肠源性尿毒症毒素在肾脏病领域的研究进展

李倩玉，周江慧，李 娜，孙 钰，刘 锋

(吉林大学中日联谊医院 肾病内科，吉林 长春130033)

我国慢性肾脏病(CKD)的发病率为10.8%，人数约为1.2亿，目前CKD的发病率仍然在逐年升高，已逐渐成为危害人类健康的主要疾病。如何延缓CKD进程、改善CKD患者生活质量已成为全球热点。基于CKD的高患病率以及低预期寿命，我们越来越重视CKD进程中可控的危险因素的干预。近年来，人们逐渐开始重视肠源性尿毒症毒素(GDUT)对CKD进展的影响，肠道靶向的治疗策略为慢性肾脏病的治疗提供新的思路。

1 肠源性尿毒症毒素

尿毒症毒素(Uremic toxins)是指CKD患者体液中浓度明显升高，并且具有毒性作用的物质。研究表明，尿毒症毒素的积累与CKD进展的风险增加相关[1]。当eGFR<60 mL/min/1.73 m2时，尿毒症毒素的积累被认为是CKD后果的关键因素[2]。因此探索尿毒症毒素的来源，在CKD的早期减少尿毒症毒素的产生，降低CKD的发病率及死亡率，显得尤为重要[3]。临床上可根据尿毒症毒素产生的来源将其分为三类[4]：(1)内源性代谢产物：人体自身的代谢产物，如肌酐、尿酸等；(2)微生物代谢产物：大部分微生物代谢产物的前体都是在肠道由肠道菌群合成，即肠源性尿毒症毒素，如吲哚类、酚类等；(3)外源性摄入物质：如草酸盐等。近年来，肠道微生物群的生物学潜能及其在各种慢性炎症发病机制中的重要作用引起了研究者们对肠道细菌的高度重视，认为肠道细菌是CKD发展和并发症的一个可能原因，也是延缓CKD进展的目标治疗方法，因此对GDUT的干预逐渐成为延缓慢性肾脏病进展的重要方向。

2 肠道菌群失调与慢性肾脏病的相互作用

肠道菌群在长期的进化过程中，与人体形成共生关系，主要参与了人体的消化吸收、能量代谢以及免疫调节等环节。随着分析生物学的进步，肠道微生态和肠道菌群的研究得到了飞速发展。肠道菌群失调，加剧GDUT蓄积、破坏肠道上皮细胞功能、细菌移位、激活肠道黏膜免疫系统、诱导全身微炎症反应加重肾脏损伤，结肠转运时间延长使得在肠道中分解蛋白质的菌群增多，蛋白质在胃肠道停留时间长，导致蛋白结合类尿毒症毒素增多；食物中氨基酸若不能很好地被胃肠道吸收则会由肠道菌群分解产生尿毒症毒素[5]；长期菌群失调会导致人体产生系统炎症状态，而这也是影响CKD患者生存的独立危险因素之一；此外肠道菌群的失调会导致肠黏膜屏障受损，肠道内的细菌及毒素入血，加速系统炎症的发生，加速CKD的进展。

同时人们发现，CKD患者，由于肠水肿、代谢性酸中毒、维生素K明显缺乏、频繁使用铁剂和磷结合剂、抗生素的滥用、长期应用激素及免疫抑制剂等原因，使得肠道内可通过发酵产生尿毒症毒素的细菌增多[6]、结肠中的细菌移位进入到空肠、肠系膜淋巴结或血液中[7]、肠道上皮黏膜屏障被破坏[8]，最终导致肠道菌群结构、数量、组成、分布发生变化，益生菌种类及数量减少，条件致病菌增多，形成肠肾之间的恶性循环。

3 几种主要的肠源性尿毒症毒素及对CKD进展的影响

3.1 硫酸吲哚酚与吲哚-3乙酸

硫酸吲哚酚(IS)最初由Obermayer和Popper在1911年分离，并发现其在肾病患者的血液中浓度较高[9]。色氨酸经肠道细菌分解产生吲哚，经门静脉吸收入肝，羟化生成3-羟基吲哚，最终经硫酸化生成IS，90%以上与血浆白蛋白结合。然后通过有机阴离子转运蛋白(OAT)OAT-1和OAT-3被肾小管细胞摄取，由肾小管分泌，随尿液排出[10]。因此，血清IS水平随肾功能的恶化而升高。肾功能正常人体内IS以低水平存在，并且可能具有尚未鉴定的生理作用。在CKD2期和3期已经显示循环IS水平的增加[11]。随着慢性肾脏病的进展，CKD患者的游离型IS平均浓度为3.22 mg/L[2]。肾脏功能减退时IS在体内蓄积，加速CKD进展[12]。该过程涉及各种病理生理学机制。如上所述，IS由肾小管分泌清除，在肾功能不全患者循环中IS积累，近端小管细胞中的IS积累破坏了抗氧化系统，导致细胞功能障碍和氧化应激[10]。研究表明，IS的水平与内皮功能受损标志物(血栓调节蛋白，粘附分子)，氧化应激(超氧化物歧化酶)和单核细胞活化决定因子(新蝶呤)的标志物独立相关[13]。IS通过增加TGF-β，TIMP-1和pro胶原蛋白I的表达来加速肾纤维化[14]。RAS系统和氧化应激是加速慢性肾脏病进展的重要因素。研究发现IS激活肾素-血管紧张素系统(RAS)，诱导肾小管细胞的上皮间质转化和凋亡[15]。

吲哚-3乙酸(IAA)作为吲哚的衍生物，也来源于色氨酸代谢，由色胺在肠道或组织中代谢而成[16]，最终通过OAT 1转运体由肾小管分泌排出[9]。有研究发现，IAA的浓度随着肾小球滤过率的降低而升高，提示着IAA可能与CKD的进展有关[17]。这些色氨酸代谢物是转录因子芳香烃受体(AhR)的内源性配体，AhR的激活通过调节细胞对环境外源性物质的反应，增强组织因子在内皮细胞、血管平滑肌细胞和外周血单个核细胞中的表达，从而增加其稳定性，促进血管炎症和氧化应激。在培养的人内皮细胞中，IAA激活了炎症性非基因组AhR/p38MAPK/NF-κB通路，诱导内皮炎症和氧化应激[18]。

3.2 硫酸对甲酚和葡糖苷酸对甲酸

硫酸对甲酚(PCS) 的形成与IS的形成相似。肠道细菌分解酪氨酸和苯丙氨酸形成4-羟基乙酸，脱羧后形成对甲酚(p-cresol,PC)，经门静脉入肝，最终经硫酸化形成PCS和葡萄糖醛酸酐对甲酚(PCG)，PCS主要通过肾小管基底膜侧的OAT分泌到肾小管管腔，随尿液排出。随着CKD的进展，PCS浓度可比正常水平高20倍(0.08 mg/L对1.75 mg/L)[2]。对甲酚是一种已知的白细胞功能抑制剂，目前关注较多的结合物主要包括PCS以及PCG。PCS可以诱导白细胞自由基产生，促进炎症的发生[19]，诱导白细胞向损伤的肾组织浸润，导致肾脏纤维化的进展。PCS 显著增加肾组织肾素、血管紧张素1受体( AT1 受体) 的表达，激活RAS系统[20]，PCS还可通过激活 NADPH 氧化酶，产生大量氧自由基，加速CKD的进展[21]。

葡糖苷酸对甲酸虽然体内浓度不如PCS高，但由于其蛋白结合率低，二者活性浓度几乎相同[22]。已有研究表明，虽然PCG仅为对甲酚的次级代谢产物，但它对尿毒症患者死亡率的影响与PCS或IS相当[23]。PCG本身对白细胞无活性，但它可提高PCS诱导自由基产生的作用[22]，同时，它们的共同作用下也可引起内皮细胞的白蛋白漏出[24]。

3.3 氧化三甲胺

随着尿毒素研究的深入，近几年开始有学者认为肠道菌群的代谢产物氧化三甲胺(TMAO)与慢性肾脏病相关。肠道菌群代谢胆碱，磷脂酰胆碱(卵磷脂)或l-肉碱，生成三甲胺(TMA)。TMA经门脉系统被摄入肝脏，被黄素单加氧酶(FMO1和FMO3)氧化生成TMAO[25]。TMAO最终由肾脏代谢，在一个动物实验中，高TMAO水平与慢性肾脏病进展已被证实存在生物合理性[26]，虽然目前缺乏有力的证据证实TMAO对肾脏细胞的直接毒性作用，但是在一项研究中已经发现TMAO水平的升高预测慢性肾脏病的发展[27]。TMAO可通过释放炎性细胞因子IL-1、β和IL-18诱导炎症，并通过抑制内皮型一氧化氮合酶(ENOS)产生一氧化氮(NO)而触发氧化应激[28]。此外随着TMAO水平的增加，肾小管间质纤维化和胶原沉积、Smad 3磷酸化增强、肾脏损伤因子-1(KIM-1)、血浆胱抑素C、炎症反应因子如NOX-4和TNF-α均增加，这些因子均会导致慢性肾脏病的进展，而TMA形成抑制剂3即3-二甲基-1-丁醇(DMB)阻止了这些效应[29]。

3.4 其他

随着对肠源性尿毒症毒素研究的不断深入，越来越多的肠源性尿毒症毒素被研究者发现，如苯基硫酸盐(phenyl sulfate)、苯酚(phenol)、胆酸盐(cholate)、马尿酸盐(hippurate)、二甲基甘氨酸(DMG)、γ-胍基丁酸酯(γ-guanidinobutyrate)、戊二酸/戊二酸盐(glutarate)、2-羟基戊酸酯(2-hydroxypentanoate)、苯乙酰谷胺酰胺(phenylacetylglutamine)，硫化双丙氨酸(lanthionine)等[30-32]。然而，大多数相关研究是初步的，需要进行更多的实验室以及临床研究以进一步了解肠源性尿毒症毒素对于CKD进展的影响。

4 结论

CKD患者由于肠道菌群失调导致尿毒症毒素的蓄积，导致全身炎症反应及氧化应激反应，加快CKD的进展，形成恶性循环。通过调节肠道菌群、减少尿毒症毒素的产生及吸收等治疗可能改善CKD患者的临床症状。肠源性尿毒症毒素与CKD进展的关系错综复杂，除本文所提及的几种尿毒症毒素，尚有许多其他尿毒症毒素有待深入研究，同时目前对于肠源性尿毒症毒素产生的机制不是完全确切，在治疗过程中清除某一类肠源性尿毒症毒素的方法并不一定适用于其他尿毒症毒素，肠道靶向的CKD治疗策略仍需不断探索。