肾结石的研究进展

有5%～15%的人群一生中会罹患肾结石，其中大部分的结石成分是草酸钙（calcium oxalate，CaOx）［1］。多数CaOx肾结石患者未发现伴有其他系统性疾病的存在，称之为特发性草酸钙结石（idiopathic calcium oxalate,iCaOx）；一些患者存在原发性甲状旁腺功能亢进或其他钙代谢异常疾病；一些患者的主要表现为高草酸尿症，其中因肠道疾病导致草酸吸收增多而引起的称为肠源性高草酸尿症，因基因缺陷导致草酸代谢异常而引起的称为原发性高草酸尿症（primary hyperoxaluria,PHO）。虽然近年来微创的冲击波碎石和内腔镜技术的广泛使用使本病的治疗取得了很大的进展，然而，肾结石的复发率仍然居高不下。而且，每年新增的患者仍在不断地增加。因此，如何有效地预防其发生和降低其复发率，成为当前肾结石研究的重点内容。烟台毓璜顶医院泌尿外科王建明
 一、草酸钙肾结石形成的起源
以往普遍认为尿液中形成结石的晶体成分物质的过饱和导致了结石的形成，结石是在肾小管腔中形成的。这一简单的理论不能充分地解释CaOx形成的复杂过程。事实上，迄今为止，在iCaOx患者的肾组织标本中均未发现肾小管腔内有晶体的存在［2］。因此，结石的起源到底在哪里??肾小管腔，集合管和肾盂肾盏，抑或来源于间质中？过饱和的尿液究竟从哪里流入输尿管？这些问题的解决不但有助于进一步认织结石形成的病理学过程，而且对于制定预防肾结石复发的治疗方案也是非常有用的［3］。Evan等［4］通过经皮肾镜过程中观察和采集肾结石患者的肾乳头部钙化斑活检组织进行深入的病理分析，认为CaOx的最初形成并不是在肾小管腔中，而是在肾乳头部的间质中。磷酸钙晶体和有机基质沉积于Henle髓袢细段的基底膜中，随后进一步由间质延伸到上皮中，构成了所谓的Randall斑。这些暴露在尿液中的磷酸钙晶体成为日后CaOx发展的起源，尿中的基质分子和CaOx黏附到斑块中，逐渐形成了CaOx。但是，关于钙斑形成的推动力、其确切的发病机制、参与结石形成的基质分子等诸多的问题目前仍然不清楚。随着内腔镜和影像技术的发展，我们可以定量观测到结石患者肾内钙斑的存在。因而，针对钙斑的治疗效果评估可能成为今后实验研究的一项指标性内容［5］。
 二、肾小管上皮细胞损伤与结石形成
结石的形成和生长首先要有晶体的形成并滞留于肾内，尿液中结石成分物质的过饱和是晶体形成的条件。由于正常人和CaOx患者尿液中的成分对于CaOx的形成都是处于过饱和状态的，因此，尿液过饱和只是形成结石的条件之一，而肾上皮细胞的损伤对于促进结石形成的作用十分重要［6-7］。晶体形成后，滞留于肾内的晶体可被上皮细胞或巨噬细胞所吞噬，由此引发一系列的晶体?细胞间反应，后者是CaOx形成的重要步骤。已有研究发现，暴露于高浓度Ox或CaOx晶体的肾脏上皮细胞会产生大量的活性氧簇，导致自身氧化损伤。细胞损伤的程度与晶体的浓度和接触晶体的时间成正比，长时间地暴露于高浓度的Ox、CaOx之下甚至会导致细胞凋亡、坏死。Khan［7］认为，上皮细胞损伤是结石形成的关键因素，它促进晶体聚集、生长或黏附于上皮而滞留于肾脏；细胞损伤导致一些能够调节晶体结晶过程的物质生成减少或失效，最终有利于肾结石的形成。在临床上，肾结石患者经SWL治疗后如不采取进一步的干预治疗，结石的复发率会有所增加。由于SWL可引起肾脏上皮损伤，因此，这也提示上皮的损伤可促进结石的形成。
由于上皮细胞损伤的机制与活性氧簇的大量生成有关，因此抗氧化治疗可以作为结石防治的一个手段［8-9］。目前用于CaOx抗氧化治疗有效的药物包括：维生素E、绿茶、别嘌呤醇、维拉帕米、氧化镁、枸橼酸钾和血管紧张素Ⅱ受体阻断剂等。抗氧化疗法是目前结石防治研究的新思路之一，仍然需要更多的实验研究进行证实和完善。
三、草酸钙肾结石的遗传性因素
长期以来，肾结石的遗传性因素已经被人们所认可［1,10-12］。基因组时代的来临对于明确那些可能导致结石形成的遗传性缺陷病和单基因病的病因、阐明肾结石的发病机制具有重要的意义。例如，Dent病是一种因氯离子通道CLCN5基因突变所致的疾病，表现为肾结石伴高钙尿症和低分子蛋白尿。PHO是一种常染色体隐性遗传病，由于AGXT或GRHPR基因突变导致肝脏丙氨酸?乙醛酸氨基转移酶（AGT）或D-甘油酸脱氢酶缺乏或功能异常，使乙醛酸代谢出现障碍而引起高草酸尿症和草酸钙肾结石。红细胞膜上的阴离子交换蛋白-Ⅲ带蛋白（band 3蛋白）是草酸的主要转运通道，其基因变异可导致草酸转运增加，促进肠道草酸的吸收，这与CaOx的形成有明显的关联。阴离子交换器URAT1是肾近端小管上尿酸盐的转运单位，它和SLC22A12基因突变可导致原发性高尿酸尿症性低尿酸血症，或称为肾尿酸漏。但是，对于在结石比例中占大多数的iCaOx患者而言，至今仍然无法明确其遗传背景。目前已明确的iCaOx代谢性成石危险因素包括高草酸尿、高钙尿、低枸橼酸尿、高尿酸尿及成石抑制物缺乏等，已经发现这些成石因素都可能分别与不同的基因异常有关。但是，这些基因异常与结石形成的关系目前尚无法确定。
毫无疑问，寻找参与肾结石发病的基因需要利用诸如全基因组关联研究等高通量的基因筛选技术，将结石人群或与其有血源关系的人员进行分析，以鉴别出可能导致成石危险因素（如高钙尿症）的遗传基因。目前，DNA捕获技术及高通量测序技术已经用于分析那些已知的和推测的基因位点。这些技术可以允许在非常短的时程内对捕获的30 MB大小的DNA进行大位点的测序，相关的研究成果值得期待。总之，在不远的将来，阐明肾结石形成的易患基因及其基因序列的差异，开展后续的基因治疗研究将是完全有可能的。
四、草酸钙肾结石的预防
目前认为，尿量少、高草酸尿、高钙尿、低枸橼酸尿、高尿酸尿和尿钠排泄增多是CaOx形成最重要的危险因素；而肥胖、糖尿病、高血压、高脂血症等也与肾结石的发生有关联［13］。通过正确合理的检查评估，95%含钙结石形成的病因都可以进行治疗［14］，而合理的干预治疗可减少80%的结石复发率［15］。
1．评估对象和内容：为达到降低结石发生率和复发率的双重目标，应该建立两级预防制度。初级预防针对从未受尿路结石影响、没有家族史、无代谢或基因异常、无尿路畸形或感染的非结石风险人群，以及那些居住在结石高发区的人群进行一般的预防。预防的内容包括尿液分析（尿钠、枸橼酸、草酸、尿酸、钙和尿比重）和培养、尿路超声扫描检查等；干预措施包括平衡饮食和多饮水的建议。次级预防或后期预防的目标是那些高危人群，即已经受结石影响、有家族史、存在着尿路解剖异常、合并代谢或基因异常、有尿路感染的患者。检查的内容包括尿液分析和培养、尿路超声检查和静脉肾盂造影、血清钙、磷、尿酸、电解质、肌酐测定等。此外，结石成分的分析也是十分重要。应该根据检查中发现的异常情况进行相应的治疗［14］。
2．饮食调节：研究发现，超过85%的结石患者可通过调节其饮食习惯和生活方式而达到降低结石复发风险的目的［13］。可调节的饮食内容包括液体、钠、动物蛋白、水果、钙和草酸的摄入量。调节的主要依据是患者尿液的化学分析结果［1］。增加饮水量可降低尿液中结石成分物的过饱和度；限制钠摄入的主要作用是降低尿钙水平；限制动物蛋白摄入可降低尿钙和增加尿枸橼酸盐的排泄，同时由于患者会因此而增加水果及蔬菜（特别是含钾高的水果）的摄入，后者在体内代谢后转化为碱，可有效地中和动物蛋白导致的酸负荷。对于正常尿钙的患者，无须限制钙的摄入量，因为限钙饮食可能导致继发性高草酸尿症和骨钙丢失的发生；对于高钙尿患者，钙的摄入量则需限制，尤其是在使用降低尿钙排泄的药物时。对于严重的高草酸尿患者，限制草酸的饮食摄入可产生一定的效果；对于吸收性高钙尿症患者，限制钙摄入的同时限制草酸的摄入可很好地控制高钙尿而不导致高草酸尿的出现。
3．药物治疗［16-17］：大约15%的结石患者需要进行额外的药物干预治疗。当饮食调节无效时，就应考虑使用药物治疗。
（1）噻嗪类利尿剂：这类药物（氢氯噻嗪、氯噻酮和吲达帕胺）是目前降低尿钙最有效的药物，能够明显改善高钙尿患者的钙平衡，增加骨质密度。主要缺点是产生低枸橼酸尿和低钾，因此，主张将枸橼酸盐与噻嗪类利尿药一起联合使用。
（2）枸橼酸盐：枸橼酸通过螯合钙离子，减少游离钙离子的浓度而降低了尿中钙盐的饱和度，并且提高尿液的pH值，增加尿酸的溶解，抑制尿酸盐诱导的CaOx结晶形成的过程。目前使用的枸橼酸盐制剂主要有枸橼酸钾、枸橼酸钠、枸橼酸钾钠和枸橼酸钾镁等。其中，在国内，枸橼酸氢钾钠是尿路结石临床应用最多、疗效最肯定的枸橼酸盐制剂。
（3）别嘌呤醇：高尿酸症是诱发含钙肾结石形成的一个较重要的原因，其中，12%的含钙肾结石患者同时存在着高尿酸症和高钙症。另外，少数草酸钙结石患者仅表现出高尿酸症。别嘌呤醇可抑制黄嘌呤氧化酶的活性，从而降低尿酸的生成。在这类患者中，将降低尿钙排泄（噻嗪类利尿药）和抑制尿酸生成的药物联合使用可减少结石的复发。
（4）产甲酸草酸杆菌（oxalobacter formigenes，Oxf）和草酸降解酶药物  近年来利用微生物的方法减少草酸的肠道吸收成为人们关注的热点。Oxf是一种革兰阴性、厌氧性的肠道细菌，可在肠道中降解草酸，从而减少草酸的肠道吸收。目前已经发现46%~77%正常人群的肠道中有Oxf寄生，Oxf在肠道内寄生可以减少CaOx形成的风险［18］。缺乏此类细菌时，可导致肠道对饮食中草酸的吸收增多和内源性草酸的分泌减少，从而引起尿液草酸排泄增多而诱发CaOx形成。动物研究已经证实该细菌在肠道的寄生可导致草酸在肠道中被降解，尿草酸和血清草酸水平均降低［19］。最近有资料表明，通过使用人工合成的草酸降解酶药物OxDc-CLEC®可显著地降低尿草酸的排泄和减少大便中的草酸含量，进而能够预防CaOx的形成［20］。
（5）其他药物和治疗：其他有效的药物还有鱼油、镁剂、正磷酸盐、钙离子通道阻滞剂、维生素B6和维生素B1等。此外，体质指数增加与尿草酸排泄增加有关联，而胰岛素抵抗可减少尿枸橼酸的排泄。因此，肥胖、糖尿病等疾病也应该进行相应的治疗。
五、小结和展望
草酸钙肾结石的病因复杂，至今我们对其了解的程度仍十分有限，因此在控制CaOx的发生率和复发率方面，目前尚未达到令人满意的程度。遗传学研究和基因技术的发展使我们有可能从基因水平上发现肾结石发病的根本原因，为将来开展基因治疗创造可能； Randall学说的进展和肾小管上皮损伤学说拓展了新的结石防治思路。最近，有人发现在肾结石标本中有纳米微粒（nanoparticle,NP）存在［21］，同时发现NP在体外研究中可促进一水草酸钙晶体的生长，在体内研究中可诱导肾小管上皮钙化和间质炎症反应［22］。最近有报道从非结石患者肾脏标本中采集的肾乳头钙化斑组织中亦培养和分离出NP［23］。遗憾的是，目前尚无从结石患者肾脏采集的肾乳头钙化斑组织中培养和分离出NP的研究报道，NP可能会成为结石治疗和预防的新靶点。