糖尿病肾病(DN)是糖尿病常见的慢性微血管并发症，也是终末期肾病的重要原因。据统计，30%的1型糖尿病患者和40%的2型糖尿病(T2DM)患者可并发DN,严重影响患者的生活质量并加重社会医疗负担[1]。肠道菌群失调与糖尿病肾损伤互为因果，肠道菌群失调时，机体发生代谢紊乱和肠道黏膜屏障受损，使得大量肠源性内毒素在体内蓄积，并可经肾脏代谢，从而导致肾小球基底膜增厚、系膜基质增宽、肾小球硬化以及足细胞足突消失等一系列病理改变。因此，探究肠道菌群在DN的发生发展中的作用有望为DN的治疗提供新靶点。

人体肠道菌群主要由细菌、真菌、古生菌及噬菌体等微生物群落组成，总数量可达1013～1014[2]。这些微生物菌群以革兰氏阴性拟杆菌门和革兰阳性厚壁菌门为主，占比达90%以上，其中拟杆菌、普雷沃菌、梭菌和乳杆菌居多，这些微生物共同参与人体病理、生理过程，因而又被描述为“功能性微生物器官”[3]。肠道微生物群与人体保持着共生关系，依据其对人体的作用，可分为有益菌(25%)、中性菌(50%)和有害菌(25%),在人体内随昼夜节律、饮食规律和机体生长发育等复杂因素发生生理性的波动，参与机体物质和能量代谢以及免疫屏障的形成。当机体长期接触某些药物、不健康的饮食或患慢性疾病时可导致这种稳态失衡，使致病菌大量增殖，免疫屏障被破坏，从而诱发全身各系统疾病[4]。

1、肠道菌群紊乱对糖尿病患者的影响

肠道菌群紊乱在糖尿病患者的发病过程中扮演着重要角色，其主要作用机制为诱发炎症反应和胰岛素抵抗进而升高血糖并可导致一系列糖尿病并发症。肠道菌群代谢产物短链脂肪酸能够促进结肠L细胞释放胰高血糖素样肽，增加胰岛素分泌、降低胰岛素抵抗并增加饱腹感，而当肠道菌群失调时，体内胆汁酸合成与转化失衡可导致胰岛素敏感度降低并促进糖异生，肠道菌群表面的脂多糖还可激活核因子κB信号通路介导炎症反应以加重胰岛素抵抗。此外，肠道菌群紊乱还可抑制支链氨基酸代谢，进而通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路影响胰岛素信号转导，并可诱发脂质代谢紊乱和线粒体功能异常加重胰岛素抵抗。易波等[5]发现T2DM大鼠模型中以副拟杆菌属和优杆菌属为主的肠道变形杆菌门较对照组更丰富，可促进支链氨基酸代谢的普雷沃菌属显著减少，这可能是造成大鼠胰岛素抵抗的原因之一。一项基于56例老年T2DM患者的研究发现T2DM患者肠道中双歧杆菌和乳杆菌等益生菌数目减少且与血清C肽水平呈正相关，与胰岛素水平呈负相关；而拟杆菌、肠球菌、肠杆菌和酵母菌等条件致病菌数目增多并与血清C肽水平呈负相关，与胰岛素水平呈正相关，这验证了肠道菌群紊乱可破坏胰岛β细胞储备功能、降低胰岛素敏感度从而加重糖尿病患者糖代谢紊乱[6]。

2、DN患者肠道菌群的分布特点

近年来，许多研究证实DN患者体内存在肠道菌群失调，且与肾功能指标存在显著相关性。冯春念等[7]通过16S rDNA测序法研究DN组、单纯T2DM组和健康对照组的肠道菌群序列发现3组肠道菌群组成及丰度差异有统计学意义，T2DM组和DN组患者肠道拟杆菌、厚壁菌门、蓝藻菌门及放线菌门比例低于对照组，在属水平上毛螺菌属、罗氏菌属和粪球菌属丰度升高，双歧杆菌属丰度降低，且这种变化与患者炎症指标存在相关性。郭世强等[8]采用传统细菌培养方法分析不同蛋白尿水平DN患者肠道菌群差异，发现双歧杆菌、乳杆菌和梭菌在内的益生菌随DN蛋白尿的进展减少，且双歧杆菌和梭菌与白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平呈负相关，同样验证了肠道菌群失调在DN进展中的作用，并推测益生菌的减少是导致炎症指标升高的重要原因。Tao等[9]发现与单纯糖尿病患者相比，DN患者肠道痢疾志贺菌显著增多，普雷沃菌显著减少，且依据患者粪便痢疾志贺菌/普雷沃菌比例可将DN患者从糖尿病患者中区分出来，为DN的诊断提供了新思路。此外，DN患者肠道菌群代谢产物浓度异于健康人，短链脂肪酸减少、氧化三甲胺(TMAO)、硫化氢等有害物质增多和胆汁酸代谢异常等都可能是引起肾脏局部炎症和血流动力学异常的重要危险因素。

3、肠道菌群及其代谢产物对肾脏的影响

“肠-肾轴”的提出，揭示了肠道与肾脏之间的相互作用，肠道菌群失调时肠黏膜免疫反应增强和通透性增加，肠道菌群产生的大量促炎和肾毒性物质不规则移位可引发肾脏局部炎症反应，使肾小球滤过率下降[10]。另一方面，内毒素在DN患者体内过度蓄积并透过肠黏膜进入肠腔，在微生物脲酶的作用下水解成氨，使肠道pH值升高，进一步损伤肠黏膜结构，形成肠道与肾脏损伤之间的恶性循环[11]。

3.1 脂多糖

脂多糖是一种高度致炎的G-菌细胞表面抗原，在体内可通过Toll样受体2和Toll样受体4介导炎症反应[12]。Toll样受体是一类Ⅰ型跨膜糖蛋白模式识别受体，可在肾小球系膜细胞、肾小管上皮细胞和足细胞等肾脏固有细胞中表达[13,14]。肠道菌群失调时，G-菌比例增多，大量的脂多糖与Toll样受体4结合后可介导髓样分化因子88信号通路激活转化生长因子β活化激酶1和核因子κB p50/p65的表达使肠壁通透性增加，并促进炎症细胞因子如肿瘤坏死因子α和白细胞介素6的分泌，加重肾脏损伤。Yu等[15]在动物实验研究中发现DN大鼠肾小球中Toll样受体4表达水平较正常对照组上调，血液中的炎症细胞因子分泌增多，并伴随尿白蛋白的升高和肾功能恶化。Aly等[16]的临床试验与上述研究结果相似，与健康受试者相比，糖尿病患者和肾衰竭患者体内Toll样受体2和Toll样受体4 mRNA的表达均升高并与高水平的肿瘤坏死因子α和白细胞介素6具有一定相关性，说明脂多糖可通过Toll样受体2和Toll样受体4介导的炎症通路诱发胰岛素抵抗，加速DN的进展。Zhao等[17]在小鼠的饮食中补充阿克曼菌后发现，血浆脂多糖结合蛋白水平下降，脂多糖/脂多糖结合蛋白下游信号传导失活，小鼠肠道屏障功能恢复，炎症及胰岛素抵抗也得到有效缓解。以上研究表明，调节肠道菌群降低血浆脂多糖水平，或阻断脂多糖与Toll样受体的结合可能改善DN患者高糖状态和抑制肾脏炎症及纤维化，有望成为早期干预DN发展的有效手段。

3.2 短链脂肪酸

短链脂肪酸是由厌氧菌发酵结肠内不可消化的膳食多糖产生的代谢产物，是链长为1至6个碳原子的饱和脂肪酸，可增强肠上皮细胞的屏障活性，维持肠道厌氧环境，主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，其中乙酸盐和丙酸盐主要由拟杆菌门产生，而丁酸盐则主要来自厚壁菌门。短链脂肪酸可以抑制黏附分子和趋化因子表达从而抑制白细胞募集，减少肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和一氧化氮的生成，并促进抗炎因子白细胞介素10释放，还可通过促进调节性T细胞表达，抑制效应性T细胞表达起到抗炎介质的作用[18,19]。研究证明，短链脂肪酸结合肠上皮细胞上的GPR43和GPR41后刺激K+外排和超极化，可进一步激活炎症小体NOD样受体蛋白3,使肠上皮释放修复因子白细胞介素18以维持肠道微环境的稳定[20,21]。短链脂肪酸还可抑制组蛋白去乙酰化酶、上调微小RNA-7a-5p或诱导组蛋白丁酰化参与表观遗传的调控发挥抗炎和抗纤维化的作用[22]。此外，乙酸盐和丁酸盐可刺激胰高血糖素样肽1和YY肽释放，诱导β细胞增殖，促进胰岛素分泌，喂食高纤维饮食可减少糖尿病小鼠尿蛋白，缓解肾小球肥大、足细胞损伤和间质纤维化等病理改变[23]。

3.3 TMAO

TMAO来源于肠道微生物的分解作用，既往被认为是心血管疾病的重要危险因素，目前TMAO在肾脏疾病中的作用也逐渐得到证实[24]。肠道菌群可消化来自红肉、鸡蛋和奶酪等食物中的胆碱和左旋肉碱生成三甲胺，三甲胺在肝内被黄素单加氧酶氧化为TMAO并随血液循环到达各组织器官最终由肾脏排出。TMAO血浆水平升高时可激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，使血管紧张素Ⅱ的合成增多从而诱发血管重塑，肾脏血管压力升高，最终导致血管内皮损伤。Gao等[25]在小鼠饮食中添加TMAO后发现小鼠肝胰岛素信号通路相关基因的mRNA表达发生改变，TMAO可能通过抑制肝糖原合成和转运以及促进糖异生等途径加重小鼠葡萄糖耐量受损，诱发高糖刺激下的肾损伤。TMAO还可激活丝裂原活化蛋白激酶/核因子κB信号通路促进炎症细胞因子释放，加重肾脏局部炎症和肾小球硬化、纤维化。Fang等[26]发现饮食中添加TMAO的DN大鼠的肾脏指数(肾脏质量/体质量)、血肌酐、尿素氮和尿蛋白水平显著升高并与血浆TMAO浓度呈正相关，且伴随NOD样受体蛋白3、半胱天冬酶1、白细胞介素1β和白细胞介素18水平升高，肾间质炎症细胞浸润、肾小管扩张、肾小管上皮细胞空泡变及肾间质纤维化等病理改变也更明显。杨波[27]发现移植DN粪便后的小鼠血清TMAO显著增高，说明DN粪便具有更强的TMAO生成能力，可以认为这一过程与肠道菌群密切相关。Zhang等[28]使用非致命抑制剂碘甲基胆碱抑制小鼠体内TMAO合成，发现小鼠体内炎症和纤维化基因的表达水平降低，血肌酐、尿素氮、胱抑素C和尿蛋白/肌酐比值等肾功能指标得到明显改善且肾脏皮质瘢痕和纤维化区域也明显缩小，这与上述研究的结论一致。

3.4 胆汁酸

胆汁酸是胆汁的主要成分，由肝脏合成的初级胆汁酸进入肠道后，在肠道细菌胆盐水解酶的作用下解偶联生成游离胆汁酸，再经7α-去羟基化转化为次级胆汁酸，这些次级胆汁酸可通过肝肠循环返回肝脏，少量进入循环。胆汁酸可通过激活肠道固有免疫基因，直接或间接地调节肠道微生物的组成，还可结合法尼醇X受体(FXR)和G蛋白偶联胆汁酸受体(TGR)5发挥糖代谢调控和抗炎的作用。胆汁酸激活TGR5后可干扰依赖核因子κB的转录途径抑制脂多糖诱导的促炎细胞因子表达。FXR被胆汁酸激活后则可与类视黄醇X受体结合参与胆汁酸的合成与代谢，还可增加机体对胰岛素的敏感度和下调糖异生基因表达，FXR激动剂还可通过转化生长因子β/Smad信号通路、FXR/小异二聚体配体途径调节细胞外基质生成，改善肝脏、心肌及肾脏纤维化[29]。一项纳入567例T2DM患者的研究显示，非DN患者的胆红素和胆汁酸水平显著高于DN患者，经多元Logistic回归分析显示，间接胆红素和胆汁酸是DN的保护性因素[30]。肠道菌群可以通过调节胆汁酸合成的关键酶活性调控FXR和TGR5信号通路，影响胰高血糖素样肽1分泌、肝糖异生和机体炎症反应。在健康人中FXR和TGR5在肾小管和肾小球细胞中均高表达，而在DN的肾脏中表达下调，且下调程度与炎症和纤维化水平相关。Wang等[31]发现用双FXR/TGR2激动剂INT-5治疗糖尿病小鼠可改善蛋白尿并预防足细胞损伤、系膜扩张和肾小管间质纤维化。陈冰婷等[32]发现T2DM患者的血清胆汁酸含量和肠道微生物丰度与正常人群存在差异，T2DM患者血清胆汁酸明显降低，且肺炎克雷伯属和普拉梭菌属相对丰度较高，狄氏副拟杆菌属、普雷沃菌属、艾克曼菌属和双歧杆菌属相对丰度较低，且菌群丰度的变化与胆汁酸水平存在一定相关性，说明胆汁酸和肠道菌群的平衡是维持机体稳态的重要因素。

4、改善肠道微生态对DN的治疗价值

许多研究证明肠道菌群及其代谢产物是影响DN进展的重要因素，对人体肠道菌群进行干预有望成为缓解DN的有效治疗方法，现阶段常用的方法主要为补充益生菌和益生元制剂以及肠道粪菌移植。

4.1 益生菌、益生元在临床中的应用

益生菌和益生元是常用的微生态制剂，由益生菌及其代谢产物和生长促进物质制成[33]。DN患者肠道菌群失调时益生菌减少，有害菌大量增殖，内毒素在血液中蓄积，可诱发持续炎症反应和氧化应激。补充微生物制剂可改善肠上皮紧密连接及肠道通透性修复肠黏膜屏障，提高机体抗氧化水平，还可拮抗致病菌，缓解胰岛素抵抗，减轻机体炎症反应。相关的动物实验发现，复合益生菌可以明显降低糖尿病大鼠肾组织中Toll样受体2、Toll样受体4的mRNA表达和Toll样受体2、核因子κB-p-p65蛋白的表达从而调节肾脏炎症水平，与以上结论一致[34]。目前益生菌和益生元制剂在治疗重症急性胰腺炎、脓毒症、炎症性肠病、糖尿病、重症颅脑损伤及肾脏病方面得到了广泛的应用[35]。胡学芳等[36]就乳杆菌制剂干预T2DM的疗效及安全性的研究进行了Meta分析，发现使用乳杆菌制剂的T2DM患者的空腹血糖指数和胰岛素敏感度均得到改善，证实了平衡肠道菌群对调节胰岛素抵抗的作用。张颜等[37]发现服用双歧杆菌乳杆菌制剂的血液透析患者血浆白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平降低，抗炎因子白细胞介素10水平升高，治疗后双歧杆菌属、普氏菌科、乳酸杆菌属、粪杆菌属和副拟杆菌属等有益菌大量增殖成为了患者体内的优势菌群。

4.2 粪菌移植在DN治疗中的潜在价值

粪菌移植是指将正常人的粪便进行标准化处理，将获得的功能菌群移植到肠道菌群失调的患者体内，重建患者肠道菌群达到治疗疾病的目的[38]。既往研究发现，粪菌移植有助于增强机体对胰岛素的敏感度，还可促进产丁酸盐的细菌增殖，改善机体炎症水平，早在癌症、结肠炎和T2DM患者的治疗中得到了验证[39,40]。依靠粪菌移植重塑患者肠道微生物群落亦有助于DN的治疗，Shang等[41]发现在移植了健康小鼠粪便14 d后DN小鼠血尿酸等尿毒症毒素水平显著下降且DN表型逐渐改善。张威风[42]将正常小鼠粪便制成混悬液以灌胃的方式灌注给DN小鼠后，小鼠肠道变形菌门丰度增加并伴随着血糖及尿蛋白/肌酐比值水平下降，且小鼠肾小球硬化得到缓解，但并未观察到明显的临床表型改变，可能与粪菌移植起效缓慢有关。既往的许多动物研究验证了粪菌移植在DN中的治疗作用，但在人体环境中，各种机制相互作用，加上个体差异的影响，粪菌移植的治疗效果及安全性仍有待进一步研究考证。

5、小结与展望

“肠-肾轴”的提出使得肠道菌群与肾脏间的联系日益被研究者所重视，肠道菌群失调及菌群有害代谢产物不仅阻碍肠道上皮细胞的生长和分化，破坏肠道屏障功能，还可使机体免疫功能紊乱，介导炎症级联反应加重肾脏纤维化病变。通过补充益生菌及粪菌移植等方法可改善肠道菌群紊乱，但由于目前的证据更多局限于动物实验研究，而人体机制较为复杂，其临床适用性仍有待更多的临床试验来验证，进一步探究肠道菌群及其代谢物在DN患者中的作用和机制有望为其预防和治疗提供新靶点。

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基金资助:国家自然科学基金(81960142)~~;

文章来源:张晴,王俭勤.肠道菌群及其代谢产物在糖尿病肾病中的研究进展[J].中国医药,2024,19(06):951-955.