陳 杰,黃 娟,管 茜,左 萍,程獻(xiàn)杰,何艷麗,唐 露,肖 敏 綜述,畢津蓮△ 審校

1.湘雅博愛康復(fù)醫(yī)院GCP,湖南長(zhǎng)沙 410100;2.湘雅博愛康復(fù)醫(yī)院檢驗(yàn)科,湖南長(zhǎng)沙 410100;3.湖南星怡康健康體檢中心,湖南長(zhǎng)沙 410100;4.湘雅博愛康復(fù)醫(yī)院乳甲外科,湖南長(zhǎng)沙 410100;5.湘雅博愛康復(fù)醫(yī)院健康管理中心,湖南長(zhǎng)沙 410100;6.湖南省藥品審評(píng)與不良反應(yīng)監(jiān)測(cè)中心,湖南長(zhǎng)沙 410013

慢性腎臟疾病(CKD)是一種臨床綜合性病變,常繼發(fā)于腎臟結(jié)構(gòu)和功能的改變,腎臟損害標(biāo)志物異常超過 3 個(gè)月或至少持續(xù) 3 個(gè)月[1]。CKD影響全球近15%的人口[2],是一種嚴(yán)重且不可逆的疾病,導(dǎo)致高發(fā)病率和高病死率,如果能早期發(fā)現(xiàn)并成功干預(yù),將延緩病情進(jìn)展、改善預(yù)后。研究發(fā)現(xiàn),高濃度的腸源性毒素三甲胺-N-氧化物(TMAO)在內(nèi)皮細(xì)胞高通透性和炎癥、氧化應(yīng)激、膽固醇代謝、斑塊形成、血小板活化和血栓形成中起著至關(guān)重要的作用[3],對(duì)心腦血管疾病、糖尿病等慢性非傳染性疾病的預(yù)防、診斷、治療及預(yù)后評(píng)估具有重要的臨床意義。近年來,TMAO在腎損傷相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展與預(yù)后中也發(fā)揮重要作用[4]。本文主要就TMAO與CKD的關(guān)系和相關(guān)治療的研究進(jìn)展作一綜述,以期為下一步科學(xué)研究和臨床治療提供參考。

1 TMAO介紹

TMAO是由肉堿、膽堿、甜菜堿等含量豐富的食物,如蛋類、牛奶、紅肉及咸水魚類等[5],經(jīng)腸道微生物的作用形成三甲胺(TMA),再經(jīng)肝臟黃素單加氧酶(FMO)家族(主要是FMO3)氧化而生成,并進(jìn)入血液循環(huán)的胺類小分子化合物,其最終通過呼吸、汗液、腎臟等途徑代謝清除[6]。目前,已知約有 100 萬億腸道微生物在健康成年人的腸道中與人體共存,是人體不可分割的一部分[7]。特別是在CKD患者中,腸道微生物的平衡關(guān)系被打破,導(dǎo)致如TMAO等相關(guān)的毒素合成增加,并進(jìn)入體循環(huán),隨著TMAO的腎臟清除率下降,從而導(dǎo)致TMAO水平在CKD患者中升高。

2 TMAO對(duì)腎臟的影響機(jī)制

CKD發(fā)病機(jī)制仍未被完全闡明,炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、微血管內(nèi)皮功能障礙、腎小管上皮細(xì)胞損傷等均是CKD發(fā)病的潛在機(jī)制。因此,本文著重關(guān)注了TMAO在腎損傷機(jī)制中的作用。

2.1TMAO與內(nèi)皮細(xì)胞損傷及炎癥反應(yīng) TMAO可通過多種途徑介導(dǎo)血管損傷和炎癥反應(yīng)。TMAO能通過琥珀酸脫氫酶復(fù)合體B亞基/活性氧簇(SDHB/ROS)信號(hào)通路破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能,減少三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。SAAOUD等[8]在動(dòng)物模型中的研究也證實(shí),TMAO可通過蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)途徑,誘導(dǎo)線粒體ROS,促進(jìn)血管炎癥細(xì)胞因子,如細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6等的表達(dá)。YONG等[9]建立體內(nèi)和體外TMAO損傷模型,發(fā)現(xiàn)TMAO可以增加血尿素氮(BUN)和胱抑素C(CysC)的水平,加重腎小管上皮細(xì)胞凋亡,而紫蘇提取物可以通過抑制體內(nèi)凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1-c-Jun氨基末端激酶(ASK1-JNK)磷酸化來減少TMAO誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞的凋亡。LAI等[10]發(fā)現(xiàn)TMAO能顯著加重腎衰竭以及炎癥細(xì)胞浸潤(rùn),其通過激活磷酸化p38和上調(diào)人類抗原R(HuR)來上調(diào)單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-6、IL-1β和IL-18等炎癥因子,并促進(jìn)隱熱蛋白(NLRP3)炎癥小體的形成以及腎組織中植物半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)和IL-1β的活化,證實(shí)TMAO是導(dǎo)致腎炎性損傷和腎功能損害的因素之一,并提出抑制TMAO合成或促進(jìn)其清除可能是未來CKD的潛在治療方法。

此外,血管鈣化在CKD患者中也非常普遍。TMAO可以通過激活NLRP3炎癥小體和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)信號(hào),促進(jìn)血管鈣化,表明腸道微生物代謝與血管鈣化之間存在一定的聯(lián)系[11]。

2.2TMAO與腎纖維化 既往動(dòng)物模型中已證實(shí),膳食膽堿和膳食TMAO均能促進(jìn)腎小管間質(zhì)纖維化和功能障礙,且CKD抵抗小鼠體內(nèi)早期腎損傷敏感指標(biāo)腎損傷分子-1(KIM-1)與血漿CysC的水平均升高,同時(shí)伴有轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)/腎纖維化重要調(diào)節(jié)因子Smad3基因的磷酸化水平升高,這些結(jié)果則表明TMAO可能會(huì)直接導(dǎo)致進(jìn)行性腎纖維化和功能障礙[12]。ORGAN等[13]發(fā)現(xiàn)使用富含TMAO或膽堿飲食喂養(yǎng)的大鼠,其循環(huán)TMAO水平顯著增加,在血管炎癥因子和超氧化物歧化酶(SOD)表達(dá)增加的同時(shí),內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)降低,并引起血管內(nèi)皮一氧化氮表達(dá)降低,導(dǎo)致老年大鼠和CKD大鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,加劇了腎纖維化,且停止食用富含TMAO的飲食后纖維化反應(yīng)顯著降低。KAPETANAKI等[14]也發(fā)現(xiàn)TMAO通過PERK/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(PERK/AKT/mTOR)途徑、NLRP3和Caspase-1信號(hào)傳導(dǎo)活化腎成纖維細(xì)胞,增加膠原蛋白的合成,促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化。此外,高尿酸血癥也是發(fā)生腎損傷的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,可誘導(dǎo)腎纖維化。ZHOU等[15]發(fā)現(xiàn)高尿酸血癥腎病(HN)大鼠血清TMAO水平顯著增加,而通過調(diào)節(jié)微生物-TMAO-人磷脂酰肌醇三羥基激酶(PI3K)/AKT/mTOR信號(hào)通路的級(jí)聯(lián)反應(yīng)可推遲HN大鼠腎纖維化。

2.3TMAO與氧化應(yīng)激反應(yīng) CKD患者的內(nèi)皮功能依賴于一氧化氮,而CKD相關(guān)一氧化氮缺乏癥的一個(gè)重要機(jī)制是氧化應(yīng)激增加。TMAO通過氧化應(yīng)激作用,促進(jìn)與年齡相關(guān)的內(nèi)皮功能障礙。這在高膽堿食物攝入的實(shí)驗(yàn)中也得到了證實(shí)[16]。同時(shí),促炎性細(xì)胞因子和超氧化物生成的增加,eNOS表達(dá)減少,也與年齡呈正相關(guān),衰老增加了循環(huán)TMAO水平。而使用含抗氧化劑的食物,也許是提高抗氧化酶產(chǎn)量、減少TMAO介導(dǎo)的氧化應(yīng)激的一種有前途的策略[17]。

2.4TMAO與斑塊形成和血栓 CKD患者是發(fā)生血栓并發(fā)癥的高風(fēng)險(xiǎn)人群。很多臨床和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯慷甲C明了TMAO可以激活血小板并增加血栓風(fēng)險(xiǎn),其通過多種機(jī)制在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展過程中呈促進(jìn)作用,并且甜菜堿和膽堿作為磷脂酰膽堿代謝物,均與促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)呈明顯相關(guān)[18]。TMAO可通過增加與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)的巨噬細(xì)胞清道夫受體CD36和A1類清道夫受體(SR-A1)水平,抑制脂質(zhì)逆轉(zhuǎn),促進(jìn)內(nèi)源性泡沫細(xì)胞增加,加速動(dòng)脈粥樣硬化的形成。而降低TMAO能通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化和胞葬作用來增強(qiáng)粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性。此外,TMAO還可削弱內(nèi)皮細(xì)胞的自我修復(fù)能力,增加單核細(xì)胞黏附能力[19];并與血小板相互作用,誘導(dǎo)血小板高反應(yīng)性,導(dǎo)致血栓形成;通過激活肌醇-1,4,5-三磷酸(IP3)和PERK/ROS途徑,增加細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣的釋放,從而導(dǎo)致血小板聚集和血栓形成,引起腎損傷[20]。早期Meta分析發(fā)現(xiàn),CKD患者動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷與血液循環(huán)中TMAO水平呈明顯正相關(guān),且嚴(yán)重影響患者預(yù)后[21]。TMAO水平每增加 10 μmol/L,不良事件發(fā)生率升高26%。此外,TMAO還降低膽汁酸合成所必需的兩種關(guān)鍵酶--細(xì)胞色素P450家族成員7A1、27A1(CYP7A1/27A1)的表達(dá),降低膽汁酸量,導(dǎo)致逆向膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)減少并堆積于細(xì)胞內(nèi),促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成[22]。而斑塊和血栓的形成,是導(dǎo)致腎功能受損的重要因素之一。

3 TMAO在CKD中的應(yīng)用

TMAO不但在基礎(chǔ)研究方面進(jìn)展迅速,也被越來越多地應(yīng)用到了臨床,與CKD的診斷、治療、預(yù)后息息相關(guān)。

3.1TMAO與腎功能損傷 關(guān)于高血壓導(dǎo)致的腎損害的診斷,主要是基于腎小球?yàn)V過降低和(或)檢測(cè)到蛋白尿,暫無其他敏感和特定的指標(biāo)用于早期診斷和治療。有研究發(fā)現(xiàn)在高血壓腎功能損傷患者中,就存在十余種分布異常的氨基酸,且相對(duì)于非CKD患者,CKD患者尿液中含有包括TMAO在內(nèi)的多種代謝標(biāo)記物[23]。ZENG等[24]在一項(xiàng)納入了 32 項(xiàng)臨床研究的Meta分析中得出結(jié)論,腎小球?yàn)V過率下降與TMAO濃度升高具有相關(guān)性。PELLETIER等[25]測(cè)定CKD和血液透析患者的血漿TMAO水平,發(fā)現(xiàn)CKD組的血漿TMAO水平顯著升高,并與腎小球?yàn)V過率呈負(fù)相關(guān)。這些研究都表明,TMAO與腎功能損傷有一定的相關(guān)性。筆者認(rèn)為,通過藥物干預(yù)或健康管理等手段,或許可以抑制因TMAO產(chǎn)生而導(dǎo)致的腎損傷。

3.2TMAO與飲食指導(dǎo) 對(duì)于部分CKD患者而言,腸道微生物失調(diào)是導(dǎo)致CKD發(fā)生、發(fā)展的罪魁禍?zhǔn)?而TMAO的代謝途徑也高度依賴腸道微生物,這種雙向交流之間的任何干擾都會(huì)導(dǎo)致或加重CKD的發(fā)生、發(fā)展。

YOO等[26]發(fā)現(xiàn)高脂飲食會(huì)損害結(jié)腸上皮細(xì)胞線粒體的功能,使腸道氧氣和硝酸鹽的濃度增加,促進(jìn)大腸埃希菌的生長(zhǎng)以及對(duì)膽堿的分解,導(dǎo)致TMA水平增加,最終導(dǎo)致循環(huán)中有害代謝物TMAO水平的升高。WIESE等[27]回顧了目前關(guān)于將植物性飲食作為飲食干預(yù),減少CKD患者腸道TMAO產(chǎn)生的證據(jù),提出植物性飲食是減緩CKD進(jìn)展和降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的一種干預(yù)措施。而WANG等[28]則發(fā)現(xiàn)一些魚類和海鮮含有高水平的TMAO,對(duì)于有心血管疾病或腎功能受損的患者,就需要謹(jǐn)慎選擇TMAO含量低的魚類。

KYAW等[29]證實(shí),長(zhǎng)期服用高劑量味精可能會(huì)降低因急性腎損傷而導(dǎo)致的腎臟排泄率,從而引起TMAO在血液中積聚。不過,也有學(xué)者提出,腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能與由TMAO等尿毒癥毒素引起的腸道微環(huán)境改變相關(guān)[30]。如果不同時(shí)改善腸道微環(huán)境,只是嘗試通過引入有益微生物來恢復(fù)所需的腸道菌群并不一定有效。

因此,如果在預(yù)防和治療中多關(guān)注腸道、相關(guān)微生物和腎臟之間的雙向或多向通信連接,即“腸道-腎臟軸”,注意健康管理中的飲食調(diào)節(jié)和腸道微生物的治療,可以潛在地延緩CKD的發(fā)生、發(fā)展以及心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。

3.3TMAO與預(yù)后的關(guān)系 TMAO與CKD的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后關(guān)系的臨床研究也取得了一些成果。早在2000年,就有研究通過檢測(cè)尿液和血漿中TMAO水平作為指標(biāo)之一來評(píng)估器官移植中移植物功能障礙與腎髓質(zhì)損傷程度,指導(dǎo)腎臟保存及預(yù)測(cè)保存后的腎損傷情況[31]。KONIECZNY等[32]也發(fā)現(xiàn)TMAO水平升高與心血管事件和心血管疾病病死率的增加呈正相關(guān)。CHANG等[33]探討了TMAO與腹膜透析(PD)患者預(yù)后之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)血清TMAO水平與PD患者首發(fā)腹膜炎和心腦血管疾病死亡的風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。TAIN等[34]研究母體CKD模型是否影響后代患有高血壓和腎病,結(jié)果表明,CKD后代患高血壓和腎肥大與血漿TMAO水平增加、氧化應(yīng)激和腸道微生物變化有關(guān)。此研究結(jié)果為靶向腸道微生物群以減少TMAO的產(chǎn)生提供了深入的見解,具有預(yù)防母代CKD導(dǎo)致的后代高血壓的治療潛力。LAUCYTE-CIBULSKIENE等[35]發(fā)現(xiàn)終末期腎病患者體內(nèi)新心腦血管疾病生物標(biāo)志物,如生長(zhǎng)分化因子-15(GDF-15)、血清甲殼質(zhì)酶蛋白40(YKL-40)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9 )水平與腸道微生物、血管鈣化、炎癥、共病和全因死亡率之間還存在一定的性別特異性,發(fā)現(xiàn)GDF-15水平的增加僅與女性TMAO升高相關(guān),為性別差異化治療提供了一定的思路。

4 討 論

綜上所述,腸道微生物的代謝物TMAO與多種腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),血液中TMAO水平升高可明顯增加腎臟相關(guān)疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。大量實(shí)驗(yàn)研究表明,通過加強(qiáng)健康管理、改善飲食結(jié)構(gòu)、調(diào)整微生物代謝等手段可以使腎相關(guān)疾病的發(fā)生率下降,并能有效改善預(yù)后。但是,臨床上由于生活習(xí)慣及飲食結(jié)構(gòu)的不同,以及藥物之間相互作用等因素,針對(duì)TMAO與腎臟相關(guān)疾病的臨床研究還是比較少,給飲食調(diào)節(jié)、健康管理、疾病防治提供的參考也就相對(duì)較少,而且目前很多臨床方面的研究都是單次研究,所提供的依據(jù)還不夠充分。目前降低血中TMAO水平或阻斷TMAO的影響主要有4種可能的方法[36],包括減少飲食中TMA前體的攝入,調(diào)節(jié)腸道菌群以減少TMA的產(chǎn)生,中斷FMO亞型的作用以減少TMAO的產(chǎn)生,以及阻斷PERK途徑。后續(xù)可通過增加此4類相關(guān)的研究,或是探尋其他信號(hào)通路,進(jìn)一步明確TMAO與各種疾病的相關(guān)性及敏感性,則TMAO等相關(guān)腸道代謝產(chǎn)物有望成為常規(guī)的檢測(cè)指標(biāo)以及治療靶標(biāo)用于臨床,給醫(yī)患雙方提供更明確的參考和指導(dǎo)臨床治療。