对比剂肾病病理生理机制的研究现状

王振花(综述),陈 军(审校)

(1.广东医学院研究生部，广东 湛江 524000； 2.深圳市宝安区人民医院心血管内科，广东 深圳 518100)

对比剂肾病(contrast induced nephropathy,CIN)是对比剂血管内给药后3 d内出现无其他原因的急性肾功能损害性疾病，以血清肌酐较基础水平升高25%或绝对值升高44 μmol/L为诊断标准[1]。CIN显著增加了患者住院期间的病死率和不良事件的发生率，被认为是预测心血管事件和死亡的重要指标[2]。20世纪30年代，人们就认识到应用对比剂可诱导发生CIN，但CIN的发病机制尚未完全阐明，深入了解CIN的病理生理机制具有重大意义。

1 CIN的病理形态表现

CIN病理表现为髓质肾小管上皮细胞空泡样变性，可出现部分细胞凋亡，甚至坏死，脱落至肾小管腔，肾小管塌陷，亦可见肾小管代偿性扩张，间质可见不同程度的炎性细胞浸润，电镜下可见肾小管上皮细胞超微结构改变，如细胞核固缩及碎裂、线粒体肿胀、细胞质损害及细胞内钙化，髓质外层病理改变尤为严重[3]。

2 对比剂的渗透压与黏度效应

渗透压、黏度及分子毒性是体现不同对比剂类型的主要特性。对比剂参与CIN的发生可通过高渗透压造成渗透性利尿，影响肾小管-肾小球反馈，同时造成肾内血管活性物质比例失调，肾脏血管收缩，肾脏血液灌注量减少，导致肾功能下降。使用的对比剂渗透压越高，CIN的发生率也越高，非离子型低渗及等渗对比剂的渗透压显著低于离子型高渗对比剂，特别是针对合并有CIN高危因素的患者，临床应用更为安全，然而，使用等渗对比剂代替低渗对比剂并未能降低CIN的发生。Alexopoulos等[4]研究发现，等渗对比剂与低渗对比剂相比，使用等渗对比剂并未降低CIN的发生率。Heinrich等[5]汇总分析了25项等渗对比剂和各种低渗对比剂的随机临床试验研究发现，等渗对比剂与低渗对比剂相比，CIN的发生率差异无统计学意义。Persson等[6]提出了CIN发生机制的黏度学说，认为对比剂所致肾损伤主要与对比剂黏度而非渗透压相关。Seeliger等[7]比较高渗透压的碘普罗胺与高黏度的碘克沙醇对大鼠肾脏功能损害的研究发现，碘克沙醇更容易引起肾脏髓质血流减少，而且更大程度地延长了肾小管-肾小球反馈，升高血清肌酐水平，该研究证实对比剂黏度是影响CIN发病过程的重要因素。等渗对比剂相对分子质量大，在14 ℃条件下其黏度是低渗对比剂的2倍，可导致肾小管阻塞，影响肾脏滤过功能，更容易导致CIN的发生[8]。

3 对比剂对肾血流动力学的影响

动物实验证实[9],血管注入对比剂后可出现“双向效应”，开始是短暂的肾血管扩张，随后是较长时间的肾血管收缩，肾内血流重新分布，导致肾髓质发生缺血缺氧性损伤，这可能与肾内血管活性物质的比例失调有关。造影剂诱导肾内缩血管物质，如内皮素、血管紧张素分泌增加，同时舒血管物质，如一氧化氮、前列腺素分泌减少，并且参与CIN的发生。

3.1内皮素与CIN 内皮素是由肾脏内皮细胞、肾小球系膜细胞及上皮细胞合成的缩血管物质，包括内皮素1、内皮素2、内皮素3。内皮素受体包括两种不同的G蛋白偶联受体，内皮素A受体和内皮素B受体。内皮素A受体位于平滑肌细胞，与内皮素结合有收缩血管的作用；内皮素B受体位于内皮细胞，促进一氧化氮和前列腺素的释放，调节血管扩张。对比剂可引起肾脏内皮素系统活性增强及高表达，导致入球小动脉和出球小动脉显著收缩，改变肾脏血流动力学，促进CIN的发生。Ray等[10]临床研究发现，血浆内皮素水平与肾内血管收缩强度呈正相关，使用对比剂5 min后内皮素水平升高，30 min后恢复到基线水平。

3.2腺苷与CIN 腺苷是腺苷三磷酸代谢的中间产物，是一种肾血管收缩剂，到目前为止已发现4种腺苷受体，与CIN相关的受体是A1、A2α受体，腺苷可通过激动肾小球入球小动脉的A1受体使其收缩及出球小动脉的A2α受体使其扩张，从而减少肾血流量、降低肾小球灌注压和肾小球滤过率，这些受体与CIN的发生密切相关。茶碱是一种能抑制A1受体血管收缩作用的腺苷受体拮抗剂，可减弱对比剂介导的肾血管收缩作用，降低CIN发生率。Malhis等[11]将280例患者随机分为茶碱组和安慰剂组，于冠状动脉造影或冠状动脉介入治疗术前开始静脉滴注或口服茶碱200 mg或安慰剂，连续使用2 d，所有患者均接受水化治疗，茶碱组和安慰剂组术后CIN的发生率分别为1.6%和7.9%，表明使用茶碱可以预防CIN。Bilasy等[12]研究进一步证实冠状动脉造影或介入治疗术前预防性使用茶碱能预防CIN。Matejka等[13]针对合并慢性肾脏疾病的老年患者行冠状动脉造影或冠状动脉介入治疗术前使用茶碱对CIN预防作用的研究发现，茶碱组与安慰剂组患者相比，血清肌酐升高幅度差异无统计学意义。目前关于使用腺苷受体拮抗剂预防CIN的研究结果存在争议，尚需进一步研究证实。

3.3前列腺素与CIN 前列腺素E能舒张肾小动脉，增加肾血流量，且可对抗血管升压素和抑制近球细胞释放肾素，具有强烈扩血管作用，特别是对肾髓质的血管扩张作用，维持肾血流和肾小球滤过率。对比剂能抑制前列腺素生成，肾内血管活性物质比例失调导致肾血管进行性收缩，从而促使CIN的发生。Myers等[14]动物研究证实，对比剂导致大鼠肾脏皮质及髓质血流显著减少，伴随前列腺素E2的合成减少。Spargias等[15]将208例肾功能不全患者随机分为伊洛前列素组和安慰剂组，于冠状动脉造影或介入治疗前30～90 min给予伊洛前列素和安慰剂1 ng/(kg·min)静脉滴注，术后持续使用4 h，研究发现，使用伊洛前列素可显著降低CIN的发生率。Franz等[16]针对患者行冠状动脉介入治疗前口服前列腺素E1预防CIN的研究发现，与安慰剂组比，CIN发生率差异无统计学意义，但未发现使用前列腺素E1患者出现不良反应。预防性使用前列腺素预防CIN尚需大样本临床研究进一步证实其有效性及安全性。

3.4一氧化氮与CIN 一氧化氮是新型细胞内的信使和神经递质，亦是一种重要的内皮依赖性舒张因子，可扩张血管平滑肌，抑制血小板黏附到内皮下组织和聚集，在肾血流动力学调节方面起关键作用。Ribeiro等[17]用高渗造影剂、低渗造影剂及35%甘露醇分别处理体外培养的肾脏动脉平滑肌细胞，与甘露醇组相比，高渗造影剂及低渗造影剂可显著降低肾动脉平滑肌细胞一氧化氮的生成，该研究表明造影剂抑制一氧化氮的合成，可能在CIN发病机制中占有重要作用。Myers等[14]研究发现，对比剂导致大鼠肾脏皮质及髓质血流显著减少，伴随有一氧化氮生成的减少，并表明对比剂能抑制一氧化氮合酶活性，减少一氧化氮的合成，引起肾脏血流动力学的改变，促使CIN的发生。

4 对比剂对肾小管上皮细胞的直接毒性作用

对比剂损伤肾小管的机制主要是直接改变肾小管上皮细胞的形态、代谢和增加氧自由基的产生。基础研究[18]显示，对比剂可导致肾小管上皮细胞发生气球样变及溶酶体和线粒体功能改变，还可导致肾小管细胞内钙离子超载和腺苷三磷酸减少，细胞膜通透性降低和细胞间紧密连接重新分布，甚至引起细胞剥离。Zager等[19]研究对比剂对体外培养的肾小管近端细胞的损伤发现，对比剂可以导致肾小管细胞线粒体损伤、增加细胞色素C释放和破坏质膜完整性，同时对比剂可降低过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性，增加氧自由基生成，导致氧自由基介导的肾损害。多项研究表明，对比剂导致反映肾小管损伤的标志物(如尿液中N-乙酰-β-D-氨基酸葡萄糖苷酶)显著增多，进一步证实对比剂对肾小管上皮细胞的毒性作用[20-21]。

5 氧化应激损伤

对比剂可使肾脏活性氧类产生增多，氧化应激增强，引起生物膜脂质过氧化、细胞内蛋白变性、DNA损害等，直接导致细胞组织损伤。活性氧类可以作为细胞内信使，活化许多信号转导通路间接导致细胞凋亡[22]。氧化应激诱发CIN的机制受到相关学者的重视，通过抗氧化剂降低自由基的活性在预防CIN的临床试验中得到初步验证。Bouzas-Mosquera等[23]研究证实，对比剂可显著升高脂质过氧化物酶活性，降低超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，增加肾脏活性氧类的合成。Pflueger等[24]研究亦证实，对比剂导致体内氧自由基的增加或抗氧化酶活性的降低是导致对比剂急性肾损害的原因之一。自由基清除剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)预防CIN的临床研究[25]支持了自由基可引发CIN的观点。近年来荟萃分析显示，使用NAC不能减少CIN的发生[26-27]。由于目前的各项研究多为单中心、小规模，且各实验设计之间存在明显的异质性，故各项荟萃并不能很好地分析NAC对CIN的预防效果。欧洲泌尿生殖协会指南[1]推荐有条件的患者可术前使用NAC预防CIN。

6 细胞凋亡

诸多临床研究表明细胞凋亡参与CIN的发生。Hizoh等[28]研究发现，对比剂可导致犬肾上皮连续细胞出现核碎裂，DNA片段的裂解，诱导犬肾上皮连续细胞程序性死亡。胱天蛋白酶(caspase)是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶，与真核细胞凋亡密切相关。人类已经鉴定了11种不同的caspase，其中caspase-3是凋亡过程中最主要的终末剪切酶，促进细胞凋亡。体外研究证实[29]，对比剂诱导肾小管上皮细胞凋亡与caspase-3密切相关。c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)信号通路是细胞外界信号从细胞表面转导到细胞核内部的重要传递者，在促进细胞凋亡的机制中发挥重要作用。JNK信号通路可被应激刺激(如热休克、高渗、缺血/再灌注等)激活，与活化转录因子2及c-Jun的N端区域结合，使转录因子的活性区域磷酸化，活化转录因子2、c-Jun激酶与同二聚体或异二聚体复合物形式和许多基因启动子上的激活蛋白1(activator protein 1，AP1)及AP1样位点结合，提高AP1的转录活性，进一步促进促凋亡蛋白的表达。Lee等[30]用对比剂处理人类胚胎肾细胞的研究证实，JNK信号转导途径对活化转录因子2的调控，是参与对比剂诱导的细胞凋亡。

7 肾小管阻塞

对比剂可使肾脏尿酸排泄增加，尿酸盐的沉积可导致肾小管阻塞，进一步损伤肾小管，同时对比剂加速肾小管上皮细胞黏蛋白分泌和沉淀，导致肾小管阻塞。此外，对比剂还作用于肾小管上皮细胞，引起肾小管上皮细胞坏死，脱落的上皮细胞与对比剂及蛋白结合，形成胶状沉淀物，造成肾小管阻塞，损害肾脏功能。

8 小 结

CIN的发生是多种病理生理机制共同作用的结果。肾髓质缺血是发病的关键因素，主要原因是肾内血管活性物质比例失调导致肾髓质血流减少。对比剂的渗透压与黏度效应、对比剂对肾小管的直接毒性作用、氧自由基损伤、细胞凋亡、肾小管阻塞在CIN发生中起重要作用。虽然人类对CIN发病机制的认识不断深入，但是近5年来，关于CIN病理生理机制的基础研究尚缺乏，理论尚不成熟，而且CIN一旦发生，尚无肯定有效的治疗方法，因此尚需大量临床和基础试验进一步探讨CIN的病理生理机制，为积极防治CIN提供可行性理论支持。

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