尿毒症患者肠道微生物群对大鼠体重和微炎症的影响

《The Journal of Nutrition》：Effect of gut microbiota from patients with uremia on body weight and micro-inflammation in rats

肠道菌群失调与慢性肾脏病（CKD）营养不良及炎症的关系研究。通过粪菌移植（FMT）模型，将CKD患者肠道菌群移植至大鼠，发现其显著降低体重（466.70±12.60 vs 433.90±20.10 g）、血清白蛋白（22.87±5.43 vs 20.36±7.51 g/L），同时升高C反应蛋白（12.10±3.10 vs 15.40±5.00 mg/L）和IL-6（14.30±1.80 vs 18.80±2.10 pg/L），微生物分析显示条件致病菌增殖及益生菌减少，证实CKD患者肠道菌群可致病。

　　

刘永战|崔向飞|毛思宇

中国辽宁省锦州市锦州医科大学第一附属医院肾脏病科，邮编121001

摘要

背景

肠道菌群失调与慢性肾脏病（CKD）患者的营养不良和炎症有关；然而，其因果关系仍不明确。

目的

本研究旨在确定5期CKD患者的粪便微生物群是否可以直接诱导受体大鼠的营养障碍和炎症反应。

方法

将5期CKD患者和健康对照组的粪便微生物群移植到接受抗生素治疗的大鼠体内。两周后，我们评估了营养参数、炎症标志物和微生物组成。

结果

与健康对照组相比，接受CKD来源微生物群的大鼠体重显著下降（466.70 ± 12.60克 vs 433.90 ± 20.10克），血清白蛋白浓度也显著降低（22.87 ± 5.43克/升 vs 20.36 ± 7.51克/升）。相反，CKD组的大鼠血清炎症标志物显著升高，包括C反应蛋白（12.10 ± 3.10毫克/升 vs 15.40 ± 5.00毫克/升）和白细胞介素-6（14.30 ± 1.80皮克/升 vs 18.80 ± 2.10皮克/升）（所有p < 0.01）。微生物分析显示肠杆菌科细菌增加，而有益菌属如乳杆菌和瘤胃球菌科细菌减少。

结论

我们的结果直接证明，尿毒症患者的肠道微生物群会损害受体大鼠的营养状况并加剧全身炎症，强调了菌群失调在CKD并发症中的致病作用。

引言

慢性肾脏病（CKD）的特点是肾功能逐渐恶化，其患病率随着全球糖尿病和高血压患者数量的增加而上升¹。最近的综述强调了肠道-肾脏轴在CKD病理生理学中的核心作用，指出菌群失调可能导致尿毒症毒素积累、肠道屏障功能受损和全身炎症——这些机制会加重肾脏损伤和相关代谢紊乱²。CKD患者普遍存在微炎症状态³，表现为体内循环中炎症蛋白和因子水平轻度升高⁴，本质上是一种免疫反应。这种持续的低水平炎症活动将其与病原性感染和全身炎症反应综合征区分开来，被认为是CKD的标志性特征。此外，最近的临床和多组学研究发现CKD患者存在特征性的微生物组变化，即产生短链脂肪酸（SCFA）的菌群减少，而变形菌门/肠杆菌科细菌增加，这些变化与炎症标志物和疾病严重程度相关⁴。

在过去十年中，环境变化和现代生活方式的快速转变导致糖尿病和高血压的发病率上升，这是所有发达国家及许多发展中国家CKD的主要原因⁵。CKD患者通常面临更高的死亡风险⁶。炎症在这些并发症中起着关键作用，不仅加重营养不良，还促进心血管疾病的发展⁷。特别是CKD患者常表现为低白蛋白血症和低胆固醇水平，这些异常与不良预后密切相关，并且通常伴有慢性炎症状态。

近年来，肠道微生物群与患者健康之间的关系成为研究热点。粪便微生物群移植（FMT）也被广泛认为是确定与肠道菌群失调相关的疾病模型中微生物组致病作用的方法，并作为一种新的疾病修饰疗法⁸。人体作为一个超级有机体，包含大量多样的微生物群，对维持健康和稳态起着至关重要的作用⁹。研究表明，肠道菌群对免疫系统和宿主的代谢功能有显著影响¹⁰。共生微生物通过合成SCFA、促进能量吸收、支持肠道屏障完整性和调节全身免疫反应来促进宿主营养和免疫稳态¹⁰。产生SCFA的菌群减少与CKD患者的炎症和代谢紊乱有关¹¹。肠道菌群的失调可能导致多种异常，如尿毒症毒素积累、全身炎症反应和免疫功能障碍¹²。多项荟萃分析和针对性的临床研究进一步将肠道菌群失调与CKD/终末期肾病患者的全身炎症、肌肉减少和营养结果较差联系起来，强调了微生物群变化对宿主营养状况的临床意义²。在CKD患者中，饮食结构的改变、肠道蠕动减慢以及代偿性生理机制使得大量代谢废物通过肠道壁血管进入肠腔。尿毒症毒素进入肠道，导致肠道细菌环境发生变化，进而引起肠道菌群的结构、数量、组成和分布发生重大改变¹³。

尿毒症患者的微炎症状态和营养不良是由尿毒症本身的免疫-代谢反应与肠道菌群紊乱相互作用引起的。然而，很少有研究探讨肠道菌群对尿毒症患者炎症反应和营养状况的影响。为了弥合人类临床观察与动物模型研究之间的差距，我们采用了FMT方法。将5期CKD患者的肠道微生物群移植到Sprague–Dawley（SD）大鼠体内，以模拟人类CKD患者的菌群失调情况。该模型使我们能够研究肠道菌群紊乱在尿毒症条件下对营养状况和炎症反应的影响。尽管多项临床研究描述了微生物群变化与CKD结果之间的关联，但在受控动物模型中证明患者来源的微生物群导致营养不良和微炎症的因果证据仍然有限。这正是进行本研究的必要性⁴。

因此，本研究旨在建立一个大鼠肠道菌群移植模型¹⁴，以探讨肠道菌群对尿毒症大鼠营养状况和微炎症反应的影响，并为理解肠道菌群在CKD中的作用提供参考（图形摘要）。

研究参与者

选取了4名未接受透析的5期CKD患者和4名健康个体作为研究参与者。所有参与者在2周内遵循相同的饮食（由锦州医科大学第一附属医院营养中心制定的正常饮食）。2周后，收集患者和健康对照组的粪便，分别混合后储存在-80°C下。所有参与者均签署了知情同意书，研究得到了医院的批准

尿毒症患者肠道菌群的变化

本研究选取了4名5期CKD患者和4名年龄、体重和身高相似的健康参与者，在他们摄入相同饮食2周后进行。收集两组患者的粪便样本，分别混合后进行16S rDNA扩增子测序以检测肠道菌群。与健康参与者相比，尿毒症患者的肠道菌群发生了显著变化。

讨论

CKD患者常伴有肠道微生物菌群失调，这与营养不良和慢性炎症状态密切相关^{21, 22}。肠道微生物群有助于维持机体稳态和代谢饮食中的化合物，这些过程对人类健康有深远影响^{23{Zheng, 2024 #713}}。然而，关于肠道菌群失调如何影响CKD患者的营养状况和炎症反应的具体机制的研究相对较少。

总结

本研究的结果突显了肠道菌群在CKD患者营养不良和慢性炎症中的关键作用，为未来的研究和临床治疗提供了新的方向。通过调节肠道菌群，有可能改善CKD患者的营养状况并减少炎症反应。例如，使用益生菌或益生元可能是一种有效策略。

伦理批准和参与同意

本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行，并获得了锦州医科大学第一附属医院伦理委员会的批准（批准编号：KYLL2024464）。我们已从参与者处获得签署的知情同意书。

出版同意

不适用。

数据和材料的可用性

本研究生成或分析的所有数据均存储在https://submit.ncbi.nlm.nih.gov/subs/sra/中，SRA处理编号：SRR31755899

作者贡献

刘永战：研究构思和设计；文章起草；文章的严格审阅。

崔向飞：研究构思和设计；数据收集；文章起草。

毛思宇：数据收集；数据分析和解释；文章起草。

资助

辽宁省自然科学基金（资助编号：2022-MS-383）

利益冲突

无利益冲突。

致谢

不适用。