羅 婷，陳燕玲

(遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū) 病理生理學(xué)教研室，廣東 珠海 519041)

造影劑腎病(contrast-induced nephropathy,CIN) 是指應(yīng)用含碘造影劑后48或72 h內(nèi)血肌酐水平升高0.5 mg/dL或比基礎(chǔ)值升高50%～100%，并且排除其它病因引起的腎功能損害[1-2]。造影劑對(duì)腎臟的損傷作用已被廣泛證實(shí)，在一般人群中，CIN的發(fā)生率約2%，但在高?；颊?，即有糖尿病、充血性心力衰竭、慢性腎功能不全和年齡較大人群中，發(fā)病率超過(guò)20%，它不僅對(duì)患者的臨床預(yù)后不利，而且延長(zhǎng)住院時(shí)間并增加患者的醫(yī)療費(fèi)用[3]。而隨著醫(yī)療的發(fā)展，接受造影檢查或介入治療的患者逐漸增多，CIN的患病率也會(huì)隨之升高。因此對(duì)CIN發(fā)病機(jī)制及其防治的研究仍十分重要。根據(jù)目前對(duì)CIN相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)其發(fā)病機(jī)制主要與腎臟內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)改變、造影劑本身對(duì)腎小管細(xì)胞的毒性作用、氧化應(yīng)激及自噬等方面有關(guān)。

1 血流動(dòng)力學(xué)改變

腎皮質(zhì)的血流量及血流速度均較腎髓質(zhì)大，前者血流量約占80%，而后者僅 20%，存在較大差異。研究表明造影劑引起的腎血流變化呈雙向性：造影劑注入后首先表現(xiàn)為腎血管急性短暫擴(kuò)張，血流量增加，隨后表現(xiàn)為血管收縮，血流量減少[4]。由于腎髓質(zhì)區(qū)處于高代謝狀態(tài)，因此腎髓質(zhì)對(duì)缺血缺氧高度敏感，在血流量減少時(shí)腎髓質(zhì)的血供更易受影響，大量研究表明腎髓質(zhì)缺血缺氧是CIN發(fā)生的中心環(huán)節(jié)[5-7]。其引起血流動(dòng)力學(xué)改變的機(jī)制可能與下列因素有關(guān)：

1.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞的直接損傷 造影劑可直接引起腎血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷及凋亡，破壞血管內(nèi)皮的完整性，改變其通透性及其分泌功能，這種損傷作用在腎髓質(zhì)的直小血管中尤為顯著[6]。Mauricio M等通過(guò)電鏡觀察發(fā)現(xiàn)造影劑灌注后血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷嚴(yán)重(表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞損傷或脫落，“空泡”形成，細(xì)胞間隙增寬等)，并且造影劑導(dǎo)致了內(nèi)皮細(xì)胞肌球蛋白輕鏈磷酸化增加以及跨細(xì)胞電阻降低，這表明血管內(nèi)皮發(fā)生收縮并且血管內(nèi)皮屏障被破壞、通透性增加，以上證據(jù)表明造影劑對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞不僅造成了功能性的損傷并且造成了結(jié)構(gòu)性損害[5]。此外，這種損傷作用對(duì)腎皮質(zhì)小血管同樣存在，在腎皮質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng)又進(jìn)一步促使了腎髓質(zhì)血流量減少的發(fā)生[8]。

1.2 血管舒縮物質(zhì)分泌不平衡

1.2.1 內(nèi)皮素 有文獻(xiàn)報(bào)道內(nèi)皮素(endothelin,ET)基因過(guò)表達(dá)與腎功能衰竭有關(guān)[9]。ET有兩種主要受體ET-A和ET-B，均以收縮效應(yīng)為主，在CIN的動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)血漿內(nèi)皮素及尿ET水平均升高，使用選擇性ET-A受體拮抗劑后可預(yù)防造影劑誘導(dǎo)的腎髓質(zhì)的血流量減少，且ET拮抗劑聯(lián)合水化預(yù)防造影腎病的作用較單獨(dú)水化治療效果好，這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示ET可能通過(guò)激活ET-A受體參與CIN的發(fā)生[10-11]。

1.2.2 腺苷 腺苷的產(chǎn)生增加及其受體的表達(dá)增多引起的血流動(dòng)力學(xué)改變?cè)贑IN的發(fā)生中起重要作用。腺苷是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)水解的代謝產(chǎn)物，有強(qiáng)烈縮血管作用，且可影響腎素、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)的釋放，在球-管反饋的信號(hào)傳遞中有著重要作用，當(dāng)注入造影劑后，腎小管的高轉(zhuǎn)運(yùn)、高代謝消耗大量ATP，使腺苷產(chǎn)生增加，血管收縮，腎臟血流量減少[12-13]。此外，腺苷受體的高表達(dá)也參與CIN的發(fā)生。腺苷受體有A1、A2A、A2B和A3 4種，在腎臟對(duì)血管和腎小管起調(diào)節(jié)作用的主要是A1和A2A受體，A1受體主要分布在入球小動(dòng)脈及腎小管，產(chǎn)生收縮效應(yīng)；A2A受體則主要位于出球小動(dòng)脈上，介導(dǎo)血管舒張。給小鼠眼眶內(nèi)注射碘克沙醇后，小鼠腎臟A1受體及A2A受體蛋白表達(dá)均增加[12]。而應(yīng)用腺苷受體抑制劑后可降低CIN的發(fā)生率[14]。

1.2.3 一氧化氮 一氧化氮(nitric oxide,NO)是一種小分子氣體，廣泛參與機(jī)體的病理生理過(guò)程，具有強(qiáng)有力的血管舒張功能，可以改善腎血管微循環(huán)，調(diào)節(jié)腎血流量。NO在CIN的發(fā)病機(jī)制的作用目前并未完全闡明，研究發(fā)現(xiàn)NO可與氧化應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的大量活性氧(ROS)反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中，NO被清除并產(chǎn)生大量有害物質(zhì)過(guò)氧亞硝基陰離子，最終導(dǎo)致腎臟的NO水平及其生物利用率下降[15-19]。以往研究一般認(rèn)為，NO在CIN的發(fā)病中是一種保護(hù)性因子。但有研究發(fā)現(xiàn)NO產(chǎn)生過(guò)量也會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，造影劑可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞及小管上皮細(xì)胞一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)的兩種類型即誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)和內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)表達(dá)增加，催化L-精氨酸產(chǎn)生過(guò)量的NO，繼而損傷DNA，破壞細(xì)胞內(nèi)蛋白及酶結(jié)構(gòu)，損傷線粒體膜并最終造成細(xì)胞的損傷和凋亡[20]。

1.2.4 前列腺素 研究發(fā)現(xiàn)CIN的發(fā)生可能與前列腺素的分泌不足有關(guān)。前列腺素是一種有效的血管擴(kuò)張劑，有EP1、EP2、EP3和EP4四種受體，EP1受體主要產(chǎn)生血管收縮效應(yīng)和抑制Na+在集合管重吸收，后三者受體的生理效應(yīng)則與之相反。有研究發(fā)現(xiàn)，給大鼠注入造影劑后，具有舒張血管作用的前列腺素釋放減少，而有收縮血管作用的前列腺素分泌增加[10,21]。而使用前列地爾(其活性成分是前列腺素E1，具有促進(jìn)血管舒張，抑制血小板聚集等作用)對(duì)CIN老年患者具有保護(hù)作用，這些發(fā)現(xiàn)都提示前列腺素家族可能參與CIN的發(fā)病[22]。

1.3 造影劑滲透壓及粘度 臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高滲造影劑比等滲及低滲造影劑的毒性作用強(qiáng)，說(shuō)明造影劑的滲透壓與CIN發(fā)病有關(guān)[7]。造影劑可自由通過(guò)腎小球?yàn)V過(guò)，但不被腎小管重吸收，導(dǎo)致腎小管管腔內(nèi)液體濃度增高，而濃度與粘度成指數(shù)關(guān)系，腎小管液濃度增高致腎小管液粘度迅速增加，繼而使腎小管內(nèi)阻力增加，腎小管內(nèi)的靜水壓升高又使腎間質(zhì)壓力升高，從而壓迫直小血管的血液循環(huán)，導(dǎo)致髓質(zhì)缺氧和CIN[23]。同時(shí)，腎小管內(nèi)高壓力也阻礙腎小球?yàn)V過(guò)，使腎小球?yàn)V過(guò)率降低，腎小管內(nèi)高阻力還導(dǎo)致造影劑與腎小管上皮細(xì)胞的接觸時(shí)間延長(zhǎng)，使其對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的毒性作用加重[23-24]。

目前對(duì)血流動(dòng)力學(xué)改變?cè)贑IN中的作用的研究已經(jīng)比較成熟，具體機(jī)制見(jiàn)圖1。在臨床上應(yīng)用一些改變血流動(dòng)力學(xué)的藥物及治療措施，如血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)及水化治療在CIN的預(yù)防中有一定效果，但并不能完全避免CIN的發(fā)生，這說(shuō)明還有其他機(jī)制參與CIN的發(fā)病[25-26]。

圖1 CIN中血流動(dòng)力學(xué)改變的機(jī)制

2 造影劑對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的毒性作用

造影劑對(duì)腎小管上皮細(xì)胞具有直接毒性作用：一方面，造影劑可通過(guò)影響線粒體酶活性，造成能量代謝障礙，繼而誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞損傷及凋亡[10]；另一方面，炎癥反應(yīng)介導(dǎo)造影劑對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的直接毒性作用，造影劑可激活NLRP3炎癥小體活化炎癥介質(zhì)IL-1，造成腎小管上皮細(xì)胞損傷[27]。而對(duì)于老年患者與糖尿病患者，造影劑可通過(guò)誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞一氧化氮合酶的表達(dá)增加，從而使NO釋放增多，干擾線粒體功能，導(dǎo)致細(xì)胞的能量代謝障礙并影響其功能[17]。此外，造影劑能夠?qū)е氯四I小管上皮細(xì)胞HK-2的細(xì)胞間隙增寬，通透性增加，并且誘導(dǎo)跨膜緊密連接相關(guān)蛋白Claudin-2的表達(dá)增加[28]。腎小管上皮細(xì)胞是腎損傷時(shí)最容易受攻擊的對(duì)象，它的損傷在腎病的發(fā)生中具有重要作用。壞死的小管上皮細(xì)胞脫落，再加上小管液粘度增加等原因造成小管管腔阻塞，而腎小管阻塞又可加重腎小管上皮細(xì)胞損傷[23-24,29]。

3 氧化應(yīng)激

臨床研究發(fā)現(xiàn)，CIN多發(fā)生在已有腎功能下降因素存在的患者，如糖尿病腎病、高血壓腎病患者，這些基礎(chǔ)疾病本身可導(dǎo)致腎臟的抗氧化功能下降，導(dǎo)致這部分患者使用造影劑后更容易罹患CIN，這進(jìn)一步提示了氧化/抗氧化失衡參與CIN的發(fā)生[30-33]。造影劑可以誘導(dǎo)活化轉(zhuǎn)錄因子2(activating transcription factor-2,ATF2)的表達(dá)增加，ATF2是一種組蛋白修飾基因，可以激活氧化應(yīng)激系統(tǒng)[10]。ROS產(chǎn)生增多不僅可以直接造成腎小管上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙及腎小管的轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙，還通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)血管收縮。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，CIN發(fā)生時(shí)核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)表達(dá)上調(diào)，Nrf2是一種對(duì)氧化還原敏感的轉(zhuǎn)錄因子，可調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)一系列的抗氧化和抗凋亡相關(guān)基因表達(dá)[34-35]。在CIN發(fā)生時(shí)雖然Nrf2表達(dá)上調(diào)，但不足以對(duì)抗其病理狀態(tài)下氧化系統(tǒng)功能的亢進(jìn)以及凋亡的發(fā)生[35]。大量研究已經(jīng)證實(shí)在CIN中存在氧化應(yīng)激，其在CIN的發(fā)病中扮演重要角色。

4 自噬與凋亡

自噬是指細(xì)胞將細(xì)胞內(nèi)多余或受損的蛋白及細(xì)胞器清理掉的過(guò)程，其與細(xì)胞凋亡有著密切聯(lián)系，細(xì)胞自噬與凋亡可相互抑制，但細(xì)胞自噬也可介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[36]。大量研究已表明細(xì)胞凋亡在CIN的發(fā)病中具有重要，造影劑誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞及小管上皮細(xì)胞凋亡促進(jìn)了造影劑腎病的發(fā)生[37-38]。自噬在CIN發(fā)病中的作用尚存在爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為，自噬可以引起腎組織細(xì)胞損傷，但也有學(xué)者提出自噬在CIN發(fā)病中是一種保護(hù)因素，若抑制自噬會(huì)加重腎功能障礙及腎組織受損。Ko等在他們的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)低滲造影劑碘海醇可誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞輕鏈相關(guān)蛋白(LC3)表達(dá)增加，LC3是自噬相關(guān)蛋白，表達(dá)的高低可反映自噬的強(qiáng)弱；且在使用自噬抑制劑3-MA抑制自噬后，腎小管上皮細(xì)胞線粒體損傷相關(guān)蛋白細(xì)胞色素C及凋亡效應(yīng)蛋白Caspase-3的表達(dá)增加，小鼠的腎功能損傷更嚴(yán)重，這說(shuō)明自噬的發(fā)生可以減輕腎小管上皮細(xì)胞損傷[39]。但Buyuklu等卻發(fā)現(xiàn)在CIN大鼠的腎組織中(包括腎小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、足細(xì)胞及腎小球)LC3蛋白種類之一的LC3B與Cleaved-caspase-3的表達(dá)均增高，并且在給予姜黃素治療的CIN大鼠中LC3B與 Cleaved-caspase-3的表達(dá)同時(shí)降低且腎組織損傷及腎功能障礙有所改善，這提示細(xì)胞凋亡和自噬共同參與了CIN發(fā)病中的腎組織損傷[40]。在其他急性腎損傷中也有報(bào)道自噬的作用，在脂多糖誘導(dǎo)的膿毒性腎損傷模型中發(fā)現(xiàn)老年鼠的高易感性及低恢復(fù)力均與其自噬能力的喪失有關(guān)，而在使用自噬激動(dòng)劑雷帕霉素促進(jìn)自噬后可以有效防止內(nèi)毒素血癥中急性腎損傷的發(fā)生[41]。以上研究證明自噬與凋亡參與了急性腎損傷包括造影劑腎病CIN的發(fā)生，但自噬在CIN中的作用還需進(jìn)一步研究。

5 展望

CIN是利用造影劑進(jìn)行臨床診療過(guò)程中發(fā)生的急性腎功能衰竭，是應(yīng)用造影劑后發(fā)生的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。目前尚無(wú)有效的治療方法，關(guān)鍵在于預(yù)防，因此，研究CIN的發(fā)病機(jī)制，尋找有效的CIN預(yù)防方法，盡可能減少CIN的發(fā)生，對(duì)臨床實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)現(xiàn)有研究，可繼續(xù)從改善腎臟血流動(dòng)力學(xué)，緩解腎小管上皮細(xì)胞損傷，減輕氧化應(yīng)激等尋找預(yù)防方法，并且深入研究自噬在CIN發(fā)病中的作用以進(jìn)一步尋找預(yù)防CIN的新方法。