硫酸吲哚酚及硫酸对甲酚在慢性肾功能衰竭中的作用研究进展

    卢棉 杨发奋

    【关键词】 慢性肾功能衰竭;硫酸吲哚酚;硫酸对甲酚;肠道菌群

    中图分类号：R692.5 ? 文献标志码：A ? DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2020.11.014

    我国慢性肾功能衰竭（CRF）尿毒症患者逐年上升，如何延缓CRF进展、提高CRF患者生活质量已成为国内外的研究热点。基于CRF的高发病率、低生活质量、低预期寿命等特点，我国愈发重视对CRF进展过程中可控因素的干预。近年来，研究肠源性尿毒症毒素（GDUT）对CRF患者的影响以及如何清除GDUT成为热点。而硫酸吲哚酚（IS）、硫酸对甲酚（PCS）是GDUT中的两个最主要的毒素，现对其一些新认识作一综述。

    1 IS、PCS的生物特性

    在CRF患者中不能经尿液排出、蓄积于体液并且具有毒性作用的物质，称为尿毒症毒素。CRF进展与尿毒症毒素密切相关。微生物代谢产物是尿毒症毒素的一类，GDUT是此类物质中经肠道菌群代谢产生的蛋白质结合类毒素。IS、PCS是GDUT的代表毒素，相对分子质量分别为251、188，与白蛋白均有较高的结合率，可达90%以上。大肠杆菌分解食物产生吲哚并由门静脉进入肝脏，经羟化、硫酸化而最终生成IS。PCS由肠道厌氧菌把食物的酪氨酸及苯丙氨酸转化为对羟基苯乙酸，对羟基苯乙酸经脱羧生成对甲酚，肠道黏膜吸收对甲酚，并在肠道上皮细胞磺基转移酶的作用下，生成PCS。IS、PCS在肾功能正常的人体中均以低水平存在[1]。IS、PCS可通過炎症反应、氧化应激等途径促使肾纤维化，加速CRF进展，损害机体，引发一系列并发症。

    2 IS、PCS产生的影响因素

    2.1 CRF导致的IS、PCS累积

    CRF可破坏菌群平衡，致使病菌大量繁殖，益生菌减少，导致CRF患者肠道功能紊乱[2]。肠菌失调下，肠道中分解蛋白质的菌群增多，蛋白质在胃肠道停留时间延长，导致IS、PCS生成增多。此外，CRF患者常并发功能性便秘，阻滞IS、PCS等GDUT通过肠道排泄[3]。自MEIJERS等人[1]提出了“肠肾轴”学说以来，不少学者针对“肠肾轴”学说展开研究。他们认为，CRF可致毒素蓄积并引起毒素通过肠壁血管渗入肠腔，加剧肠菌失调及IS、PCS等GDUT合成。当肾功能损害时，IS、PCS可在机体蓄积，血清肌酐≥3.0 mg/dL时，患者血清IS浓度可升到0.8～1.0 mg/dL，PCS在肾功能进行性损害时，可比正常状态下升高20倍[4]。由此可见，CRF除了导致IS、PCS排泄减少外，还可以引起肠道菌群失调，通过“肠肾轴”导致IS、PCS累积。

    2.2 肠道菌群对IS、PCS的调节作用

    存在于肠道的共生微生物称为肠道菌群，其可维持微生态平衡及保护肠道正常运行功能，如肠道菌群可将难以消化的多糖转化为短链脂肪酸、单糖，为机体供给氨基酸及维生素;肠道菌群可通过阻断病原菌黏附、封闭抗原物质等机制参与人体的免疫自稳、免疫调节等[5]。正常的肠道菌群可保护肾脏功能，清除体内毒素。CRF肠道菌群失衡可破坏正常菌群以上的作用。研究认为肠道菌群可通过调节内毒素诱发慢性炎症、激活免疫等参与CRF的发生、演变过程[6]。肠道菌群失调下，小分子毒素可通过肠道黏膜分泌进入肠腔，在肠道细菌酶的作用下，大部分毒素分解所产生的氨又经门静脉吸收入血形成肠肝循环。毒素入血加剧CRF患者肠道菌群失衡，破坏肠道上皮的紧密连接，会减少防御素分泌，以上均可增加肠道通透性，破坏肠道组织完整性，致使IS、PCS等毒素通过肠道进入循环系统，加剧炎症性损伤，加重CRF病情的演变[7]。因CRF肠道菌群失调与IS、PCS蓄积密切相关，有学者尝试通过调节肠道菌群来减少IS、PCS合成并促进其排泄。

    肠道菌群具有保护肠道功能的作用，一旦肠道菌群失调可促进IS、PCS生成，减少IS、PCS的排泄，导致CRF患者体内IS、PCS累积。

    3 IS、PCS对CRF患者的影响

    3.1 IS、PCS介导的炎症反应

    IS、PCS蓄积可激活机体单核巨噬细胞系统，促进其释放大量炎症因子及氧自由基，加重肠道黏膜屏障本身的炎症损伤，诱导全身炎症反应，造成多器官功能障碍，最终导致CRF患者病情恶化，逐步进入尿毒症期[1]。IS、PCS可通过各种炎症介质及氧自由基损伤肾脏。研究表明，IS、PCS可在体外诱导肾小管细胞损伤及衰老，促进炎症因子表达。IS可通过调升炎症反应基因表达，诱导肾小管上皮细胞转分化，促进肾小管间质纤维化，并通过炎症反应、氧化应激等产生多种病理改变，引起多个系统功能失调[1]。IS还可诱导金属蛋白酶组织抑制因子-1（TIMP-1）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）等炎症因子及单核-巨噬细胞浸润促进肾小管间质纤维化。PCS可激活烟碱胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶，促进氧自由基大量产生，加速CRF进程。IS、PCS均可在血管内募集白细胞，IS负责促进白细胞在血管内黏附及溢出，PCS促进血管壁白细胞滚动，二者均可导致白细胞从毛细血管外渗，诱导血管炎症反应[8]。

    炎症反应是机体常见现象，一方面可通过炎症介质清除体内损害因子，阻抗毒素侵害，另一方面，又可通过致炎因子破坏机体功能，例如其可通过增加血管通透性，促进IS、PCS移位吸收，阻碍毒素排泄。反复炎症刺激促使肾脏纤维化，使其失去正常代谢功能。如何在利用炎症反应清除机体损害因子的基础上降低炎症反应对肾脏的破坏，是临床上难以把握的临界点，期待后续研究。

    3.2 IS、PCS与血管钙化

    血管钙化指磷酸钙矿物质沉积于血管中，血管钙化主要见于动脉的弹力层钙化及晚期动脉粥样硬化（AS）[9]。IS、PCS可通过以下途径引起血管钙化：①IS介导可溶性载质转运蛋白2B1基因编码的转运体，活化巨噬细胞，提高巨噬细胞胆固醇转运受体CD36的mRNA表达，促使巨噬细胞噬脂形成泡沫细胞，逐步形成脂纹、粥样斑块，致使管腔狭窄，甚至血栓形成，加速AS进程[10]。②脂蛋白-a与血管钙化息息相关，当其与钙离子结合，可形成一种胶体，减少血管钙化的影响，IS可减少肝细胞内脂蛋白-a浓度，促使血管钙化[11]。③IS具有成骨刺激作用，可促进主动脉壁增厚钙化，在血管平滑肌细胞（VSMCs）功能障碍的CRF患者中，IS可增加NADPH氧化酶的活性，促使自由基形成及成骨细胞蛋白（如碱性磷酸酶、骨桥蛋白、核心结合因子1）的性能，促使血管钙化[11]。④IS、PCS还可通过激活NADPH酶及产生大量氧自由基，引起血管内皮细胞发生氧化应激，损伤血管内皮细胞，促使血管钙化，最终导致心血管事件的发生[12～13]。

    血管钙化通过促使血管狭窄、增加血管脆性等途径，诱导CRF心脑血管等并发症发生，如何减少IS、PCS以减缓血管钙化也是CRF治疗的重要部分。

    3.3 IS、PCS与心力衰竭

    CRF对心脏的损害主要表现为促进心力衰竭（HF）和心肌纤维化，其中HF是CRF的主要心源性死因。有研究发现，游离的IS、PCS浓度与左心室舒张功能不全发生相关，该致病效应可能与IS、PCS促炎、促纤维化、氧化等机制相关[14～15]。具体如下：①PCS通过上调MCP-1、TNF-α、IL-1等炎症因子的表达，增强心肌组织中纤维化程度，提升纤维化相关蛋白标志物[14]。②PCS降低心肌的自发收缩率，改变心肌细胞缝隙连接的结构功能;激活NADPH氧化酶、增加活性氧（ROS）生成以促进CRF患者心肌细胞损伤、心脏组织重构，促使HF发生[11，16]。③IS、PCS激活肾素-血管紧张素-醛固酮（RAAS）系统[11]，促使机体水钠潴留，增大循环容量负荷，致使心输出量降低，促进HF形成。④IS增强甲基转移酶活性，促使Klotho基因（护肾基因）甲基化，降低Klotho的活性，破坏血管内皮细胞、心肌细胞等，致使窦房结功能紊乱及损害心脏功能[11]。⑤IS可降低抗氧化防御，促使心肌氧化应激，导致心肌细胞肥大、心肌纤维化[17]。以上预示着IS、PCS参与了CRF患者HF的发生、发展，目前关于IS、PCS致CRF患者出现HF的相关研究仍十分有限。

    3.4 IS、PCS对肾脏的毒性作用

    IS、PCS对肾脏的毒性作用主要在肾小管，其可通过肾脏近端小管上皮细胞基底侧膜上的有机阴离子转运蛋白（OATs）摄入细胞，然后通过管腔侧膜上的乳腺癌耐药蛋白（BCRP）及多药耐药蛋白-4（MDRP-4）被分泌到肾小管内，最后通过尿液排出机体[18]。CRF的肾小管上皮细胞OATs表达降低，而其他组织表达OATs变化不明显，在继续摄入IS、PCS的基础上减少该毒素的肾脏排泄，此可导致IS、PCS蓄积[19]。研究表明[20]，游离状态下的IS、PCS可通过抑制衰老基因表达、介导氧化应激、激活炎症反应等途径加速CRF肾脏纤维化。此外，IS、PCS可通过抑制护肾基因表达（例如Klotho基因）、激活RAAS系统、促进促炎因子及近端肾小管上皮细胞炎性相关基因表达等途径促使CRF肾脏纤维化，加速CRF恶化[21]。IS、PCS还可诱导肾小球系膜细胞及肾小管上皮细胞自由基產生、激活核因子κB（NF-κB）、损伤线粒体等，加速CRF进展[22]。

    肾脏是机体主要代谢器官，如何降低体内毒素水平，减少炎症反应及氧化应激，减轻肾小管损害，以减缓肾脏纤维化及肾功能恶化是研究的重点。

    4 对IS、PCS的清除研究现状

    4.1 血液灌流联合血液透析（HP+HD）对IS、PCS的清除作用

    血液透析滤过、高通量血液透析因其能较好地清除毒素而广泛应用于临床，而蛋白结合类毒素因多室分布、高白蛋白结合等特性而难以被HD所清除。IS、PCS是小分子蛋白结合类毒素，与白蛋白结合后，直径常大于透析滤膜的滤孔，所以HD难以清除。而HP在清除此类物质时起主要作用，主要是HP的吸附作用，灌流器的树脂吸附剂可通过范德华力、氢键等作用，吸附蛋白结合类毒素，不仅可清除游离状态的IS、PCS，且对高蛋白结合率的毒素也体现出优势。且HP+HD可能在联合清除细菌代谢产物的蛋白结合类毒素及其他毒素的基础上，改善了机体肠道环境，进而使IS、PCS生成减少。在欧志强等人的研究中[23～24]，在清除高蛋白结合率的IS、PCS时，HP+HD明显优于HDF、HD。而现有的临床观察研究表明，HP血流速度越快，吸附IS、PCS等蛋白结合类毒素率越低，所需灌流治疗时间越长;反之，流速越慢，吸附率越高，灌流时间越短[25]。虽然目前已有研究对IS、PCS的作用机制展开了相关研究，但在血液净化等治疗方面，研究尚少，需进一步了解。

    4.2 益生菌治疗对IS、PCS的清除作用

    益生菌是一类改善菌群平衡且对机体有益的活性微生物，可定植于人体肠道中。因肠道菌群与CRF关系密切，有学者开始通过干预致病菌生长及减少尿毒症毒素吸收等措施来减少IS、PCS生成，致力于予肠道细菌制剂来干扰IS、PCS的代谢及产生。有研究证实[26]，益生菌发酵驼乳可有效缓解肾单位病理损伤，减缓大鼠CRF发展并改善其生命力。某些益生菌可通过减轻结肠上皮紧密连接、减少炎症介质释放来改善CRF患者的内毒素血症，从而有效降低CRF患者血清中IS、PCS水平[27]。通过服用双歧杆菌制剂可以抑制大肠杆菌生长，降低大肠杆菌分解色氨酸而显著降低CRF患者的IS水平。ROSSI等人的研究中[28]，将未行肾脏替代治疗的CRF患者纳入了一项随机、双盲、对照实验，进行为期6周的合生素治疗，发现该治疗可以有效改变CRF患者肠道微生物结构，促进双歧杆菌增殖，减少胃瘤球菌的数量，降低了实验对象中血清PCS的水平。虽然不少实验认为益生菌在减少IS、PCS生成方面起到了有效作用，但研究发现并非所有的益生菌都可产生正性效应，某些益生菌可促使毒素生成，致使肠道紧密连接蛋白缺失、上皮细胞电阻丢失而导致毒素吸收，加重IS、PCS蓄积[29]。

    益生菌可调节肠道菌群生长分布，进而影响IS、PCS的生成及排泄，但对其研究尚欠缺长期大量的临床实验考究。

    4.3 中医药治疗对IS、PCS的清除作用

    有研究通过对5/6肾切除法CRF大鼠模型，分别实行无手术处理组，生理盐水组，尿毒清组，通腑化浊凉血方低中高剂量3组，以IS、常规肾功能等为观察指标，得出经通腑化浊凉血方可降低大鼠血清中IS含量，此方可清除此类蛋白结合型尿毒症毒素，达到延缓肾损害进展的目的[30]。杨桂莲[31]通过对30例CRF患者进行自身对照实验，治疗前后IS、PCS具有明显差异，表明自拟补气活血泄浊汤可有效清除CRF非透析患者血清中IS、PCS浓度。在戴铭卉的研究中[32]，亦证实了通腑泄浊法可有效降低IS的生成蓄积。IS、PCS可能与中医辨证学上的血瘀湿浊之邪相关，中药治疗可能通过清热解毒、调节肠道菌群等途径减轻IS、PCS生成、蓄积，从而改善CRF患者病情，具体机理仍待研究。

    4.4 其他药物治疗对IS、PCS的清除作用

    因肠道菌群与IS、PCS密切相关，通过干预肠道菌群，维持肠道微生态平衡，减少IS、PCS前体产生，清除IS、PCS蓄积可能是未来治疗IS、PCS蓄积的方向。改善肠道微生态是延缓各器官损害潜在的治疗靶点，目前临床上可用磷结合剂、柠檬酸铁在降低高磷血症、改善贫血、调节电解质平衡的基础上改善CRF肠道菌群失衡，减少IS、PCS生成[33]。研究表明，司维拉姆（新型磷结合剂）、AST-120（口服碳质吸附剂，通过抑制氢氧化铵、氨的吸收来降低肠道屏障结构及功能损害）可降低HD、非透析CRF患者循环中IS、PCS的生成，以降低IS、PCS蓄积所致的肠道破坏[34～35]。

    肠道菌群的干预治疗一般可通过饮食调整、药物均衡、益生菌补给、血液净化等综合性治疗。上述的综合性治疗方案尚需循证医学证据，期待未来有效合理的治疗方案问世。

    5 小结

    肠道菌群是机体不可或缺的组成部分，与健康息息相关，其在机体内发挥着毒物分解与排泄、营养代谢与合成、维持肠上皮稳态等作用。CRF肠道菌群失调，可导致IS、PCS蓄积，进而通过一系列损伤因子加速肾脏代谢紊乱及肾脏纤维化。如何有效清除IS、PCS及平衡肠道菌群生态，是治疗、延缓CRF进展的重要组成部分之一，期待以后更多的临床研究为CRF患者带来更有效的治疗方案。

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    （收稿日期：2020-06-29 修回日期：2020-07-28）

    （编辑：王琳葵 潘明志）