的巨噬细胞等不同类别细胞上的识别受体，促进炎症介质在肾脏和血管壁内释放，引起免疫损伤和炎症反应。有研究证明，Toll样受体（TLR）介导的肾脏免疫细胞活化能够促进动脉粥样硬化及CKD的进程。CKD患者出现系统性炎症亢进时获得性免疫会受到过度抑制，表现为在病毒和细菌感染机体后免疫应答减弱，接受疫苗注射后呈现不恰当的抗原特异性T/B细胞的活化。在肠道菌群失调导致肠道黏膜屏障持续受损进而引起系统炎症反应时，机体会出现“免疫耐受”状态，获得性免疫缺陷及继发感染的发生率随之明显增加。


2．4　肠道菌群失调与CKD并发症
　　CKD患者肠道微生态多样性的改变不仅会加剧肾脏的损伤，同时还会导致相关CKD并发症的发展，如心血管疾病，胰岛素抵抗。肠道菌群失调引发系统性炎症，后者又对CKD并发症如蛋白质代谢、动脉粥样硬化形成、机体消耗增多等的进一步发展起到了促进作用。
　　结肠内的细菌能产生α-苯乙酰谷氨酰胺等尿毒症毒素，也加速了CKD并发症的发生。Ｂｌａｃｋ等研究表明，CKD患者体内硫酸吲哚酚和硫酸对甲酚等尿毒症毒素由肠道菌群产生入血，并在体内蓄积，加速了肾性骨营养不良（CKD-MBD）的发生和发展。
　　非酶糖基化的终末产物和胺类经肠道细菌代谢后增多，被吸收入血，促进心血管疾病发生和骨骼、矿物质代谢紊乱，减少小肠对营养物质的吸收，加重ESRD患者的营养不良，使ESRD及其并发症不断进展。


3　肾脏疾病对肠道微生态系统的影响


　　CKD进入ESRD阶段，肾脏功能已经不可逆转，人体肠道内大量的肌酐、尿素氮、尿酸等代谢废物因肾脏不能及时排出而蓄积于体内，并透过肠壁血管不断进入肠腔，导致细菌的生活环境发生根本性改变，长时间的作用使肠道菌群的数量、构成及分布完全被改变，原本的动态平衡状态也随之打破。
　　尿毒症状态下，肠上皮细胞结构受到损伤，小肠绒毛缩短，益生菌与肠上皮细胞的粘附能力减弱，随粪便排出增多，使肠道内益生菌的数量下降；肾小球滤过率下降导致尿素浓度增加进入肠腔，肠腔内的尿素又合成氨并转化为氢氧化铵，进而引起肠道内pH值上升。此外，结肠上皮分泌尿酸和草酸在肾功能下降时也会增多，这些都说明CKD通过改变肠道生化环境来引起肠道菌群的改变。
　　有报道指出，CKD患者体内肠道细菌总数与肌酐浓度呈正比，并随着肾脏功能的不断恶化，肠道机会致病菌大量繁殖，进一步加重患者病情。
　　尿毒症可以改变肠道菌群的结构及数量这一结论也得到了国内外研究证实。Hida等报道，血液透析患者肠道内大肠杆菌、克雷伯菌等需氧菌的数量约是健康人的100倍，而双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌的数量显著下降，产气荚膜梭菌等致病厌氧菌数量大大增加。
　　Vaziri等为了鉴定不同的微生物种群，选取了ESRD患者和健康人进行粪便分离实验，发现两组在多达190个肠道菌种数量上存在差异。之后其又进一步进行了5/6肾脏切除大鼠的模型研究，发现尿毒症大鼠与健康对照组的大鼠175个菌种差异明显，其中乳杆菌属和普雷沃菌科菌属显著下降。
　　胡白瑛等研究报道，尿毒症患者菌群失调严重，肺炎克雷伯菌、福氏志贺菌等细菌与其他菌群相比其分解利用肌酐的能力较强，适应了体内高浓度肌酐的生存环境变化。
　　动物实验证实，尿毒症大鼠体内菌群可从肠道进入肠系膜淋巴结、肝脏、脾脏，肠道菌群移位增多，同时血清IL-6和C反应蛋白（CRP）含量随之升高。
　　此外，IgAN亦会影响肠道菌群的组成。De Angelis等对比IgAN患者与健康人群粪便后发现，IgAN患者双歧杆菌益生菌的数量较健康人群明显减少，而大肠杆菌、放线菌等有害菌的数量则增加。
　　CKD患者发生肠道菌群失调的因素可能如下：
　　①尿毒症肠腔内含氮物质增多可引起菌群紊乱。尿毒症患者体内尿素浓度明显升高，弥散进入肠腔后经细菌分解生成氨，肠道中氨浓度的增加使粪便pH值也随之上升，促进肠道需氧菌的繁殖。②尿毒症时可出现不同程度的容量负荷过重，肠壁瘀血、水肿，肠黏膜局部抵抗力降低，出现肠道菌群异位。③尿毒症患者往往肠蠕动功能减慢、消化吸收功能下降，而肠腔内尿素氮、肌酐等浓度又持续升高，使蛋白质、氨基酸潴留在肠腔内，大肠杆菌有了充足的底物，细菌酶促作用增加，大量繁殖。④尿毒症状态下，肠黏膜上皮细胞结构被破坏，小肠绒毛缩短，肠上皮细胞与益生菌的粘附能力下降，益生菌伴随粪便排出体外。⑤CKD患者肾脏对肠道激素灭活作用下降，引起如胃肠道多肽类激素水平升高、肠黏膜病变等多种代谢紊乱的可能性增加，加速肠道菌群失调。⑥CKD患者通常会通过补充造血原料铁剂来纠正贫血，但是口服铁剂容易引起病原菌滋生，造成肠道菌群改变。⑦CKD患者因各种并发症，抗生素使用量明显增加，抗生素的滥用也会导致肠道微生态改变。


4　肠道微生态制剂在肾脏疾病中的应用


　　肠道微生态制剂是利用正常微生物或促进微生物生长的物质制成的活的微生物调节剂，包括益生菌及其代谢产物和生长促进因子。益生菌包括：双歧杆菌、乳酸杆菌、粪肠球菌、鼠李糖乳杆菌等。益生菌可以调控人体免疫功能，它通过促进肠道免疫成熟、加强固有免疫、提高调节性T细胞功能、维持Th1/TH2免疫平衡及下调血清IgE等多个途径发挥作用。此外，益生菌还具有保持肠道菌群处于平衡状态，修复损伤的肠道黏膜，维持正常新陈代谢等多方面作用。
　　大量研究证实补充益生菌能够改善CKD患者肠道菌群紊乱的状况。有研究发现，CKD患者使用
微生态制剂治疗后，可出现血尿素氮浓度降低、肠道毒素排泄增加及肾小球滤过率下降速度延缓等改变。
　　另一项研究表明，应用干酪乳杆菌治疗CKD患者，血肌酐水平虽然无明显降低，但尿素氮含量显著下降，说明益生菌可以降低尿素氮和肠源性毒素，改善CKD患者的症状。
　　Ranganthan等应用益生菌治疗了46例3～4期的CKD患者，随访半年后，应用随机对照方法对患者体内尿素氮和尿酸水平进行了统计，发现尿素氮及肠源性毒素水平显著下降。
　　国外动物实验证实，SD大鼠5/6肾切除造模成功后，持续芽孢杆菌、芽孢乳酸菌灌胃16周，结果显示SD大鼠氮质血症症状改善，而且其生存时间延长。国内也有研究报道，给肾衰竭大鼠双歧杆菌和乳酸杆菌灌胃，这两种益生菌都可以维持肾衰竭大鼠肠道黏膜通透性，加速分解尿素氮和血肌酐，降低其体内的含量，说明益生菌能修复肾衰竭时的肠黏膜损伤。
　　研究显示，益生菌可通过改善紧密连接相关蛋白表达水平调节肠黏膜机械屏障，通过调控Toll受体4-核转录因子-κＢ（TLR4-NF-κB）信号通路和细胞因子平衡来保护肠黏膜免疫屏障。
　　ESRD患者微炎症状态是影响其生存质量的重要因素。可通过益生菌调节肠道菌群，减少通过肠黏膜入血的细菌，改善患者的肠道黏膜屏障功能，增强抵抗力，也减轻ESRD患者微炎症状态。
　　腹膜透析相关性腹膜炎发生的因素有两种：①外源性感染，首先是透析时操作不规范，如重复使用碘伏帽、洗手过程不规范等。其次是血源性感染，在呼吸系统或者其他器官感染的基础上形成的菌血症可导致血液循环中的细菌进入肝淋巴液，促进细菌性腹水的生成。②内源性感染，腹膜免疫功能降低，肠道细菌移位引起的感染。Wang等观察了29例腹膜透析患者肠道菌群的构成，与正常人相比，腹膜透析患者乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道益生菌的数量下降明显，提示使用肠道微生态制剂治疗腹膜透析相关性腹膜炎可能有效，这也许为此类患者的治疗提供了新方法。


5　结语


　　肠道微生态系统在维持人体正常免疫、代谢方面具有关键作用。肠道菌群失调与肾脏疾病的发生相互影响、互为因果。目前，肠道微生态制剂在降低CKD毒素水平，延缓CKD进展方面提供了新的方法和思路。肠道微生态系统自身十分复杂，其与CKD相互作用的机制尚不完全明确，需要我们进一步探讨研究。


参考文献　略


【链接】

肠道菌群失衡与肾脏疾病
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=40805


肾移植排斥患者肠道菌群变化的研究
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=65585


肠道菌群如何影响药物疗效和毒性？
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=85543


动物实验：免疫抑制剂吗替麦考酚酯改变肠道菌群导致胃肠毒性
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=85566


肠道菌群与慢性肾脏病的研究进展
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=85687


他克莫司升血糖作用可能与其影响肠道菌群有关
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=86614


他克莫司影响肠道菌群引起高血糖，补充丁酸或能改善
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87037


肾移植受者、慢性肾脏病患者和健康对照者肠道菌群的对比（摘要）
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=86835


美研究发现，肠道微生物与肾脏移植后尿路感染有关
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=85705


肠道微生物应作为肾移植术后防治病毒感染的靶标
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=86316