【关键词】肠道微生物菌群;足细胞损伤;代谢性产物
中图分类号：R692.3文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.01.018
原发性或继发性肾小球疾病均能造成足细胞损伤，而足细胞是肾小球滤过屏障的主要组成部分，也是肾小球疾病防治的关键靶点。目前，肾小球疾病的治疗仍以免疫抑制剂为主，其毒副作用不可避免。随着“微生物组基因计划”的开展，人类微生物菌群对人类健康和疾病的影响得到了更深入的研究，也成为医学科学研究领域的热点之一。研究成果不仅强调了免疫和饮食在肠道微生物菌群组成中的重要作用，同时也表明了肠道微生物菌群对宿主的营养、肥胖、代谢、免疫功能有着很大程度的影响。近年来，肠道微生物菌群在肾脏生理学和病理生理学中的作用已被揭示，肠道微生物菌群组成和结构发生变化，会使其产生的毒性代谢产物积聚，随之免疫炎症失调促进足细胞损伤和肾脏功能障碍。尽管目前确切的发病机制尚未完全清楚，但是肠道微生物代谢组学在足细胞损伤的新见解将会为足细胞的防治提供新的理论依据和策略。现就肠道微生物菌群在足细胞损伤中的研究现状进行综述。
1肠道微生物概况
成年人的肠道微生物由大约100万亿个微生物细胞和1000种不同的细菌种类构成，这些细菌群以拟杆菌属、普雷沃氏菌属或瘤胃球菌属为主，肠道微生物生态系统被认为是具有强大内分泌代谢活性的内源性“器官”，它的组成取决于宿主和环境等。遗传、年龄、抗生素、长期饮食等外界因素影响着肠道微生物菌群，长期饮食中拟杆菌相关的动物脂肪、普雷沃氏菌相关的碳水化合物、蛋白质与肠道微生物菌群密切相关[1]。复杂且具有多样性、稳定性、适应性的微生物菌群与宿主共生、进化、相互作用，维持了微生物与宿主的肠道界面之间的代谢平衡和内稳态，一旦这个平衡被打破则可能会诱导与生态失调有关的疾病，包括营养不良、炎症性肠病、癌症、肥胖症、糖尿病、动脉粥样硬化等[1～2]。
肠道微生物菌群及其代谢产物可激发炎症或通过调节不同的免疫途径，对宿主免疫功能产生明显的影响。正常肠道微生物菌群的定植有助于肠黏膜及其肠道相关淋巴组织的成熟，维持肠道上皮屏障的功能，促进宿主早期免疫应答和免疫系统的成熟。同时，肠道上皮黏膜与宿主免疫系统也在肠道微生物菌群生态平衡中调节抗炎和促炎信号之间的平衡，主要通过免疫细胞识别受体如Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）、NLR（NOD-like receptor）与诱导转录因子维A 酸相关孤独受体γt（Rorγt）、芳香烃受体（Aryl hydrocarbon Receptor，AHR）和辅助性T细胞17（T helper cell 17，Th17）、调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）、自然杀伤T细胞以及他们诱导的趋化因子、促炎细胞因子参与调节免疫炎症[3]。
2肠道微生物菌群在足细胞损伤中的作用机制
2.1肠道微生物菌群代谢内毒素通过LPS/TLRs/NF-κB或p38 MAPK信号通路损伤足细胞
肠道微生物菌群在肾脏疾病中的作用逐渐受到重视，但目前国内在这方面的研究较少，其病理生理机制的研究仍缺乏。国外研究已发现肠道菌群失调对肾脏的损伤作用主要为肠道上皮黏膜通透性增加，细菌代谢物（肠源性尿毒症毒素）及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等内毒素易位进入循环，随后驱动免疫炎症性肾脏损伤[4]。LPS水平与高脂血症、胰岛素抵抗、肥胖相关疾病及慢性炎症相关[5]，且其刺激分泌的炎性细胞因子MCP-1可能是肾脏疾病进展的早期标志物。Ryu等[6]在Alport肾病模型中发现CpG-DNA（模拟细菌DNA）和LPS可通过TLR9/TLR4激活巨噬细胞介导TNF-α引起足细胞损伤。TLR是先天性免疫受体，除了在免疫细胞中表达，也表达于肾小管上皮细胞、内皮细胞和足细胞等非免疫细胞[7]。一些研究证明了TLRs可介导足细胞在肾病综合征中的促进炎症和免疫的作用。Banas等[8]研究報道LPS刺激足细胞TLR4参与趋化因子的表达，促进白细胞在局部募集，该研究认为LPS/TLR4可能是膜性增生性肾小球肾炎模型中触发肾小球炎症的关键。在微小病变肾病综合征体外模型研究中表明[9]，LPS激活MyD88依赖性TLRs信号传导途径，诱导核转录因子κB （nuclear factor-κB，NF-κB）核易位，炎性介质（IL-6及IL-8和MCP-1）显著增加，从而导致足细胞骨架紊乱，同时他们的研究验证了上皮细胞屏障激发先天性免疫系统的功能。此外，Saurus 等[10]研究发现，LPS内毒素可促进p38丝裂原活化蛋白激酶（p38mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）凋亡途径诱导足细胞的凋亡，通过阻断TLR路径可抑制LPS引起的足细胞损伤。以上研究证明了在足细胞损伤中LPS受体参与了免疫炎症的调节，LPS/TLRs可能是肠道生态失调中免疫炎症诱导足细胞损伤的介质，未来需要进一步的研究。
2.2肠道微生物菌群代谢产物（肠源性尿毒症毒素）直接作用于足细胞导致足细胞损伤
硫酸吲哚酚（indoxyl sulfate，IS）、硫酸对甲酚（pcresyl sulfaye，PCS）、三甲胺-N-氧化物（trimethylamine-N-oxide，TMAO）和短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）是肠道微生物菌群代谢产物的重要成分，它们是依赖肠道菌群存在的[11]，肠道生态失调会产生过量的肠源性尿毒症毒素，具有肾脏毒性[12]。IS作为AhR的配体，通过有机阴离子转运蛋白（OAT）转运定位于足细胞[13]，有研究表明[14]，IS作用于足细胞后，使足细胞处于炎症状态，足细胞特异性蛋白CD2AP、nephrin、podocin等表达降低，这可能与Rac1 / Cdc42 GTPase磷酸化增加、肌动蛋白细胞骨架重组有关。OAT家族对代谢尿毒症毒素在肠道及肾脏跨上皮细胞屏障、跨组织运输的作用[15]，可能解释了肠-肾轴中肠道微生物代谢毒素可以直接作用于足细胞损伤的途径。TMAO作为化学伴侣可修正足细胞内质网（Endoplasmic reticulum，ER）podocin的R138Q突变体，TMAO在ER中积累以促进蛋白质折叠[16]，从而抑制ER应激力，携带R138Q突变的病人可能会受益于TMAO等化学伴侣的治疗。但是在高脂饮食诱导肥胖的小鼠研究中发现[17]，TMAO水平升高有助于肾氧化应激和促炎细胞因子TNF-α和IL-1β增加，从而导致肾间质纤维化和肾功能障碍。TMAO水平与肾脏疾病患者的长期死亡风险增加相关。SCFA被视为是维持肠道上皮细胞屏障功能、调节免疫炎症的有益代谢产物，其对肾脏损伤具有保护性[18]，Huang 等研究认为SCFAs在肾损伤中的肾脏保护作用与足细胞自噬相关[19]，但目前也有证据表明SCFAs可诱导Th1和Th17细胞的免疫炎症反应[20]。因此，仍需要更多临床和基础研究了解和证实肠源性尿毒症毒素在足细胞中的作用机制。
2.3肠道微生物菌群通过线粒体功能障碍和内质网应激介导足细胞损伤
肠道微生物菌群失调引起的肥胖以及肥胖相关疾病（糖尿病、高脂血症），与肾脏损伤的发生密切相关[21]，原因可能是肥胖疾病介导的炎症、氧化应激、足细胞损伤所致[22]。饱和游离脂肪酸代谢失调是肥胖症和2型糖尿病的特征，而棕榈酸是饱和脂肪酸的重要成分，且对人体健康危害极大。最近一些研究对棕榈酸酯（palmitic acid，PA）导致的足细胞损伤机制进行了探讨。Xu 等[23]研究表明PA诱导的氧化应激导致线粒体功能障碍，通过激活PLC-DAG-PKC途径介导ER Ca2+释放，ER应激增加，促使肌动蛋白细胞骨架重塑、足细胞凋亡或坏死。Yuan 等[24]在糖尿病肾病小鼠模型中发现PA通过线粒体单向转运体上调线粒体Ca2+，引起细胞色素C从线粒体释放和ER Ca2+消耗增加，进而加速足细胞凋亡。线粒体稳态对ER应激的影响在足细胞损伤中起着重要的作用， Martinez-Garcia等[25]发现PA的脂毒性可促进足细胞中的炎症和ER应激相关的胰岛素抵抗，从而导致足细胞肌动蛋白细胞骨架重排。Sun等[26]在高脂饮食小鼠模型研究中提出足细胞损伤和白蛋白尿的发生是在胰岛素抵抗发生之前，Smad3 中间连接区磷酸化是肥胖相关肾病发展的机制，在高脂诱导下，Smad3信号在足细胞中被快速激活，引起线粒体损伤，诱使足细胞特异性蛋白nephrin和synaptopodin下降。以上研究表明肠道微生物菌群对足细胞损伤的机制可能是由高脂肪、高热量饮食诱导肠道生态失调引起的肥胖及其相关疾病介导的，为肾小球疾病靶向脂毒性治疗提供了一个新的理论依据。
2.4肠道微生物菌群诱导Th17/IL-17损伤足细胞
Th17是依赖肠道菌群存在的，主要位于小肠固有层，可被肠道中特定的黏附微生物诱导，肠道生态失调可特异性诱导Th17细胞[27]、Treg 细胞和Th17细胞失衡，从而促使肠外组织自身免疫的发生，越来越多的证据表明Th17在肾脏自身免疫炎症中的重要角色[28]。Wang 等[29]在原发肾病综合征的研究中表明Th17/IL-17A细胞以剂量和时间依赖性方式使Podocalyxin 表达减少，可通过Fas/FasL 信号通路诱导足细胞凋亡，还观察到IL-1β、IL-6、IL23和TGF-β、Rorγt 的表达水平升高， 微小病变肾病综合征、系膜增生性肾小球肾炎和局灶性节段性肾小球硬化病理严重程度随IL-17表达逐渐增加。Liu 等[30]发现Th17释放的IL-17可通过产生c-巨噬细胞活化因子诱导蛋白（c-mip）来下调nephrin磷酸化和Bcl-2水平，诱导足细胞损伤和凋亡，但具体机制未说明。而Yan 等[31]的研究进一步显示IL-17A通过上调ROS，激活NLRP3炎性小体和分泌IL-1β，从而诱导足细胞损伤，podocin表达降低、desmin表达增加。这些发现证明Th17细胞释放的IL-17在足细胞病变中起着关键的作用。然而，肠道Th17如何进入肾脏，以上研究中未阐明。Krebs等[32]使用Kaede小鼠可光转换的肠细胞来追踪肠道T细胞启动肾小球肾炎的反应，第一次证明了肠源性Th17转移到炎症肾的途径，他们的研究发现淋巴组织Th17细胞转移并居于肠道，然后依赖SP1（specificity protein 1 transcription factor，SP1）受体排出肠外，通过CCR6/CCL20 轴（趋化因子CC-chemokine ligand 20，CCL20及其受体CC-chemokine receptor 6，CCR6）迁移入肾组织，这个研究为肠道微生物菌群诱导Th17/IL-17损伤足细胞的机制提供了更直接有利的依据。
3防治策略
近年国外研究证明，膳食纤维、益生菌可以改善肠道菌群紊乱，减少肠源性尿毒素的产生，延缓肾功能恶化。Wanchai等[33]对益生元（低聚木糖XOS）的进一步研究指出，XOS通过调节肥胖症、高脂血症和胰岛素抵抗，减少肾氧化应激和细胞凋亡，从而使肾功能得到改善。还有研究表明，针对高脂饮食诱导肠内毒素血症引起的肾损伤，可通过阻断LPS介导的免疫炎症来保护肾脏，Xu等[34]的研究说明了金-槲皮素纳米粒子可以抑制LPS下游通路TLR4/NF-κB，抑制促炎细胞因子产生，减少代谢紊乱、代谢性炎症和氧化应激，从而保护足细胞免受损伤。 此外，目前临床已使用抗IL-17抗体治疗牛皮癣，取得很好的疗效[35]，因此针对肠道Th17细胞靶向治疗可成为足细胞损伤的新治疗策略。以上策略在足细胞损伤治疗中具有一定的前景，但足细胞损伤今后治疗的方向，仍需更多的临床和基础研究进行探讨。
4小结和展望
目前肠道微生物菌群对于足细胞损伤机制的研究是初步的，还有很多问题需要进行系统的临床和基础研究进一步阐明。足细胞靶分子靶基因的治疗从来不是单纯的一个靶点，因此，进一步对肠道微生物菌群参与的足细胞损伤机制进行研究，可以为针对不同类型的足细胞病和多方面的发病机制，提供不同的治疗手段，也为其诊断和预防提供更多新的思路，但未来仍需要更全面和无偏见的分析和研究，这对于开发安全有效的精准治疗策略是有益的。
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（收稿日期：2018-06-11修回日期：2018-07-15）
（編辑：梁明佩）