慢性肾脏病患者锌缺乏的研究进展

朱钰钰 综述 陶舒曼 王德光 审校

慢性肾脏病(CKD)是世界范围内一个日益严重的公共问题，这与其高发病率、死亡率和医疗保健支出有关。CKD导致肾功能减退，造成某些必需微量元素的缺乏或有害微量元素的蓄积，反之，微量元素的含量或分布异常也在CKD的发生和发展中起到一定作用[1]。近年来,CKD患者外周血中微量元素锌含量的不足与疾病进展之间的关系逐渐受到研究者的广泛关注。

锌是人体14种必需微量元素之一，正常成年人体内锌总量约2～3 g，锌缺乏的实验室诊断标准是空腹血清锌<11.47 μmol/L(75 μg/dl)；餐后血清锌浓度反应实验(PICR)>15%[2]。锌元素是维持人体细胞正常结构和功能所需的一种重要微量元素，参与人体内90多种酶的合成，与200多种酶的活性有关，如血管紧张素转换酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、DNA和RNA聚合酶、铜锌超氧化物歧化酶和金属硫蛋白等。在细胞质膜中，锌主要结合在细胞膜含硫、氮的配基上，形成牢固的复合物，从而维持细胞膜稳定，减少毒素吸收和组织损伤。锌作为锌指蛋白的重要组成部分参与调控基因转录。锌缺乏可以通过氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、小管纤维化等方面破坏肾脏结构，影响肾功能，增加CKD患者心血管疾病的发生率和死亡率。本文将从CKD患者锌含量不足的原因、锌缺乏与CKD进展、锌缺乏与CKD并发症的关联性以及补锌对CKD进展的影响4个方面进行详细阐述。

CKD患者锌缺乏的原因

锌缺乏是全球最重要的微量营养素缺乏症之一，也是发展中国家常见的疾病的主要原因。CKD患者中40%～78%的人血清锌水平较低[3]。Kung 等[4]对中国台湾地区辅英科技大学附设医院的194名CKD患者调查发现血锌水平随着CKD分期的进展而下降。Damianaki等[5]对瑞士洛桑大学医院108例CKD患者和80例高血压或健康志愿者的调查得出CKD 5期患者血浆锌平均水平比非CKD患者低18%。轻度缺锌会影响生长速度，而严重缺锌会导致生长迟缓。锌缺乏与睾酮水平低有关，慢性肾衰竭者阳痿和睾丸酮分泌减少的原因之一就是锌缺乏。低锌也可能导致一些相对非特异性的疾病，在血液透析患者中比较常见的，包括厌食症，消化不良，认知功能减退和抗氧化能力降低，故有锌缺乏表现的患者需检测锌水平，及时提供补锌治疗。

CKD患者血锌水平偏低，不受年龄、性别、民族、原发肾病等因素的影响，主要涉及以下4个原因：(1)由于低蛋白饮食限制、厌食、营养不良等原因造成锌摄入不足[6]；(2)由于1,25-二羟基骨化醇形成障碍或药物的相互作用导致胃肠道对锌的吸收减少[7]；(3)肾脏锌丢失增加；(4)透析时由于透析液组成、透析过程中渗透压差异等原因导致锌的丢失[8]。

尽管某些具体机制尚未阐明，但肾脏锌丢失的潜在机制主要有两个方面：(1)蛋白尿：锌通过小肠吸收，进入循环后与血浆蛋白质结合，如白蛋白(可交换)、α巨球蛋白(不可交换)和转铁蛋白[9]。与非CKD组相比，CKD患者24h尿蛋白、尿锌排泄量较高，并且随着CKD分期的进展锌的排泄分数逐渐增加[5]，血锌水平呈下降趋势[4]。(2)肾小管损伤：肾脏能够维持循环锌水平，直到失去一定数量的肾小管，当估算的肾小球滤过率(eGFR)<60 ml/(min·1.73 m2)时，血浆锌水平随eGFR呈线性下降；而eGFR>60 ml/(min·1.73 m2)时，两者无相关性[5]。研究发现70%～95%的锌转运发生在近端小管，其中包括锌转运蛋白(Zn transporters，ZnT)和锌铁调控蛋白(Zrt- and Irt-like proteins，ZIP)，同时Henle环和肾单位末端段也参与了锌的再吸收[10-11]，故肾小管发生损伤时锌丢失增加。

锌缺乏加重肾损害的可能机制

增强肾脏氧化应激锌作为抗氧化剂，通过激活金属应答转录因子1，上调谷胱甘肽合成酶、铜/锌超氧化物歧化酶以及金属硫蛋白1(metallothionein，MT)，来参与抗氧化防御[12]。另一方面，与MT1半胱氨酸簇结合的非活性胞质锌，在一氧化氮合成酶介导合成的一氧化氮(NO)作用下释放，为基于锌的氧化防御提供保障[13]。

锌缺乏不仅通过特异性上调肾小管上皮细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2的表达，促进氧化应激，引起肾脏损伤[14]，还会降低肾NO系统活性，增加肾脏氧化应激损伤，减少肾单位数，诱导肾小球肥大[13]。肾单位数目被认为是心血管和肾脏疾病的一个强效的危险因素，胎儿期和哺乳期锌缺乏导致的肾脏形态学改变可能是成人动脉血压升高和肾功能不全的机制之一。

增加肾脏细胞凋亡锌能促进有丝分裂、抑制细胞凋亡，通过抑制钙镁依赖性内切酶、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)3等发挥抗凋亡作用[15]。肾锌含量的降低会导致肾皮质细胞内锌池的减少，增加细胞凋亡的风险，导致肾单位的数目和大小降低，滤过面积减少，从而导致肾小球滤过率(GFR)降低。

促进肾纤维化锌具有抗纤维化的作用，通过激活PI3K/Akt/GSK-3β信号通路，下调低氧诱导因子-1α(HIF-1α)的表达，抑制肾小管上皮细胞向间充质转换(EMT)[16]。锌缺乏时成纤维细胞激活，肾小管间质纤维化，肾上皮细胞HIF-1信号的激活与CKD的发生有关[17]。肾小管间质损伤是糖尿病肾病(DN)的主要组织病理学特征，也是肾功能不良的重要预测因素，DN患者肾小管间质纤维化程度与系膜扩张、GFR下降和蛋白尿增加密切相关。

锌缺乏与CKD并发症

心血管疾病(CVD)CVD是CKD最常见的并发症，也是终末期肾病的主要死因，如动脉粥样硬化、高血压、心包炎、心肌病和心功能不全等，近年来大量研究证实锌缺乏与CVD有密切关系。

动脉粥样硬化 研究报道动脉粥样硬化患者血锌含量降低，同时锌缺乏促进CKD患者动脉粥样硬化的发生发展[18]。血管内皮受损在动脉粥样硬化中具有关键作用，锌可以保护内皮细胞的完整性，锌缺乏时氧化应激增加，激活核因子kappa B(NF-κB)，上调炎症相关基因的表达，白细胞介素等炎性因子产生增加，导致血管内皮损伤，其中氧化应激及炎症因子是动脉粥样硬化的一个关键步骤[19]。

此外,血管平滑肌细胞(VSCMs)的增殖也是动脉粥样硬化形成的早期标志。MAPK信号通路及其靶分子参与细胞存活(MAPK-ERK)和细胞凋亡(MAPK-JNK)，锌缺乏时下调MAPK-JNK，诱导VSMCs增殖；在此过程中，分化的VSMCs失去分化状态，从收缩型转变为增殖(合成)表型。VSMCs加速增殖的同时从中膜向内膜迁移，导致动脉内膜-中膜厚度增加。颈动脉内膜-中膜厚度(CIMT)作为评估动脉粥样硬化程度的指标之一，与血锌水平呈负相关，并且反映氧化水平的铜/锌比值是CIMT的独立决定因素[20]。

心功能不全 不论何种病因导致的心力衰竭(HF)患者，均有不同程度的低锌血症[21]。一项失代偿性HF患者出院时锌水平的纵向研究表明，66%的患者锌水平<75 μg/dl，而血清锌水平<62 μg/dl的患者CVD的发生率和死亡率更高[22]。

在病理生理学上，随着血清锌水平的降低，氧化应激增加，心肌细胞的自噬和肥大增加，广泛纤维化区域的心肌细胞显著退化，当线粒体产生的活性氧超过锌依赖的超氧化物歧化酶的抗氧化能力时，线粒体通透性发生改变，细胞肿胀、变性，最终坏死。在组织结构上，锌通过调节血管紧张素转换酶、基质金属蛋白酶等，参与维持心室壁结构[23]。锌可以减轻心肌重构，锌相关的酶能降解在心动周期中维持心肌形态的胶原支架[24]。因此CKD患者锌缺乏时，心肌细胞坏死，心室壁重塑；细胞外基质降解，心肌变薄，心功能下降，促进HF的发生发展。

矿物质和骨异常慢性肾脏病矿物质和骨异常(CKD-MBD)是CKD常见的严重并发症之一，主要表现为继发性甲状旁腺功能亢进(SPTH)，心脏瓣膜、血管和其他软组织钙化，以及骨转化、骨矿化、骨质疏松(OP)等。

骨质疏松 锌在骨生长和骨代谢过程中，具有稳定肥大细胞核，抑制内源性肝素释放的作用，锌的缺乏会导致成骨细胞的活力下降、胶原蛋白与硫酸软骨素的合成减少、以及碱性磷酸酶的浓度降低。此外，ZIP 13和ZIP 14对锌的转运也对机体和骨的生长平衡具有调控作用[25]。研究发现老年女性骨质疏松症患者血清锌降低，且补充锌可以改善OP[26]。

血管钙化 CKD患者钙磷代谢紊乱，易发生血管钙化(VC)。研究表明CKD患者血清锌水平与血清钙化倾向呈显著相关，其机制可能是锌可以上调锌敏感受体/G蛋白偶联受体依赖的肿瘤坏死因子α诱导蛋白3(TNFAIP 3)基因的表达，TNFAIP3水平的升高抑制NF-κB的激活 ，而活化的NF-κB转录因子向细胞核转移，诱导靶基因的表达，促进VSMCs向骨/软骨细胞表型转分化[27]。骨/软骨细胞表型的VSMCs表达组织非特异性碱性磷酸酶，该酶水解内源性钙化抑制剂焦磷酸盐，从而促进磷酸钙晶体形成的失调，导致血管矿化[28]。

补锌治疗对CKD患者的益处

延缓慢性肾损伤进展Hadj等[29]发现，ZnCl2治疗后大鼠损伤的肾脏组织中，白细胞介素1β(IL-1β)、IL-6和单核细胞趋化蛋白1等促炎细胞因子的表达得到抑制；超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化物酶的肾活性升高；Beclin-1和溶酶体相关膜蛋白2两个自噬相关蛋白表达下调。证明补充锌通过抗炎、调节氧化应激、巩固细胞质和线粒体膜等方面，减少细胞溶解，维持肾脏结构。同时ZnCl2治疗还延缓了肌酐水平的升高，改善肾脏功能。Zhang等[16]也发现锌处理的小鼠24h尿蛋白水平降低，有效改善糖尿病小鼠肾功能。同时补充锌抑制胶原蛋白-I、纤维连接蛋白和α平滑肌肌动蛋白在糖尿病肾脏中的表达；下调HIF-1α表达，抑制EMT，减轻肾小管间质纤维化。

在人群干预研究中，补充锌尤其是较高剂量(成人50 mg/d，儿童30 mg/d)下，改善CKD患者慢性营养不良、低白蛋白血症、低锌血症和高CRP状态，无论成人还是儿童，营养不良均已被证明增加了CKD患者的发病率和死亡率[30-31]。但人体过量摄入锌会引起恶心、呕吐及腹泻等症状，长期大量服用可使铜缺乏,血清高密度脂蛋白减少，甚至造成血红蛋白降低，血清铁降低及顽固性贫血等锌中毒现象。所以一定要通过缺锌病史，测定患者头发和血液中锌含量，结合临床症状、体征，合理使用锌制剂。可采用小剂量、低浓度、短疗程的补锌原则，因人制宜，适量补充。因CKD患者常伴有电解质紊乱，而临床工作中较为关注钾、钙、磷、碳酸氢根等离子，常忽略锌的变化，所以除有锌缺乏表现的患者外，建议CKD 3～5期尤其是维持性透析治疗的患者，每3～6个月监测一次锌水平。

尽管CKD患者锌补充的推荐摄入量尚未确定，但美国肾脏基金会肾脏病预后质量倡议(KDOQI)表明，儿童和成人都应参考锌的膳食参考摄入量(DRI)[32]。KDOQI建议每隔4～6个月监测摄入量，若仅靠膳食摄入量不能达到DRI的100%，或者有缺乏的临床证据，建议对CKD 2～5期的患儿补充微量元素锌。澳大利亚肾病指南委员会(CARI)CKD指南也对铜和锌的DRI作出明确提议，建议定期监测低蛋白饮食患者的血清锌水平。

改善CKD并发症Voelkl等[27]发现，补充硫酸锌后相较于野生型小鼠，klotho蛋白基因亚效型小鼠的大动脉(茜素红染色)、胸主动脉切片(von Kossa染色)钙化得到明显改善，主动脉弓的钙含量减少。在肾脏次全切小鼠模型中，补充硫酸锌后成骨标记物的mRNA表达减少，主动脉脉冲传播速度(血管僵硬的标志)降低，广泛肾脏钙化减弱。因此补锌有效改善CKD患者的血管钙化和肾脏钙化。

目前国际和国内尚未在CKD患者中提出补锌标准。有研究表明，补锌34 mg/d达12个月可以降低血透患者促红细胞生成素反应性指数，利于CKD患者贫血并发症的治疗[33]；补锌18个月可以提高血清骨碱性磷酸酶水平，促进骨的形成，改善CKD-MBD患者情况[34]。小剂量补锌12～15 mg/d 3个月可以改善血液透析患者自然杀伤(NK)细胞的活性和左室肥厚[35]。临床上常用的补锌制剂有无机锌(硫酸锌、氯化锌)、有机锌(葡萄糖酸锌，甘草锌)和生物锌(蛋白锌)。无机锌消化道刺激较大；有机锌吸收率较高，胃肠道反应轻；而蛋白质和锌结合相对牢固，在胃中不会析出锌离子，不会造成胃肠刺激。未来应多开展随机对照试验来为CKD患者补锌相关指南的制定提供科学证据。

小结:综上所述，CKD患者随着肾功能的进行性衰退，循环锌水平也逐渐降低；而低锌进一步加重肾脏损害和CKD并发症的发生发展，未来可利用多中心前瞻性队列研究设计、RCT研究及动物实验来进一步探讨锌在CKD中发挥作用的潜在机制。虽然目前已有实验证明对于锌缺乏的CKD患者补锌可以改善临床症状，但是否需要普及CKD患者补锌来加强对CKD的治疗和防护，以及补锌的具体方式和剂量，需要更多精心设计的大型多中心试验，为初级保健预防工作提供更多的理论支持。