慢性肾脏病尿毒症毒素相关血管内皮细胞功能障碍机制的研究进展

王晓娜，周芸

1 山西医科大学，太原030000；2 山西医科大学附属人民医院肾内科

慢性肾脏病（CKD）是全球健康问题，全球患病率为11%～13%，我国患病率为10.8%［1］，并呈逐年增加趋势。1 项纳入了11 个国家的201 918 例患者的研究表明，脑卒中、心肌梗死及出血是血液透析患者重要死亡原因［2］，严重影响患者预后。血管内皮细胞功能障碍使血管系统缺乏完整性，在动脉粥样硬化（AS）和急性血栓形成的心血管疾病如冠心病、心力衰竭、外周动脉疾病、脑卒中等发病机制中起关键作用，而尿毒症毒素是肾功能不全时导致心血管疾病发生的重要因素，特别是蛋白结合类尿毒症毒素与血管内皮损伤联系紧密。结合国内外研究，尿毒症毒素对内皮细胞的影响体现在炎症、氧化应激、细胞结构、血栓形成、尿毒症毒素受体和转运体表达及内皮微粒（EMPs）形成等方面。现将尿毒症毒素相关血管内皮细胞功能障碍机制研究进展综述如下。

1 CKD与血管内皮功能障碍的关系

血管内皮细胞是一层单层细胞，位于血管腔内，不仅可保护组织和血液，而且有内分泌功能。内皮细胞通过一氧化氮依赖性途径与血管平滑肌细胞协同作用，调节血栓形成、纤溶、炎症和血管张力。内皮细胞在控制白细胞运输、新陈代谢、血管通透性和血管生成方面起重要作用。内皮细胞在各个器官以及不同血管中表现不同，重要的形态学、生理学和表型差异使内皮细胞在不同部位以及不同血管之间均可发挥特定功能［3］。

内皮细胞功能障碍是指内皮细胞丧失生理功能导致血管内稳态失衡。各种外部因素刺激内皮细胞，容易发生炎症及凝血，血管张力异常，增强黏附分子的表达及增加活性氧（ROS）的产生，甚至会直接损害内皮细胞，使其丧失完整性。内皮功能障碍还会损害内皮细胞与血管平滑肌细胞的相互作用，干扰血管平滑肌细胞的成熟、分化和增殖，促进血管钙化及AS 等发生。内皮细胞在维持血管内稳态中起重要作用，内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化的基础，参与心血管疾病的发病机制［4］，随着CKD的进展，其作用越来越明显。在CKD 中，内皮功能受损的特点是氧化应激增加、促炎因子和血栓前分子的表达增加、结构损伤以及内皮修复和保护机制的障碍，在CKD 各个阶段，血管内皮功能障碍均与心脑血管疾病风险增加相关。

尿毒症毒素是指随着肾功能减退及肾小球滤过率下降，不断蓄积在血液和组织中，可导致代谢紊乱或产生一系列临床表现的物质，是CKD 患者发生心血管疾病的危险因素。根据生化特性及清除方式，将尿毒症毒素分为三大类：①水溶性小分子物质，相对分子质量较小，如肌酐、尿素氮、尿酸、胍类，此类物质容易被血液透析清除；②中分子物质，相对分子质量较大，如甲状旁腺素、β2-微球蛋白，此类物质常规血液透析清除效果不高，只能通过大孔径透析膜的血液净化方式清除；③毒性最强的蛋白结合性毒素，如硫酸吲哚酚（IS）、硫酸对甲酚（PCS），多数血液净化方式对此类物质的清除效果较差，蛋白结合性尿毒症毒素与CKD心血管并发症紧密相关。

2 尿毒症毒素损伤CKD 血管内皮细胞相关机制

2.1 参与炎症反应 内皮细胞参与了CKD 患者炎症反应发生。尿毒症毒素可改变炎性因子、趋化因子［5］以及黏附分子的表达，如基质细胞衍生因子-1（SDF-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、E-选择素、P-选择素、细胞间黏附分子-1（ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1），可促进单核细胞和巨噬细胞向内皮细胞募集，促进炎症反应发生，造成内皮细胞损伤［6］。IS 是来源于色氨酸代谢的尿毒症毒素，可通过SLCO2B1 基因编码的转运蛋白（包括OATP2B1）及Dll4-Notch 信号促进巨噬细胞的活化［7］。研究表明，尿毒症血清可降低 SDF-1，升高 IL-8，增加 MCP-1 表达，研究发现，CKD 患者透析前血浆中的 IS、PCS 和 IAA 水平越高，sVCAM-1 越高。IS 能增加 ICAM-1 和 VCAM-1 表达，高磷血症增强了CKD 小鼠主动脉内皮细胞ICAM-1和 VCAM-1 表达。CHEN 等［8］证明，PCS 诱导内皮细胞中ICAM-1、VCAM-1 和E-选择素表达，并在体外和体内增强单核细胞与内皮细胞的相互作用，马尿酸亦能增加人主动脉内皮细胞中ICAM-1表达［9］。

2.2 参与氧化应激 氧化应激是指体内氧化还原反应的不平衡，进而对机体产生各种损伤。研究显示，氧化应激主要变化是ROS的蓄积，ROS是RhoA/ROCK 通路上游激活剂，可通过异常活化的RhoA/ROCK 通路诱导内皮细胞依赖性血管舒张和血管收缩失衡，进而损伤血管内皮细胞［10］。氧化应激还可诱导平滑肌细胞增殖迁移、导致内皮细胞凋亡、促进黏附因子及炎性因子表达，造成血管壁损伤，导致斑块的形成、破裂，促进AS 的发生。尿毒症毒素可抑制一氧化氮（NO）合成，促进ROS 的产生［11］，可通过增强氧化剂氧化能力，降低抗氧化能力促进氧化应激［12］。研究表明，IS通过激活NADPH氧化酶及促进线粒体功能障碍，抑制抗氧化系统、降低内皮细胞的活力和诱导ROS 产生来损伤内皮细胞，PCS 通过增加ROS 产生促进AS 的形成。体外实验表明由马尿酸盐引起的内皮功能障碍机制取决于动力蛋白相关蛋白1 介导的线粒体裂变的活化和线粒体ROS 的产生［9］。

2.3 参与血栓形成 内皮细胞可合成和释放NO、前列环素、血栓调节素和组织纤溶酶原激活剂等物质，进而促进血栓形成，参与止血系统的血栓前和抗血栓形成平衡。内皮细胞可产生凝血因子，尿毒症毒素损害内皮细胞，使部分凝血和纤溶因子如组织因子、血管性血友病因子、血栓调节素因子Ⅷ和D-二聚体水平升高，可导致凝血和纤溶过程异常［13］。IS 和组织因子均参与血栓形成［14］。吲哚-3 乙酸（IAA）可通过非基因组AhR/p38 MAPK/NF-κB 途径增加人内皮细胞中组织因子水平，促进凝血［15］。KARBOWSKA 等［16］发现，接受 IS 治疗的大鼠体内纤溶酶原激活物抑制剂1水平比对照组高。邻氨基苯甲酸（AA）是一种色氨酸来源的尿毒症毒素，与CKD患者纤溶系统相关，AA和纤维蛋白溶解的各个参数之间的关系因CKD阶段不同而异［17］。

NO在血管舒张方面起重要作用，还可抑制血小板黏附和聚集，尿毒症毒素可降低内皮细胞的NO生成和生物利用度。体外研究表明，IS 和无机磷酸盐会降低NO 的生物利用度，这与内皮细胞氧化应激的增加有关［18］。此外，不对称二甲基精氨酸（ADMA）是一种eNOS 拮抗剂，在CKD 患者体内水平较高，可减少NO 的产生［19］。在体内，与未暴露于尿毒症毒素的大鼠相比，用IS 治疗的大鼠血栓形成更大［16］。尿毒症毒素IS和IAA可增加内皮细胞环氧化酶-2 表达［15］，产生前列腺素，如前列腺素E2，可诱导血小板聚集，具有促凝血作用。这些数据表明尿毒症毒素可引起内皮细胞活化和促凝血活性，与CKD患者血栓事件和其他心脑血管疾病的发生有关。

2.4 损害内皮结构 内皮细胞结构完整是正常生理功能的基本保障。尿毒症毒素可损伤内皮细胞结构，增加通透性［20］。尿毒症毒素降低了跨内皮电阻［21］，损伤细胞间连接，特别是与血管内皮—钙黏蛋白和小带封堵器-1 蛋白有关的细胞间连接［8，22］，增加了由酪氨酸激酶介导的血管内皮—钙黏蛋白在酪氨酸658的磷酸化。

尿毒症毒素还会损害保护内皮细胞的机制。尿毒症毒素可导致内皮祖细胞功能障碍，包括趋化运动和血管生成减少，阻碍内皮修复过程［23］。在尿毒症条件下形成的内皮祖细胞可介导靶细胞的功能障碍，并有助于血管损伤和脑血管疾病的发展。尿毒症毒素可改变内皮细胞中具有保护功能的分子表达，可抑制内皮稳态的重要转录因子Krüppel样因子2 表达［24］，维持内皮功能的 Sirtuin 1 表达可被 PCS、IS、晚期糖基化终末产物（AGEs）抑制［16］。Klotho 的表达可保护内皮细胞，增加内皮细胞NO 生成，可减弱 TNF-α 诱导的 NF-κB 活化以及内皮细胞中 ICAM-1 和 VCAM-1 表 达，CKD 患 者的 Klotho 表达 降低 ，PCS 和IS 能通过DNA 甲基化降低肾小管细胞中Klotho表达。

2.5 尿毒症毒素转运体和受体结合诱导血管内皮损伤 转运体和受体可通过分泌和重吸收特性改变基质的血浆水平，可能在内皮细胞功能障碍中发挥作用。有机阴离子转运体（OAT）是一类主要的转运体，可清除尿毒症毒素。研究表明，OAT 介导内皮细胞吸收 PCS 和 IS，阻断 OAT 可抑制 MCP-1 表达［5］。AGEs 是由蛋白质、碳水化合物、脂质和DNA 的氧化和糖基化过程产生的一组异质分子，通过与其受体RAGE 的相互作用诱导细胞损伤。研究证明，AGEs诱导内皮细胞 RAGE 的表达［25］。 WANG 等［26］使用体内（大鼠模型）和体外（HAECs）试验来验证抑制AGEs 和RAGE 之间的相互作用有助于减少内皮功能障碍，证明阻断RAGE 的重要性。因此，阻断RAGE 配体轴可能是一个治疗靶点，与其他研究一致［27］。提示转运蛋白或受体与其配体（如尿毒症毒素）之间的相互作用可能提供新的治疗策略，因为这些相互作用会在内皮和其他身体组织中引发有害效应。然而，这一过程中涉及的机制有待进一步研究。

2.6 尿毒症毒素诱导内皮微粒形成导致血管内皮损伤 内皮微粒（EMPs）来源于细胞膜的囊泡，含有磷脂酰丝氨酸，表达黏附分子，如钙黏素、ICAM-1、E-选择素和整合素，可通过与单核细胞的相互作用发挥促炎和促凝血作用，可诱导细胞间信号反应，导致炎症、氧化应激和凋亡［28］，还与血管生成有关。内皮细胞是EMPs 的一种靶细胞，EMPs 是内皮细胞损伤的循环标志之一。研究表明，尿毒症毒素可诱导内皮细胞形成EMPs，而EMPs 亦可增加内皮细胞氧化应激及降低NO 的生物利用度，导致内皮细胞损伤。IS 和IAA 诱导的EMPs 比未暴露于尿毒症毒素的细胞具有更强的促凝血活性。暴露于硫酸吲哚氧基（250 µg/mL）的细胞释放的EMPs 参与氧化应激和细胞调亡信号通路，可阻碍内皮修复［23］。尿毒症毒素可诱导内皮细胞释放EMPs，但机制尚未完全阐明，降低EMPs 水平对临床结果的影响尚不确定，EMPs是生化标志物还是治疗靶点尚待确定。

综上所述，血管内皮细胞功能障碍与CKD 密切相关，是导致CKD 患者心脑血管并发症的重要原因，而尿素症毒素可通过各种机制损伤血管内皮，但具体机制仍不明确，需进一步研究。