硫酸对甲酚在慢性肾脏病心血管并发症中的研究进展

窦可云 李先法 包自阳 朱彩凤*

心血管疾病（CVD）仍然是慢性肾脏病（CKD）患者的主要并发症及死亡原因，阐明CKD 背景下的CVD 发病机制有助于为防治寻找新靶点。硫酸对甲酚（PCS）是肠道食物来源的蛋白质结合类尿毒症毒素，主要通过肾脏清除。在慢性肾脏病发展过程中，PCS 可随着尿毒症毒素清除能力的下降而在体内蓄积，造成对机体的多种损害，尤其是在CKD 患者并发CVD 中起着重要作用。本文就PCS 在CKD 并发CVD发展过程中所起的作用机制，从PCS 的生成与代谢、PCS 在CKD-CVD 中的临床研究、PCS 在CKD-CVD 中的实验研究等方面进行总结分析。

1 PCS的产生、代谢研究

尿毒症毒素根据其生化和物理特性可分为水溶性物质、中间分子和蛋白质结合物质。PCS 属于第三种，是肠道食物来源的蛋白质结合类尿毒症毒素。肠道厌氧菌将膳食中的酪氨酸或苯丙氨酸代谢为4-羟基苯乙酸，然后脱羧为对甲酚（p-cresol，PC），再通过肝脏进行硫酸化后形成PCS［1］。体内循环中＞90%的PCS 是以与白蛋白非共价结合的形式存在的，游离形式PCS 在健康受试者中维持在非常低甚至检测不到的水平。PCS 可通过有机阴离子转运蛋白（OATs）在近端小管细胞中摄取后被分泌［2］，最后在尿液中排出。肾功能减退会导致PCS 排泄障碍，并随着尿毒症毒素清除能力的下降在体内蓄积，且结合形式的PCS 不能被传统的透析液有效清除。

2 PCS的毒理学研究

近年研究新发现PCS 能引起肾脏、肺脏、骨骼、神经以及心血管等多器官系统机能损害。PCS 经过肾脏排泄，CKD分期越晚期，PCS 水平的进行性增加越明显［3］。积累的PCS能直接调控蛋白基因的表达来抑制小管上皮细胞的增殖、通过促进肾间质单核/巨噬细胞浸润，诱导白细胞向损伤的肾组织浸润、同时促进肾小管上皮细胞上皮-间质过渡样转变致使肾损伤和纤维化。CKD 被认为是一个独立的心血管危险因素，一方面PCS 可通过加重肾脏病变引起CVD，另一方面对心血管系统具有直接毒性作用。

3 PCS在CKD-CVD中的临床研究

3.1 PCS 加重心血管病变 长期以来，CVD 一直被认为是CKD 患者死亡的主要原因，而动脉粥样硬化（AS）是心血管疾病（CVD）的危险因素。PCS 与AS 密切相关。PCS 引起的病理生理改变导致动脉重塑，最终导致动脉粥样硬化和血管内病变的发展。动脉重塑主要包括动脉壁成分的改变和动脉钙化。有研究通过测量颈动脉-股动脉脉搏波速度（cfPWV）来评估血管功能，发现血清PCS 水平可作为中央动脉硬化的预测因子［4］。临床数据亦表明患主动脉钙化（AVC）的患者血浆PCS 浓度显著高于无AVC 的患者，在校正了其它危险因素后PCS 浓度与AVC 呈独立正相关。血清中游离与结合部分的PCS 是保持动态平衡的，目前临床中分别有关于游离PCS、结合PCS、总PCS 及PCS 前体与心血管事件之间的关系的研究，部分显示仅游离部分PCS 与CKD 患者血管钙化、动脉硬化程度相关，进一步评估不同类型PCS 分布及何种类型PCS 成分占优势时与终点事件的发生更具相关性值得进一步探索。

3.2 PCS 与心功能不全密切相关 VELASQUEZ 等［5］在一项对499 例轻度至中度肾病患者的前瞻性研究中报告较高的PCS 基线浓度与心血管事件的发生率直接相关，这种关联独立于肾小球滤过率（GFR）和弗明汉（Framingham）风险因素。事实上，PCS 水平与CKD 患者的心血管事件发生风险以及全因死亡率独立相关［6］。临床上主要通过对心功能的评估研究PCS 与心血管事件之间的关系。CHINNAPPA 及其团队首次证明了PCS 和亚临床心功能障碍之间的关系，亚临床心功能障碍是慢性肾病患者出现心脏衰竭的先兆［7］。后来研究亦证实PCS 增加是CKD 患者心力衰竭相关事件的唯一独立预测因子。心力衰竭最常见的原因是左心室收缩功能不全（LVSD），有研究显示，每搏量、左心室收缩末期容积指数、左心室射血分数（LVEF）与PCS 水平独立相关［8］。降低PCS浓度可能成为阻止LVSD 进展的新的治疗靶点。

4 PCS在CKD-CVD中的实验研究

PCS 所致CKD 背景下的CVD 有其独特的特点，以动脉硬化，以及左室肥厚伴有广泛的心脏间质纤维化和钙化等非梗阻性心血管疾病为主。有关其病理机制的研究既往多停留在PCS 致氧化应激产生及肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活上，近年来研究发现，PCS 能通过促进炎症反应、诱导细胞因子表达及损伤血管内皮细胞等多种途径导致心血管疾病的发生。

4.1 PCS 加重氧化应激、炎症反应和血管内皮功能障碍 氧化应激是慢性肾脏病的特征之一，其作为心血管疾病的介质引起许多关注。既往研究发现PCS 通过增加肾素、血管紧张素原AT1 受体表达，降低血管紧张素原AT2 受体的体内外表达，可激活肾内RAAS 系统。CKD 条件下积累的PCS 通过增强NADH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）的表达，使活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生增加，而在RAAS 系统的上调介导下可放大此种效应，加上CKD 患者本身促氧物质清除减弱和抗氧化防御功能受损，促使氧化应激的产生。氧化应激可促进循环脂质和脂蛋白的酶促修饰、蛋白质氨甲酰化、再通过破坏一氧化氮途径引起内皮功能障碍和炎症的激活，从而加速动脉粥样硬化。研究亦发现PCS 通过NOXROS 途径在人脐静脉内皮细胞和主动脉平滑肌细胞中表现出促氧化特性［9］，从而证实PCS 可通过诱导血管毒性在心血管疾病中发挥重要作用。大鼠腹膜毛细血管微静脉活体镜检实验［10］发现PCS 对白细胞的刺激作用：在尿毒症浓度的PCS溶液与腹膜超融合后，血管内皮上滚动的白细胞数量增加，说明PCS 能促进白细胞和血管之间的相互作用，导致炎症反应。除此之外，PCS 能通过促进炎症因子单核细胞趋化蛋白1 的表达［11］放大此种反应，炎症反应不仅导致肾脏本身的损害，相关介质通过吞噬NOX 释放额外的超氧化物会导致全身炎症反应，从而引起多器官功能障碍，如心血管系统。根据2020 年一项［12］应用免疫球蛋白G 的内皮渗漏来评估CKD 患者动脉内膜的内皮障功能障碍研究，发现 Toll 样受体4 能通过介导VE-钙粘蛋白磷酸化破坏内皮粘附连接，参与PCS 诱导的内皮细胞通透性增加过程。除了抑制内皮细胞增殖和干扰损伤修复，诱导内皮细胞损伤标志物内皮微粒的释放，PCS也能通过上调髓系细胞触发受体-1 损伤血管内皮细胞［13］。PCS 作为促进上述反应的关键物质，使氧化应激、炎症反应及血管内皮功能障碍相互交织，共同参与CKD-CVD 的发生，其中血管的病变起着关键作用。

4.2 PCS 对心肌细胞的直接毒性作用 同步的心脏机械和电活动依赖于完整的心肌细胞闰盘（intercalated discs）。在PCS 形成过程中其中间产物可对闰盘产生影响：体外试验证实PCS 前体（对甲酚）能通过诱导钙离子内流，激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）导致AJs 裂解而影响心肌细胞结构和功能［14］。除此之外，对甲酚还能破坏闰盘上的间隙连接，致使心肌细胞的自发收缩率降低，引起不规则的心脏搏动。通过体外实验和计算机模拟研究PCS 的致心律失常作用，发现PCS 引起的电流减少延长了动作电位持续时间（APD），并加速了再入波（re-entrant wave），这被认为是CKD 患者出现致死性心律失常的触发机制［15］。CKD 患者在尿毒症毒素的作用下发生房颤、室上性心律不齐等异常心律是其产生心源性猝死的重要原因之一。PCS 对心肌细胞的直接毒性还能引起心功能障碍：PCS 上调蛋白p22 和p47 的表达以及NADPH氧化酶和活性氧（ROS）的产生［16］，这是氧化应激的重要体现，不仅直接促进心脏细胞凋亡，导致舒张功能障碍，还可以间接上调TGF-β 的表达。后者与细胞外基质产生，胶原合成和降解之间的失衡、以及白细胞介素-6（IL-6）介导的炎症反应等病理机制共同介导心脏纤维化的形成，诱导心肌重构。

4.3 PCS 促进血管钙化 VC 是血管平滑肌细胞向成骨表型分化及炎症参与的生物学过程。PCS 可诱导动脉平滑肌细胞中成骨细胞特异性蛋白（如ALP，OPN 和Cbfa1）的表达致使动脉钙化［17］。也有研究显示以PCS 为代表的尿毒症毒素可通过抑制具有抗VC 作用的Klotho 的表达及促进RUNX2（又称：Cbfα1）的磷酸化促使平滑肌细胞钙化［18］。PCS 长期积累可促进CKD 小鼠的胰岛素抵抗和高血糖。葡萄糖代谢途径的改变刺激主动脉中层钙化，高血糖会促发核转录因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）亚基p65 启动的蛋白赖氨酸甲基化转移酶家族成员set7/9 介导的表观基因变化，促进炎症基因的过度表达。通过对暴露在高浓度PCS 水平的CKD 大鼠主动脉组织的蛋白组学分析显示，凝血通路（内外凝血酶原激活通路）在动脉钙化中起中心作用［19］。除炎症反应外，由PCS 触发的氧化应激引起的内皮功能障碍也参与动脉钙化的发生发展。提示PCS 导致的炎症反应、骨代谢异常及糖代谢紊乱与其诱导的以VSMC 钙化为病理特征的血管损伤之间复杂的相互作用，这些病理改变导致动脉重构、僵硬、钙化，从而减少心脏灌注并损害左室功能。

5 PCS的清除

残余肾小管通过有机阴离子转运（OAT）系统摄取和分泌毒素是去除传统血液透析无法清除的蛋白质结合类尿毒症毒素的关键［20］。在CKD 发展过程中，随着肾单位的丢失，PCS排泌功能下降，目前对于降低PCS 水平的研究主要集中在以下两个方面。

5.1 减少PCS 产生 PCS 浓度是由对甲酚的肠摄取、人体对PCS 的代谢和肾清除率共同决定的。限制蛋白质是一种公认的干预措施。低蛋白饮食可通过减少氨基酸底物来源，降低慢性肾脏病患者血清总对甲酚的水平。β- 葡聚糖、益生菌等可通过调节肠道微环境影响毒素浓度，从而降低PCS 水平。

5.2 提高PCS 清除率 吸附剂的应用是清除PCS 的主要方式。一项体外研究发现新型树脂吸附剂二乙烯基苯-聚乙烯吡咯烷酮可平均去除56%的PCS，但其在体内是否具有高效吸附作用尚待进一步研究说明［21］。有研究证实使用DHI 或丹参酚酸作为蛋白结合的竞争剂清除结合形式的PCS 有显著效果［22］。AST-120、活性炭等均已应用于临床。但无论是低蛋白饮食管理、肠道菌群调节、还是吸附剂的使用等，这些措施与降低心血管事件间的直接联系尚需更大样本的研究和长期随访进一步评估。

6 总结

综上，PCS 多种途径造成CKD 患者动脉粥样硬化、血管钙化及心肌纤维化的发生，将尿毒症毒素与心血管疾病发展联系起来的潜在机制和途径是复杂的，在PCS 的治疗上也存在诸多不足。在目前尚缺乏更高效的清除PCS 的方法下，最有效的措施是保护残余肾功能，我们期待着更广泛、多中心的前瞻性研究，为PCS 的预治提供新的思路。