造影剂肾病发病机制的研究进展

罗 婷，陈燕玲

(遵义医学院珠海校区 病理生理学教研室，广东 珠海 519041)

造影剂肾病(contrast-induced nephropathy,CIN) 是指应用含碘造影剂后48或72 h内血肌酐水平升高0.5 mg/dL或比基础值升高50%～100%，并且排除其它病因引起的肾功能损害[1-2]。造影剂对肾脏的损伤作用已被广泛证实，在一般人群中，CIN的发生率约2%，但在高危患者，即有糖尿病、充血性心力衰竭、慢性肾功能不全和年龄较大人群中，发病率超过20%，它不仅对患者的临床预后不利，而且延长住院时间并增加患者的医疗费用[3]。而随着医疗的发展，接受造影检查或介入治疗的患者逐渐增多，CIN的患病率也会随之升高。因此对CIN发病机制及其防治的研究仍十分重要。根据目前对CIN相关文献报道发现其发病机制主要与肾脏内血流动力学改变、造影剂本身对肾小管细胞的毒性作用、氧化应激及自噬等方面有关。

1 血流动力学改变

肾皮质的血流量及血流速度均较肾髓质大，前者血流量约占80%，而后者仅 20%，存在较大差异。研究表明造影剂引起的肾血流变化呈双向性：造影剂注入后首先表现为肾血管急性短暂扩张，血流量增加，随后表现为血管收缩，血流量减少[4]。由于肾髓质区处于高代谢状态，因此肾髓质对缺血缺氧高度敏感，在血流量减少时肾髓质的血供更易受影响，大量研究表明肾髓质缺血缺氧是CIN发生的中心环节[5-7]。其引起血流动力学改变的机制可能与下列因素有关：

1.1 血管内皮细胞的直接损伤 造影剂可直接引起肾血管内皮细胞的损伤及凋亡，破坏血管内皮的完整性，改变其通透性及其分泌功能，这种损伤作用在肾髓质的直小血管中尤为显著[6]。Mauricio M等通过电镜观察发现造影剂灌注后血管内皮细胞损伤严重(表现为内皮细胞损伤或脱落，“空泡”形成，细胞间隙增宽等)，并且造影剂导致了内皮细胞肌球蛋白轻链磷酸化增加以及跨细胞电阻降低，这表明血管内皮发生收缩并且血管内皮屏障被破坏、通透性增加，以上证据表明造影剂对血管内皮细胞不仅造成了功能性的损伤并且造成了结构性损害[5]。此外，这种损伤作用对肾皮质小血管同样存在，在肾皮质产生的效应又进一步促使了肾髓质血流量减少的发生[8]。

1.2 血管舒缩物质分泌不平衡

1.2.1 内皮素 有文献报道内皮素(endothelin,ET)基因过表达与肾功能衰竭有关[9]。ET有两种主要受体ET-A和ET-B，均以收缩效应为主，在CIN的动物模型中发现血浆内皮素及尿ET水平均升高，使用选择性ET-A受体拮抗剂后可预防造影剂诱导的肾髓质的血流量减少，且ET拮抗剂联合水化预防造影肾病的作用较单独水化治疗效果好，这些实验结果提示ET可能通过激活ET-A受体参与CIN的发生[10-11]。

1.2.2 腺苷 腺苷的产生增加及其受体的表达增多引起的血流动力学改变在CIN的发生中起重要作用。腺苷是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)水解的代谢产物，有强烈缩血管作用，且可影响肾素、转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)的释放，在球-管反馈的信号传递中有着重要作用，当注入造影剂后，肾小管的高转运、高代谢消耗大量ATP，使腺苷产生增加，血管收缩，肾脏血流量减少[12-13]。此外，腺苷受体的高表达也参与CIN的发生。腺苷受体有A1、A2A、A2B和A3 4种，在肾脏对血管和肾小管起调节作用的主要是A1和A2A受体，A1受体主要分布在入球小动脉及肾小管，产生收缩效应；A2A受体则主要位于出球小动脉上，介导血管舒张。给小鼠眼眶内注射碘克沙醇后，小鼠肾脏A1受体及A2A受体蛋白表达均增加[12]。而应用腺苷受体抑制剂后可降低CIN的发生率[14]。

1.2.3 一氧化氮 一氧化氮(nitric oxide,NO)是一种小分子气体，广泛参与机体的病理生理过程，具有强有力的血管舒张功能，可以改善肾血管微循环，调节肾血流量。NO在CIN的发病机制的作用目前并未完全阐明，研究发现NO可与氧化应激状态下产生的大量活性氧(ROS)反应，在这个过程中，NO被清除并产生大量有害物质过氧亚硝基阴离子，最终导致肾脏的NO水平及其生物利用率下降[15-19]。以往研究一般认为，NO在CIN的发病中是一种保护性因子。但有研究发现NO产生过量也会诱导细胞凋亡，造影剂可诱导血管内皮细胞及小管上皮细胞一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)的两种类型即诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)表达增加，催化L-精氨酸产生过量的NO，继而损伤DNA，破坏细胞内蛋白及酶结构，损伤线粒体膜并最终造成细胞的损伤和凋亡[20]。

1.2.4 前列腺素 研究发现CIN的发生可能与前列腺素的分泌不足有关。前列腺素是一种有效的血管扩张剂，有EP1、EP2、EP3和EP4四种受体，EP1受体主要产生血管收缩效应和抑制Na+在集合管重吸收，后三者受体的生理效应则与之相反。有研究发现，给大鼠注入造影剂后，具有舒张血管作用的前列腺素释放减少，而有收缩血管作用的前列腺素分泌增加[10,21]。而使用前列地尔(其活性成分是前列腺素E1，具有促进血管舒张，抑制血小板聚集等作用)对CIN老年患者具有保护作用，这些发现都提示前列腺素家族可能参与CIN的发病[22]。

1.3 造影剂渗透压及粘度 临床试验发现高渗造影剂比等渗及低渗造影剂的毒性作用强，说明造影剂的渗透压与CIN发病有关[7]。造影剂可自由通过肾小球滤过，但不被肾小管重吸收，导致肾小管管腔内液体浓度增高，而浓度与粘度成指数关系，肾小管液浓度增高致肾小管液粘度迅速增加，继而使肾小管内阻力增加，肾小管内的静水压升高又使肾间质压力升高，从而压迫直小血管的血液循环，导致髓质缺氧和CIN[23]。同时，肾小管内高压力也阻碍肾小球滤过，使肾小球滤过率降低，肾小管内高阻力还导致造影剂与肾小管上皮细胞的接触时间延长，使其对肾小管上皮细胞的毒性作用加重[23-24]。

目前对血流动力学改变在CIN中的作用的研究已经比较成熟，具体机制见图1。在临床上应用一些改变血流动力学的药物及治疗措施，如血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)及水化治疗在CIN的预防中有一定效果，但并不能完全避免CIN的发生，这说明还有其他机制参与CIN的发病[25-26]。

图1 CIN中血流动力学改变的机制

2 造影剂对肾小管上皮细胞的毒性作用

造影剂对肾小管上皮细胞具有直接毒性作用：一方面，造影剂可通过影响线粒体酶活性，造成能量代谢障碍，继而诱导肾小管上皮细胞损伤及凋亡[10]；另一方面，炎症反应介导造影剂对肾小管上皮细胞的直接毒性作用，造影剂可激活NLRP3炎症小体活化炎症介质IL-1，造成肾小管上皮细胞损伤[27]。而对于老年患者与糖尿病患者，造影剂可通过诱导肾小管上皮细胞一氧化氮合酶的表达增加，从而使NO释放增多，干扰线粒体功能，导致细胞的能量代谢障碍并影响其功能[17]。此外，造影剂能够导致人肾小管上皮细胞HK-2的细胞间隙增宽，通透性增加，并且诱导跨膜紧密连接相关蛋白Claudin-2的表达增加[28]。肾小管上皮细胞是肾损伤时最容易受攻击的对象，它的损伤在肾病的发生中具有重要作用。坏死的小管上皮细胞脱落，再加上小管液粘度增加等原因造成小管管腔阻塞，而肾小管阻塞又可加重肾小管上皮细胞损伤[23-24,29]。

3 氧化应激

临床研究发现，CIN多发生在已有肾功能下降因素存在的患者，如糖尿病肾病、高血压肾病患者，这些基础疾病本身可导致肾脏的抗氧化功能下降，导致这部分患者使用造影剂后更容易罹患CIN，这进一步提示了氧化/抗氧化失衡参与CIN的发生[30-33]。造影剂可以诱导活化转录因子2(activating transcription factor-2,ATF2)的表达增加，ATF2是一种组蛋白修饰基因，可以激活氧化应激系统[10]。ROS产生增多不仅可以直接造成肾小管上皮细胞和血管内皮细胞损伤导致血管内皮功能障碍及肾小管的转运功能障碍，还通过细胞外信号转导引发血管收缩。此外，研究还发现，CIN发生时核因子E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)表达上调，Nrf2是一种对氧化还原敏感的转录因子，可调节和诱导一系列的抗氧化和抗凋亡相关基因表达[34-35]。在CIN发生时虽然Nrf2表达上调，但不足以对抗其病理状态下氧化系统功能的亢进以及凋亡的发生[35]。大量研究已经证实在CIN中存在氧化应激，其在CIN的发病中扮演重要角色。

4 自噬与凋亡

自噬是指细胞将细胞内多余或受损的蛋白及细胞器清理掉的过程，其与细胞凋亡有着密切联系，细胞自噬与凋亡可相互抑制，但细胞自噬也可介导细胞凋亡[36]。大量研究已表明细胞凋亡在CIN的发病中具有重要，造影剂诱导的血管内皮细胞及小管上皮细胞凋亡促进了造影剂肾病的发生[37-38]。自噬在CIN发病中的作用尚存在争议。有学者认为，自噬可以引起肾组织细胞损伤，但也有学者提出自噬在CIN发病中是一种保护因素，若抑制自噬会加重肾功能障碍及肾组织受损。Ko等在他们的实验中发现低渗造影剂碘海醇可诱导肾小管上皮细胞轻链相关蛋白(LC3)表达增加，LC3是自噬相关蛋白，表达的高低可反映自噬的强弱；且在使用自噬抑制剂3-MA抑制自噬后，肾小管上皮细胞线粒体损伤相关蛋白细胞色素C及凋亡效应蛋白Caspase-3的表达增加，小鼠的肾功能损伤更严重，这说明自噬的发生可以减轻肾小管上皮细胞损伤[39]。但Buyuklu等却发现在CIN大鼠的肾组织中(包括肾小管上皮细胞、系膜细胞、足细胞及肾小球)LC3蛋白种类之一的LC3B与Cleaved-caspase-3的表达均增高，并且在给予姜黄素治疗的CIN大鼠中LC3B与 Cleaved-caspase-3的表达同时降低且肾组织损伤及肾功能障碍有所改善，这提示细胞凋亡和自噬共同参与了CIN发病中的肾组织损伤[40]。在其他急性肾损伤中也有报道自噬的作用，在脂多糖诱导的脓毒性肾损伤模型中发现老年鼠的高易感性及低恢复力均与其自噬能力的丧失有关，而在使用自噬激动剂雷帕霉素促进自噬后可以有效防止内毒素血症中急性肾损伤的发生[41]。以上研究证明自噬与凋亡参与了急性肾损伤包括造影剂肾病CIN的发生，但自噬在CIN中的作用还需进一步研究。

5 展望

CIN是利用造影剂进行临床诊疗过程中发生的急性肾功能衰竭，是应用造影剂后发生的严重并发症之一。目前尚无有效的治疗方法，关键在于预防，因此，研究CIN的发病机制，寻找有效的CIN预防方法，尽可能减少CIN的发生，对临床实践具有重要的指导意义。根据现有研究，可继续从改善肾脏血流动力学，缓解肾小管上皮细胞损伤，减轻氧化应激等寻找预防方法，并且深入研究自噬在CIN发病中的作用以进一步寻找预防CIN的新方法。