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【摘要】 2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是常见疾病，随着患病率不断上升，其慢性并发症也给患者的生活、家庭以及社会带来了沉重的负担。糖尿病肾病是糖尿病常见的严重并发症之一，现已成为终末期肾衰的主要原因，而且缺乏有效的治疗手段，目前主要以降糖、降压、调脂为主，但是传统的治疗方法并不能阻止糖尿病肾病进展，因此有必要探索新的研究方向以期早发现早预防。目前人体内肠道菌群多样性、组成及其代谢和免疫特性与2型糖尿病的发生成为关注的研究热点。本文总结了肠道菌群参与糖尿病肾病发生的相关致病机制。
【关键词】 肠道菌群 2型糖尿病 糖尿病肾病 粪便菌群移植
The Research Progress of Intestinal Flora in the Pathogenesis of Diabetic Nephropathy/GUO Xin， WU Feifei. //Medical Innovation of China， 2021， 18（14）： -188
[Abstract] Type 2 diabetes mellitus （T2DM） is a common disease. As the prevalence rate continues to rise， its chronic complications also put a heavy burden on the patient’s own life， family and society. Diabetic nephropathy is one of the common serious complications of diabetes， and it has become the main cause of end-stage renal failure， and there is a lack of effective treatment. At present， the main treatment methods are hypoglycemic， hypotensive， and lipid-lowering， but traditional treatment methods can not prevent the progress of diabetic nephropathy， so it is necessary to explore new research directions with a view to early detection and early prevention. Now， the diversity， composition， metabolic and immune characteristics of intestinal flora in human body and the occurrence of type 2 diabetes mellitus have become the focus of research. This article summarizes the related pathogenic mechanism of intestinal flora involved in the occurrence of diabetic nephropathy.
[Key words] Intestinal flora Type 2 diabetes mellitus Diabetic nephropathy Fecal microbiota transplantation
First-author’s address： Changzhi Medical College， Changzhi 046000， China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.14.044
近年來，随着中国社会经济的快速发展和人们生活方式的改变，糖尿病的患病率也在不断增加。预计到2030年，全球将有5.5亿糖尿病患者，糖尿病的医疗成本不仅给国家和社会经济带来了沉重的负担，其慢性并发症也给患者带来了极大的肉体和精神上的痛苦[1]。这一高患病率也导致了糖尿病肾病患病率的增加，其中近一半患者同时患有糖尿病肾病[2]。但是由于早期糖尿病肾病诊断的局限性，大多数新诊断的患者已经进展到Ⅲ期或Ⅳ期，基本上是不可逆的。作为糖尿病的一种慢性微血管并发症，糖尿病肾病已成为导致糖尿病患者死亡的主要原因之一。其发生与多种因素有关，本综述目的是阐述肠道微生物群及其代谢物与糖尿病肾病的发生和进展之间潜在的相互作用，并探索新的治疗方法，为糖尿病肾病患者临床管理提供治疗依据。
1 肠道菌群失调与糖尿病肾病
作为糖尿病临床中常见的慢性并发症之一，糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）目前在我国的发病率呈快速增长的趋势，已经成为慢性肾脏疾病的主要病因，最终导致不可逆的肾衰竭[3]。有学者认为，随着DN患者肾小球滤过率的进行性下降，大量的尿酸、草酸盐等有害代谢产物无法经肾脏排泄而聚集在结肠内，致使肠道环境改变，从而加剧肠道菌群失调[4-5]。孙雅娴[6]在其试验中发现，DN患者肠道菌群中普雷沃氏菌属和乳杆菌属减少，而普氏梭杆菌属增加。在动物模型实验中发现，糖尿病肾病小鼠的肠道微生物类群落在门的分类水平上表现为厚壁菌门/拟杆菌门比值异常，其研究结果还发现了Allobaculum和Anaerosporobacter菌均可使肾功能恶化，而Blautia菌可作为DN的保护因子[7]。以上研究均表明DN患者的肠道菌群处于失调状态。近年来提出的肠-肾轴理论阐明了肠道与肾脏在物质代谢、免疫及炎性反应、肠道黏膜、肠道细菌结构与功能等多方面存在复杂的相互作用[8]。DN肾损伤的进展可能与该肠-肾轴相关。
2 肠道菌群参与血流动力学的改变
肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）长期以来一直是DN发病和进展性变化的中心，其作用似乎更局限于局部，而不是在循环。有研究表明肠道微生物群不仅与肠道中局部RAS的激活有关，还与其他重要器官有关，尤其是肾脏[9]。短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）是由肠道菌群酵解肠道中未被宿主消化分解的碳水化合物的产物，是肠道上皮细胞重要的能量来源，维护黏膜屏障功能，主要包括乙酸、丙酸、丁酸，可以与其位于肾脏的受体结合并发挥调节血管相关功能作用。丁酸钠已被证明可以用来下调血管紧张素Ⅱ诱导的肾素及其受体的表达，从而改善由血管紧张素Ⅱ诱导的肾损害[10]。在乳酸杆菌酵解过程中释放出的血管紧张素Ⅰ抑制肽具有降血压作用，但由于DN患者肠道益生菌丰度显著降低，致使释放的血管紧张素Ⅰ抑制肽减少，削弱了其降压作用[11-12]。且随着DN病情的进展，肠道菌群与RAS间的联系也遭到破坏，使得肾脏RAS的血管紧张素转化酶和血管紧张素Ⅱ间处于失衡状态，并因级联反应进一步加重肾损伤[13]。此外有研究发现，体内Allobaculum菌与三甲胺氧化物（TMAO）含量增加有关[14]，肠道微生物在代谢磷脂酰胆碱时会产生三甲胺（TMA），TMA被血液吸收后，会被肝黄素单加氧酶修饰，产生一种胺的代谢物TMAO，血液中TMAO的存在使巨噬细胞清道夫受体上调，巨噬细胞内胆固醇积累和泡沫细胞形成，促使血管斑块的形成，从而破坏血管和肠黏膜[15-16]。由于肾脏血管丰富，它对TMAO非常敏感，肠道黏膜的破坏加速了TMAO从细菌向全身的运输，导致氧化应激对肾脏、心血管系统和内分泌系统的损害[17]。
3 肠道菌群代谢产物与糖尿病肾病的关系
3.1 SCFAs机制 SCFAs受体属于g蛋白偶联受体（G-protein偶联受体，GPCRs）家族，包括GPR41和GPR43，可被SCFAs激活，发挥重要的生理功能。菌群失调导致肠道中SCFAs的产生较低，激活SCFAs受体的能力减弱，脂肪代谢和葡萄糖代谢异常，从而导致T2DM的发生。SCFAs含量的降低亦导致其激活GPR43上调肠L细胞胞浆Ca2+的功能减弱，进而导致胰高血糖素样肽-1（GLP-1）分泌减少。目前GLP-1及其GLP-1受体的激活已被证实可减少近端肾小管的超重吸收，减轻高血糖对肾脏早期的部分损害[18]。研究发现GLP-1可通过增加葡萄糖依赖性胰岛素的分泌，抑制胰高血糖素的释放来改善葡萄糖代谢，从而起到降压、改善血脂异常及炎症的作用，并降低T2DM患者的体质量[19]。GLP-1受体激动剂已被证明可以通过激活PKA和产生环磷酸腺苷（cAMP）来抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，从而防止肾氧化应激。重组人GLP-1可抑制蛋白激酶C（PKC）-b，增加蛋白激酶A（PKA），从而降低肾小球和小管的氧化应激[20]。
3.2 内毒素血症 内毒素是构成革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的脂多糖（LPS）的组分。循环系统中LPS水平的增加很可能在肥胖和糖尿病相关炎症的发展中发挥核心作用。由于糖尿病患者脂质代谢异常，可导致肠上皮细胞连接蛋白表达减少，而肠道菌群失调可导致肠道通透性增加，从而影响脂质和糖代谢，激活免疫系统和炎症通路。在肾脏疾病方面，由于肠通透性增加可导致LPS持续渗透到门静脉，导致代谢性内毒素血症，升高炎性因子的水平，加速DN病情进展[21]。
4 尿毒症毒素与肠道菌群
人们越来越认识到相关的尿毒症毒素是由肠道微生物代谢产生的，如铵、胺、硫醇、酚和吲哚。结肠内的这些发酵产物主要由粪便排出，但也有部分被肾脏吸收并进一步排出。DN患者肠道菌群组成、代谢模式的改变，破坏了肠道屏障的完整性，胃肠道内蓄积的尿素水解产生的氨使肠内pH值升高，加剧肠黏膜损伤及上皮屏障结构和功能障碍，使甲酚、吲哚啉基分子等毒素进入体循环，加重全身炎性反应，诱导心血管疾病和免疫改变，导致肾脏疾病进展[22-23]。
5 炎症与肠道菌群
炎症是DN发病的原因之一。肠道菌群失调引起的菌群易位和内毒素血症是导致DN患者微炎症的原因之一，且肠道菌群易位的发生先于DN发生。肠道有益菌的代谢产物SCFAs通过保护肾小管细胞，增加线粒体生物合成，从而减轻小鼠肾脏缺血再灌注损伤和炎症反应[24-25]。SCFAs也被证明可以通过降低肠道通透性和减少循环内毒素和全身炎症来抑制炎症[26]。Tao等[27]在研究中首次探索了经活检证实的DN患者的肠道微生物组成，发现粪便中仅检测到1～2属即可准确区分健康人群与糖尿病患者或者糖尿病患者与糖尿病肾病患者，与糖尿病患者相比，健康人群的肠道菌群中有更多的普氏菌。而普氏菌可产生SCFAs，在急性肾损伤中被证实具有减少炎症作用[24]。相比健康人群和糖尿病组人群，糖尿病肾病组患者的厚壁菌门相对较少。厚壁菌门是典型的产丁酸细菌[28]，参与调节机体对炎症的反应[29]。
研究发现，变形菌门在DN患者中丰度增加，也提升了循环中的LPS水平[30-31]。增加的LPS可通过Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）2/4相关途径介导进而引发下游信号级联反应，导致炎症[32]。研究发现DN患者肾组织中TLR2和TLR4表达上调[33]。TLR2在免疫中有发挥重要作用，介导核转录因子（nuclear factor，NF）-κB的激活，產生促炎细胞因子，转导细胞炎症信号。TLR4主要参与革兰阴性菌的免疫过程，其可识别多种内源性配体，糖尿病状态下可以上调这些配体与TLR2和TLR4结合[34-35]。DN内源性配体由于高血糖、低氧和高脂血症而升高。随着配体的激活，TLR上调其下游产物包括细胞因子（TNF-α）、趋化因子（MCP1）以及激活信号通路（NF-κB）在DN的发病中起重要作用[36]。研究发现，缺乏TLR2的小鼠炎性细胞因子表达下降，表现为胰岛素敏感性增加和葡萄糖清除加快;而阻断TLR4受体基因表达，可抑制由LPS诱导的炎性反应和胰岛素抵抗[37]。临床前证据支持TLR2和TLR4是DN发病原因的观点，在许多干扰TLR信号的药物中，目前还没有TLR2或TLR4抑制剂获准临床使用。
6 改善肠道菌群失调在DN治疗中的研究
传统的DN治疗方法主要以早期稳定血糖水平，进入临床肾病期后加用血管紧张素转换酶抑制剂、血管紧张素受体阻滞剂类药物控制血压保护肾脏，肾衰竭期血液滤过等方法为主，治疗方法比较局限，因此，迫切需要研发新的治疗药物来延缓DN的进展。基于以往有关肠道菌群与DN的研究结果，针对肠道菌群的干预作为糖尿病肾病的一种新的肾保护疗法值得进一步研究。改变饮食结构，补充益生菌、益生元、运用中医中药等可能有助于恢复肠道菌群平衡，Li等[38]证实膳食纤维通过调节肠道微生物群、丰富产生SCFAs的细菌和增加SCFAs的产生，起到保护DN的作用。曾玉群[39]发现，通过灌肠含有大黄及活性成分大黄素的药物，能增加双歧杆菌的数量，减少LPS水平及恢复固有黏膜蛋白claudin-1、occludin W，减少尿毒素硫酸吲哚酚生成，改善肾功能、肾脏氧化应激及肾纤维化。临床研究证实，益生元可降低糖尿病患者的体脂量和糖化血红蛋白水平，增加拟杆菌、脆弱类杆菌以及梭状芽孢杆菌的丰度，提高SCFAs的水平，减轻肾脏炎症和纤维化，这对于DN的治疗是有价值的[37]。Soleimani等[40]发现在糖尿病血液透析患者中补充益生菌12周对葡萄糖稳态参数、炎症和氧化应激的一些生物标志物有有益的影响。
7 粪便菌群移植
粪便菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）是一种重建肠道菌群的方法，就是将健康人肠道中的益生菌移植到菌群失调的患者肠道中，重建新的肠道菌群的微生态平衡，实现对肠内外疾病的治疗[41]。到目前为止，全世界已有成千上万的患者接受了FMT治疗。Cai等[42]发现接受FMT治疗的糖尿病患者血糖较稳定。在对DN小鼠肠道菌群移植的研究中发现，无菌小鼠接受来自DN小鼠的肠道菌群移植，观察到其24 h尿蛋白含量增加[7]。但是目前粪便菌群移植技术还尚未充分应用在人类，需要更多的临床数据和粪便微生物移植方案来证明这一治疗方法的有效性。
根据现有的有关肠道菌群的研究和实验结果可以发现，肠道微生物群在机体发育异常过程中发挥着重要作用，进而影响人体代谢和疾病的发展。因此，肠道微生物群被认为是一种新的治疗代谢紊乱的潜在方法，在临床干预试验中，口服益生菌和粪便菌群移植等干预手段已被用于调节肠道微生物群。在未来，希望做一个早期糖尿病肾病的非侵入性诊断方法，通过检测一系列的糖尿病肾病早期生物标志物，如检测粪便中的SCFAs以及在血清和尿液中相关的氨基酸，以达到对DN的早发现、早诊断、早治疗，避免肾功能进一步恶化[43]。然而，肠道微生物源介质诱导代谢紊乱和调节干预发挥其有益作用的确切机制尚未在人类中得到充分阐明。代谢组学分析有望成为新的生物标志物，为这些机制提供更多的见解以及为疾病提供新的诊治策略。
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（收稿日期：2020-10-23） （本文編辑：张爽）
