肠道微生物与的关联及创新性治疗
张书娟1,2，刘晓秋1，钟宇新3*，付钰2,4,5*
1 沈阳药科大学 中药学院
2 中国科学院微生物研究所 微生物资源前期开发国家重点实验室
3 国家癌症中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院 胰胃外科
4 中国科学院大学 医学院
5 中国普通微生物菌种保藏管理中心
摘要：尿酸(uric acid, UA)是人体内嘌呤的最终代谢物，若人体内尿酸生成和排泄稳态失调导致血液中尿酸含量升高，将会引起高尿酸血症(hyperuricemia, HUA)。人体约有1/3的尿酸经肠道排泄，而肠道菌群作为肠道内环境的重要组成部分，在调节血液尿酸水平方面发挥重要作用，其组成的变化或失衡与高尿酸血症的发生具有显著关联性，因此肠道菌群有可能成为预防和治疗高尿酸血症的新靶标。本文综述了高尿酸血症的发生机制及危害、高尿酸血症与肠道微生物及其代谢产物的关联，探讨了以肠道微生物为靶点治疗高尿酸血症的分子机制，总结了具有降尿酸作用的益生菌、益生元和传统的单味中药与中药复方，以及粪菌移植、机器学习等前沿技术在高尿酸血症治疗的潜在应用，为高尿酸血症的防治提供了新的思路和参考。
高尿酸血症是由于血液中尿酸浓度升高所致，其临床定义为：在正常饮食情况下，男性血尿酸水平超过7.0 mg/dL (420 μmol/L)，女性血尿酸水平超过6.0 mg/dL (360 μmol/L)[1]。1990−2020年，全球范围内高尿酸血症的年龄标准化患病率上升了22.5% (95%不确定性区间为20.0%–24.2%)[2]。我国高尿酸血症的发病率同样呈逐年上升趋势。研究显示，2018−2019年我 国成人居民高尿酸血症的患病率达到了14.0%，已逐渐成为仅次于第2大常见代谢疾病[3]。高尿酸血症往往会导致的发生，是痛风的早期表现和主要原因。最新的全球疾病负担(Global Burden of Disease, GBD)数据库显示，2020年全球患有痛风的人数为580万，并且预计到2050年痛风总患病人数将达到9 580万[2]。
高尿酸血症的发生受多种因素的影响，其中饮食也被视为引发高尿酸血症的一个重要因素，过度摄入富含嘌呤的食物会导致尿酸在体内的积累[4]。另外，有些不含嘌呤的饮料也会促进嘌呤在体内的分解，例如酒精的摄入会消耗三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)转化成单磷酸腺苷(adenosine monophosphate, AMP)，生成的一些AMP参与到嘌呤核苷酸降解途径中，最终使得尿酸水平升高[5]。根据痛风管理的最新研究进展，饮食调整可能会成为降尿酸治疗的有效辅助措施，这也是主要的非药物治疗手段[6]。目前，对于高尿酸血症的有效控制主要还是以药物治疗为主，尽管降尿酸药物能够有效降低血尿酸的水平，但其副作用常常限制其在临床上的应用[7-8]。因此，寻找安全有效的替代疗法十分必要。
人体大部分的尿酸排泄是在肾脏中完成，但肠道在尿酸排泄过程中也起了非常重要的作用。大约1/3的尿酸进入肠道，并进一步由肠道菌群代谢[9]，而这一部分尿酸的代谢却往往被忽视。临床和动物实验表明，与健康对照组相比，高尿酸血症和痛风组的肠道菌群存在显著差异[10-12]。在肠道不同位置鉴定出的与尿酸分泌和排泄相关的转运蛋白已被广泛研究[13-16]。此外，肠道菌群是肠-肾轴的关键参与者，在肾脏健康中起着至关重要的作用[17]。因此，肠道菌群与高尿酸血症存在密切的关联，肠道菌群也有可能成为深入研究高尿酸血症发病机制和对应治疗方法的新靶点[18]。本文综述了高尿酸血症与肠道菌群关联的最新进展，并进一步探讨了靶向肠道来治疗高尿酸血症的机制，包括肠道菌群及其代谢物在促进尿酸分泌、转运体清除肠道尿酸，以及通过调节肠道通透性来减轻炎症反应的作用。最后，本文概述并展望了单味中药或中药复方、益生菌、益生元、粪菌移植和机器学习技术通过肠道菌群来防治高尿酸血症的方法。
1 人体中尿酸的排泄与重吸收
尿酸(2,6,8-三氧嘌呤, C5H4N4O3)是人体内嘌呤的最终代谢产物，正常成人每天产生700 mg左右尿酸；人体中，内源性嘌呤来自受损或死亡细胞的核酸、腺嘌呤和鸟嘌呤，并最终被降解生成尿酸[19-20]，外源性嘌呤则来源于摄入富含果糖的饮料和富含嘌呤的食物，如肉类和海鲜等[21]，主要在肝脏、肠道和血管内皮中生成尿酸。人体嘌呤代谢的最后一步是由黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)催化次黄嘌呤转化为黄嘌呤，黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶催化下进一步形成尿酸，生成的尿酸进入血液后通过血液循环输送到肾脏、肠道等器官进行排泄[22-23] (图1)。人的肾脏对尿酸的重吸收与排泄起到了至关重要的作用，血液中的尿酸被肾小球毛细血管自由过滤，过滤后约90%被重新吸收，约10%随尿液排出体外[24]。Sorensen等[25]用C14示踪技术标记尿酸，对人体内尿酸总量和周转率进行了深入的研究；通过比较人体内每天转换的尿酸量与尿液中排泄的量，发现有相当一部分尿酸是通过肠道而不是通过肾脏排出的，所以肠道也是尿酸排泄的重要途径。约有2/3的尿酸盐通过肾脏进入尿液，其余1/3则通过肠道排泄，肠道排泄过程也被称为肾外排泄途径[26] (图1)。
肾脏和肠道依赖尿酸转运体来重吸收和排泄尿酸，从而维持体内的尿酸水平。这些转运蛋白主要分为尿酸重吸收转运蛋白，如葡萄糖转运蛋白9 (GLUT9)和尿酸转运蛋白1 (URAT1)；以及尿酸分泌转运蛋白，包括有机阴离子转运体OAT1和OAT3、ATP结合转运蛋白G2 (ABCG2)、钠依赖性磷酸转运蛋白1 (NPT1)、钠依赖性磷酸转运蛋白4 (NPT4)和多药耐药蛋白4 (MRP4)。肾脏中大部分尿酸的转运发生在近曲小管，尿酸重吸收的转运蛋白如URAT1位于近曲小管上皮细胞管腔膜侧，GLUT9分布在近曲小管细胞的顶端和基底外侧膜，以及有机阴离子转运蛋白4和10 (OAT4/10)主要定位于近曲小管细胞的顶膜。尿酸的分泌则由ATP结合转运蛋白G2 (ABCG2)、有机阴离子转运蛋白1和3 (OAT1/3)、多药耐药蛋白4 (MRP4)和钠依赖性磷酸转运蛋白1和4 (NPT1/4)等转运蛋白负责，确保尿酸从血液分泌到肾小管腔中[27-30]。肠道内同样存在尿酸转运体的分布，GLUT9在小鼠肠道上皮细胞的顶膜和基底膜表达[13]。除了GLUT9转运体之外，位于肠上皮细胞顶膜中的ABCG2转运体和小肠细胞的顶端膜中的NPT5转运体也是肠道中重要的尿酸转运蛋白[14,16] (图1)。在肾切除导致排泄功能受损的大鼠中，研究观察到其肠道中ABCG2的表达增加，表明ABCG2的表达上调可能是增加肠道排泄尿酸的关键，发挥了对肾脏尿酸排泄的代偿作用[31]。葡萄糖转运蛋白9 (也称为SLC2A9)被视为另一个在尿酸管理中发挥重要作用的关键转运蛋白，肠细胞特异性缺乏GLUT9转运体会导致肠细胞在尿酸盐转运方面的缺陷[13]。
在临床实践中，高尿酸血症根据病因可分为原发性和继发性这2类。原发性高尿酸血症常由基因缺陷导致，与尿酸代谢/排泄以及炎症或调节炎症有关的多个基因参与其中，属于遗传性疾病[32-33]。一项全基因组关联研究指出，ABCG2基因组区域中的多个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)与HUA的患病率存在关联[34]。在模式小鼠中的研究表明，缺乏肠细胞GLUT9转运体的小鼠显现尿酸盐清除不足，出现高尿酸血症、高尿酸尿症以及早发性代谢综合征[17]。继发性高尿酸血症是由于饮食、药物、毒素暴露，或者高血压、胰岛素抵抗、动脉粥样硬化等系统性疾病引起尿酸的排泄减少或生成增多，从而导致血尿酸水平升高[35]。
2 高尿酸与疾病的发生相关联
尿酸本身是一种氧化还原剂，既能抗氧化又能促氧化。在正常情况下，尿酸主要作为抗氧化剂，通过清除自由基来保护细胞免受氧化损伤，然而，在高氧化应激的环境下或者其他抗氧化剂耗尽的情况下，尿酸可能会转变为促氧化剂，即它反而促进氧化损伤，而不是保护细胞[36-37]。此外，由于尿酸在体内的溶解度很低，当血清尿酸水平升高，易以内酰胺的形式结晶，单钠尿酸盐晶体(monosodium urate, MSU)可在关节、软骨和肾脏等处沉积，最终会发展成代谢性疾病痛风和肾结石[38]。相当大一部分高尿酸血症患者并不表现出任何明显的症状，但是高于正常生理水平的尿酸也可促进活性氧(reactive oxygen species, ROS)的释放，引起肾脏发生氧化应激反应，相关的促炎因子被激活，从而引发一系列的炎症反应[39-41]。值得注意的是，在没有痛风或肾结石的情况下，无症状高尿酸血症通常被认为临床意义不大。然而，已有研究表明，无症状高尿酸血症可能成为引发高血压、胰岛素抵抗、肥胖和慢性肾病的诱因[42]。以下将探讨高尿酸促进几种疾病发生的机制。
2.1 高尿酸与痛风性关节炎的发病机制
高尿酸血症导致最常见的疾病为痛风性关节炎(gouty arthritis, GA)，也就是常说的痛风。这种疾病常引发剧烈疼痛，且疼痛发作多为突发性，给患者带来极度不适，严重影响其日常生活。巨噬细胞介导的炎症反应在GA疼痛发病机制中起关键作用，MSU晶体通过Toll样受体被巨噬细胞识别，激活NOD样受体家族Pyrin结构域蛋白3 (NOD-like receptor family pyrin domain containing 3, NLRP3)炎症小体，促使前白细胞介素1β (pro-IL-1β)裂解为成熟的白细胞介素-1β (interleukin-1β, IL-1β)，从而引发炎症反应[43]。研究发现，单独用MSU刺激时，痛风患者与高尿酸血症患者的IL-1β水平差异不显著，但当MSU与ATP共同刺激时，痛风患者的IL-1β水平显著升高，表明ATP是痛风的第2个致病信号，其机制是嘌呤能离子通道型受体7 (purinergic receptor P2X 7, P2X7R)激活导致钙离子内流，与MSU协同激活NLRP3，导致巨噬细胞大量分泌IL-1β[44-45]。与此同时，补体系统也在痛风的炎症反应中发挥重要作用。MSU晶体不仅能通过Toll样受体激活NLRP3炎症小体，还能通过补体系统的经典途径和替代途径激活免疫细胞，进一步促进IL-1β的产生，从而加剧炎症反应[46]。此外，脂联素(adiponectin, ADPN)作为一种促炎介质，也可能在这一过程中发挥作用。研究表明，在痛风患者中，脂联素及其受体的异常表达可能通过其受体信号途径，促进IL-1β的释放，从而产生炎症反应[47-48] (图2)。
2.2 尿酸与肺动脉高血压
高尿酸血症通过诱导内皮功能障碍、氧化应激、炎症反应和激活肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)促进肺动脉高血压的发生[49-51]。尿酸通过URAT1进入内皮细胞[52]，诱导ROS、内质网应激和蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)激活，抑制一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)，导致NO合成减少，从而影响血管功能。尿酸还通过增加精氨酸酶活性与eNOS竞争l-精氨酸，进一步抑制NO生成[53]。此外，尿酸能够激活核因子-κB (nuclear factor kappa-light-chain- enhancer of activated B cells, NF-κB)和增加炎症因子，如IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)和miR155的表达[54-55]，miR155的过表达导致eNOS稳定性降低、NO产生减少和内皮功能障碍[56]。胰岛素通过激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B信号通路，可促进eNOS磷酸化和NO产生，从而引起血管舒张，但高尿酸水平拮抗胰岛素受体底物，阻断胰岛素依赖的eNOS磷酸化在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶/内皮型一氧化氮合酶(PI3K/Akt/eNOS)途径中，从而抑制NO产生[57-58]。此外，尿酸通过URAT1进入血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)，激活细胞外信号调节激酶1/2 (extracellular signal-regulated kinase 1/2, ERK 1/2)和丝裂原活化蛋白激酶p38 (p38 mitogen-activated protein kinase, p38 MAPK)，刺激环氧合酶-2产生并促发局部凝血，增加血小板衍生生长因子PDGF-A和PDGF-C链的分泌，提升PDGF-A受体mRNA表达，从而促进VSMC增殖，增强细胞存活并减少凋亡[59-60]。尿酸通过上调血管紧张素Ⅱ (angiotensin II, Ang II)表达，激活RAS，引发氧化应激，进而加剧内皮细胞衰老和凋亡，进一步促进肺动脉高血压的发展[61](图3)。
2.3 高尿酸与阿尔茨海默病
阿尔茨海默病的特征是淀粉样蛋白β (Aβ)和Tau蛋白在斑块和神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFT)中积聚，导致周围细胞受损[62]。研究表明，血清尿酸能通过血脑屏障，激活Toll样受体4 (TLR4)/NF-κB途径，引发炎症反应并在海马体中积累胶质细胞[63]。小胶质细胞在大脑中介导中枢神经系统(central nervous system, CNS)的免疫反应[64]，与其他细胞类型不同，小胶质细胞需要2种信号来激活NLRP3炎症小体[65-67]。尿酸通过TLR4受体信号增加NLRP3和IL-1β的mRNA水平，促进NLRP3炎症小体的翻译过程。翻译后的NLRP3处于自抑制状态，第2个信号(如Aβ和Tau)促使NLRP3构象变化，暴露PYD结构域，允许凋亡相关颗粒样蛋白(apoptosis-associated speck- like protein containing a CARD, ASC)结合并形成炎症小体。ASC成核后，半胱氨酸蛋白酶-1 (caspase-1)被招募并自催化，切割Gasdermin D (GSDMD)生成约32 kDa的有活性N端片段，该片段与膜结合形成孔道，释放活性IL-1β[68]。GSDMD作为细胞焦亡的关键执行者，通过此机制介导宿主对病原体感染的防御及危险信号应答，最终引发炎症反应。在此过程中，ASC斑点被释放至胞外，通过与Aβ相互作用形成病理性聚集体，加速疾病进展[64] (图4)。
3 肠道微生物与高尿酸血症
既然肠道是人体尿酸代谢的重要场所，不难推测肠道中大量的肠道微生物能够参与尿酸的代谢。最新的大量研究也证明肠道微生物高度参与人体尿酸的代谢，与高尿酸血症存在密切的相互作用。
3.1 肠道菌群分解与内化嘌呤
肠道菌群在人体嘌呤的分解与内化过程中发挥着重要作用，它们通过自身代谢降解或转化嘌呤及其衍生物。嘌呤在肠道中是含量丰富的有机氮源，所以肠道微生物进化出多条分解途径。大肠杆菌、克雷伯菌和沙门氏菌属的肠杆菌存在3种主要途径：有氧嘌呤分解途径存在于克雷伯氏菌及其亲缘关系较近的菌株中，可在有氧条件下分解嘌呤；厌氧尿囊素途径存在于3种细菌中的部分菌株中，可在厌氧条件下分解尿囊素，同时也涉及草酰乙酸的同化；而厌氧尿酸分解代谢途径存在于大肠埃希菌和克雷伯氏菌的某些菌株中，目前这一途径尚不完全明晰，推测在厌氧条件下分解嘌呤，并可能涉及厌氧尿酸分解[69]。这些途径的存在表明嘌呤及其代谢物在肠道环境中对维持肠杆菌的生存至关重要。
黄嘌呤氧化还原酶(xanthine oxidoreductase, XOD)由黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO)和黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase, XDH)组成，是催化次黄嘌呤和黄嘌呤生成尿酸的关键限速酶，广泛存在于细菌和哺乳动物体内。其活性增强时会加速尿酸的生成，可能导致尿酸水平升高[70]。肠道中的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌对黄嘌呤的代谢存在差异。一般而言，部分革兰氏阴性菌[如假单胞菌属(Pseudomonas)和克雷伯菌属(Klebsiella)]中的某些菌株携带编码XOD的基因，在体外试验中显示出较高的黄嘌呤分解能力，尽管有少数革兰氏阳性菌被发现携带编码XO的基因并具备分解黄嘌呤的能力，但其分解速率明显低于革兰氏阴性菌[71]。据此推测，肠道菌群组成的改变对肠道内嘌呤代谢为尿酸的过程存在直接影响。
转录组学分析表明，负责编码嘌呤厌氧降解的基因簇广泛存在于肠道微生物中，诸如芽孢杆菌门、梭杆菌门和假单胞菌门等多个门的 肠道细菌能够在厌氧条件下利用嘌呤作为碳源[72]。Yamada等[73]的研究发现，通过外源性添加标记C14的各种嘌呤衍生物，格氏乳杆菌(Lactobacillus gasseri) PA-3能在大鼠肠道中结合并内化腺苷、肌苷及5′-单磷酸鸟苷等嘌呤衍生物，从而被细菌利用，减少这些物质在大鼠体内的吸收，进而降低了体内嘌呤代谢产物(如尿酸)的积累水平，保护大鼠免受高尿酸血症的侵害，这一过程不仅影响尿酸的合成和排泄，还与肠道健康密切相关。
3.2 肠道菌群分解尿酸和促进尿酸排泄
在大多数哺乳动物中，尿酸被氧化为(S)-尿囊素是降解不可溶尿酸的关键步骤。在尿酸酶的作用下，尿酸首先被氧化形成不稳定的5-羟基异尿酸盐(5-hydroxyisourate, HIU)，随后HIU可通过HIU水解酶水解，或者自发分解为2-氧基-4-羟基-4-羧基-5-脲基咪唑啉(
2-oxo-4-hydroxy-4-carboxy-5-ureidoimidazoline, OHCU)。最后，在OHCU脱羧酶的催化下，OHCU进一步脱羧生成可溶性较好的(S)-尿囊素[69]。而灵长类动物在进化过程中，编码尿酸酶的基因发生了无义突变，因此人类细胞中没有具有活性的尿酸酶。这一变化不仅使得尿酸的代谢能力下降，还引发了下游基因的遗传恶化，具体表现为HIU水解酶的突变失活以及OHCU脱羧酶的不表达[74]。在人体肠道中，存在大量的肠道细菌能够厌氧消耗尿酸，将其转化为黄嘌呤或乳酸以及短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFA)、乙酸盐和丁酸盐。在小鼠模型中的研究显示，人类肠道细菌可以补偿尿酸酶的损失[75]。当尿酸分泌到肠道后，分布在肠道中的细菌，例如大肠杆菌(Escherichia coli)和尿酸戈特沙尔克氏菌(Gottschalkia acidurici)，会迅速对其进行代谢[76-77]。尿酸酶在某些微生物中为胞质酶，特别是巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)和大肠杆菌(Escherichia coli)[78-80]。而诸如微杆菌属(Microbacterium)、热链形芽胞杆菌(Bacillus thermocatenulatus)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等微生物可以通过改变培养基和培养条件产生分泌于胞外的尿酸酶[81-84]。
最近的研究显示，肠道菌群能够调节尿酸转运蛋白的表达，从而促进人体尿酸的排泄[85]。天然来源的鹅肌肽(anserine)显示出抗高尿酸血症的效果，这一效果与肠道中梭菌属(Clostridium)和乳杆菌属(Lactobacillus)丰度的增加密切相关。值得注意的是，鹅肌肽对尿酸转运蛋白ABCG2、URAT1和GLUT9的调节作用依赖于肠道菌群[86]。进一步的研究发现，肠道共生菌难分别样杆菌(Alistipes indistinctus)衍生的代谢产物马尿酸(hippuric acid)能够通过增强过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)与ABCG2启动子的结合来激活肠道ABCG2转运体的活性，从而促进尿酸盐的排泄，降低宿主的血尿酸水平[87]。因此，肠道菌群对尿酸转运体的调节对于控制高尿酸血症具有重要意义。
3.3 高尿酸血症病理条件下肠道菌群的组成及代谢变化
肠道菌群作为人体微生物生态系统的重要组成部分参与维持机体健康，在高尿酸血症病理条件下，肠道菌群也会发生对应的变化。研究表明，HUA组与健康对照组相比，肠道微生物群的组成存在显著差异，HUA组的肠道菌群丰度和多样性较低，且芽孢杆菌门(Bacillota)与拟杆菌门(Bacteroidota)的比例下降。此外，HUA组的粪便样本中，拟杆菌属(Bacteroides)、普雷沃氏菌属(Prevotella)、梭杆菌属(Fusobacterium)等菌属较为富集，而粪球菌属(Coprococcus)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、乳杆菌属和粪杆菌属(Coprobacillus)则有所减少[10-11,88-89]。此外，肠道菌群变化与代谢产物的变化密切相关，肠道菌群的失调可能直接影响肠道代谢过程，进而引起代谢产物的变化。HUA个体通常表现出多方面的代谢异常，包括嘌呤代谢紊乱，如嘌呤代谢产物尿酸、次黄嘌呤、黄嘌呤、黄嘌呤核苷、鸟嘌呤、腺嘌呤等在血清中的水平升高；脂质代谢异常，表现为总胆固醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平升高；氮代谢紊乱，伴随血尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)和肌酐(creatinine, Cr)水平升高；还可能伴随其他物质如维生素B6、色氨酸和酪氨酸等的代谢异常，导致其代谢产物水平降低[11,87,90-91]。这些代谢变化表明高血尿酸是一种涉及多个代谢途径的复杂状态，且肠道菌群调节可能有助于缓解部分代谢异常。研究表明，芽孢杆菌门(Bacillota)、梭杆菌门(Fusobacteriota)和假单胞菌门(Pseudomonadota)中的一些菌株中具有利用嘌呤和尿酸的能力，这些菌株通过代谢嘌呤和尿酸，可能在一定程度上调节宿主的嘌呤代谢，进而对尿酸代谢异常的缓解起到积极作用[92]。
高尿酸血症的典型病理特征是慢性炎症，尿酸过高会导致氧化应激、肾脏内皮功能障碍和炎症反应。肠道作为人体内最大的免疫场所，肠道菌群通过与宿主之间的相互作用，刺激宿主的免疫功能[93]。在动物实验中发现外源性添加尿酸会引起兔子肠道的炎症反应[94]。高尿酸血症患者炎症细胞因子的水平升高对肠上皮完整性和肠道微生物群稳态有负面影响，而肠道菌群失调会导致肠道通透性增加，进而促使肠道细菌或其代谢产物(如脂多糖lipopolysaccharide, LPS)发生易位[95]。LPS可通过诱导慢性炎症反应来加剧高尿酸血症的病程。LPS作为肠道菌群代谢产物进入血液循环后，会引发免疫系统的持续激活，导致炎症因子过度释放(图4)。血液循环中LPS水平异常通常伴随着XO活性升高以及嘌呤氧化代谢加快，使得进一步加重尿酸代谢紊乱，加剧高尿酸血症的发生和发展。研究发现，痛风组血清LPS水平较对照组显著增加，且LPS浓度与变形菌门(Proteobacteria)的平均丰度呈正相关。变形菌门细菌的增加是痛风疾病的特征之一，血清LPS水平的增加可能与Proteobacteria在肠道内的增殖有关[96]。因此，肠道微生物的失调以及肠道屏障的损伤导致血液循环中的LPS水平上升，从而引发慢性炎症，这可能是高尿酸血症发病机制中一个尚未被充分重视的促进因素。此外，痛风病理状态下肠道代谢产物的变化也可能与炎症有关，肠道微生物群通过产生短链脂肪酸(如乙酸)影响免疫反应，肠道菌群丰度下降会导致炎症反应减弱，而乙酸的产生能够恢复这些反应。乙酸可以与代谢传感器G蛋白偶联受体43 (G-protein-coupled receptor 43, GPR43)结合，GPR43不仅促进炎症小体组装，还与呼吸爆发相关，从而推动炎症反应的发生[31]。
此外，高尿酸血症相关的痛风性关节炎、肺动脉高血压和阿尔茨海默病虽为不同系统的疾病，但其均涉及炎症反应。痛风性关节炎由尿酸钠晶体激活炎症通路引发关节炎症，肺动脉高血压因内皮功能障碍、氧化应激、炎症反应和激活肾素-血管紧张素系统等多重机制导致肺动脉血管重构，阿尔茨海默病则因中枢神经系统的炎症反应加剧神经退行性病变。这3种疾病均通过炎症细胞的激活、促炎细胞因子(如IL-1β、TNF-α)的释放以及炎症通路(如NF-κB)的激活推动病理进程。鉴于肠道菌群在调节炎症反应中发挥着重要作用，能够显著减轻炎症程度。基于肠道微生物的菌群和代谢变化不仅对局部肠道炎症有益，还能通过“肠-脑轴” “肠-肺轴”等途径，对全身性炎症产生积极影响[97-99]。因此推测基于肠道微生物的干预策略通过改善肠道微生物的组成和菌群代谢，有可能通过降低炎症反应而达到治疗上述疾病的效果。
4 基于肠道微生物的高尿酸血症治疗策略
鉴于高尿酸血症的高发性和危害性，高尿酸血症和糖尿病一样需要良好的生活管理和治疗。目前有许多针对高尿酸血症的治疗措施，包括饮食调整和药物治疗。其中，降低血尿酸的化药治疗策略包括：黄嘌呤氧化酶抑制剂，如别嘌呤醇和非布司他；使用重组尿酸氧化酶，如拉布立酶(Rasburicase)；促进尿酸肾排泄的药物丙磺舒和苯溴马隆；注射用聚乙二醇重组尿酸酶，如普瑞凯希(Pegloticase)[7,100-101]。尽管这些药物在降低尿酸方面效果显著，但它们的副作用也同样十分明显，而且高尿酸血症需要长期服药。因此，开发天然、高效且无副作用的方法来降低血尿酸的浓度具有重要的临床意义。肠道菌群深度参与人体嘌呤和尿酸的代谢，菌群的平衡与宿主的代谢状态密切相关，所以肠道微生物是高尿酸血症治疗的重要靶标。近来，益生菌、益生元和中药在高尿酸血症的治疗中展现出显著的潜力。益生元和益生菌能够有效改善肠道微生态，从而促进尿酸的降解、排泄和降低血尿酸水平。许多中药的活性成分也是通过多种机制可能对肠道微生物群进行调节，进一步影响宿主的尿酸代谢。
4.1 益生菌
益生菌对于调节肠道微生物群和改善血尿酸水平具有积极作用，益生菌被视为一种高尿酸血症潜在的治疗方法。其作用机制主要包括调节肠道菌群的结构和多样性，显著恢复有益菌与有害菌之间的平衡，如益生菌能增加芽孢杆菌门、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等有益菌门类的丰度，提升乳杆菌属等有益菌的比例，降低葡萄球菌属(Staphylococcus)、巴恩斯氏菌属(Barnesiella)、梭菌属等有害菌的丰度[98,102-104]。益生菌能够抑制高尿酸引发的炎症反应，如通过增强肠道内SCFAs的产生，激活游离脂肪酸受体(free fatty acid receptor 2, FFAR2)，抑制NLRP3炎症小体的激活，减轻肾脏和全身炎症。其次，益生菌通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的激活，减少促炎因子如IL-1β、TNF-α的产生，进一步降低炎症反应(图5)。益生菌还可改善结肠的炎症反应，调节芳基烃受体(aryl hydrocarbon receptor pathway, AhR)途径，缓解结肠炎 症[103,105-106]。此外，益生菌能够抑制尿酸吸收，促进尿酸排泄。研究表明，小鼠服用益生菌后，结肠中尿酸转运蛋白ABCG2的表达水平显著高于HUA组和对照组，而肾脏中尿酸的排泄也受到益生菌的调节，益生菌能促进OAT1和ABCG2的表达，从而增强尿酸的排泄[93,103,106]。这些研究证明益生菌能够显著改善动物高尿酸血症，并且其在降低尿酸水平方面的临床应用价值也逐渐受到关注。在Zhao等[107]的一项随机、双盲、对照的临床研究中，研究人员发现，与饮用常规酸奶的对照组相比，饮用含有益生菌株发酵粘液乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum) GR-3酸奶的干预组在经过2个月的干预后，其血清UA水平显著下降，同时尿液和粪便中尿囊素(尿酸降解产物)的水平提高了约4倍，干预组的肠道屏障通透性得到改善，炎症反应也有所降低；研究还发现，GR-3酸奶显著改变了肠道菌群的结构组成，干预组的Shannon和Chao指数均高于HUA组，且普雷沃氏菌属、鼠肠单胞菌属(Intestinimonas)和瘤胃球菌属的相对丰度显著增加，而埃希氏菌属(Escherichia)、志贺氏菌属(Shigella)和肠球菌属(Enterococcus)的相对丰度则降低，此外，与抗炎相关的代谢物在干预组中显著富集，并且这些代谢物与大多数富集菌株呈正相关。这些结果表明，含有益生菌的酸奶能够有效降低高危人群的尿酸水平。益生菌能够通过多重机制缓解HUA，表明益生菌在高尿酸血症治疗中具有良好的应用前景，为高尿酸血症的治疗提供新的思路和方案。
4.2 益生元
益生元通常为不能被人体直接消化的膳食纤维或碳水化合物，但能够促进肠道有益菌的生长，从而改善肠道微生态环境。因其具有安全、高效以及副作用少等优势，正越来越多地被用于作为高尿酸血症的替代疗法。一项研究采用腺苷和氧化钾的组合建立了高尿酸血症性肾病(hyperuricemic nephropathy, HN)小鼠模型并对其灌胃白茅多糖(imperata cylindrica polysaccharide-a, ICPC-a)，发现ICPC-a干预能够有效减少肠道损伤，降低炎症因子水平，维持肠道屏障完整性。灌胃还纠正了菌群失衡，抑制普雷沃氏菌属和志贺氏菌属等有害菌生长，促进乳杆菌属和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等有益菌生长并调节SCFAs生成，从而显著改善HN的症状[108]。这些发现证明了ICPC-a调节肠道菌群组成及相关代谢产物的益生元潜力，通过维持肠道屏障完整性、抗炎作用及SCFA介导的代谢调控，实现对HN的综合治疗效应。基于核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)的代谢组学方法揭示了天然白藜芦醇前体白藜芦醇苷改善高血尿酸的效果，白藜芦醇苷能显著降低血尿酸(serum uric acid, SUA)、血清肌酐(serum creatinine, SCr)和BUN水平，并通过部分恢复受扰代谢途径的平衡，进而改善高尿酸血症大鼠的异常代谢状态[109]。肠道微生物群失调可导致革兰氏阴性细菌细胞壁中的LPS通过受损的肠道屏障进入血液，从而进一步引发肝脏和肾脏的炎症反应(图5)。葵花籽酶解产物(sunflower head enzymatic hydrolysate, SHEH)能够通过恢复肠道菌群组成和降低循环系统中的LPS水平，从而缓解高尿酸血症[110]。尿酸转运蛋白ABCG2是肠道内代谢尿酸比较重要的转运蛋白，许多植物化学物质如甜菊叶提取物、薯蓣皂苷等可以通过增加肠道中ABCG2转运体的活性来促进尿酸的排泄，从而降低血尿酸水平，并在预防和治疗高尿酸血症中发挥作用[108,111]。
4.3 中药治疗高尿酸血症
许多中草药和处方具有降尿酸的作用，并且其中相当一部分的作用机制是通过调节肠道菌群来实现的(图5)。中药还能够通过多种途径发挥其综合治疗作用，包括降低炎症反应以减轻高尿酸血症引起的炎症损伤，以及抑制黄嘌呤氧化酶活性以减少尿酸生成，这些多途径的协同作用为高尿酸血症的治疗提供了更全面且有效的策略。具体而言，通过网络药理学分析，研究揭示了中药菊苣方剂中的潜在活性成分与高尿酸血症肾病(HN)相关的关键靶点之间的相互作用，主要包括IL-6、signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3)、TNF、vascular endothelial growth factor A (VEGFA)和sirtuin 1 (SIRT1)等；此外，研究还发现，菊苣方剂能够调节肠道菌群的多样性、群落结构以及物种组成，从而改善高尿酸血症肾病的病理状态[112]。中药处方萆薢分清饮抗HN的潜在机制是通过逆转不平衡的肠道微生物群和改变代谢的产生来阻断NLRP3炎性体的激活和抑制肾纤维化，从而对HN小鼠的肾损伤起到保护作用[113]。此外，中药处方中的活性成分具有显著的抑制黄嘌呤氧化酶的作用，根据超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术(ultra performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry, UPLC-Q-TOF- MS)结果和网络药理学分析发现，复方芪灵颗粒中的黄酮类、有机酸类和皂苷类化合物可能是缓解高尿酸血症的关键活性成分，其主要作用机制是通过抑制血浆中黄嘌呤氧化酶的活性，减少尿酸的生成，并减轻肾小管上皮细胞的坏死、肾小管间质的损伤、纤维化以及尿酸的沉积，从而发挥对高尿酸血症的治疗效果[114]。中药还可以调节免疫细胞的功能，通过特定的信号通路抑制炎症级联反应。祛浊通痹汤能够通过磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K-AKT-mTOR)通路恢复辅助性T细胞/调节性T细胞(Th17/Treg细胞)的平衡，降低IL-1β、IL-6、TNF-α和IL-17等炎性细胞因子的水平并重塑肠道菌群和调控CD4+ T细胞分化来治疗痛风[115]。在临床研究中，中药在治疗高尿酸血症方面也展现出了显著的疗效。Leong等[116]评估了中药复方五苓散和茵陈五苓散对高尿酸血症患者的降尿酸疗效，发现五苓散组和茵陈五苓散组在第8周时血清尿酸水平明显低于安慰剂组，虽然该研究的样本量较小，但研究结果仍具有临床意义。中药联合治疗策略也为临床上治疗高尿酸血症提供了新的思路，在别嘌呤醇与大黄牡丹汤(Dahuang Mudan Tang, DHMD)联合治疗慢性肾病合并高尿酸血症患者的研究中，结果显示，与别嘌呤组相比，联合治疗组患者血清肌酐(serum creatinine, SCr)、BUN、SUA、尿蛋白水平以及炎症反应均显著降低，接受DHMD治疗组患者的恢复情况优于别嘌呤组，并且DHMD还降低了不良反应的发生率[117]。
随着对中药治疗高尿酸血症及其机制的深入研究，应用现代技术手段如高通量组学、网络药理学等，结合传统中医理论，可以更全面地解析中药对肠道菌群、免疫调节以及尿酸代谢的影响，为中药的现代化和标准化提供理论支持。随着中药在治疗高尿酸血症、痛风及相关代谢性疾病中的疗效逐渐被证实，未来有望在个性化医学和综合治疗策略中发挥越来越重要的作用，为患者提供更多安全、有效的治疗选择。同时，如何通过合理的临床应用和剂量调控，最大限度发挥中药的疗效，将是未来研究的重点方向。
4.4 粪菌移植在高尿酸血症中的应用前景
粪菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)是将健康供体的粪便样本移植到患者的肠道中，以恢复和重塑患者的肠道微生物群。该方法主要用于治疗与肠道菌群失衡相关的疾病，最常见的应用是治疗难治性肠道感染，如艰难梭菌(Clostridioides difficile)感染[118]。高尿酸血症作为一种代谢紊乱疾病，其发病机制也与肠道微生物群的失调密切相关，因此粪菌移植可以作为高尿酸血症的潜在治疗手段。近期研究评估了洗涤菌群移植(washed microbiota transplantation, WMT)在急性和复发性痛风患者中的效果，结果显示WMT能够显著降低血清尿酸水平，并减少急性痛风发作的频率和持续时间。此外，WMT还改善了患者的肠道屏障功能，降低了胺氧化酶(diamine oxidase, DAO)和内毒素的水平[119]。其他研究表明粪便微生物移植可以介导金枪鱼肉寡肽(tuna meat oligopeptides, TMOP)用于缓解高尿酸血症，表现为修复肠上皮屏障，逆转肠道微生物失调，并增加短链脂肪酸的产生等[120]。这些结果表明，通过粪菌移植来调节肠道菌群维持肠道稳态可能是HUA肠道微生态治疗的新方法(图5)。
4.5 基于肠道菌群干预策略的比较分析
粪菌移植、中药、益生菌和益生元均可通过调节肠道菌群缓解高尿酸血症，但是每种方式均存在各自的优势和不足。中药复方通常由多种药材组成，含多种活性成分，通过多靶点协同作用，可能含有的化学成分直接作用于尿酸合成代谢通路，也可通过综合调节肠道微生物来降低血尿酸。但是其治疗机制往往过于复杂，解释困难，而且过程较慢，需长期调理。益生菌疗法通过增加肠道有益菌改善健康状况，但益生菌口服后在到达结肠之前可能会因胃酸、胆盐等恶劣环境而丧失部分活性，导致递送效率和治疗效果降低。此外，长期大量使用可能会干扰肠道自身菌群平衡，削弱其调节能力，不适宜长期服用。益生元通过选择性促进有益菌生长改善肠道微生态，但起效较慢，个体差异较大，部分人群疗效不显著。粪菌移植能快速直接改变肠道菌群，恢复菌群平衡，但多数FMT方法侵入性强，供体筛选和操作流程尚未标准化，长期效果和风险仍需评估。
5 肠道菌群机器学习在高尿酸血症早期检测和预后预测中的应用
预测无症状高尿酸血症的潜在健康风险能够为是否采取早期干预措施以及预后管理提供重要的评估参考，但是这种预测极具挑战性。目前，高尿酸血症的风险评估仅仅依赖于血尿酸水平这1个临床指标，并未将其他关联整合到一个全面的预测框架中[121-122]。同时，现有的模型通常将血尿酸状态视为二元分类进行预测，而非通过连续的量化指标来评估疾病的严重程度，如此很难评估高尿酸血症可能导致的危害。此外，肠道微生物群在高尿酸血症的发生和发展中发挥着重要作用。因此，将肠道微生物群作为一个新的维度纳入高尿酸血症的风险预测框架，可以为疾病的早期识别、风险评估及治疗方案的个性化制定提供更多可能。
机器学习(machine learning, ML)是人工智能的一个重要领域，擅长从大量数据中提取信息并精准识别复杂模式[123]。与传统方法相比，ML通过模拟人脑的数据处理方式，显著提升了分析的准确性和效率。肠道微生物与高尿酸血症的发生发展密切关联，利用机器学习强大的分析能力解析肠道微生物与高尿酸血症的复杂映射关联，理论上能够预测血尿酸的变化趋势。此外，机器学习和基因测序技术的结合为预测高尿酸血症提供了新的可能。Liang等[124]采集HUA组和对照组患者的粪便样本并进行16S rDNA测序，之后分析2组间肠道微生物组的差异，进一步使用随机森林模型识别出12种微生物的生物标志物并结合临床数据成功构建了一个联合预测模型；该模型通过受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic, ROC)、决策曲线分析(decision curve analysis, DCA)和校准曲线的评估，显示出良好的预测能力，且优于仅使用临床数据或肠道微生物标志物的单一模型。Miyajima等[125]的研究基于16S rRNA基因测序技术结合轻量级梯度提升机器学习算法，以柯林斯氏菌属(Collinsella)、多尔氏菌属(Dorea)等9个细菌属的相对丰度和4个临床特征作为关键变量能够较准确地预测高尿酸血症，之后线性非高斯无环模型对因果关系的分析结果表明Collinsella属的相对丰度与血尿酸水平呈正相关，提示肠道中Collinsella属的丰度增加可能用于评估血尿酸水平升高。
尽管机器学习在通过肠道微生物预测高尿酸血症方面展现出较高的准确性和潜力，但是还需要进一步提高其可靠性和泛化能力。因此，亟需开展大规模的关于高尿酸血症和肠道微生物关联的队列研究，通过大规模多中心的队列研究获取诸如人体基因信息、肠道微生物组成数据以及血液指标数据等大数据训练机器学习模型，提高通过肠道微生物等非侵入数据预测高尿酸血症的准确性和普适性，为高尿酸血症的早期筛查和个性化治疗策略提供更加坚实的依据。
6 结语与展望
高尿酸血症作为一种现阶段高发的代谢性疾病，与痛风、高血压、糖尿病、阿尔兹海默症的发生和发展密切相关，严重危害患者身体健康，降低患者生活质量。近年来，众多研究显示高尿酸血症与肠道微生物密切关联，以肠道微生物作为治疗和诊断的标靶也逐步引起关注。益生菌、益生元、中药以及粪菌移植等治疗方法显示出改善肠道微生物群、调节尿酸水平的潜力，为高尿酸血症的治疗和管理提供了新的思路。同时，随着机器学习等技术的应用，临床数据和微生物组信息的整合为高尿酸血症的早期识别、个性化治疗和风险预测提供了更加精准的工具。然而，肠道微生物和高尿酸血症的关联还需要进一步的数据支撑，肠道微生物组成结构多样、代谢网络复杂，和肠道尿酸代谢的相互作用靶点较多，肠道微生物和高尿酸血症的具体因果关系尚不清楚。此外，个体基因差异、肠道微生物组成和代谢特征、尿酸指标等数据融合尚不完善，所以基于肠道微生物诊断和治疗高尿酸血症常常局限于对特定人群的疗效验证，增加了数据预测结果的不确定性。要真正通过肠道微生物这一靶标应对高尿酸血症，还需要通过大规模队列研究来验证其长期效果和普适性。未来的研究应使用多学科交叉技术，以肠道微生物多组学和人体基因测序为基础，利用机器学习等技术手段剖析肠道微生物、人体基因组和高尿酸血症的内在关联，建立精准的机器学习模型，为高尿酸血症的防治提供更加全面和高效的解决方案。
