肾结石形成相关基质蛋白在肾结石疾病中作用的研究进展

【作者】 常洋涛； 张月； 杨晓雄； 李洋； 潘吉川； 高兵； 芦秀丽；

【机构】 辽宁大学生命科学院； 沈阳医学院；

【摘要】 肾结石疾病作为一种困扰着人类健康生活的历史性疾病,直到今天仍然给人类带来病痛,并极大的耗费了病人的精力和金钱。目前普遍认为肾结石疾病是一种由环境因素、饮食因素和遗传因素引起的复杂疾病,且多以肾小管或肾间质的结晶异常沉积为特征,临床常表现为肾脏功能损害和尿路梗阻,发病率可达6%~12%,5年再发率达50%,并可终生多次再发。虽然经过几十年研究但肾结石疾病的发病机制与分子机制仍不清楚,而伴随着蛋白质组学的兴起和结石中蛋白的提取获得,现在蛋白与结石形成的关系逐渐成为研究热点。蛋白质在肾结石的形成过程中发挥着重要作用,主要体现在晶体的成核,聚集,粘附,生长等过程中。早在上世纪60年代Boyce和Sulkin就在人体草酸钙结石中第一次提取出蛋白质,截止到目前已有100多种独特的蛋白质被先后发现,这些基质蛋白被认为在结石形成过程中起着重要作用。本文将通过以下两大方面来阐述肾结石形成相关的主要蛋白在肾结石疾病中的作用。一、蛋白质在肾结石疾病中发挥抑制结石形成的作用:如骨桥蛋白(Osteopontin、OPN)、基质γ-羧基谷氨酸蛋白(Matrix Gla Protein,MGP)、尿凝血酶原片段1(UPTF1)、肾钙蛋白(Nephrocalcin、NC)等。(1)骨桥蛋白(OPN):是由01dber等在研究骨特异性涎蛋白细胞间黏附时发现并命名的,其可在肾小管上皮细胞表达,并参与细胞与结晶的相互作用,调节结晶粘着,从而抑制结晶生长。Bing Gao等研究发现OPN基因单体型变异(SNP)与肾结石发病风险密切相关,Wesson等用基因敲除技术研究了OPN基因敲除鼠内肾小管中结晶形成情况,结果发现基因敲除模型鼠4周后在肾小管内有结晶沉淀,而正常鼠则没有观察到结晶形成,进一步证明了OPN基因与肾结石形成密切相关。(2)基质Y-羧基谷氨酸蛋白(MGP):是一种10Kda维生素K依赖性蛋白,最初是从牛骨骼中分离出来的。研究发现MGP蛋白在正常大鼠肾小管亨利氏袢升支和远曲小管中表达,而在结石形成大鼠中则主要在乳头部集合管中表达,与钙化抑制蛋白OPN和THP在正常鼠和结石鼠的表达定位类似;Ziuli Lu等在中日两国人群的研究中发现MGP基因第4外显子的SNPrs4236(A/G)多态变异与肾结石发病风险相关;而在对结晶在肾小管中的形成部位的研究中发现,结晶多沉积在MGP蛋白表达缺失的肾小管中,而正常表达MGP蛋白的肾小管中未见结晶形成,进一步表明MGP与肾结石形成存在相关性,暗示其可能有抑制结晶形成的功能。(3)尿凝血酶原片段1(UPTF1):是Stapleton等从新鲜人尿中提取的有别于血清凝血酶原裂解片段F1的蛋白,UPTF1抑制尿石形成取决于两个因素:UPTF1在尿液中的浓度和UPTF1自身的功能。研究表明UPTF1的G1a结构域中的谷氨酸羧化是其发挥抑制草酸钙结晶能力的重要过程,而VKORC1是UPTF1 Y-羧基化过程中的限速酶,在尿路结石中,其表达明显上调。(4)肾钙蛋白(Nephrocalcin、NC):是分子量相同而等电点不同的一组蛋白质混合物,其具有多种异构体,区别在于γ-羧基谷氨酸残基的不同。正常人体尿液中,NC的生理浓度约为16 mg/L即能抑制CaOx晶体生长,而在结石患者尿中,NC含量明显减少。二、蛋白质在肾结石疾病中发挥抑制结石形成或促进结石形成的双重作用:如Tamm-Horsfall蛋白(THP)。Tamm-Horsfall蛋白(THP)是Tamm和Horsfall等在1950年在人体尿液中分离得到,是一种高分子粘蛋白,即可抑制结石形成,一定条件下也可促进结石形成。已有大量研究表明THP是一种草酸钙结晶成核和生长的弱抑制剂,其在结晶聚集过程中起双重调节作用:在高pH值、低离子强度、低浓度的二价离子及低浓度的THP溶液中,以单体形式存在,并且是结晶聚集过程中的强抑制剂;相反,在低pH、高离子强度、高浓度的二价离子及高浓度的THP溶液中,THP分子自相聚合,则会减低其对结晶聚集过程的抑制作用;在这种条件下THP聚合所产生的粘附力会超过尿中抑制结晶聚集的力量,促进结晶成核,进一步引起钙盐沉积从而发挥其促进结晶形成的功能。肾结石的形成是一个复杂的过程,涉及到很多盐离子与生物大分子的参与,蛋白在结晶形成过程中起着重要作用。随着蛋白质组学的研究发展,肾结石相关蛋白与肾结石形成的关系会得到进一步明确,这将在肾结石形成的病理机制的阐明以及肾结石的新药研发方面发挥重要作用。更多还原