周 蕾 綜述 龔德華 審校
慢性腎臟病(CKD),尤其是終末期腎病(ESRD)患者,由于腎功能減退,體內(nèi)存在大量尿毒癥毒素(UTs)蓄積。既往水溶性小分子及中分子UTs是研究的熱點(diǎn),近年來蛋白結(jié)合毒素(PBUTs)的重要性,尤其是它在CKD患者的心血管疾病(CVD)發(fā)生及發(fā)展中所起作用開始備受關(guān)注[1]。新近研究表明,PBUTs是心腎綜合征發(fā)生的潛在的被忽視環(huán)節(jié),可促進(jìn)心血管系統(tǒng)及腎臟組織氧化應(yīng)激、炎癥及纖維化反應(yīng)。降低血清中PBUTs濃度,可改善透析前患者血管硬化、頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度[2],因此,充分認(rèn)識(shí)蛋白結(jié)合毒素的產(chǎn)生、生物毒性及其清除方式,對(duì)其與心血管風(fēng)險(xiǎn)的研究具有重要的臨床意義。本文就CKD患者PBUTs特性及其CVD機(jī)制研究進(jìn)展做一綜述。
UTs主要來源于內(nèi)源性代謝產(chǎn)生、微生物代謝產(chǎn)物及外源性攝入。腸-腎軸反映了PBUTs的主要生物合成過程,食物中的蛋白質(zhì)降解,則是PBUTs產(chǎn)生的主要來源[3]。這些降解產(chǎn)物經(jīng)腸道上皮細(xì)胞吸收及肝細(xì)胞進(jìn)一步代謝后進(jìn)入循環(huán)。目前研究較多的PBUTs如硫酸吲哚酚(IS)及硫酸對(duì)甲酚(PCS)產(chǎn)生過程如下:膳食中的酪氨酸和苯丙氨酸在腸道中發(fā)酵產(chǎn)生對(duì)甲酚(PC),色氨酸代謝為吲哚,經(jīng)腸道吸收、再經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟,在肝臟經(jīng)硫酸化形成IS、PCS及葡萄糖醛酸苷對(duì)甲酚(PCG)(圖1)[4]。
很早人們就發(fā)現(xiàn),腎衰竭患者由于UTs蓄積導(dǎo)致血清蛋白(主要是白蛋白)的結(jié)合特性發(fā)生改變,并證實(shí)是由于一些毒素結(jié)合于蛋白所致(即PBUTs)。目前有32種分子被認(rèn)為是PBUTs (www.uremic-toxins.org/DataBase.html)(表1)[5]。 目前研究較多的IS及PCS已證實(shí)在循環(huán)中通過靜電、偶極及范德華力等非共價(jià)鍵與白蛋白競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合于相同位點(diǎn),結(jié)合率分別達(dá)97%及95%[6]。腎小管主動(dòng)分泌是PBUTs的主要排出途徑。血液流經(jīng)近端小管周圍毛細(xì)血管時(shí),PBUTs游離部分被小管基膜處有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(OAT1和OAT3)及有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(OCT2和OCT3)轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi),隨后通過頂端膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分泌入管腔,同時(shí)蛋白結(jié)合部分迅速解離以保持結(jié)合/游離的動(dòng)態(tài)平衡,從而實(shí)現(xiàn)PBUTs的大量清除[7]。由于許多經(jīng)OATs轉(zhuǎn)運(yùn)的藥物與毒素競(jìng)爭(zhēng)性分泌,在CKD患者中需謹(jǐn)慎使用。
因此,CKD患者PBUTs的升高,主要由于腸-腎軸改變(即腸道生化環(huán)境、微生態(tài)改變)導(dǎo)致產(chǎn)生增加及腎小管分泌減少兩方面原因所致。
圖1 腸-腎軸[4]食物中的蛋白質(zhì)水解后,產(chǎn)生的酪氨酸和色氨酸經(jīng)腸道菌群發(fā)酵,分別產(chǎn)生對(duì)甲酚及吲哚,經(jīng)門脈系統(tǒng)吸收入肝臟,經(jīng)肝臟轉(zhuǎn)化為硫酸對(duì)甲酚和硫酸吲哚酚。兩者在循環(huán)中以游離和結(jié)合白蛋白的形式存在,并可作用于心臟、腎臟及內(nèi)皮細(xì)胞
名稱蛋白結(jié)合率(%)血清濃度(mg/L)CNCUCU/CN3-羧基-4-甲基-5-丙基-2呋喃丙酸≥984.60±1.8026±105.60馬尿酸603±2109±6536.50硫酸對(duì)甲酚981.90±2.3023±1712.30葡萄糖醛酸對(duì)甲酚<400.085±0.0568.50±1.90104吲哚乙酸90~980.50±0.302.00±0.404.10葡萄糖醛酸吲哚酚40~800.95±0.402.90±2.903.10硫酸吲哚酚970.50±4.0037±2668.30犬尿氨酸NA0.390.69±0.181.80犬尿喹啉酸90~980.006±0.0010.15±0.0827.60苯乙酸40~801.4475±45339葡糖醛酸苯酚甙40~80-0.60±0.10NA喹啉酸-0.10±0.051.50±0.9015腐胺NA0.010±0.0050.06±0.025.80
CN:健康人;CU:尿毒癥;NA:無數(shù)據(jù)
IS是一種具有心血管和腎臟毒性的物質(zhì),可促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)和膠原的編碼,促進(jìn)腎小管間質(zhì)纖維化,影響腎小管功能,加速CKD進(jìn)展[8]。此外,IS具有促炎和促氧化的特性,是預(yù)測(cè)CKD患者心血管事件發(fā)生的標(biāo)志物[8],參與了CKD患者至少6種類型的CVD的發(fā)生、發(fā)展[9],包括動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈硬化、充血性心力衰竭、心律失常、血管通路血栓形成及外周動(dòng)脈疾病。氧化應(yīng)激和一氧化氮(NO)缺乏是CKD患者內(nèi)皮損傷的重要機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證實(shí),IS通過誘導(dǎo)人類血管內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)NADPH氧化酶生成,促進(jìn)自由基的釋放,是其心血管效應(yīng)產(chǎn)生的主要機(jī)制[9]。
與IS相似,PCS與CKD進(jìn)展和心血管事件的發(fā)生相關(guān)。在一項(xiàng)納入499例輕至中度CKD患者的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn),高游離PCS濃度是獨(dú)立于腎小球?yàn)V過率以外,患者心血管事件發(fā)生的危險(xiǎn)因素[10]。Meta分析表明,PCS及IS均與患者死亡相關(guān),但PCS還與CVD死亡相關(guān)[11]。IS及PCS兩種PBUTs心血管及腎臟影響的機(jī)制列于下表中(表2)[12]。
硫酸吲哚酚硫酸對(duì)甲酚對(duì)心臟的影響 促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞膠原形成及心肌細(xì)胞蛋白合成;促進(jìn)心肌纖維化,導(dǎo)致左心舒張功能障礙對(duì)心臟的影響 促進(jìn)心肌纖維化及心肌肥厚,促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致左心舒張功能障礙對(duì)血管的影響 誘導(dǎo)并增強(qiáng)氧化應(yīng)激,促進(jìn)ROS生成及NADPH氧化酶活性,促進(jìn)體外培養(yǎng)的HUVEC衰老;促進(jìn)p16(INK4a)、p21 (WAF1/CIP1)、p53等衰老相關(guān)蛋白及視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)瘤蛋白表達(dá)增加;促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞對(duì)血管的影響 誘導(dǎo)Rho激酶介導(dǎo)的HUVES微顆粒釋放,促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙;增加血管內(nèi)皮對(duì)白蛋白的通透性對(duì)腎臟的影響 促進(jìn)腎臟炎性細(xì)胞因子相關(guān)基因表達(dá)增加,激活促纖維化基因,促進(jìn)腎臟氧化應(yīng)激及近端小管細(xì)胞核因子κB激活及ROS合成增加,下調(diào)Klotho表達(dá),從而促進(jìn)腎小球硬化及腎臟間質(zhì)纖維化對(duì)腎臟的影響 促進(jìn)腎臟炎性細(xì)胞因子相關(guān)基因表達(dá),激活促纖維化基因,下調(diào)Klotho表達(dá),從而促進(jìn)腎小球硬化及腎臟間質(zhì)纖維化
ROS:活性氧;NADPH:還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸;HUVEC:人類臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞
PBUTs在CKD患者尤其是ESRD患者體內(nèi)蓄積,并產(chǎn)生心腎毒性,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶質(zhì)濃度是了解透析充分性及有效性的有力手段。高效液相色譜法(HPLC)聯(lián)合質(zhì)譜分析(MS)是檢測(cè)UTs的標(biāo)準(zhǔn)方法,應(yīng)用水解酶水解、鋅酸鈉鹽置換溶質(zhì)等方式將PCS及IS等溶質(zhì)與結(jié)合蛋白分離后,在可控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中可對(duì)PC、PCS及IS毒素水平進(jìn)行定量分析[13]。一些光學(xué)和電化學(xué)傳感器檢測(cè)包括電勢(shì)檢測(cè)和伏安法,可用于在線多胺、甲酚及吲哚等溶質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置研制中[14]。由于PCS并不具有電化學(xué)活性,因此伏安法并不能直接測(cè)量PCS的濃度,具有電化學(xué)活性的IS及PC可通過伏安法檢測(cè)[14]。
HPLC聯(lián)合MS無法作為臨床常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目開展,因此目前還缺乏適于常規(guī)檢測(cè)及透析過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的手段。電化學(xué)檢測(cè)方法應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還有待進(jìn)一步完善及與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方式之間測(cè)量值的校準(zhǔn)。
由于PBUTs蛋白結(jié)合率高,常規(guī)血液凈化清除效率低,依賴一些特殊手段(主要是吸附)增加其清除。此外,通過腸道干預(yù)減少毒素產(chǎn)生及吸收,保護(hù)殘余腎功能以增加自身對(duì)此類毒素的清除都是降低PBUTs的重要措施。
血液凈化清除常規(guī)血液透析(HD)方式只能清除游離溶質(zhì),而游離部分的清除導(dǎo)致蛋白結(jié)合毒素解離及釋放,因此以游離部分來計(jì)算,這些毒素的透析清除率遠(yuǎn)高于一般溶質(zhì)及血流量,可達(dá)500 ml/min以上,但由于其游離分?jǐn)?shù)較小,因此PBUTs總?cè)苜|(zhì)清除率則非常低,僅為20~30 ml/min。而正常腎臟對(duì)游離及總IS的清除率分別為2 776±1 190 ml/(min·1.73m2)及58±18 ml/(min·1.73m2)[15]。同時(shí),PBUTs在體內(nèi)的分布容積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于血漿容積是透析對(duì)此類物質(zhì)清除效率低的另一原因[16]。由于總體清除率都較低,因此不同透析模式之間清除率的一些差異,如采用血液透析濾過(HDF)模式,增加透析液流量可能使清除率略增加,臨床意義并不大。長(zhǎng)時(shí)、高頻透析可明顯增加PBUTs清除,但其臨床意義仍需進(jìn)一步觀察。
腹膜透析(PD)盡管透析清除率并不高,但PCS水平顯著低于高通量血液透析患者,可能與較好地保護(hù)了殘余腎功能相關(guān)。對(duì)于有殘余腎功能的PD患者,IS清除率為4.18 L/(W·1.73 m2),PCS清除率為2.17 L/(W·1.73 m2),相應(yīng)尿素清除率為67.5 L/(W·1.73 m2)[17]。
吸附方式是清除PBUTs的主要手段?,F(xiàn)有的吸附治療模式,如血液灌流、血漿成分分離吸附(FPSA)雖可能增加清除,但如何更好地結(jié)合透析模式則是研究的重點(diǎn)。一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)顯示,透析液(流量42±3 ml/min)中增加活性炭可使PCS的清除從4 ml/min增加至9 ml/min[18]。為解決活性炭可能吸附于膜的透析液側(cè)孔、降低清除效率的問題,一種新型的雙層混合基質(zhì)透析器已在研制中。這種透析器內(nèi)膜層孔徑較小,可通過透析液而無法通過活性炭顆粒,外膜層則為活性炭,從而改善生物相容性,初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示可增加對(duì)IS及對(duì)PCS的清除[19],尚待進(jìn)一步動(dòng)物及臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證其效果。
增加游離分?jǐn)?shù)也是增加PBUTs清除的可能手段。PBUTs通過非共價(jià)鍵與血漿白蛋白結(jié)合,毒素與蛋白之間的作用力不強(qiáng)。有研究采用高滲鹽水置換液,使進(jìn)入濾器時(shí)血漿Na+濃度提高至240 mmmol/L,從而增加血漿離子強(qiáng)度以減弱溶質(zhì)和結(jié)合蛋白之間的靜電作用,結(jié)果顯示游離IS的清除率增加40%,而游離PCS清除增加不明顯[20]。這種方式對(duì)患者鈉平衡的影響、高滲的溶血風(fēng)險(xiǎn)及實(shí)際臨床效果都有待進(jìn)一步研究。其他增加游離分?jǐn)?shù)的方法還包括競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合蛋白結(jié)合位點(diǎn),以減少IS及PCS與白蛋白的結(jié)合[21]。但是使用的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合藥物的合適濃度、藥代動(dòng)力學(xué)、對(duì)其他蛋白結(jié)合毒素的清除能力的影響及臨床可行性亦需進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。
腸道干預(yù)如上所述,PBUTs大多是氨基酸在腸道菌群作用下的代謝產(chǎn)物,機(jī)體的尿毒癥狀態(tài)對(duì)腸道微生態(tài)及腸功能的影響顯著增加了毒素的產(chǎn)生,因此抑制結(jié)腸內(nèi)毒素的產(chǎn)生也是控制血清PBUTs水平的干預(yù)靶點(diǎn)。采用低蛋白飲食[0.3 g/(kg·d)],并輔以酮酸類似物及必須氨基酸以維持機(jī)體正氮平衡,可顯著降低血漿中IS的濃度[21]。
通過服用益生元、益生菌、合生元等腸道微環(huán)境調(diào)節(jié)制劑,調(diào)節(jié)腸道內(nèi)細(xì)菌的生長(zhǎng)和代謝,使腸道益生菌成為優(yōu)勢(shì)菌群,可抑制致病菌生長(zhǎng)及毒素產(chǎn)生[22]。研究發(fā)現(xiàn)口服腸道微環(huán)境調(diào)節(jié)制劑后血液中IS和PCS等物質(zhì)的濃度有一定程度的降低,同時(shí)能改善胰島素抵抗、排便困難等相關(guān)癥狀。
AST-120是一種新型口服活性炭吸附劑,由球形的碳顆粒組成,對(duì)胃腸道內(nèi)吲哚、P-甲酚等PBUTs前體具有很高的親和力,從而阻止PBUTs前體進(jìn)入血液經(jīng)肝臟代謝為IS、PCS等毒素[23]。在Schulman等[24]設(shè)計(jì)的多中心,隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照的試驗(yàn)中,132例中至重度CKD患者隨機(jī)分入口服AST-120三種劑量組(0.9 g、2.1 g、3.0 g,3次/d)及安慰劑組(3次/d),最終6.3 g/d及9.0 g/d的治療劑量組血清IS水平的降低程度顯著優(yōu)于對(duì)照組,證實(shí)AST-120降低血漿IS的水平呈劑量依賴性。但是該試驗(yàn)研究規(guī)模小,并且未將腎臟預(yù)后及患者生存率等作為硬終點(diǎn)。在CKD動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,口服AST-120能抑制蛋白尿、腎小球肥大、間質(zhì)纖維化和CKD的進(jìn)展,臨床試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)AST-120能有效延遲晚期CKD患者進(jìn)入透析階段。日本的一項(xiàng)多中心、雙盲Ⅲ期藥物臨床試驗(yàn)顯示,口服AST-120治療2周后患者的尿毒癥癥狀(惡心、納差、皮膚瘙癢及口臭等)得到改善,治療24周后血清肌酐倒數(shù)(1/SCr)的斜率顯著增大,但由于觀察時(shí)間太短,還無法評(píng)估腎臟硬終點(diǎn),即進(jìn)入透析時(shí)間[25]。但也有大型RCT發(fā)現(xiàn),中至重度CKD患者在標(biāo)準(zhǔn)治療方法基礎(chǔ)上加用AST-120并無明顯獲益[26]。目前,AST-120在CKD及ESRD患者治療中的作用并不明確。
盡管還缺乏明確循證醫(yī)學(xué)證據(jù),通過干預(yù)腸道尿毒癥代謝產(chǎn)物的生成及吸收從而減少UTs是一個(gè)值得努力的方向。
保護(hù)殘余腎功能殘余腎功能是影響腎臟替代治療(無論HD還是PD)患者預(yù)后的重要因素。殘余腎功能的存在,除了能更好地控制容量負(fù)荷外,對(duì)溶質(zhì)的清除,特別是一些透析清除效率低的溶質(zhì),起著非常重要作用。對(duì)于PBUTs而言,殘余腎小管分泌功能至關(guān)重要。Marquez等[27]發(fā)現(xiàn)HD患者殘余腎功能對(duì)馬尿酸鹽清除的影響更大。
小結(jié):隨著PBUTs對(duì)CVD機(jī)制的相關(guān)證據(jù)越來越多,除血清肌酐、尿素氮外,PBUTs可考慮作為評(píng)估透析充分性的又一指標(biāo)。由于其血漿蛋白結(jié)合率高的特性,現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)HD方法不能有效清除,需進(jìn)一步研究特殊清除手段(如吸附);此外,經(jīng)腸道干預(yù)控制尿毒素產(chǎn)物在腸道的生成及吸收也是值得研究的措施。在目前還無其他有效手段清除及控制PBUTs水平的現(xiàn)狀下,保護(hù)殘余腎功能是非常重要的措施。當(dāng)然,PBUTs的臨床意義,各種干預(yù)措施的有效性都還待更多的研究進(jìn)一步證實(shí)。
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