腸道菌群與腎臟病的研究進展＊

馮 喆，雷根平

（1. 陜西中醫藥大學第一臨床醫學院 咸陽 712046；2. 陜西中醫藥大學附屬醫院 咸陽 712000）

1 腸道菌群概況

1.1 腸道菌群的概念

在人類一生中，有超過100 萬億種細菌定植在我們體內，是構成身體細胞的10 倍，約占體重的1.5-2 kg[1]，這些細菌構成微生態系統。大規模研究表明，身體每個部位，如口咽部、皮膚、陰道和消化道等均有與宿主存在共生關系的微生物群[2]。其中，消化道微生物群的濃度從胃到結腸逐漸升高，達到最高豐度和多樣性。人體腸道，尤其是大腸，被數以萬億計的微生物所占據，有1 000 多種不同的種類，它們絕大部分是正常腸道中的寄居菌，少量為外來侵入菌，這些菌屬細菌、真菌或古細菌，統稱為腸道菌群[3]。已知人體腸道最初是無菌的，多種微生物的定植從出生時始于母親的陰道和糞便菌群，以及生命最初幾天遇到的其他環境微生物[4]。

1.2 腸道菌群的功能

寄居在腸道中的大量菌群構成一個動態和共生的生態系統，在正常情況下，它們與宿主處于健康狀態，相互作用、相互依存、相互制約。除在食物消化中的作用外，腸道菌群還起到刺激免疫系統、維持腸上皮內穩態、合成維生素B 和K、增強胃腸道運動和功能、通過產生定殖抗性、植物源性化合物的代謝以及短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids,SCFA）和多胺的產生來抑制病原體[5]。

1.3 調節腸道菌群的因素

人類菌群的獲得始于出生，隨著時間的推移，經歷了動態的適應性變化,而影響腸道菌群的因素除微生物本身相互作用外，宿主及飲食等其他因素也不可忽視。

飲食對腸道菌群有顯著影響。Muegge[6]等人研究了33 種哺乳動物和人類的18 種腸道菌落特征，并注意到宿主飲食對腸道菌群有明顯的分離作用。當將歐洲兒童的糞便菌群與非洲鄉村高纖維飲食兒童的糞便菌群進行比較時，很明顯非洲兒童表現出擬桿菌的顯著富集和硬桿菌的消耗[7]。此外，存在于非洲兒童中的細菌表達與纖維素和木聚糖水解相關的基因。研究結果表明，這些細菌與非洲人富含多糖的飲食習慣共同進化，使得他們能夠最大限度地從纖維中攝取能量。

抗生素對腸道菌群有深遠影響。抗生素不僅作用于致病菌，亦影響正常菌群，使其發生量變。如雙歧桿菌及乳酸桿菌等有益菌的減少，艱難梭菌及白色粘球菌等致病菌的增多。Dethlefsen[8]等人發現廣譜藥物環丙沙星治療會導致菌群的多樣性和豐富性顯著快速喪失，最早在藥物開始后3-4 d，群落組成發生變化，停用抗生素1 周后，菌群落開始恢復初始狀態，但恢復往往不完全。O’Sullivan[9]等人研究表明,在抗生素治療后的菌群中檢測出有9 個菌屬細菌數量減少,其中有益菌雙歧桿菌數量明顯下降。Buffie[10]等人報告使用抗生素治療的小鼠腸道菌群組成發生改變，如梭狀芽孢桿菌增加并引發炎癥。

腸道菌群的組成也受宿主遺傳和免疫狀態的影響[11]。迄今為止，已知影響腸道菌群組成的人類基因大多屬于免疫系統，其中一些基因在新陳代謝中亦發揮作用[12]。作為Toll 樣受體和核因子-κB 信號通路組成部分的幾種基因的遺傳變異，已被證實在腸道菌群的組成中起一定作用。例如，小鼠中Toll 樣受體5 表達的缺失會導致代謝綜合征的發展和盲腸菌群的改變[13]。另一個調節先天免疫的基因MEFV，其編碼一種稱為pyrin的蛋白質（先天免疫的調控因子），該蛋白能夠下調炎癥反應。MEFV 基因的變異會導致一種稱為家族性地中海熱（FMF）的遺傳性自身炎癥性疾病，同時可影響腸道菌群。在FMF 患者中，菌群結構明顯改變，數量減少，多樣性降低，以擬桿菌、硬桿菌和變形桿菌落數量發生顯著變化[14]。

2 腸道菌群與腎臟疾病的關系

腸道微生物、宿主與外界環境之間在正常條件下處于相對平衡狀態，當腸道微生物失調，即某些菌群的結構、分布和數量發生改變，且這種改變超出機體自身的調節能力，生態系中會出現不平衡狀態，進而引起腸道甚至多種全身系統疾病，如腸易激綜合征、炎癥性腸病、糖尿病、心血管疾病、腎臟疾病、肥胖及其他疾病等。腎臟作為人體重要器官，與腸道之間關系密切且相互影響，這種相互作用關系構成“腸-腎軸”。包括腸道與腎臟任意一方發生變化，都會通過物質能量代謝、免疫炎癥、腸道菌群等方面影響到另一方甚至產生不良后果，并可互為因果[15]。而中醫學認為，腸道菌群失調就臟腑而言，主要涉及脾胃，脾腎相關，脾病及腎，腎病及脾，終致脾腎兩虛。

2.1 慢性腎臟病與腸道菌群

慢性腎臟病（Chronic kidney disease,CKD）是一種多因素疾病，主要與腎功隨時間逐漸喪失有關，表現為進行性腎小球、腎小管損傷。根據一項包含近700萬名成人患者的大規模系統回顧和Meta分析，全球范圍內的患病率約為13%[16]。CKD的一個關鍵問題是尿毒癥毒素的積聚，這些毒素來源于飲食、蛋白質代謝和腸道菌群的代謝作用，目前研究最深入的毒素是對甲酚硫酸鹽（P-cresol sulfate, PCS）和吲哚硫酸鹽（Indole sulfate, IS）[17]。結腸的主要作用是吸收鹽和水，并提供有序處理消化廢物的機制。此外，結腸負責從沒有被上消化道消化的碳水化合物和蛋白質中回收能量和可能的氮，這是通過厭氧菌的代謝來實現的，這一過程稱為發酵[18]。腸道菌群發酵酪氨酸和色氨酸，分別產生對甲酚和吲哚，二者在肝臟中進一步代謝為PCS和IS。這些生物學活性分子是抗透析的蛋白結合性尿毒癥毒素，可誘導促炎反應。若腸道功能失調和炎癥相繼發生并維持，便可觸發慢性腎病及終末期腎臟疾病，從而導致這些毒素全身擴散，增加腎臟負載?？梢娔c道菌群對CKD 的發生與發展不可或缺。

值得注意的是，腸道菌群與慢性腎病之間的作用不是單向的。在健康個體中，根據特定細菌的豐度將腸道菌群劃分為不同腸型，分別以擬桿菌屬，普雷沃菌屬和瘤胃球菌屬為主導[19]，宿主為這些菌群提供營養及相應的生存環境，使其保持相對穩定狀態。而在慢性腎病患者中，宿主環境發生改變，腸道菌群及黏膜的結構與功能亦隨之發生顯著變化（失調）。如乳桿菌科和普雷沃菌科（均被認為是正常的結腸微生物群）的數量較低，腸桿菌科和腸球菌科（通常以較低的比例存在）的數量則增加了100 倍[20]。CKD 患者腸道菌群的改變與以下幾個方面有關：①細胞內外液體中尿素濃度升高，導致其大量通過被動擴散進入胃腸道，腸道菌群的脲酶水解腸尿素產生氨，使腸腔內PH值改變并引起尿毒癥性小腸結腸炎[21,22]，腸內菌群的種類與數量也隨之改變；②尿酸和草酸通常由腎小球濾過和腎小管重吸收分泌過程的復雜作用排泄到尿中。而在晚期腎衰竭中，結腸取代腎臟作為主要排泄部位，大量的尿酸和草酸通過豐富的腸壁血管分泌至腸腔內，呈高水平狀態，進而改變腸道菌群結構、數量，使產生SCFA 的菌群減少，分泌脲酶的菌群增多[23-25]；③飲食對腸道菌群有重要影響。嚴格限制富含鉀和草酸鹽的飲食旨在防止高鉀血癥和晚期CKD患者的草酸鹽超載。而含有此類物質的水果、蔬菜等高纖維食物是腸道微生物的主要營養來源。因此，這些飲食限制使腸道菌群受到影響[26]；④晚期CKD 患者每次飯后服用大量磷結合劑（醋酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鋁和陰離子交換樹脂），通過限制磷鹽的吸收來控制高磷血癥。長期服用這些制劑可以改變腸腔內環境，影響腸內菌群；⑤使用抗生素治療血管通路和其他感染，并同時服用鐵劑是另一個眾所周知的因素，也會對患者腸道菌群的結構產生影響。凡此種種，均極大改變腸道的生物化學和生物物理環境，使菌群遭受嚴重影響。總之，CKD 患者腸道菌群失調可引起腸黏膜屏障的功能受損、具有腎保護作用的物質如SCFA 的合成減少、毒素分子如細胞脂多糖內毒素（LPS）水平增加，從而又加速CKD進展。

2.2 IgA腎病與腸道菌群

IgA 腎病（IgA nephropathy,IgAN）是最常見的原發性慢性腎小球疾病，該病主要以腎小球系膜IgA1沉積及局部炎癥、系膜增生、腎小球纖維化和最后腎功能喪失為主要特征。由于免疫球蛋白A（IgA）廣泛存在于腸粘膜免疫系統中，因此可推測，腸道菌群的失調在IgAN 的發病機制中起重要作用[25]。Mahmoodpoor[27]等人提出慢性細菌感染和腸道菌群失調會促使上皮細胞分泌B 細胞激活因子（BAFF）和增殖誘導配體（April），加速IgA 的過量產生也證實了這一推測。Piccolo[28,29]等人研究了IgAN 患者和健康對照組的腸道菌群及代謝物組成的差異，發現在進展性和非進展性IgAN 患者之間，腸道菌群和尿代謝物（包括游離氨基酸和有機揮發性代謝物）發生了顯著變化，其中雙歧桿菌數量減少，鏈球菌水平升高。據推測，升高的血清游離氨基酸有助于IgAN病理學，其可能與胃腸道蛋白質的吸收降低相關，并可增強微生物蛋白水解，改變微生物群，促使糞便對甲酚水平升高[30]。作為IgAN中腸-腎連接的進一步證據，有跡象表明免疫耐受的缺陷可能導致微生物群對腸道屏障改變的異常反應，包括增加的飲食抗原和吸收的細菌毒素，引發粘膜相關的淋巴組織激活和亞臨床腸道炎癥，合成異常糖基化的聚合IgA1 然后進入循環并最終形成腎臟沉積物[31]。

2.3 AKI與腸道菌群

最近有研究表明腸道菌群可以調節AKI。一種可能的機制是SCFA 對模型中缺血-再灌注損傷的腎保護作用，具有抗炎特性的SCFA由腸道菌群產生[32]。使用三種主要SCFA（醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽）治療可改善由損傷引起的腎功能障礙，并與受損腎臟中活性氧、炎癥、浸潤性免疫細胞和凋亡細胞水平的降低、腎上皮細胞增殖增加及DNA 甲基化狀態的調節有關。另一個可能機制與“衛生假說”有關，Jang[33]等人發現與對照組相比，無菌動物在缺血誘導的AKI 下有更嚴重的腎損傷和炎癥。

2.4 腎結石與腸道菌群

腎結石是一種可由遺傳因素和不同環境因素引起的復雜性疾病。腎結石是由鈣、磷酸鹽和其他食物成分在腎臟中形成的小沉積物。高尿酸血癥是腎結石出現的主要危險因素，因為75%的腎結石含有草酸鈣[34]。草酸是氨基酸代謝的最終產物，可改變腸道菌群的結構和組成。草酸鹽通過腎小球濾過和腎小管分泌排泄。在腎臟中，草酸鹽可與鈣結合并形成草酸鈣晶體，導致腎損傷和炎癥，而炎癥反應是腎結石發展的重要調節器[34,35]。人體主要靠腸道菌群維持草酸在體內的平衡,因此，產甲酸草酸桿菌在醫學領域引起了人們的廣泛關注。產甲酸草酸桿菌是腸道內的一種革蘭氏陰性草酸鹽降解菌，通過草酸的穩態顯示出健康益處[36]。有研究顯示，復發性腎結石與用產甲酸草酸桿菌進行腸道定植間呈負相關，由產甲酸草酸桿菌定植人腸道,結石復發的風險降低70%。Siener[37]等人指出，通過增加腸道草酸降解，產甲酸草酸桿菌降低了腸道內可吸收的草酸濃度。因此，它可減少尿液中草酸的排泄，防止草酸鈣腎結石的形成。Stern[38]等人表明，與對照組相比，腎結石前患者具有獨特的腸道菌群。通過下一代測序，他們觀察到擬桿菌在腎結石形成者中更為豐富，而在對照組中，普雷沃氏菌更為豐富。

3 治療措施

3.1 常規方法

腎臟移植是終末期腎病患者最佳治療方式。盡管成功的腎移植可全面恢復腎臟功能，且沒有哪種透析治療能達到一個功能良好的移植腎臟所具備的溶質清除效率，但供體的可獲得性及受者術后效果等諸多環節都嚴重影響存活率。血液透析是目前最常用的血液凈化療法之一。其利用半透膜原理，清除血液內的代謝廢物，維持電解質和酸堿平衡，同時清除過多液體，使透析患者機體內環境接近正常，從而達到治療目的。但血液透析需反復穿刺，殘腎功能丟失較快，病毒感染機會較多。腹膜透析類似于血透，但其利用患者自身腹膜為半透膜的特性進行交換。盡管隨著技術的改進，腹膜炎等并發癥的發生率大大降低，然腹膜透析的溶質清除率低，蛋白持續丟失可致營養不良?？梢姵Ｒ幹委煼椒ū锥溯^多，需探索重建二者共生關系更有效的方法。

3.2 中醫療法

現代中醫學家認為慢性腎臟病的虛實病機存在于病情發展的全過程，在不同階段，側重點各有不同。雷根平[39]教授提出，應清楚疾病不同階段正虛與邪實的具體特點，方能對癥下藥，解決實際問題。慢性腎臟病結合疾病分期論治大致有如下規律：疾病早期（CKD1-2 期）以腎虛為主，當以補腎固腎為主；疾病中期（CKD3-4 期）脾腎兩虛，法當健脾益腎；疾病后期（CKD5期）以脾虛濁毒內盛為主，法當健脾泄濁[40]。

3.2.1 補脾益腎法

《素問·六節臟象論篇》曰：“腎，主蟄，封藏之本，精之處也……脾者，倉廩之本，營之居也。”《素問·上古天真論》載：“腎者主水，受五臟六腑之精而藏之?！痹谏砩希I為先天之本，主藏精，得脾胃運化之水谷精微的滋養才能充沛，脾為后天之本，主運化水谷精微，賴腎陽之氣溫煦以推動氣血化生，二臟互生互助。在病理上，腎陽虧虛則不能溫煦脾陽，或腎主水失常，水濕泛濫，損傷脾土；脾虛失運，無力化生水谷精微以滋養腎臟，無力運化水濕則水濕內停，影響腎主水的功能[41]。故治療腎臟病，不僅要補腎，還要兼顧補脾，以后天養先天，令脾胃健運，氣機升降有序，水液通調。如《景岳全書·脾胃》云：“然脾為土臟，灌溉四旁，是以五臟中皆有脾氣，然脾胃中亦皆有五臟之氣。此其互為相使，有可分而不可分者在焉。故善治脾者，能調五臟，即所以治脾胃也；能治脾胃，而使食進胃強，即所以安五臟也?！币虼诵纬蒀KD3-4 期的重要治療原則—補脾益腎。大量研究表明諸多補脾類方藥可增加益生菌（乳酸菌，雙歧桿菌）數量，減少致病菌（大腸桿菌）數量，使腸道菌群得到調整[42-43]?，F代醫家聶麗芳、張雪梅、黃春林[44-46]等教授重視脾胃，從脾治腎，取得良好的臨床效果。

3.2.2 通腑泄濁法

慢性腎臟病的中醫病機錯綜復雜，至中后期以“濁毒內蘊”為關鍵?！督饏T要略·水氣病》指出：“夫水病人，目下有臥蠶，面目鮮澤，脈伏，其人消渴，病水腹大，小便不利，其脈沉絕者，有水，可下之?！薄端貑枴蝉氛摗吩唬骸伴_鬼門，潔凈府，去菀陳莝?！币韵路ㄖ委熕[病人。黃春林[46]教授主張應用通腑降濁法來祛邪扶正，其在補脾固腎的基礎上，探索了大黃復方制劑灌腸來緩下濁毒，恢復脾胃氣機升降，起到“祛邪扶正、降濁保腎”的作用，從而治療CKD 5 期。戴銘卉[47]等人以通腑泄濁方（生大黃、生槐花、六月雪、蒲公英、生牡蠣、附子）干預CKD 模型大鼠，結果顯示給藥組大鼠大腸桿菌減少，雙歧桿菌增加，血清肌酐、尿素氮、IS含量降低，得出結論通腑泄濁方能夠調節CKD 大鼠腸道菌群，降低毒素水平，延緩腎臟損傷。羅學文[48]通過觀察比較健脾益腎與通腑泄濁法對CKD5期患者代謝性毒性IS 和腸道菌群的研究發現：通腑泄濁法可能對CKD 患者IS 排泄的增加、內毒素吸收的減少、腸道菌群的調節及腸道屏障保護有關。

3.3 現代治法

3.3.1 微生態制劑

微生態制劑有3種：益生菌、益生元和合生元。

益生菌：益生菌是通過食物或補充劑攝取的可促進宿主健康的活性微生物，主要是由活菌構成，如乳酸桿菌、腸球菌和雙歧桿菌，它們可調節腸道菌群，影響炎癥狀態，削弱致病菌的致病力，協助體內新陳代謝，從而促進尿毒癥毒素的排泄。Wang[49]等人在一項研究中發現，腹透患者進行6 個月的益生菌治療后，這些患者的促炎細胞因子和內毒素降低，并保留了殘腎功能，同時增加了抗炎細胞因子IL-10。Ranganathan[50]等人對3-4 期CKD 患者的隨訪研究顯示，口服益生菌組合（嗜酸乳桿菌KB31，長雙歧桿菌KB35和嗜熱鏈球菌KB27）后血清尿素水平顯著降低，生活質量也有所改善。此外，Yacoub[51]等人分析了全國健康和營養調查（NHANES）的數據，檢驗益生菌與腎臟參數的關系，頻繁使用益生菌與降低蛋白尿腎病風險相關。

益生元：益生元是不可消化的碳水化合物，可選擇性的刺激腸道內某些細菌的生長或提高細菌活性從而促進宿主的健康。菊粉、低聚果糖、寡聚半乳糖、乳果糖、低聚木糖等是已知的益生元。益生元雖不能被機體消化，但可被腸道有益菌發酵利用，進而促進腸道有益細菌，如雙歧桿菌、乳酸桿菌的生長，平衡腸道菌群。Meijers[52]等人隨訪HD 患者1 月，發現攝入富含低聚果糖的菊粉后，血清IS 水平及其產生率顯著下降。在另一項研究中，Sirich[53]等人證實益生元治療患者血清游離PCS減少，尿素氮也在下降。

合生元：合生元是將益生菌和益生元以協同作用的形式組合在一起的營養補充劑。Rossi[54]等人在一項研究中評估了合生元治療對透析前CKD 患者腸道菌群和血清中IS 及PCS 濃度的影響，發現IS 水平降低，PCS 水平無顯著變化，并有利的改變了腸道菌群，尤其是雙歧桿菌的富集與瘤胃球菌的消耗。

3.3.2 吸附療法

AST-120 是一種口服吸附劑，由直徑0.2-0.4 mm的多孔碳顆粒組成，不溶于水和常見的有機溶劑，可在大腸內吸附腸道菌群生成的尿毒素前體物質。在動物模型中AST-120 有效減少血清PCS 和IS 水平，改善腎間質纖維化和內皮功能障礙[55]。Kikuchi[56]等人予以CKD 大鼠AST-120 治療后，與對照組相比，實驗組大鼠蛋白結合毒素的水平明顯降低，且腸道微生物組成亦發生變化，梭菌和類桿菌顯著減少。在CKD 患者中，AST-120 治療可延緩透析開始時間，減緩GFR 的下降和血清肌酐的增加[57]。然而，一項針對2035 名中重度慢性腎病患者進行的臨床試驗顯示，在患者的標準治療中加入AST-120 并沒有顯示出明顯好處[58]，研究未能達到預期，但這依然是未來治療腎臟病的研究方向之一。

3.3.3 糞菌移植

糞便菌群移植（FMT）的基本原理是將正常的菌群從健康的供體轉接到菌群失調的受體腸道內。其是在結腸鏡檢查、結腸鏡管、灌腸或口服膠囊的幫助下，將分離的糞便制劑轉移給受體患者。早在東晉時期，葛洪在醫書《肘后救卒方》中描述了患者口服其他健康人的糞便懸浮液治療食物中毒和嚴重腹瀉，將患者救回，這是歷史上首次記載菌群移植。李時珍隨后也在《本草綱目》記載了用發酵的糞便、新鮮的糞便懸浮液、干燥的糞便，或者是嬰兒糞便有效的治療腹瀉、腹痛、嘔吐和便秘。隨著最近十幾年微生物學的研究發展，人們對FMT 的認識逐漸深入。我國張發明[59]教授于2012 年首次應用現代糞便菌群移植治療難治性克羅恩病合并腸瘺，取得了良好的效果，隨后作為一種特殊器官移植的FMT 逐漸得到推廣和重視。FMT 策略已成功應用于治療艱難梭菌引起的感染，尤其是那些對抗生素治療沒有反應的患者，其目的是修復被破壞的菌群[60]。同樣，接受免疫抑制藥物治療的患者，如腎移植患者，有更高的細菌定植風險，引起腹瀉，Gu[61]等人曾嘗試用FMT 治療腎移植后難治性腹瀉。但目前還沒有大規模的研究來檢驗FMT 對慢性腎病患者腸道菌群恢復的影響，只有一個案例表明，在終末期腎病患者中成功根除了致病細菌[62]。FMT是一個古老的方法，但隨著科學技術的進步，又得到新生，使用該方法治療慢性腎臟病和腸道菌群失調還需要進一步的探索和實踐。

4 小結與展望

越來越多的證據表明，在各種腎臟疾病患者中，宿主和腸道菌群之間存在雙向關系，腸道菌群與腎臟疾病的相互作用導致腸道菌群失調與腎臟損傷?，F在迫切需要更多的研究來進一步探索腎臟疾病腸道菌群的特征，以探究不同腎臟疾病與腸道菌群之間的關系。近年來，腸-腎軸的研究為治療炎癥、腎損傷和尿毒癥開辟了新的治療途徑，以預防慢性腎病患者的不良后果，多種有希望的干預措施用于逆轉腸道菌群失調并減緩腎臟疾病的進展。常規的治療方法已遇到瓶頸，而中醫藥、微生態制劑、口服吸附劑、糞菌移植的應用為CKD 治療開辟了新途徑，但這些治療措施仍需在大型實驗中進一步檢驗，才能成為腎病患者的主要治療方法。在未來幾年，仍需深入的研究，以發現這一領域的有趣潛力。