泌尿系结石防治的新进展

泌尿系结石防治的新进展,华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科叶章群,结石成因的新观点与假说,1.细胞膜磷脂异常参与特发性草酸钙结石的形成1)特发性草酸钙结石患者的细胞膜磷脂异常:花生四烯酸含量增高，而亚油酸含量下降花生四烯酸含量/亚油酸含量的比值增加2)患者细胞膜磷脂异常与膜草酸转运异常增加相关联3)患者膜草酸转运异常增加可能与草酸的主要转运通道跨膜蛋白band3蛋白异常磷酸化有关,细胞膜模式图：磷脂异常影响草酸转运通道蛋白的磷酸化，导致草酸转运异常增加,4)膜草酸转运增加促进高草酸尿的形成，导致草酸钙结石5)试验性治疗:BaggioB等人给特发性草酸钙结石患者口服鱼油30天，改善细胞膜的脂类组成后，患者尿中钙、草酸排泄明显减少6)我们的研究结果：鱼油能抑制实验性高草酸尿症大鼠体内草酸钙结晶形成，减少尿钙排出，减轻肾脏损害。,食用鱼油,口服鱼油使细胞膜磷脂异常得到改善,6)以上研究提示特发性草酸钙肾结石病人的特点为磷脂、花生四烯酸水平的系统化（全身）缺陷，表现为离子交换功能异常，可能受遗传控制，被认为是一种细胞分子疾病。参考文献GambaroG,PetraruloM,NardelottoA,etal.Erythrocytetransmembranefluxandrenalclearanceofoxalateinidiopathiccalciumnephrolithiasis.KidneyInt,1995,48(5):1549-1552BaggioB,GambaroG,ZambonS,etal.Anomalousphospholipidsn-6polyunsaturatedfattyacidcompositioninidiopathiccalciumnephrolithiasis.JAmSocNephrol,1996,7(4):613-620BaggioB,GambaroG,ZambonS,etal.Anomalousphospholipidsn-6polyunsaturatedfattyacidcompositioninidiopathiccalciumnephrolithiasis.JAmSocNephrol,1996,7(4):613-620BaggioB,PrianteG,BrunatiAM,etal.Specificmodulatoryeffectofarachidonicacidonhumanredbloodcelloxalatetransport:Clinicalimplicationsincalciumoxalatenephrolithiasis.JAmSocNephrol,1999,10Suppl14:S381-384JenningsML,AdameMF,Characterizationofoxalatetransportbythehumanerythrocyteband3protein.JGenPhysiol.1996,107(1):145-159BordinL,BrunatiAM,Donella-DeanaA,etal.Band3isananchorproteinandatargetforSHP-2tyrosinephosphataseinHumanerythrocytes.Blood.2002,100(1):276-282,2.特发性复发含钙结石（IRCU）是一种发生在细胞水平的疾病,氧化/抗氧化失衡、矿物质代谢紊乱可能是发病原因之一1)在IRCU病人中发现多种代谢异常：尿、血和红细胞中钙、磷、镁等矿物质含量及比值异常2)血浆中抗氧化物质含量明显减少与血尿酸及白蛋白浓度降低、尿酸排泄增多以及代谢率降低相关可促进尿磷的排泄3)尿钙呈持续过饱和状态，具体机制仍未明了4)推测含钙结石结晶的形成，源于内源性氧化损伤细胞（包括肾小管细胞）参考文献SchwillePO,ManoharanM,SchmiedlA.Isidiopathicrecurrentcalciumurolithiasisinmalesacellulardisease?Laboratoryfindingsinplasma,urineanderythrocytes,emphasizingtheabsenceandpresenceofstones,oxidativeandmineralmetabolism:anobservationalstudy.ClinChemLabMed,2005,43(6):590-600.,3.炎症与尿石成因的关系MCP-1介导的炎症反应是结石形成早期的关键步骤1)单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)是一种强效的趋化细胞因子，可在多种细胞中产生2)动物实验发现用草酸钙结晶刺激NRK52E大鼠肾小管上皮细胞MCP-1蛋白表达明显增加单核细胞和巨噬细胞聚集到结晶沉积部位并包绕结石结晶形成结石3)自由基可能参与MCP-1的表达上调4)一水草酸钙结晶和过多的草酸盐离子刺激肾小管上皮细胞产生一系列反应，通过MCP-1诱导肾脏的局部损伤和炎症，促进结石发展,5)MCP-1介导的炎症反应是结石形成早期的关键步骤6)MCP-1介导的炎症反应在非感染性结石的形成中发挥重要作用参考文献UmekawaT,CheginiN,KhanSR.Increasedexpressionofmonocytechemoattractantprotein-1(MCP-1)byrenalepithelialcellsincultureonexposuretocalciumoxalate,phosphateanduricacidcrystals.NephrolDialTransplant.2003,18(4):664-669.UmekawaT,CheginiN,KhanSR.OxalateionsandcalciumoxalatecrystalsstimulateMCP-1expressionbyrenalepithelialcells.KidneyInt.2002,61(1):105-112.,4.草酸钙结石成因的新理论：缺氧诱导结石形成1)肾乳头部缺氧肾小管损伤尿液酸化异常促进结晶附着2)如果血管损伤参与结石形成，则低氧进一步加剧（注：如动脉粥样硬化等血管损伤导致间质钙化）3)乳头部缺氧可增加对草酸毒性的敏感性（注：草酸作用于小管和间质细胞，导致腔内结晶粘附）参考文献KnollT,SteidlerA,TrojanL,etal.Theinfluenceofoxalateonrenalepithelialandinterstitialcells.UrolRes,2004,32(4):304-309.KnollT,SteidlerA,TrojanL,etal.Theinfluenceofoxalateonrenalepithelialandinterstitialcells.UrolRes,2004,32(4):304-309.,肾小管损伤致结晶附着,肾乳头部缺氧致钙斑形成,1)特发性结石病是一类复杂的、多病因的疾病，是遗传因素和环境共同作用的结果2)本病为多基因病，单个易感基因常见，足够多的易感基因才能致病，环境因素亦起着举足轻重的作用3)多基因病随易感基因的增多，发病更严重、更多样，发病时间更早，疗效更差4)发病年龄、发病频率及再发病严重性的重大差异反映了受累基因的数目不同,多基因遗传基础,5.特发性结石的多基因遗传基础,5)明确认可的危险因子包括高草酸尿、高钙尿、低枸橼酸尿、高尿酸尿及成石抑制物缺乏，可能参与这些危险因子作用的基因已被提出6)侧重于易感基因及主导基因的研究，也是今后基因治疗的靶点7)至少3个等位基因位点与草酸钙结石病有关8)女性患者往往携带更多易患性等位基因，其子代患结石的危险性比男性患者子代高得多,9)按照多基因遗传病的累积效应：家族中患结石症的亲属越多，家族成员形成结石的危险性越高，但只有在足够量的环境因子的相互作用下才易发病。10)可能的相关易感基因包括特发性高草酸尿外源性高草酸尿：delta-6-去饱和酶基因内源性高草酸尿：乳酸脱氢酶（LDH）基因、4-羟-2-酮戊二酸醛缩酶（HKA）基因、乙醇酸氧化酶（GO）基因、丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）基因、丙氨酸乙醛酸氨基转移酶（AGT）基因和D-甘油酸脱氢酶（DGDH）基因等特发性高钙尿症：维生素D3受体（VDR）基因细胞膜钙泵（Ca2+/Mg2+-ATP酶）基因氯离子通道-5（CLCN-5蛋白）基因钠-钙交换子（在肾脏远曲小管处调节钙重吸收功能较活跃）基因钙敏感性受体(CaR)基因1,2维生素D羟化酶基因肾脏钠依赖型磷酸盐转运子基因,特发性低枸橼酸尿：与BsmI和TaqIVDR基因多态性有关特发性草酸钙结石成石基质或抑制物异常：可能与尿凝血酶原片段1、骨桥蛋白、肾钙素、bikunin蛋白、单核细胞趋化蛋白-1等蛋白及其基因异常有关基因的多态性分析正越来越多地用于草酸钙结石的分子研究，如研究发现血管内皮生长因子基因和上皮细胞钙粘蛋白基因多态性是草酸钙结石的基因标志参考文献R.W.E.Watts.Idiopathicurinarystonedisease:possiblepolygenicaetiologicalfactors.QJM2005,98(4):241-246.SuttonRA,WalkerVR.Entericandmildhyperoxaluria.MinerElectrolyteMetab，1994,20(6):352-360.HolmesRP,GoodmanHO,AssimosDG.Dietaryoxalateanditsintestinalabsorption.ScanningMicrosc，1995,9(4):1109-1118.LindsjoM,DanielsonBG,FellstromB,etal.Intestinaloxalateandcalciumabsorptioninrecurrentrenalstoneformersandhealthysubjects.ScandJUrolNephrol,1989，23(1):55-59.GoodmanHO,BrommageR,AssimosDG,etal.Genesinidiopathiccalciumoxalatestonedisease.WorldJUrol，1997,15(3):186-194.BaggioB,PrianteG,BrunatiAM,etal.Specificmodulatoryeffectofarachidonicacidonhumanredbloodcelloxalatetransport:Clinicalimplicationsincalciumoxalatenephrolithiasis.JAmSocNephrol,1999,10Suppl14:S381-384.BaggioB,PlebaniM,GambaroG.Pathogenesisofidiopathiccalciumnephrolithiasis:update1997.CritRevClinLabSci，1998,35(2):153-187.,肥胖患者尿液异常导致结石高发肥胖患者尿中各种晶体形成相关成分分泌明显增加，导致高尿酸尿、高钙尿、高草酸尿等肥胖导致糖尿病高发，高糖更促进高钙尿的形成肥胖使痛风高发，更加促进高尿酸尿的发生肥胖患者胰岛素抵抗使肾脏分泌氨减少，导致尿PH值下降（酸化），体重与尿PH值成反比关系，体重越重，尿液越偏酸，易形成结石参考文献RobertC,CalvertaandNeilA.Burgess.Urolithiasisandobesity:metabolicandtechnicalconsiderations.CurrentOpinioninUrology2005,15:113117.,6.肥胖与泌尿系结石的关系,7.胆固醇与泌尿系结石的相关性结石分析发现：结石中含有胆固醇，包括不酯化的胆固醇和酯化的胆固醇泌尿系结石中胆固醇含量占患者总胆固醇的14%至16%，酯化胆固醇与不酯化胆固醇含量的比值与结石成分相关血管因素（与酯化胆固醇含量相关，如动脉粥样硬化）可能参与结石的形成，可能是结石形成的早期事件参考文献StollerML,MengMV,AbrahamsHMandKaneJP.Theprimarystoneevent:anewhypothesisinvolvingavascularetiology.JUrol,2004,171(5):1920-1924.,8.神经内分泌与结石的相关性应激性生活事件导致尿中结晶相关成分（尿钙、草酸和尿酸）排泄增加流行病学调查发现，低收入家庭、有精神负担的人群以及情感障碍的人群的肾结石发生率明显增高在肾结石患者中应激性生活事件的发生率明显高于正常人群神经心理因素与泌尿系结石的种类相关神经内分泌可能参与结石的发病参考文献NajemGR,SeebodeJJ,SamadyAJ,etal.Stressfullifeeventsandriskofsymptomatickidneystones.IntJEpidemiol,1997,26(5):1017-1023.BrundigP,BergW,SchneiderHJ.Stressandriskofurolithformation.II.Theinfluenceofstressonlitholyticurinarysubstances(authorstransl).UrolInt,1981,36(4):265-273.SchneiderHJ,SchulerG,JanitzkyH.Psychosomaticparametersinurolithiasisandtheirrelationtosexandtypeofcalculus-studyusingamodifiedcomplaintquestionnaire.ZUrolNephrol.1980;73(7):523-530.,9.基质(matrix)在尿石成因中的作用基质是尿石成核的激活剂，在结石形成中起重要作用基质的主要组成物质为：基质蛋白、氨基葡聚糖类（又称为酸性粘多糖）和碳水化合物，目前研究最多的是基质蛋白，包括骨桥蛋白、肾钙素、bikunin蛋白、Tamm-Horsfall蛋白、1微球蛋白、钙卫蛋白等目前对基质和尿中大分子物质在尿石形成中的具体作用机制仍未完全明了,我们的研究结果：1)尿凝血酶原片段1（UPTF1）是草酸钙结石基质含量最丰富的基质蛋白之一；我们研究发现，UPTF1能显著抑制草酸钙结晶的生长和聚集，草酸钙结石患者UPTF1分子上-羧基谷氨酸残基数目减少，导致其结晶抑制活性降低；尿液中完全羧基化的UPTF1数量减少或浓度降低是导致结石形成的重要原因。2)高草酸尿和草酸钙结晶的沉积能促使大鼠肾脏通过合成更多的bikunin蛋白来抑制大鼠肾组织草酸钙晶体的形成，推测bikunin蛋白在抑制尿路结石的形成中发挥重要作用。,结石防治最新Highlights,1.调节肠道菌群治疗结石炎性肠病中产甲酸草酸杆菌(可分解胃肠道草酸的正常菌群)菌落减少是肾结石形成的可能原因LieskeJC等人利用体内实验证实，通过调节肠道菌群可降低肠源性高草酸尿从而达到治疗结石的目的举例：共10例患者接受治疗后肠源性高草酸尿得到改善，通过检测尿液发现尿草酸分泌可减少24%参考文献LieskeJC,GoldfarbDS,DeSimoneC,RegnierC.Useofaprobiotictodecreaseenterichyperoxaluria.KidneyInt，2005，68(3):1244-1249.,我们首次从中国人肠道分离培养所得的产甲酸草酸杆菌,细菌特点：革兰氏阴性厌氧菌，不运动，无芽孢，轻度弯曲的棒状杆菌，可以单独或成对出现，其大小为1.1-1.8umx3.1-9.4um,2.控制抗生素滥用防治结石抗生素的应用可使人类胃肠道产甲酸草酸杆菌(可分解胃肠道草酸的正常菌群)减少，从而导致肠源性高草酸尿的发生胃肠道产甲酸草酸杆菌减少是尿石症的致病因素之一，因此应控制抗生素的滥用，特别是能作用于胃肠道革兰氏阴性厌氧菌的抗生素，如第四代喹诺酮类药物莫西沙星等参考文献MittalRD,KumarR,BidHK,MittalB.EffectofantibioticsonOxalobacterformigenescolonizationofhumangastrointestinaltract.JEndourol，2005，19(1):102-106.,3.避免饮用等渗运动饮料预防结石等渗运动饮料和运动对大鼠泌尿系结石的影响：对血浆或尿液中结晶形成相关成分并无影响，但可通过诱发膀胱内结石基质的形成，增加结石的发病风险。因此，结石体质患者应避免饮用等渗运动饮料。参考文献AbreuNP,BergamaschiCT,diMarcoGS,etal.Effectofanisotonicrehydrationsportsdrinkandexerciseonurolithiasisinrats.BrazJMedBiolRes,2005,38(4):577-582.,4.硫代硫酸钠治疗复发性含钙结石复发性含钙结石的原因之一：内源性硫代硫酸钠分泌减少，尿中硫代硫酸钠含量低下或缺乏，可能与基因异常有关。YatzidisH用硫代硫酸钠治疗复发性含钙结石疗效显著，口服或静脉注射5mM硫代硫酸钠，每天2次，可获得满意疗效。硫代硫酸钠可能是成石抑制物，并具有抗氧化损伤作用，逆转特发性复发含钙结石患者的氧化/抗氧化失衡。举例：34名特发性复发含钙结石患者接受口服硫代硫酸钠治疗，在对照期(3年)给予普通饮食和足够液体，维持每天尿量约2000毫升，持续3年；在治疗期(4年)给予硫代硫酸钠20mmol/天。结果在治疗期无新结石形成，且对照期形成的100个新结石在治疗后仅剩下15个，每年新发结石率由0.98降至0.11。参考文献YatzidisH.Absenceordecreasedendogenousthiosulfaturia:acauseofrecurrentcalciumnephrolithiasis.IntUrolNephrol,2004,36(4):587-589.,5.控制Vitc摄入预防结石Vitc的过多摄入增加了人类患高草酸尿和肾结石的风险。但Vitc摄入的利弊仍存在争论，建议避免过多摄入Vitc。参考文献MasseyLK,LiebmanM,Kynast-GalesSA.Ascorbateincreaseshumanoxaluriaandkidneystonerisk.JNutr,2005,135(7):1673-1677,6.维生素E预防草酸钙结石研究发现高草酸尿可诱发氧自由基的产生，导致肾小管的过氧化损伤，促进草酸钙结晶沉积。维生素E可预防过氧化损伤，恢复肾组织的抗氧化机制和谷光甘肽氧化还原系统平衡。举例:动物实验证实维生素E抑制了草酸钙结晶的沉积。因此维生素E治疗可预防草酸钙结石的形成。参考文献ThamilselvanS,MenonM.VitaminEtherapypreventshyperoxaluria-inducedcalciumoxalatecrystaldepositioninthekidneybyimprovingrenaltissueantioxidantstatus.BJUInt，2005，96(1):117-126.,动物实验证实，专性自养极端嗜酸性的氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)可溶解各类泌尿系结石，其中对于磷酸钙结石溶石效果最佳，治疗7天后，使Wistar大鼠膀胱内结石溶解78%。这一创新疗法可适用于ESWL术后残石的溶解以及泌尿道支架所遮盖的结石结晶的溶解。真正用于临床，还需要摸索出最佳条件和安全措施。参考文献NishioS,AokiK,YokoyamaM.Anewmethodusingabacteriumfordissolutionofurinarystones.AktuelleUrol，2003，34(4):253-255.,7.氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)溶石疗法,氧化硫硫杆菌,8.尿枸橼酸分泌受遗传和饮食因素的双重影响低枸橼酸尿是草酸钙结石的重要的危险因素之一枸橼酸的分泌排泄受基因的调控，低枸橼酸尿可能的致病基因包括VDR基因和碳酸盐转运子基因，具体机制有待进一步研究参考文献ShahO,AssimosDG,HolmesRP.Geneticanddietaryfactorsinurinarycitrateexcretion.JEndourol,2005,19(2):177-182.,碎石效率是钬激光的2-3倍，但是目前缺乏合适的光导纤维传送系统，限制了其临床应用。体外试验证实，由锗/硅混合制成的光导纤维比单纯用氧化锗或蓝宝石制成的光导纤维传递性能更佳。参考文献YangY,ChaneyCA,FriedNM.Erbium:YAGlaserlithotripsyusinghybridgermanium/silicaopticalfibers.JEndourol，2004，18(9):830-835.,9.Erbium:YAG激光（铒:钇铝石榴石激光，铒雅克雷射)碎石,Erbium:YAG激光,10.草酸钙结石防治新概念:肾乳头表面钬激光消融术理论基础：肾乳头部上皮组织内钙化是结石形成的前体；肾乳头上皮组织钙化部位与内镜下所见乳头部斑块一致。组织病理学证实：术后组织再生迅速；对肾功能无影响。肾乳头表面钬激光消融术可能对肾脏无损害。参考文献KnollT,MichelMS,Cueva-MartinezA,etal.Evaluationofsuperficialpapillaryablationbyendoscopiclasersinanexvivokidneymodel.JEndourol,2002,16(3):195-200.,6周后上皮组织完全再生,激光消融术,11.胱氨酸尿症的基因治疗构建I型胱氨酸尿症小鼠模型，12个月内结石迅速形成。在含致病基因（rBAT基因）的细胞模型HK-2细胞中，针对rBAT基因的反义基因治疗疗效显著。小结：基因治疗可用体外基因敲除动物模型来评价；方法是将反义寡核苷酸转染入I型胱氨酸尿症模型内。参考文献KnollT,JanitzkyV,MichelMS,etal.Cystinuria-CystineStones:RecommendationsforDiagnosis,TherapyandFollow-up.AktuelleUrol,2003,34(2):97-101.,胱氨酸尿症小鼠模型,致病基因的检测,12.判别分析和人工神经网络在结石防治中的应用,最新研究发现，判别分析和人工神经网络可用于正确评价草酸钙结石病的基因标志，后者优于前者。人工神经网络（ANN）是模拟生物神经网络的智能计算系统，在大量流行病学资料和临床资料的基础上建立结石的ANN模型。当输入某一患者的一般资料后，即可预测结石成分，提供结石防治措施，预测结石预后。参考文献RajanP,TolleyDA.Artificialneuralnetworksinurolithiasis.CurrOpinUrol,2005,15(2):133-137.TanthanuchM,TanthanuchS.Predictionofupperurinarytractcalculiusinganartificialneuralnetwork.JM