老年糖尿病腎病患者腸道菌群失調的研究進展

杜 菲, 李 英

(河北醫科大學第三醫院 腎內科，河北 石家莊 050051)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病的主要并發癥，是世界范圍內致死率最高的疾病之一[1]。隨著社會的發展及生活方式的改變，每年約有30%的糖尿病患者發展為DN，給國家、社會和家庭帶來沉重的經濟負擔。因此，DN已經成為全球嚴重的公共衛生問題。腸道菌群失調參與DN的發生發展，探討老年DN患者腸道菌群失調有重要意義。

1 腸道菌群概述

腸道菌群，顧名思義就是定植在人體腸道內并長期與人體相互依存的細菌群[2]。據統計, 腸道細菌有1 000多種，數量達100萬億之多，正常腸道菌群包括的主要細菌門有厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門及放線菌門[3]。腸道菌群在人體中發揮著至關重要的作用，如參與代謝、調節免疫、給予保護、提供營養等[4];由于老年患者腸道功能下降，腸道內微生物的種類和數量均發生變化[5]，有益菌減少，有害菌增加，導致腸道菌群失調，引起一系列的健康問題。現有研究表明，腸道菌群失調會引起與食物相關的慢性炎癥性疾病，如糖尿病、腎臟病、高血壓病、心血管疾病等[6]，這為進一步探索腸道菌群在DN的防治中提供了方向。

2 腸道菌群失調與慢性炎癥反應的關系

2.1短鏈脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)減少 由于飲食習慣的改變，高糖、高鹽、高脂肪食物攝入增加，蔬菜、水果、粗糧等食物攝入減少，導致體重增加、胰島素抵抗，進而引發糖尿病、高血壓等疾病[7]。由于糖尿病患者限制飲食，富含糖及鉀的食物攝入減少，加重了腸道菌群失調[8]。腸道微生物水解發酵不能被消化吸收的碳水化合物，產生包括乙酸、丙酸和丁酸在內的SCFA，其中丁酸對維持人類健康有著關鍵作用[9]，它為腸黏膜上皮細胞提供營養和能量，維持腸道屏障功能，并增強結腸運動功能，促進腸黏膜及其功能恢復，減輕炎癥反應[6, 10]。正常情況下，SCFA能激活腸上皮細胞上的G蛋白偶聯受體(G proteincoupled receptor, GPCR)41及GPCR43。GPCR41刺激肽YY (peptide YY, PYY)的釋放，增加腸道轉運率和飽腹感，并降低腎小球囊內壓、減少蛋白尿，延緩DN的進展。GPCR43的激活可以緩解炎癥并刺激L細胞釋放胰高血糖素樣肽1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1)。GLP-1通過抑制食欲和食物攝入，增加胰島素的分泌，減少胰高血糖素的分泌，從而降低肝臟的葡萄糖輸出，增強外周對葡萄糖的攝取。GLP-1受體促腸促胰島素激動劑可改善胰島功能，降低血壓、改善血脂異常及控制炎癥[11-12]。SCFA還可能通過上調肌肉和肝臟組織中5′-磷酸腺苷 (adenosine 5′-monophosphate, 5′-AMP)激活的蛋白激酶信號通路，減少脂肪細胞的分解，并通過葡萄糖轉運蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)提高胰島素敏感性[13]。因腸道菌群失調使SCFA減少，加快腎臟疾病進展。

2.2脂多糖( lipopolysaccharide, LPS)增多 LPS是革蘭陰性菌細胞壁外膜中的重要組成成分，亦稱為內毒素；可激活慢性炎癥反應及免疫系統[14]。越來越多的研究證實，內毒素在胰島素抵抗及慢性炎癥中發揮著重要作用，與DN的發生密切相關[15]。研究表明，Toll樣受體(toll like receptor ，TLR)結合LPS，激活觸發信號級聯反應，從而啟動免疫系統及細胞因子的產生[16-17]。LPS在宿主體內通過TLR2/4介導炎癥反應，通過激活轉錄因子核因子κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信號轉導通路，刺激腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)、白細胞介素(interleukin, IL)-1及IL-6等促炎細胞因子的分泌[18]。另外，TLR2通過識別細菌細胞壁、脂蛋白和脂肽成分介導炎癥反應[19]，促進DN的進展。

2.3腸源性毒素增多 正常情況下，人體有完整的腸道上皮細胞屏障，而腸道營養不良會影響腸道上皮細胞緊密連接并減少結腸上皮細胞的能量供應，從而增加DN患者結腸上皮細胞的通透性，引起細菌和內毒素移位，而DN患者由于腎臟功能下降，循環中代謝廢物增加，無法排出體外，而蓄積于人體中，破壞腸道上皮細胞[20]，大量的腸源性毒素通過破損的腸道上皮細胞進入體內，激活免疫系統，引發慢性炎癥反應[21]。

腸源性毒素大致分為以下三類: ①硫酸吲哚酚(indoxyl sulfate, IS)。營養不良時，機體中分解色氨酸的細菌種類增加，將色氨酸轉換為吲哚，通過肝臟代謝形成IS[22]，它是一種蛋白結合的尿毒癥毒素，很難通過血液凈化去除[23]。IS誘導活性氧(reactive oxygen species, ROS)激活NF-κB及p53促使炎癥因子的表達[24]，通過增強LPS介導的巨噬細胞的炎癥反應和氧化應激反應破壞腎小管上皮細胞，抑制血管內皮細胞的增殖，增加腎間質纖維化[25]。另外，IS通過增加腎素、血管緊張素受體的表達，激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)，RAAS通過增加轉化生長因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)的表達，加重腎組織纖維化[26]。②硫酸對甲酚(paraccresol sulfate, PCS)。由于腸道菌群失調，結腸中有害菌增多，其發酵產生芳香族氨基酸酪氨酸(tyrosine, Tyr)和苯丙氨酸(phenylalanine, Phe)，在肝臟中轉化形成PCS[27]。PCS通過不同機制使腎小管間質組織缺氧，內質網應激，造成近端腎小管損傷[28]。此外，PCS通過增強還原型輔酶Ⅱ(triphosphopyridine nucleotide，NADPH)氧化酶活性和增加ROS的產生，而增加炎癥因子的產生，加重腎組織纖維化[29]，從而進一步加重腎臟疾病的進展。③氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide, TMAO)。TMAO是從富含三甲胺的營養物質(肉堿、磷脂酰膽堿及膽堿)中產生的代謝產物[30]。腸道菌群失調時，其代謝減少，通過上調血管細胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)的表達，促進單核細胞的黏附、活化蛋白激酶C(protein kinase c, PKC)和NF-κB，促進炎癥反應[31]。TMAO不僅是重要的生物標志物，同時也是胰島素抵抗、胃腸道癌癥及動脈粥樣硬化的獨立危險因素[32]。動物實驗研究表明，投喂膽堿(TMAO的前體)或TMAO后，小鼠出現腎小管間質纖維化和功能障礙[33]。其機制為，TMAO增多可引起Smad3磷酸化及TGF-β/Smad3信號通路轉導，促進腎間質纖維化，通過靶向抑制細菌膽堿三甲胺裂解酶活性，顯著降低循環TMAO水平、保護腎功能及改善不良重塑，并降低多種炎癥和纖維化基因的表達[34-35]。

3 改善腸道菌群失調防治老年DN

改善腸道菌群被認為是防治DN的新靶點，以微生物為目標的干預措施，如益生菌和糞便微生物群移植等，已被證明對宿主健康有益，下面介紹幾種改善腸道菌群的方法。

3.1益生菌/益生元 通過調整腸道菌群的組成，降低腸道內毒素濃度，減輕胰島素抵抗，減緩腎臟疾病的進展[36]。益生元可增加腸道中有益細菌的活性，恢復腸道菌群的平衡，改善腸道黏膜屏障的完整性，有利于DN的防治。抗性淀粉(resistant starch，RS)是特定的膳食補充劑，被稱為腸道菌群的調節劑，通過調節腸道菌群的比例，減少尿毒癥毒素的產生，改善腸道屏障的完整性并減少全身的微炎癥狀態。動物研究表明，RS可調節腸道菌群的比例并增加SCFA的產生，從而可能降低PCS和IS的水平，此外，RS可通過增加GLP-1和PYY的產生，增加胰島素的敏感性[37-38]。臨床前研究表明，口服活性炭吸附劑AST-120可恢復結腸緊密連接蛋白，其通過吸附尿素衍生的氨和中斷腸肝尿素循環，降低氧化物質活性和氧化應激，降低血漿內毒素和炎癥標記物水平，減緩腎功能的下降程度[39-40]。另外，臨床上已鑒定出可降低TMAO的藥物，如阿司匹林，白藜蘆醇和煀肼(γ-丁甜菜堿的類似物)[41]。

3.2中藥 已有報道，中藥如柴胡多糖可通過調節TRL4信號傳導減弱LPS誘導的炎癥，抑制促炎細胞因子的表達和ROS的產生，改善腸道菌群失調，減少炎癥反應，降低血糖、血肌酐和尿白蛋白[42-43]。目前腸道菌群的預防及治療在慢性腎臟病及2型糖尿病中較常見，而在DN中較少見，且缺乏大樣本數據的支持，因此，仍需要進一步的研究。

3.3糞便移植 糞便微生物移植(fecal microbiologicaltransplantation, FMT)是指將健康個體的糞便懸液輸注到另一個體的胃腸道，以治愈特定的疾病[44]。動物實驗研究表明，FMT在一定程度上糾正腸道菌群失調，并且增加丁酸的產生，同時糾正促炎和抗炎細胞因子的失衡[45]。目前該方法已應用于復發性艱難梭菌感染、炎癥性腸病、慢性代謝性疾病和自身免疫性疾病等疾病，而在腎臟疾病治療中的報道較少，FMT作為腎臟疾病的輔助治療有著巨大的潛力。

4 小結

腸道菌群與DN的發生發展密切相關，在人體健康中意義重大，但容易受到自身健康、生活習慣及環境變化的影響。腸道菌群通過刺激免疫系統引起炎癥，進而引發一系列的危害。尤其老年DN患者更容易受到腸道菌群失調的影響，然而，關于老年DN患者腸道菌群失調發病機制的研究很少，缺乏預防及治療老年DN患者腸道菌群失調的臨床研究。基于此，我們需要更深一步的探索，但可以預見的是，以腸道菌群為靶點防治老年DN是非常有前景的，創新性地將益生菌、益生元等與藥物相結合可能是未來老年DN患者靶向治療的新策略。