同型半胱氨酸致肾小球硬化损伤机制的研究进展

陶珍珍，诸葛欣

(天津医科大学总医院 天津市老年病学研究所，天津300052)



同型半胱氨酸致肾小球硬化损伤机制的研究进展

陶珍珍，诸葛欣

(天津医科大学总医院 天津市老年病学研究所，天津300052)

摘要：终末期肾脏病(ESRD)患者多伴有血浆同型半胱氨酸(Hcy)水平升高。Hcy可能通过降低腺苷酸水平、增强局部氧化应激反应、引起内质网应激反应、促进蛋白质同型半胱氨酸化、抑制DNA甲基化以及激发Nod-like 受体蛋白3炎性物质的合成与活化等机制而最终引起肾小球硬化，导致肾功能损伤。

关键词：肾小球硬化；肾功能损伤；同型半胱氨酸

同型半胱氨酸(Hcy)是蛋氨酸脱甲基产生的中间代谢产物，是一种具有细胞毒性的含硫氨基酸[1]。一般认为，空腹血浆Hcy水平为5～15 μmol/L,超过16 μmol/ L被称为高同型半胱氨酸血症(hHcys)[2]。研究发现，终末期肾脏病(ESRD)患者血浆Hcy水平显著升高[5]，说明Hcy可能是ESRD进展过程中的一个关键性病理因素[3]。早期研究提示，Hcy水平升高与肾小球滤过率下降有关。而近年来研究却发现，肾脏移植患者、肾小球滤过率及肾功能正常的高血压患者血浆Hcy水平仍普遍升高，提示Hcy可能存在导致肾损伤的其他机制。本研究对Hcy致肾小球硬化及损伤的机制作一综述。

1降低腺苷酸水平

腺苷酸可以激发心血管系统的多种生理反应，比如舒张血管、抑制血管平滑肌增殖、对抗肾上腺素、对心肌细胞缺血进行早期预处理等[6]，对维持心血管系统的稳定、调节各种器官功能具有重要作用。血管壁发生动脉粥样硬化时会产生一些炎症反应，细胞黏附是该炎症反应中的一个重要步骤。有研究发现，hHcys患者腺苷酸水平下降、细胞黏附性增加[7]。因此推测血浆Hcy水平升高可造成血管的硬化改变。Chen等[8]研究发现，SD小鼠血浆Hcy水平升高时，其血浆腺苷酸水平、肾血流量和肾小球滤过率降低，而平均动脉压升高，证实提高小鼠血浆Hcy水平会导致其发生动脉硬化和肾小球功能受损。另有文献报道，血浆Hcy水平升高至100 μmol/L时，腺苷酸水平会下降20%～50%[6]，并与肾小球血管平滑肌增生、硬化有关[7]。因此推测血浆Hcy水平升高可能通过降低腺苷酸水平而造成肾小球硬化及损伤。

2增强局部氧化应激反应

2.1增加NADPH氧化酶活性在不同的组织和细胞中会有多种酶参与到氧化应激反应过程中，但是NADPH氧化酶是非吞噬细胞中活性氧(ROS)产生的主要来源[9]。NADPH氧化酶体系由许多膜相关的细胞溶质成分构成，包括gp91phox、p22phox、p40phox、p47phox、p67phox和Rac[10]。Yi等[11]用左旋-同型半胱氨酸(L-Hcys)培养小鼠系膜细胞，发现Hcy可以通过增加神经酰胺的合成而促进RacGTP酶的产生；而Rac GTP酶可以增强NADPH氧化酶活性，从而产生大量的超氧阴离子。国外有研究发现，Hcy可通过激活NADPH氧化酶生成过量的超氧阴离子，使得细胞中ROS水平显著增加，促进肾小球足细胞向间充质细胞分化，最终引起肾小球的硬化和损伤[12]。另外，我们发现hHcys小鼠肾小球局部氧化应激增强、系膜增厚、足突细胞功能受损，但经过NADPH氧化酶抑制剂罗布麻宁治疗后，其肾小球损伤会显著减轻、尿蛋白减少、肾小球损伤相关指标亦得到改善[9]。

2.2促进线粒体产生ROS国内文献报道，线粒体内产生的ROS或还原型辅酶Ⅱ氧化酶能通过正反馈机制使线粒体内产生更多的ROS，抑制线粒体酶类及复合物的活性，会严重影响线粒体的功能并导致细胞凋亡[13]。超氧阴离子产生的另一个重要来源是细胞线粒体中的电子传递链[14]，可通过含锰超氧化物歧化酶的作用而生成过氧化氢(H2O2)，H2O2可以自由扩散至细胞基质及细胞的其他成分中，产生多种有害作用。研究发现，蛋氨酸和Hcy可以促进小鼠肾脏线粒体产生ROS，最终使线粒体H2O2水平明显升高，从而损伤内皮细胞、促进平滑肌细胞增殖，引起肾小球的损伤[15，16]。

3引起内质网应激反应

内质网是哺乳动物细胞的钙离子储存器，也是蛋白质合成与翻译后修饰、多肽链正确折叠与装配的重要场所，低氧、高糖、化学毒物或突变等均可改变内质网功能，统称为内质网应激[17]。最近研究表明，Hcy可通过破坏二硫化物的形成及错误折叠的蛋白质而引起内质网应激[18]；另外，细胞内Hcy水平升高会增加内质网应激反应基因，如GRP78、GRP94、Herp、GADD153和RTP的表达，GADD153表达增强会导致细胞的凋亡[19]。Yi等[9]证实，当足突细胞受到攻击时会引起内质网应激蛋白GRP78和GRP94表达上调，从而引起内质网应激反应，导致机体出现蛋白尿和肾功能损伤。Hcy是内质网应激和足突细胞功能受损的一个强烈刺激因素，因此内质网应激亦为Hcy导致肾小球硬化及损伤的一个重要病理机制。

4促进蛋白质同型半胱氨酸化

多项研究证实，许多血浆蛋白质可以发生同型半胱氨酸化，自由基转译后的酰化作用是其最重要的一个过程。当同型半胱氨酸硫内酯进入血液循环后，与赖氨酸的第5个氨基发生反应，通过其活化的羟基而形成稳定的蛋白质-N-同型半胱氨酸；此外，通过与半胱氨酸残端反应生成的共价-S-S-结合也是蛋白质同型半胱氨酸化的一种生成途径[9]。有大量研究表明，蛋白质同型半胱氨酸化参与了肾小球硬化和ESRD的发展过程。Perna等[20]研究指出，尿毒症患者血浆总同型半胱氨酸(tHcy)、蛋白质-N-Hcy和蛋白质-S-Hcy水平均显著高于健康对照组，且存在正相关关系。蛋白质发生同型半胱氨酸化后会造成蛋白质损伤，引起甲硫氨酰基tRNA合成酶、胰蛋白酶、细胞溶解酶等活性丧失。此外，N-同型半胱氨酸化可影响白蛋白氧化及水解的敏感性，使其更容易从血液循环中清除出去[21]。因此，蛋白质同型半胱氨酸化可能是Hcy造成肾损害的机制之一[20]，导致机体分子和细胞水平上结构与功能的改变，最终增加ESRD患者进行血液透析的概率。

5抑制DNA甲基化

甲基转移酶系(DNMTs)是DNA甲基化过程中的关键酶，其作用是将甲基转移到胞嘧啶的C5位置。DNMT1是第1个被分离和纯化的甲基转移酶，在DNA甲基化模式的发展过程及整个阶段中对基因组完整性的保护是至关重要的。研究发现，随着培养液中Hcy浓度的不断增加，小鼠内皮细胞中DNMT1 mRNA表达逐渐下降，说明Hcy可能会降低内皮细胞DNMT1表达，从而抑制DNA甲基化[22]。

S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)是一种竞争性的甲基转移酶抑制剂，会导致机体的低甲基化状态，从而引起DNA损伤、细胞凋亡、组织炎症反应以及硬化反应。S-腺苷蛋氨酸(SAM)经过甲基转移后生成SAH，SAM/SAH降低被认为是细胞内甲基化能力降低的一个重要指标[23]。研究发现，血管疾病患者血浆Hcy和SAH水平均升高，而SAM/SAH却未见增高，说明Hcy可以造成DNA的低甲基化以及相关的血管性疾病[24]。另有文献报道，在慢性肾脏病(CKD)和ESRD患者中均可以出现hHcys，同时伴有SAH水平升高。因此，我们推测hHcys造成的DNA低甲基化也是肾小球硬化及损伤的机制之一[25]。

6激发Nod-like 受体蛋白3(Nlrp3)炎性物质的合成和活化

研究发现，小鼠足突细胞Nlrp3炎性物质、细胞凋亡相关颗粒样蛋白、细胞凋亡蛋白酶1的表达增多，最终导致足突细胞功能的损伤和肾小球硬化；该研究证实了hHcys可以在肾脏足突细胞内激发Nlrp3炎性物质的合成和活化，从而导致肾小球硬化和损伤[26]。但是Nlrp3基因是否为hHcys时炎性物质形成和活化的关键因素，仍有待于进一步证实。最近国内研究发现，饮食中缺乏叶酸的Nlrp3基因敲除(Nlrp3-/-)小鼠和野生型(Nlrp3+/+)小鼠血浆Hcy明显高于正常喂养的小鼠；其中经缺乏叶酸喂养的Nlrp3+/+小鼠形成hHcys后，其小颗粒蛋白、细胞凋亡蛋白-1、IL-1B产物表达及尿蛋白均增加，而Nlrp3-/-小鼠的上述指标均显著低于Nlrp3+/+小鼠；说明在小鼠hHcys造成足突细胞炎性反应过程中，Nlrp3基因起着至关重要的作用，最终可能导致肾小球硬化及损伤[27]。

此外，促炎因子活化、同型半胱氨酸硫内酯水平升高、线粒体生物合成等也可能与Hcy导致肾小球硬化及损伤有关，目前尚不十分明确，仍需进一步的研究和探讨。目前国内外关于Hcy造成肾小球硬化的病理机制研究相对较少，尚缺乏一些更直接的证据。虽然叶酸和维生素B可以在一定程度上降低血浆Hcy水平，但目前尚未找到hHcys的根治方法。本研究总结的上述各种机制可为临床上预防和降低同型半胱氨酸水平、减轻肾小球硬化及损伤提供一些新的思路和方法。

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收稿日期：(2015-03-19)

中图分类号：R692.6

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2015)48-0099-03

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.48.038