氧自由基、炎症反应与肾结石形成的研究进展

刘鑫，陈洁，粟宏伟

(西南医科大学附属医院；四川泸州646000)



氧自由基、炎症反应与肾结石形成的研究进展

刘鑫，陈洁，粟宏伟

(西南医科大学附属医院；四川泸州646000)

肾小管上皮细胞暴露于钙盐晶体中会引发氧化应激反应和炎症反应，产生大量的氧自由基及炎症蛋白/因子，同时诱导细胞自噬活动增强，对肾小管上皮细胞造成损伤，为钙盐晶体提供了黏附点，有利于结石的形成。肾结石患者或大鼠肾结石模型中均可检测到高浓度的氧化应激反应标志物、炎性标志物及肾脏损害因子。炎症反应、氧自由基与肾结石的形成存在紧密联系。

肾结石;氧自由基；氧化应激；炎症反应；自噬

肾结石形成过程包括钙盐晶体的黏附、聚集、成核和生长。肾小管上皮细胞损伤后引起细胞膜结构发生变化，为钙盐晶体的黏附提供有效位点，促进了钙盐晶体的黏附。研究发现，在钙盐晶体形成的情况下，尿液中的钙离子、草酸盐、磷酸盐及草酸钙/磷酸钙晶体将会刺激肾小管上皮细胞发生病理性改变，产生大量的氧自由基和炎症蛋白/因子，致使肾小管上皮细胞发生炎症和损伤，同时诱导细胞自噬活动增强。现就氧自由基、炎症反应与肾结石的形成的关系综述如下。

1　氧自由基与肾结石

1.1氧自由基与肾小管上皮细胞膜损伤肾小管上皮细胞损伤与草酸钙晶体的沉积有关，而这种损伤是由细胞内烟酰胺脲嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶激活产生氧自由基介导[1～3]。氧自由基可以催化氨基磷脂移位酶(APLT)，而APLT可以使细胞膜上的磷脂酰胆碱外翻，改变了细胞膜磷脂选择性,促进膜表面的草酸钙晶体选择性成核[4]。其次，肾小管上皮细胞膜主要成分是含不饱和脂肪酸的磷脂，氧自由基对这些不饱和脂肪酸中的不饱和键具有很高的亲和力，从而产生过氧化反应。肾小管上皮细胞微结构在氧自由基作用下发生改变，使细胞发生干瘪收缩，胞膜表面粗糙，鞭毛、突触大部分断裂脱落。氧自由基损伤肾小管上皮细胞膜, 进而增强了草酸钙晶体与肾小管上皮细胞膜的黏附性和亲和力，同时受损的细胞碎片直接脱入肾小管管腔,不但成为结石的晶核,而且成为结石的基质，促进了钙盐晶体的聚集、成核和生长。

1.2氧自由基与线粒体损伤研究发现，氧自由基可诱导线粒体通透性转换通道开放，使细胞膜去极化，导致线粒体受氧自由基损害[5]。尿液中的尿酸、钙盐晶体在肾脏沉积可导致线粒体损伤。氧自由基可使线粒体生物膜边缘模糊，内部嵴消失，染色质浓缩及边缘化[6]。研究表明，大鼠肾结石模型未使用抗氧化剂干预时，线粒体受损加重，肾脏中钙盐晶体沉积增多；使用抗氧化剂干预后，可减轻线粒体的氧化应激损伤，肾脏组织中钙盐晶体沉积也随之减少[7]。说明线粒体受氧自由基损伤与肾结石形成相关。氧自由基损伤线粒体后，使细胞缺乏营养和氧气，反馈释放更多的氧自由基，加重细胞损害，形成恶性循环。同时损伤的细胞和细胞器脱入管腔，为钙盐晶体的异相成核提供了基质。

1.3氧化应激与肾细胞损伤肾脏细胞在受到损伤时，会发生氧化应激反应，产生大量的氧自由基，而氧化应激会使细胞自噬活动增强，加重肾损伤。研究发现，大鼠肾缺血/再灌注的模型中，损伤的肾小管中自噬相关蛋白Beclin-1和LC3的表达增加，肾脏细胞凋亡增强[8]。但是，对GPF-LC3转基因小鼠进行缺血/再灌注处理，随着自噬的发生，肾小管出现损伤。上述研究说明，自噬可以加重肾脏细胞的损伤，而损伤的肾脏细胞有利于钙盐晶体的沉积。小鼠远端肾小管敲除锰超氧化物歧化酶基因后，线粒体氧化作用增加，细胞自噬增强[9]。还有研究表明，氧化应激反应标志物尿硫氧还蛋白在急性肾损伤中会升高[10]。我们推测，氧化应激损伤肾脏细胞及组织，导致细胞自噬活动增强，吞噬、降解损伤的细胞及线粒体、内质网，使线粒体功能障碍，导致细胞缺乏氧气和营养，使氧化应激反应加重，产生更多的氧自由基，肾细胞损害进一步加重，更加有利于钙盐晶体的聚集、成核和生长。但是，由于氧自由基损伤线粒体的生物膜，使线粒体生物膜发生去极化，而去极化线粒体的自噬能够保护细胞免受由氧自由基造成的损伤，这个过程是一个多聚泛素化的过程。同样，过氧化物酶自噬也需要泛素化，通过胞质和过氧化物酶体的泛素耦联机制， Pex5、Pex18 和Pex20 这几种过氧化物酶体标记信号受体易被泛素化，诱导自噬降解过氧化物酶。所以，细胞自噬究竟可以引起氧自由基的增加，使细胞损伤加重，还是可以通过自噬降解过氧化物酶，使自由基产生减少，保护细胞，这有待于进一步研究。

1.4氧自由基对基质的影响一般情况下尿中的多种基质成分对钙盐晶体的形成具有抑制作用，但是氧自由基可通过脂质过氧化反应引发“蛋白质-脂-蛋白质”形成，也可与-SH反应，形成二硫键，促使这类大分子物质的聚合, 使它们相互键联或发生某些变化, 改变了它们的结构和性质,扰乱了肾小管上皮细胞膜极性，促使钙盐晶体在肾小管上皮细胞聚集、成核和生长，使这些物质从抑制结石形成到促进结石形成。

2　炎症反应与肾结石

2.1炎症细胞与结石在草酸钙结石大鼠模型中发现，肾脏中不仅出现草酸钙晶体的沉积，同时也出现了大量巨噬细胞聚集，并显著多于对照大鼠，提示巨噬细胞的聚集及其发挥的功能可能与草酸钙晶体的形成有关[11，12]。炎症细胞损伤线粒体，导致线粒体中ATP的释放，ATP不仅作为细胞的能量分子，还是细胞的强致炎物质，是炎症反应中IL-1β成熟并发挥生理功能的关键物质，因此，ATP具有极强的诱导炎症反应的作用。一水草酸钙晶体诱导巨噬细胞分泌IL-1β的能力与ATP相似，因此，一水草酸钙晶体为巨噬细胞的强致炎物质。还有研究发现，一水草酸钙晶体同样可激活树突状细胞的炎性体NLRP3，并介导IL-1β的最终剪切成熟[13]。在肾结石形成和清除过程中，肾脏组织内均存在巨噬细胞浸润，巨噬细胞可通过吞噬、降解钙盐晶体，减少钙盐晶体的沉积[14]。还有研究发现粒-巨噬细胞集落刺激因子通过激活外周血单核细胞与钙盐结石的形成及高钙尿有关[15]。草酸钙晶体黏附于肾小管上皮细胞，刺激炎症相关基因如集落刺激因子1、纤维连接蛋白-1、趋化因子配体-2、CD44等的表达，单核/巨噬细胞受到趋化迁移并黏附、吞噬及消化结石晶体并释放TNF-α、IL-6等炎性因子[16]。但是巨噬细胞吞噬钙盐晶体及炎症细胞的出现与结石的形成是否存在必然联系，需进一步研究证实。

2.2炎症蛋白/因子与肾结石在肾结石大鼠模型中，大鼠尿液中炎症相关蛋白/因子如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、骨桥蛋白、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、IL-6和TNF-α的表达增加[17]，同时肾细胞受到炎症损害早期，肾脏损害因子(KIM-1)的水平也明显增高[18]。草酸盐进入细胞间质, 使氨酰转肽酶、血管紧张素转化酶、β-半乳糖苷酶和N-乙酰基β-葡萄糖苷酶等炎症因子分泌增加。MCP-1在结石形成过程中起着非常重要的作用，它能促进肾小管上皮细胞产生炎症因子，进一步放大炎症发应,损伤肾小管上皮细胞，参与了肾脏纤维化的过程。在组织发生局部炎症反应时趋化单核/巨噬细胞和氧自由基进入炎症组织，可吸引巨噬细胞局部堆积，包绕细胞间质内的钙盐晶体，形成囊泡结构，而钙盐晶体多与膜性囊泡同时出现[19]。还有研究表明，在高钙尿患者尿液中MCP-1的表达也较正常人明显增加[20]。尿液中过饱和钙离子是形成结石的重要危险因素，说明MCP-1在结石形成中起着重要的作用。TNF-α、IL-6通过诱导氧自由基的产生, 促进中性粒细胞“氧化爆发”,氧自由基和中性粒细胞介导局部炎症反应不仅导致肾小管细胞损伤，还可致肾小球及肾小管周围的毛细血管损伤,使肾小管上皮细胞缺乏氧气和营养, 导致肾小管上皮细胞发生变性和坏死。TNF-α一方面促使粒细胞聚集, 加重炎症反应;另一方面,可使毛细血管通透性增加, 进一步加重肾小管损伤。肾小管上皮细胞受到炎症因子损害时产生磷脂酶A2，可以与肾小管上皮细胞膜卵磷脂产生反应,使肾小管上皮细胞膜溶解。实验研究发现，在草酸钙盐晶体与肾小管上皮细胞作用，可以刺激高迁移率族蛋白B1(HMGB1)的产生[21]。HMGB1是启动和维持炎症网络的中心因子，可以趋化细胞运动，促进巨噬细胞等释放更多的炎症因子如TNF-α、IL-6等。形成一个正反馈环路，维持及放大炎症反应，损伤肾脏组织和细胞。上述研究表明，炎症因子及其形成的炎症网络是肾结石形成的重要机制。NGAL和KIM-1在正常的肾脏组织中几乎不表达，只有在肾脏组织受到损害时才会高表达，是早期肾脏炎症损害的重要敏感标志物。有文献报道，大鼠尿液中NGAL的水平较对照组明显增加，在第8周其水平达到最高值，此时肾小管上皮细胞变性，肾小管内大量钙盐晶体沉积，说明NGAL与肾小管上皮细胞损伤有关，同时可促进钙盐晶体的沉积，但是其具体机制尚未清楚。研究发现，KIM-1在肾脏受到炎症损害、氧化应激时，在组织及尿液中的含量会明显增强[22]。

3　问题与展望

大量的研究已经证实氧自由基、炎症蛋白/因子及炎症反应可以导致肾小管上皮细胞膜损伤，提高了钙盐晶体与细胞膜的黏附性和亲和力，促进了钙盐晶体的聚集、成核和生长，这可能在肾结石形成的起始阶段起着重要作用。在结石形成的早期就对各种导致肾小管上皮细胞损伤的因素采取干预措施，减少钙盐晶体的黏附，对于预防结石的形成有重要意义。自噬也在结石形成过程中发挥着明显的作用，但是自噬的发生、调控以及其对机体产生的影响仍是目前的研究热点。目前，钙盐晶体引起细胞膜微结构的变化以及和钙盐晶体之间的相互作用关系尚不清楚，对炎症反应与肾结石的形成仅停留在单个因素分析上。只有研究清楚肾结石形成过程中的具体炎症网络和炎症蛋白/因子之间的相互作用，临床有效防治肾结石才会成为可能。

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四川省科技厅科研专项资金资助项目(14JC0105)；四川省卫生厅科研基金资助项目(100288)。

粟宏伟(E-mail:ximi47325@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.33.040

R692.4

A

1002-266X(2016)33-0111-03

2016-04-27)