李靜，李洛華，蔣紅櫻，李結(jié)賽，陳靜，白彝華

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，昆明 650101)

膽紅素主要來源于衰老紅細(xì)胞中血紅蛋白的分解代謝產(chǎn)物。既往認(rèn)為，膽紅素水平升高對人體有害[1]。Schwertner[2]提出，低膽紅素水平可能是冠心病的獨(dú)立危險因素之一，由此膽紅素的生物學(xué)作用逐漸引起人們的重視。膽紅素是一種內(nèi)源性強(qiáng)抗氧化劑，具有強(qiáng)大的抗氧化應(yīng)激、清除自由基、減輕氧損傷、抑制脂質(zhì)過氧化作用，并可在應(yīng)激情況下對動脈粥樣硬化、冠心病、炎癥性疾病、腫瘤、腎病等起保護(hù)作用[3]。與維生素C等常見抗氧化劑相比，膽紅素含有一個活化氫原子和延伸共軛雙鍵體系，能更有效地抑制自由基對細(xì)胞的損傷，并能有效清除氧自由基及抑制過氧化低密度脂蛋白的產(chǎn)生而發(fā)揮抗氧化作用。生理水平的膽紅素通過抗氧化應(yīng)激、清除自由基以及與谷胱甘肽的協(xié)同作用增強(qiáng)抗氧化作用，從而保護(hù)細(xì)胞膜免受氧化。膽紅素的抗氧化能力占機(jī)體總抗氧化能力1/3左右，在氧化與抗氧化的平衡起重要作用[4]。氧化應(yīng)激是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的發(fā)病機(jī)制之一，能夠促進(jìn)CKD的發(fā)展，與CKD形成惡性循環(huán)。膽紅素通過強(qiáng)效的抗氧化應(yīng)激、抗免疫炎癥、抗細(xì)胞凋亡作用保護(hù)腎組織免受損傷[5]?，F(xiàn)就膽紅素目前在CKD中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 膽紅素的分子結(jié)構(gòu)及來源

膽紅素是一種疏水性的四吡咯化合物，超過2/3的膽紅素由衰老的紅細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來。人血清膽紅素水平受多種因素影響，如年齡、性別、吸煙、飲酒、禁食、海拔、攝入致癌藥物和(或)植物產(chǎn)品等[6]。男性膽紅素水平高于女性，與年齡呈負(fù)相關(guān)[7]。膽紅素是不溶于水的化合物，需要通過微粒體酶尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶-1A1進(jìn)行葡萄糖醛酸化才能排泄，其抗氧化機(jī)制源于其可延伸共軛雙鍵和活性氫原子，易使碳10位上的氫原子充分暴露而易于活化。膽紅素與清蛋白結(jié)合后，以膽紅素-清蛋白復(fù)合體的形式運(yùn)輸，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，血清膽紅素>20 mg/mL時，對胎兒對神經(jīng)元組織的毒性作用可增加神經(jīng)功能障礙的風(fēng)險[8]。研究證實(shí)，膽紅素<1 mg/mL(正常范圍內(nèi))時，膽紅素水平較高者的血紅蛋白水平、鐵利用率也較高，但血小板和淋巴細(xì)胞計數(shù)較低，表明膽紅素水平的升高與改善脂質(zhì)分布、降低炎癥狀態(tài)有關(guān)[9]。

早期研究認(rèn)為，膽紅素是一種內(nèi)源性毒素，具有親脂性，易透過血腦屏障，導(dǎo)致腦部損傷[10]。隨著對血紅素加氧酶(hemo oxygenase，HO)與一氧化碳膽紅素系統(tǒng)研究的不斷深入，有研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素及HO均具有強(qiáng)抗氧化、抗免疫炎癥及抗細(xì)胞凋亡作用[11]。HO主要存在于外周和中樞的組織中，是膽紅素生成的關(guān)鍵酶。血紅素從衰老紅細(xì)胞破壞后的血紅蛋白中釋放，經(jīng)HO作用轉(zhuǎn)變?yōu)槟懢G素，再經(jīng)還原酶的作用形成未結(jié)合膽紅素，在此還原過程中提供2個氫原子，發(fā)揮抗氧化性。目前已發(fā)現(xiàn)的HO有3種，HO-1主要存在于肝、脾、骨髓等可降解衰老紅細(xì)胞的組織器官中，HO-1是一種誘導(dǎo)酶，血紅素能迅速激活其生物合成，及時高效清除循環(huán)中的血紅素、保護(hù)細(xì)胞免受抗氧化損傷，在膽紅素代謝中具有極其重要的作用[12]。HO對機(jī)體的保護(hù)作用是通過其催化生成的CO實(shí)現(xiàn)，HO-1表達(dá)的增加主要與膽綠素生成、CO升高、鐵釋放、高血壓、動脈粥樣硬化、腦血管意外、缺氧等有關(guān)。HO-2主要存在于大腦和睪丸，在大腦內(nèi)，HO-2水平保持恒定，對大腦具有抗氧化作用；HO-3的功能目前尚不清楚。

2 膽紅素的抗氧化作用

既往對膽紅素的研究甚少，20世紀(jì)30年代之后，逐漸有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了它的一些生理保護(hù)作用。膽紅素的分子結(jié)構(gòu)較特殊，為不對稱卷曲結(jié)構(gòu)，與白蛋白結(jié)合后，極易與超氧陰離子等自由基結(jié)合，使碳10位上的氫轉(zhuǎn)化為活性氫離子，清除氧自由基[13]。Sedlak等[14]發(fā)現(xiàn)，膽紅素水平達(dá)到0.02～0.05 μmol/L可抑制嚙齒類動物體內(nèi)還原型腺嘌呤二核苷酸氧化酶的活性，發(fā)揮抗氧化作用。腺嘌呤二核苷酸是一種有害的氧化物質(zhì)，可增加活性氧類生成過程中的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)皮功能紊亂。膽紅素通過抑制腺嘌呤二核苷酸的活性抑制組織脂質(zhì)和脂蛋白過氧化[15]。在生理膽紅素水平下，膽紅素可保護(hù)細(xì)胞膜脂肪酸免受自由基氧化，避免低密度脂蛋白和其他脂類的氧化，降低過氧化低密度脂蛋白水平，特別是膽紅素水平較高個體[16]。過氧化低密度脂蛋白可促進(jìn)體內(nèi)活性氧類產(chǎn)生，降低谷胱甘肽過氧化物酶及抗活性氧類的活性，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)動脈粥樣硬化[17]。膽紅素通過降低細(xì)胞內(nèi)活性氧類水平提高機(jī)體的抗氧化能力，還可通過清除體內(nèi)自由基發(fā)揮其抗氧化性[18]。人體內(nèi)正常膽紅素水平為3.4～17.1 μmol/L，低于人體內(nèi)已知抗氧化劑谷胱甘肽生理濃度的0.1%[19]。膽紅素通過膽綠素還原酶的接觸性擴(kuò)增發(fā)揮抗氧化作用[20]。正常人血清膽紅素水平并不高，其作為內(nèi)源性抗氧化劑，可與白蛋白結(jié)合成為復(fù)合物，競爭性阻止白蛋白與脂肪酸的氧化作用，清除過氧化物自由基和超氧化物，使脂類免受氧自由基的損害。膽紅素通過清除過氧化脂質(zhì)，減少脂質(zhì)過氧化物產(chǎn)生，并阻斷過氧化脂質(zhì)引起的相關(guān)反應(yīng)，保護(hù)細(xì)胞免受破壞。當(dāng)膽紅素水平下降時，抑制脂質(zhì)過氧化能力的下降，導(dǎo)致血脂升高。此外，膽紅素在早期階段便可切斷自由基引起的細(xì)胞損害[21]。

人體及動物的體內(nèi)研究證實(shí)，膽紅素是一種生理性抗氧化劑。一項(xiàng)對右旋葡聚糖硫酸鈉結(jié)腸炎模型的研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素可以阻斷腸道白細(xì)胞的生理性運(yùn)輸，阻止白細(xì)胞向血管內(nèi)皮的遷移，此機(jī)制可能通過阻止血管細(xì)胞黏附蛋白介導(dǎo)的信號實(shí)現(xiàn)[22]。膽紅素抑制內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子增生可能與白細(xì)胞在腎組織間隙滲入有關(guān)[23]。膽綠素或膽紅素通過調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素-2的轉(zhuǎn)錄抑制T細(xì)胞活性[5]，這可能是CKD的致病因素。此外，膽綠素還原酶可抑制缺氧肺動脈平滑肌細(xì)胞的凋亡過程[24]。膽紅素還具有抑制蛋白激酶C活性的抗補(bǔ)體作用。

3 膽紅素與腎臟疾病的關(guān)系

3.1膽紅素與CKD的關(guān)系 氧化應(yīng)激與免疫炎癥在CKD發(fā)病機(jī)制中起重要作用。膽紅素作為強(qiáng)抗氧化劑，可在一定程度上抑制腎損害。膽紅素的抗氧化作用與保護(hù)腎臟損傷及減少心血管事件相關(guān)。目前提出了膽紅素阻止CKD進(jìn)展的多種機(jī)制。膽紅素是一種通過有效抗氧化應(yīng)激、抗免疫炎癥和抗凋亡特性保護(hù)腎組織免受損傷的多活性分子[5]。膽紅素具有清除自由基作用而被認(rèn)為是一種重要的內(nèi)源性物質(zhì)。膽紅素獨(dú)特的疏水性四吡咯結(jié)構(gòu)可抑制腺嘌呤二核苷酸，而腺嘌呤二核苷酸可提高活性氧類生成中的氧化應(yīng)激作用，導(dǎo)致腎臟內(nèi)皮功能紊亂。膽紅素影響CKD的進(jìn)展是通過抑制腎臟組織中脂質(zhì)和脂蛋白的過氧化抑制活性氧類的生成[15]。人體產(chǎn)生的大量氧自由基可加重腎小球毛細(xì)血管壁損傷促進(jìn)CKD的進(jìn)展。膽紅素能增強(qiáng)HO的活性，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌CO舒張血管，抑制過氧化低密度脂蛋白趨化單核細(xì)胞沉積，最終使血管平滑肌細(xì)胞的生長停留在G期與S期之間[25]。研究顯示，低血清總膽紅素水平者不良腎轉(zhuǎn)歸的風(fēng)險度是高血清總膽紅素水平者的3倍以上，正常范圍內(nèi)高水平血清總膽紅素可能延緩CKD的發(fā)展[26]。

膽紅素輕度升高與終末期腎病發(fā)生率降低相關(guān)[27]。估算的腎小球?yàn)V過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)及肌酐水平不同，患者的膽紅素水平亦存在差異。血清膽紅素水平與eGFR呈正相關(guān)，與肌酐呈負(fù)相關(guān)，表明血清膽紅素是eGFR的保護(hù)因素[4]。一項(xiàng)以1 420例中老年人口為基礎(chǔ)的橫斷面研究顯示，血尿酸與年齡、飲酒、使用抗病毒藥物以及eGFR具有明顯獨(dú)立相關(guān)性，低總膽紅素水平可能是高尿酸患者腎功能損害的潛在危險因素[28]。研究發(fā)現(xiàn)，生理范圍內(nèi)膽紅素輕度升高成人的慢性阻塞性肺疾病、肺癌的全因死亡風(fēng)險降低[29]。血清總膽紅素水平降低與CKD的發(fā)生、發(fā)展呈正相關(guān)。研究顯示，高水平血清總膽紅素是CKD患者腎功能的獨(dú)立保護(hù)因素，血清膽紅素與eGFR呈正相關(guān)，與24 h尿蛋白呈負(fù)相關(guān)，血清總膽紅素和間接膽紅素水平隨CKD病情進(jìn)展而降低[30]。Toya等[31]的研究表明，在生理范圍內(nèi)膽紅素水平越高，從微量白蛋白發(fā)展到大量白蛋白尿的風(fēng)險越低。生理范圍內(nèi)的相對高膽紅素血癥與腎功能下降延遲相關(guān)，可見，膽紅素是腎臟疾病進(jìn)展的保護(hù)因子，對腎臟纖維化的影響可能是其作用機(jī)制。

目前，血清膽紅素水平對各種纖維化相關(guān)疾病保護(hù)作用的研究較廣泛。腎纖維化被認(rèn)為是腎功能衰退或老化的共同終點(diǎn)[32]。研究顯示，炎癥、高血壓和氧化損傷是膽紅素保護(hù)作用的靶機(jī)制，膽紅素可能是減輕纖維化相關(guān)腎損傷的潛在治療靶點(diǎn)，膽紅素與白蛋白結(jié)合可能對腎纖維化具有潛在益處[33]。高水平直接膽紅素與低CKD風(fēng)險相關(guān)，Shin等[34]發(fā)現(xiàn)，韓國成人血清總膽紅素水平與eGFR水平呈正相關(guān)，與24 h尿蛋白呈負(fù)相關(guān)。既往研究表明，低血清總膽紅素水平是eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)患者腎功能惡化的危險因素[35]。一項(xiàng)對中國臺灣健康人群的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，高血清總膽紅素水平與高eGFR獨(dú)立相關(guān)，且高血清總膽紅素水平者的腎損害風(fēng)險較低[36]。一項(xiàng)來自日本的研究證明，老年CKD患者血清膽紅素水平降低與eGFR下降有關(guān)，但該研究并未包含CKD 5期患者，亦未對CKD 1～2期患者進(jìn)行分類[37]。

3.2膽紅素與糖尿病腎病 膽紅素水平下降可促進(jìn)老年糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展[10]。膽紅素水平下降后，糖尿病患者脂質(zhì)氧化增強(qiáng)，低密度脂蛋白膽固醇及氧化型低密度脂蛋白增多，而氧化型低密度脂蛋白可促進(jìn)動脈硬化、腎小球炎癥浸潤、腎小球硬化[38]。Someya等[39]將自由基清除劑注入微小病變型腎病綜合征動物模型體內(nèi)的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)動物尿蛋白減少，腎小球的損傷程度得到改善。

研究證實(shí)，高膽紅素水平對糖尿病大血管病變具有重要的保護(hù)作用，血清總膽紅素水平可能是反映微血管病變和炎癥反應(yīng)的有效指標(biāo)，其作用可能是通過抗炎、減少血栓形成阻止和延緩糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展[40]。在遺傳性高膽紅素血癥糖尿病老鼠模型中，降低腎臟還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4可抑制腎小球系膜增生和蛋白尿，延緩糖尿病腎病進(jìn)展[41]。膽紅素具有抗補(bǔ)體特性，并可抑制蛋白激酶C的活性。此外，基礎(chǔ)血清膽紅素水平與血肌酐增加以及終末期腎功能衰竭呈負(fù)相關(guān)[42]。另有研究發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)血清膽紅素水平升高可抑制eGFR下降[43]。膽紅素水平升高CKD患者發(fā)生大量蛋白尿的風(fēng)險較低，但目前膽紅素抑制eGFR下降的作用尚未得到證實(shí)。有研究認(rèn)為，低膽紅素水平是CKD 3期患者或2型糖尿病患者殘余腎功能的獨(dú)立預(yù)測因子[44]。實(shí)驗(yàn)證明，膽紅素可抑制腫瘤壞死因子-α的合成，上調(diào)內(nèi)皮黏附分子(如E選擇素、血管細(xì)胞黏附分子1、細(xì)胞間黏附分子1)的基因，而E選擇素可觸發(fā)腎間質(zhì)炎癥細(xì)胞聚集，可見，血管細(xì)胞黏附分子1和細(xì)胞間黏附分子1在糖尿病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[45]。

糖尿病腎病與膽紅素的確切關(guān)系尚不清楚，但膽紅素水平升高可通過抑制氧化應(yīng)激和免疫炎癥延緩糖尿病腎病的進(jìn)展。低膽紅素水平是CKD 3期或3期以上2型糖尿病患者CKD發(fā)展的內(nèi)在依賴預(yù)測因子，低膽紅素水平是導(dǎo)致CKD 3期或3期以上CKD發(fā)展的危險因素。此外，正常白蛋白尿患者中也觀察到膽紅素水平與CKD 3期或3期以上CKD發(fā)展具有相關(guān)性[44]。

3.3膽紅素與腎透析 膽紅素具有極強(qiáng)的抗氧化作用，可保護(hù)腎臟免受損傷并減少心血管事件的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，血液透析患者的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激增強(qiáng)可能與心血管疾病的發(fā)生有關(guān)，而心血管事件是血液透析患者死亡的主要原因[46]。對血清總膽紅素水平與正在接受血液透析尿毒癥患者死亡率之間關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，總膽紅素水平為0.7～1.2 mg/dL尿毒癥患者的死亡率較高，高總膽紅素水平與長期血液透析尿毒癥患者的死亡率相關(guān)，且接受血液透析CKD患者的心血管疾病相關(guān)死亡風(fēng)險是正常人群的30倍[47]。一項(xiàng)對5 900名韓國男性的大規(guī)模隊列研究顯示，直接膽紅素水平越高，新發(fā)非酒精性脂肪肝的風(fēng)險越低，體質(zhì)指數(shù)也呈現(xiàn)與總膽紅素相反的趨勢[48]。另有研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素對血液透析患者具有潛在心血管保護(hù)作用，對191例血液透析患者的研究發(fā)現(xiàn)，隨著膽紅素水平的升高，血小板、白細(xì)胞計數(shù)、淋巴細(xì)胞計數(shù)減少、血清脂蛋白膽固醇比、載脂蛋白A、載脂蛋白B和白細(xì)胞介素-6水平以及血紅蛋白、血細(xì)胞比容、紅細(xì)胞計數(shù)、轉(zhuǎn)鐵飽和度、載脂蛋白A/載脂蛋白B比值、脂聯(lián)素和對氧磷酶1水平顯著升高，表明高膽紅素水平與血液透析患者的有益效果相關(guān)，提示較高膽紅素水平對血液透析患者的心腦血管具有潛在保護(hù)作用[9]。

現(xiàn)有研究表明，膽紅素可避免低密度脂蛋白和其他脂類的氧化，降低氧化型低密度脂蛋白的水平，特別是較高膽紅素水平個體[16]。膽紅素水平與尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶1A1啟動子區(qū)TA重復(fù)有關(guān)；與雜合子或正常TA重復(fù)次數(shù)相比，純合(TA)7等位基因血液透析患者的膽紅素水平升高，膽紅素通過改善血脂譜以及降低炎癥反應(yīng)級別抑制腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展[9]。目前對膽紅素與腹膜透析關(guān)系的研究較少，一項(xiàng)對106例非臥床長期持續(xù)腹膜透析患者的研究發(fā)現(xiàn)，血清直接膽紅素水平與腹膜透析患者的營養(yǎng)不良、血壓升高呈獨(dú)立相關(guān)，還可作為評估患者氧化應(yīng)激的指標(biāo)[49]。膽紅素水平與腹膜透析的關(guān)系仍有待進(jìn)一步的研究。

4 小 結(jié)

近年來對于膽紅素與CKD關(guān)系的研究不斷深入，引起眾多學(xué)者極大的研究興趣。目前已證實(shí)膽紅素在慢性腎臟疾病中通過強(qiáng)效的抗氧化應(yīng)激、抗免疫炎癥和抗凋亡特性，并可保護(hù)腎組織免受損傷，延緩CKD的進(jìn)展。但膽紅素亞型與CKD發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后的關(guān)系目前尚不明確。膽紅素發(fā)揮抗氧化應(yīng)激、抗炎、抗補(bǔ)體的安全范圍目前也尚未顯示，目前的臨床證據(jù)尚不能正確評估每種類型膽紅素在CKD進(jìn)展中的保護(hù)作用，如何合理利用膽紅素保護(hù)CKD有待未來研究的證實(shí)。