耿艷,楊兵全

[1.南京市溧水區(qū)人民醫(yī)院(東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院溧水分院) 內(nèi)分泌科,江蘇 南京 211200;2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 內(nèi)分泌科,江蘇 南京 210009]

糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease, DKD)是糖尿病患者常見的慢性并發(fā)癥,亦是終末期腎病、心血管事件及死亡的主要原因[1],顯著增加國家醫(yī)保及患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。人類對DKD發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識主要有糖脂代謝紊亂、血流動力學(xué)異常、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、自噬、遺傳因素等,就其診療效果來看,有約30%患者最終會進(jìn)展成終末期腎病[2]。因此,探索DKD的更多發(fā)病機(jī)制尤為重要。近年來研究顯示,腸道與腎臟之間可相互對話,腸道菌群和多種腎臟疾病關(guān)系密切并且相互影響,形成了所謂的“腸-腎軸”理論[3]。腸道菌群是否也參與了DKD的病理生理過程,未來是否有望成為DKD防治的新靶點(diǎn),本文作者就相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群概述

腸道菌群是機(jī)體腸道內(nèi)微生物群落的總稱,包括細(xì)菌、病毒、真菌等。人體腸道菌群被稱為人類的“第二基因組”,其數(shù)目龐大且種類多樣,對人體健康起著至關(guān)重要的作用。腸道菌群被認(rèn)為是宿主獨(dú)立的代謝器官[4],其組成和功能可受飲食、疾病、抗生素使用等多種因素影響。在正常情況下,腸道菌群與宿主形成共生關(guān)系,具有調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、抵御致病菌侵襲、調(diào)控能量代謝的作用。腸道菌群失調(diào)被認(rèn)為參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展,如肥胖癥、糖尿病和慢性腎臟疾病等。

2 DKD患者腸道菌群的改變

基于“腸-腎軸”理論研究防治腎臟疾病的策略受到越來越多的關(guān)注,所涉及的腎臟疾病主要是慢性腎臟疾病,而腸道菌群與DKD的相關(guān)臨床研究較少。與健康人群相比,DKD患者表現(xiàn)在其腸道細(xì)菌的豐富度及多樣性均降低[5-6]。與無腎病的2型糖尿病患者相比,DKD患者腸道的埃希菌-志賀菌屬豐度增加,而普雷沃菌屬豐度減少[6]。一項(xiàng)橫斷面研究顯示,DKD患者以厚壁菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌門,瘤胃球菌科和擬桿菌科豐度最高,而普雷沃菌科豐度減少。值得注意的是,這些腸道細(xì)菌的相對豐度在不同DKD分期患者中無顯著差異[7]。近來有學(xué)者采用宏基因組測序方法發(fā)現(xiàn),伴有DKD的2型糖尿病患者腸道菌群的組成和功能發(fā)生改變,變形菌門豐度增加,脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)的生物合成和碳水化合物代謝異常[8]。另有研究發(fā)現(xiàn),DKD患者與膜性腎病患者之間腸道菌群的組成和功能存在顯著差異,DKD患者擬桿菌門的相對豐度增加,多種氨基酸代謝增強(qiáng)[9]。

3 腸道菌群參與DKD發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

3.1 短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)

SCFAs是腸道微生物酵解碳水化合物的代謝產(chǎn)物,主要包括醋酸鹽、丙酸鹽及丁酸鹽。SCFAs不僅存在于腸道中,還可進(jìn)入血循環(huán),通過與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合或抑制組蛋白去乙酰化酶而發(fā)揮作用。越來越多的證據(jù)表明,SCFAs可通過抗炎、抗氧化應(yīng)激、抗纖維化及調(diào)控自噬而起到腎臟保護(hù)作用。在DKD患者中,瘤胃球菌科、毛螺菌科等產(chǎn)SCFAs腸道細(xì)菌的相對豐度減少,血清丁酸鹽水平降低;糖尿病大鼠經(jīng)丁酸鈉干預(yù)后,其血清及糞便中的丁酸鹽水平升高,且腎臟損害得以減輕[10]。一項(xiàng)體外研究發(fā)現(xiàn),SCFAs及G蛋白偶聯(lián)受體43激動劑可以抑制高糖和LPS誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞的增殖、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),提示SCFAs介導(dǎo)的信號通路有望成為治療DKD的新靶點(diǎn)[11]。SCFAs還可通過與腸道L細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)受體43結(jié)合而促進(jìn)胰高血糖素樣肽-1的釋放[12],而后者可通過抑制腎小管對鈉的重吸收及降低腎小球壓力和尿蛋白,在一定程度上阻止DKD的發(fā)生發(fā)展。

3.2 次級膽汁酸

次級膽汁酸是由初級膽汁酸在腸道中通過厚壁菌門生物轉(zhuǎn)化而來,且乳桿菌屬、擬桿菌屬和羅氏菌屬也參與次級膽汁酸的代謝過程[13]。動物研究提示,次級膽汁酸可通過激活法尼醇X受體(FXR)和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(TGR5)而減輕腎臟炎癥、腎臟氧化應(yīng)激及腎臟纖維化[14]。應(yīng)用FXR/TGR5雙激動劑INT-767治療可減輕糖尿病小鼠的蛋白尿,并可阻止足細(xì)胞損傷、系膜擴(kuò)張和腎小管間質(zhì)纖維化[15];而應(yīng)用TGR5特異性激動劑INT-777也可起到類似的作用[16],且TGR5信號通路的激活可誘導(dǎo)腸道胰高血糖素樣肽-1的釋放[17]?？傊?作為腸道菌群代謝產(chǎn)物,次級膽汁酸及其受體參與DKD的發(fā)生發(fā)展,并有望成為DKD的治療靶點(diǎn)。

3.3 腸源性尿毒癥毒素

腸道微生物酵解芳香族氨基酸所產(chǎn)生的吲哚酚硫酸鹽(indoxyl sulfate, IS)和對甲酚硫酸鹽(p-cresyl sulfate, PCS)是最主要的腸源性尿毒癥毒素,另外腸道微生物可將食物中的膽堿和肉堿等營養(yǎng)物質(zhì)代謝產(chǎn)生三甲胺,再經(jīng)肝臟代謝產(chǎn)生三甲胺-N-氧化物(Trimethylamine N-oxide, TMAO)。在DKD狀態(tài)下,這些腸源性尿毒癥毒素水平增加,可使腸道通透性增加,并持續(xù)刺激免疫系統(tǒng),誘發(fā)腎小球和腎小管損傷,促進(jìn)炎癥、氧化應(yīng)激和纖維化,進(jìn)而導(dǎo)致DKD的進(jìn)展[18-19]。腸道微生物酵解酪氨酸所產(chǎn)生的苯基硫酸鹽(phenyl sulfate, PS)也被認(rèn)為是一種腸源性尿毒癥毒素。Kikuchi等[1]研究發(fā)現(xiàn),PS可通過損傷足細(xì)胞而使糖尿病小鼠發(fā)生蛋白尿,而抑制PS的產(chǎn)生可以減輕糖尿病小鼠的蛋白尿;該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)PS是DKD患者早期蛋白尿的預(yù)測因子,并有望成為DKD的治療靶點(diǎn)。

3.4 炎癥反應(yīng)

大量研究表明,炎癥反應(yīng)參與DKD的發(fā)生發(fā)展。在糖尿病狀態(tài)下,產(chǎn)丁酸鹽腸道細(xì)菌的相對豐度減少,相應(yīng)減少的SCFAs和高血糖本身可致腸道通透性增加和LPS易位,進(jìn)入血循環(huán)的LPS可通過與腎臟Toll樣受體4結(jié)合而誘發(fā)炎癥反應(yīng)[20]。在DKD狀態(tài)下,積聚的腸源性尿毒癥毒素可加重炎癥反應(yīng)而使腎功能惡化,其中IS和PCS已被證實(shí)具有較強(qiáng)的促炎作用。近來有學(xué)者發(fā)現(xiàn),在DKD大鼠中TMAO具有促炎和促纖維化作用[21]。總之,腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可能通過發(fā)揮促炎或抗炎效應(yīng)參與DKD的發(fā)生發(fā)展。

3.5 腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system, RAS)

腎內(nèi)RAS的激活是DKD發(fā)病的關(guān)鍵因素,目前研究認(rèn)為腸道菌群可激活此系統(tǒng)。有研究[22]發(fā)現(xiàn),糖尿病大鼠經(jīng)復(fù)合廣譜抗生素干預(yù)后,血漿醋酸鹽水平降低,腎內(nèi)RAS的激活得以抑制,腎臟損害得以減輕,提示腸道菌群失調(diào)所產(chǎn)生的過量醋酸鹽可能通過激活腎內(nèi)RAS引起早期腎臟損害。在糖尿病狀態(tài)下,積聚的琥珀酸鹽(腸道微生物酵解碳水化合物的代謝產(chǎn)物之一)可與G蛋白偶聯(lián)受體91結(jié)合而激活腎內(nèi)RAS,最終引發(fā)DKD[23]。IS和PCS可激活腎內(nèi)RAS,進(jìn)而誘發(fā)腎纖維化[24]。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme, ACE)和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin converting enzyme, ACE2)均是RAS的重要調(diào)節(jié)分子,在正常情況下,腎內(nèi)ACE和ACE2保持平衡。在糖尿病狀態(tài)下,腸道菌群失調(diào)可能會打破腎內(nèi)ACE和ACE2的平衡狀態(tài)而參與DKD的發(fā)生發(fā)展[25]。

4 基于腸道菌群防治DKD的探討

4.1 益生菌

益生菌是一類有益于宿主的活性微生物的總稱,主要包括雙歧桿菌和乳酸桿菌。一項(xiàng)納入60例DKD患者的隨機(jī)、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗(yàn)結(jié)果提示,益生菌補(bǔ)充劑可能有利于DKD的治療[26]。另一項(xiàng)小樣本臨床研究發(fā)現(xiàn),攝入添加益生菌豆奶DKD患者的腎臟功能及氧化應(yīng)激指標(biāo)得到改善[27]。目前以益生菌為靶點(diǎn)防治DKD的研究較少,今后需進(jìn)一步開展相關(guān)研究以明確其腎臟保護(hù)作用及機(jī)制。

4.2 飲食干預(yù)

飲食、腸道菌群和腎臟疾病三者之間關(guān)系密切,構(gòu)成“飲食-腸-腎軸”[28]。低蛋白飲食是臨床上治療DKD的主要方法之一,可降低慢性腎臟疾病患者血液中PCS水平[29]。有研究[30]發(fā)現(xiàn),膳食纖維可通過調(diào)節(jié)腸道菌群和增加SCFAs的產(chǎn)生來預(yù)防糖尿病小鼠發(fā)生DKD。益生元是能選擇性刺激腸道有益菌生長和活性的可溶性膳食纖維,主要包括低聚果糖、低聚半乳糖和菊粉。益生元可由結(jié)腸微生物群發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs,并可改善糖尿病狀態(tài)下的腸道通透性[20]。熱量限制可改變腸道菌群的組成結(jié)構(gòu),其效果受飲食成分的影響,具有腎臟保護(hù)作用[31]。綜上,我們認(rèn)為飲食干預(yù)可通過調(diào)節(jié)腸道菌群起到腎臟保護(hù)作用,今后可基于腸道菌群開展飲食干預(yù)防治DKD的相關(guān)研究。

4.3 中藥

動物研究發(fā)現(xiàn),從中藥柴胡及冬蟲夏草中提取出的多糖均可通過調(diào)節(jié)腸道菌群及抗炎而減輕DKD的腎臟損害[32-33]。腎炎康復(fù)片可以降低DKD小鼠擬桿菌門的相對豐度及腎臟炎癥因子的表達(dá)水平,且二者呈正相關(guān),提示腎炎康復(fù)片的抗炎活性與調(diào)節(jié)腸道菌群有關(guān)[34]。糖腎方可以降低DKD大鼠血清中的IS和LPS水平,同時也具有抗炎作用[35]。今后尚需深入開展相關(guān)研究,以明確中藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群防治DKD的具體機(jī)制,以利于研發(fā)防治DKD的中藥制劑。

4.4 糞菌移植

糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是通過特定的手段將供者的腸道菌群移植到受者體內(nèi),從而完成腸道微環(huán)境的重建。近年來,FMT用于治療代謝綜合征、惡性腫瘤、自身免疫及神經(jīng)系統(tǒng)疾病等慢性疾病的相關(guān)研究受到越來越多的關(guān)注。有研究[36]發(fā)現(xiàn),通過FMT將正常糖耐量人群的腸道菌群移植到2型糖尿病小鼠,其糖脂代謝異常得以改善,其機(jī)制可能是增加產(chǎn)SCFAs腸道細(xì)菌的相對豐度和結(jié)腸組織G蛋白偶聯(lián)受體43及胰高血糖素樣肽-1的表達(dá)水平。另有研究[37]發(fā)現(xiàn),通過FMT將健康大鼠的腸道菌群移植到糖尿病大鼠,其腎小管間質(zhì)損傷明顯減輕。Cai等[38]研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇可通過調(diào)節(jié)腸道菌群和抗炎而改善DKD小鼠的腎臟功能;該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)通過FMT將經(jīng)過白藜蘆醇處理的健康小鼠的腸道菌群移植到DKD小鼠,其腎功能異常得到改善,腸道菌群紊亂得以糾正,提示FMT有望成為以腸道菌群為靶點(diǎn)治療DKD的潛在有效方法。

4.5 噬菌體

噬菌體是一種選擇性侵染細(xì)菌的病毒,可靶向腸道菌群。作為人體腸道微生物組的重要組成部分,腸道噬菌體組在塑造腸道微生物組成及影響宿主的代謝組方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。有研究[39]發(fā)現(xiàn),糖尿病患者腸道中噬菌體的數(shù)量顯著增加,首次證實(shí)了人體腸道噬菌體組和糖尿病具有關(guān)聯(lián)性。另有研究發(fā)現(xiàn)接受瘦小鼠的糞便病毒組移植后,肥胖小鼠的體重增長顯著降低且糖耐量正常化,提示噬菌體介導(dǎo)的療法有望用來治療肥胖和糖尿病等腸道菌群相關(guān)疾病[40]。這種基于腸道菌群治療代謝性疾病的新興療法頗具潛力,今后或可用于DKD的治療。

5 小 結(jié)

綜上所述,腸道菌群和DKD關(guān)系密切并且相互影響,腸道菌群失調(diào)參與DKD的發(fā)生發(fā)展,其機(jī)制可能與SCFAs和腸源性尿毒癥毒素水平異常誘發(fā)癥性反應(yīng)及激活腎內(nèi)RAS等有關(guān)。腸道菌群有望成為DKD的新型生物標(biāo)志物及防治新靶點(diǎn),補(bǔ)充益生菌及益生元、熱量限制、FMT及噬菌體介導(dǎo)的療法等有望成為防治DKD的新手段。因此,基于腸道菌群積極開展防治DKD的相關(guān)研究可為臨床DKD的防治提供新的思路和方法。