文章標題：The probiotic L. casei Zhang slows the progression of acute and chronic kidney disease
發表期刊：Cell Metabolism
發表時間：2021年6月
影響因子：27.287
合作客戶：華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院
百趣提供服務：短鏈脂肪酸靶標檢測 200MRM靶標檢測
1.研究背景
腸道菌群失衡會改變宿主代謝，并對各種腎臟疾病，尤其是慢性腎臟疾?。–KD）產生負面影響。益生菌廣泛存在于人體胃腸道中，調節著器官的平衡，對維持健康的微生態環境起著重要作用，這些益生菌的代謝產物是腸道中SCFA的主要來源。
本文利用口服益生菌Lactobacillus casei Zhang (Lac.z)或L. acidophilus (Lact)處理小鼠，再進行腎缺血再灌注（I/R）處理。檢測腎臟相關指標，利用GC-MS和UHPLC-MRM-MS/MS技術對腸道菌群代謝產物進行分析。結果表明，口服Lac.z可以改變SCFA和煙酰胺代謝，這些結果為慢性腎臟疾病提供了潛在的治療方法。
2.研究結果
1. 口服L. casei Zhang減輕I/R損傷后AKI和隨后發生的慢性腎纖維化
首先使小鼠進行口服益生菌（Lac.z或Lact）后進行I/R處理，5d后觀察其腎臟的損傷程度。發現口服Lac.z小鼠腎臟損傷減弱，血清尿素氮（BUN）和肌酐、病理損傷等都降低。將觀察期延長至28 d，發現口服Lac.z后腎間質中的膠原沉積較低。這些結果表明預防性服用益生菌Lac.z可以減少I/R后的急性腎損傷(AKI)發生及隨后的慢性腎纖維化。
2. L.casei Zhang預處理可改善I/R誘導的腸道菌群失調
通過糞便16S rRNA基因測序分析檢測I/R誘導損傷后5d（作為AKI模型）和28d（作為CKD模型）的小鼠腸道菌群情況。發現Lac.z導致I/R后α多樣性指數顯著升高（圖2A），Lac.z組與沒有任何處理的sham組的β多樣性更加接近（圖2B），且Lac.z組保留了更高水平的擬桿菌群（圖2C）。在I/R后28d，Lac.z組β多樣性也與sham組相似（圖2E），其它門水平菌群的變化趨勢與I/R后5d小鼠的變化趨勢一致（圖2F）。
使用廣譜抗生素（ABX）消耗原始腸道菌群4周，再進行4周的口服益生菌預處理后進行I/R誘導損傷（圖3A），發現口服Lac.z擬桿菌群水平更高，厚壁菌群更低（圖3B和3C）。與未經ABX處理相比，ABX處理組的腎損傷的程度較輕。說明益生菌治療的效果不完全依賴于原始腸道菌群。
3.益生菌誘導代謝物的增加改善I/R誘導的腎損傷
為了探索口服Lac.z以后水平升高的細菌（如擬桿菌）產生的SCFA的有益作用的潛在機制，使用GC-MS檢測I/R后5 d小鼠血清和腎臟中的SCFA濃度。結果表明口服Lac.z的丙酸鹽和丁酸鹽顯著升高（圖4）。通過給小鼠飲用水中添加醋酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽或三者的混合物使小鼠飲用以后再進行I/R，結果發現這些SCFA減輕了I/R誘導的AKI。
使用UHPLC-MRM-MS/MS分析技術檢測腎臟中其他代謝物的變化，共檢測到149種化合物，sham組和I/R d5 組之間的代謝物存在顯著差異（圖5A）。分層聚類分析熱圖顯示了兩組之間的主要差異代謝產物（圖5B），通過代謝途徑分析發現I/R d5 組的煙酰胺代謝（包括NAD和NAAD）顯著降低（圖5C），Lac.z導致煙酰胺含量顯著上調（圖5D）。用煙酰胺預處理小鼠后進行I/R，發現煙酰胺處理組腎損傷和中性粒細胞浸潤明顯減少。
4. L.casei Zhang依賴于免疫調節巨噬細胞和腎小管上皮細胞
對益生菌預處理與未處理組在I/R處理5 d后一起鑒定了13個細胞簇。發現Lac.z組巨噬細胞明顯減少，近端小管來源的細胞保存更好，且其巨噬細胞、中性粒細胞和成纖維細胞中促炎癥和促纖維化的基因表達量較更低，而抗炎和恢復表型相關基因及近端小管細胞中與NAD生物合成相關的酶表達較高。說明Lac.z的保護作用主要依賴于其相關代謝產物對巨噬細胞和腎小管上皮細胞的功能調節。
5. L. casei Zhang延緩CKD患者腎功能下降
對第3-5期CKD患者（n=62）納入研究，進行隨機分組，接受安慰劑（n=29）或L. casei Zhang（1 3 109CFU/天）（n=33）作為補充劑（圖7），進行為期1年的觀察，發現口服L. casei Zhang耐受性良好，能顯著減緩CKD患者的腎功能下降。
3.研究結論
腸道菌群失調是引起腎臟炎癥和進行性纖維化的關鍵因素。本文通過小鼠模型和獨立的人體研究揭示了益生菌L.Chesi Zhang通過增加短鏈脂肪酸水平和煙酰胺代謝減緩AKI/CKD小鼠模型和慢性腎臟病患者的腎病進展，這兩類物質可共同調節腎臟巨噬細胞和腎小管上皮細胞的炎癥反應。這些發現表明L.Chesi Zhang對于控制AKI 和CKD進展極具潛力，為腎臟病的治療提供新的思路和方向。
文獻原文
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