在一项新的研究中，来自日本理化学研究所、金泽大学、早稻田大学、冈山大学、九州大学和北里大学的研究人员研究了肾脏功能与肠道菌群之间可能存在的关联性。为了评估急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）对肠道菌群的影响，他们对AKI小鼠模型在遭受缺血/再灌注（ischemia/reperfusion, I/R）损伤后的粪便进行肠道菌群分析，结果发现特定的肠道细菌受到AKI损伤的影响。此外，他们还探究了肠道菌群是否促进AKI病变。他们诱导接受或未接受来自正常小鼠的粪便移植的无菌小鼠发生AKI损伤。相比于正常的B6小鼠，I/R损伤在无菌的B6小鼠更加严重。令人关注的是，接受来自正常小鼠的粪便移植可缓解无菌B6小鼠的肾脏病变。这些结果表明I/R损伤可导致肠道菌群发生变化，而且正常小鼠的肠道菌群可能会产生保护肾脏的分子。相关研究结果近期发表在JCI Insight期刊上，论文标题为“Gut microbiota–derived D-serine protects against acute kidney injury”。
接下来，为了鉴定出肠道菌群产生的保护肾脏免受I/R损伤的分子，这些研究人员分析了多种手性氨基酸：L型氨基酸和D型氨基酸，其中人体所需的20种必须氨基酸都是L型氨基酸。尽管在小鼠粪便中检测到多种D型氨基酸，但是仅D-丝氨酸在肾脏中检测到。这一结果表明由AKI小鼠的肠道菌群产生的D-丝氨酸通过血液循环运送到肾脏中。再者，鉴于D-丝氨酸并未在无菌小鼠的粪便中检测到，这表明肠道菌群对AKI损伤作出反应，从而产生D-丝氨酸。此外，在遭受I/R损伤后，肾脏中D-丝氨酸代谢酶的浓度增加了。因此，除了在遭受I/R损伤后肠道菌群产生的D-丝氨酸外，由于肾脏中D-丝氨酸产生的增加，肾脏中的D-丝氨酸浓度增加了。
此外，为了研究由肠道菌群产生的D-丝氨酸对肾脏的影响，这些研究人员将溶解在饮用水中的D-丝氨酸喂给正常小鼠。口服D-丝氨酸减轻了正常小鼠和缺乏D-丝氨酸的小鼠的肾损伤。这些结果表明D-丝氨酸在保护肾脏免受AKI损伤中起作用。
最后，这些研究人员还研究了人类AKI患者是否存在类似的机制。他们发现这些患者的血液D-丝氨酸水平高于健康受试者，这表明它与肌酸酐（肾脏疾病的分子标志物之一）高度相关。
这项研究阐明了肾脏通过D-氨基酸与肠道菌群相互作用的机制。在未来，人们有必要确定因AKI损伤引起的D-氨基酸水平变化是否比迄今为止已知的生物标志物更快地出现，以及类似的机制是否也存在于慢性肾病中。
参考资料：Yusuke Nakade et al, Gut microbiota–derived D-serine protects against acute kidney injury, JCI Insight (2018). DOI: 10.1172/jci.insight.97957.