钙性结石病的遗传学特性2024

钙性结石病的遗传学特性2024(全文)

肾结石的发病与遗传因素具有相关性，曾有研究提出肾结石按照常染色体

显性遗传。但这种遗传模式还未被完全证实，但是具有因果作用的基因可

能有助于增加对结石的易感性，对结石形成具有助推作用。近些年随着高

通量基因测序技术的出现及推广，结石病变异基因的检出率日益增高。可

在16.7%-29.4%儿童结石病患者及11.4%-16.8%成人患者中发现相

关单基因的变异。同时，结石病的家族聚集性及单卵双胞胎中患结石病的

一致性明显高于双卵双胞胎等都揭示了基因遗传在结石发病的重要作用。

约50%的含钙肾结石患者有结石病家族史，其中一级亲属患结石病更为常

见。随着遗传学研究的深入，发现以下几个基因单核甘酸多态性与含钙结

石病及高钙尿症有关。

1、钙敏感受体(CaSR)基因

钙敏感受体(CaSR)在肾内对钙离子调节具有重要作用。且CaSR基因

的单核甘酸多态性(SNP)与结石形成者中的高钙尿症有关。CaSR表达

降低可改变钙，磷酸盐，PH和水分排泄之间的正常平衡。这种变化可能

引起钙磷晶体在管内沉淀，逐渐形成含钙的盐类结石

CaSR基因位于染色体3ql3.3-21,编码钙敏感受体。该基因包括两个

启动子、七个外显子和若干个内含子。CaSR是一种主要由细胞外Ca2+

激活并在人细胞中广泛表达的G蛋白偶联受体，其在甲状旁腺、肾小管髓

绊升支粗段分布最多，分别调控甲状旁腺激素分泌及肾小管钙的重吸收，

维持机体钙平衡。生理情况下，血钙浓度增高会激活CaSR表达，进而抑

制Ca2+在肾小管的重吸收；而肾小管液中Ca2+浓度增高也会激活

CaSR,一方面促进肾小管闰细胞中的H+排泄到管腔，另一方面抑制顶端

膜上的水通道蛋白2(AQP2)表达进而减少管腔中水的再吸收，最终产

生稀释的酸性尿液，从而降低肾结石形成的风险］。此外，激活CaSR还

可以促进远端肾小管对磷酸盐的重吸收。

CaSR首次由Brown及同事在甲状旁腺中克隆和鉴定，随后在肾脏，胃

肠道和骨骼等其他器官中发现有表达。在肾脏内，Riccardi等人报道

CaSRmRNA表达于肾小球和肾小管大部分节段，包括近曲小管，近直

肾小管，远曲小管，集合管部分。CaSR是肾脏中维持钙稳态关键之一。

沿着肾单位不同部位的CaSR(例如，近端小管，髓祥升支粗段等)可具

有特定的功能。在髓祥升支粗段中，CaSR可激活紧密连接蛋白14

(CLDN14)转录来抑制细胞外Ca2+的再吸收，其阻断由CLDN16和

CLDN19组成的细胞外阳离子通道完成，这对Ca2+和Mg2+重吸收是

相当重要。远端小管中，CaSR的减少可主动和被动引起钙重吸收，并增

加近端小管中磷酸盐的再吸收，刺激集合道中的H+和水分排泄。有研究

发现近端小管的顶端CaSR可以调节小管腔内的二陵酸和柠檬酸盐转运

来防止结石形成。尿柠檬酸盐，部分重新吸收为近端小管腔中的二粒酸盐,

通过络合钙可以抑制结石形成。在近端小管CaSR调节顶端二竣酸转运

是通过CaSR-Gq-PKC信号传导途径进行。

众所周知，甲状旁腺激索(PTH)的分泌可调节血液中Ca2+浓度。当血

液中Ca2+浓度发生变化时,CaSR可感受细胞外Ca2+浓度。Ca2+浓

度持续升高到一定范围时，可引起CaSR的激活，但这种激活受到甲状

旁腺激素的调控］。另外当尿钙排泄率增高时，钙可能诱导多尿症的发生,

引起尿液稀释，从而防止形成肾结石。但如果高钙血症伴有肾脏盐和水的

损耗，则保持体内物质代谢平衡可能变得困难。家族性FHH是由CaSR

基因失活引起的突变引起的常染色体显性疾病，表现为高钙血症。甲状旁

腺增生和不正常可能导致低尿钙。在一些基因敲除鼠中，如CaSR、PTH

敲除小鼠比PTH缺陷小鼠更容易发生高钙血症，这也表明CaSR有助于

防止高钙血症。Aexon3-Casr缺陷小鼠可表现出正常的血钙，这和PTH

浓度与低尿钙排泄相关

已有多项研究显示，位于CaSR基因7号外显子上的3个基因多态性：

rsl801725(也被称为Ala986Ser,即突变后第986号位点Ala为Ser

所替代，下同)、rsl042636(Arg990Gly)^rs1801726(GlulOUGln)

与肾结石发生有关。其中，rsl042636基因多态性和特发性含钙肾结石、

原发性甲状旁腺功能亢进、绝经后骨质疏松患者的高钙尿产生有关。体外

实验表明，携带rsl042636突变基因个体CaSR表达上调，髓绊升支和

远曲小管中钙的再吸收受抑制，从而增加钙的排泄和肾结石罹患风险。此

外，位于4号内含子上与上述rsl801725基因连锁的rsl7251221基因、

位于1号启动子上rs6776158基因、分别位于1号内含子和5,-非翻译

区但都与rs6776158连锁rsl501899>rs7652589基因的多态性亦有

被报道与肾结石病相关。但是这些调控区基因变异主要引起CaSR表达下

调，进而可能引起浓缩、碱化尿液诱发结石形成。

不同地区，与结石相关性最显著的基因各异，比如欧洲是rsl7251221,

E|J度是rsl801725,而东亚是rs13068893。而在我国rs6776158和

rs7652589基因多态性对含钙肾结石的发病风险有显著影响。总之，

CaSR编码区及调控区基因的多态性与含钙肾结石有关，CaSR表达的失

调可能是导致结石的原因，但是具体机制尚待研究。

由于CaSR直接控制肾小管钙重吸收，可能参与特发性高钙尿症的发生。

但是有研究发现CaSR位点与高钙尿症在肾结石的风险之间没有联系。

然而在另外两项研究发现，意大利人原发性甲状旁腺功能亢进患者中

Arg990Gly等位基因和结石形成存在明显关联。Arg990Gly也与原发性

高钙尿有关，这是一种易于钙肾结石的疾病，并且在结石形成患者和无结

石者中观察到这种关联］。Vezzoli等发现携带CaSR密码子990处次要

G等位基因和CaSR密码子986和1011处的主要等位基因患者患有肾

结石风险机率增加。Arg990GlySNP与高钙尿症，肾结石之间的关联也

在加拿大和伊朗两国患者中观察到，但在英国的白人女性双胞胎中却没有

观察到。Vezzoli等人还报道了位于CaSR启动子区域的rs6776158的

次要G等位基因比在对照组中结石的形成中发生更加频繁。体外研究表明,

rs67780158中的次要G等位基因可导致了两个肾细胞系中第一个启动

子的转录效率降低。但是这个等位基因发现可以减少CaSR的表达，而

不是增加CaSR的表达。此外rsl501899和Arg990Gly多态性在同时

存在情况下，可能增加原发性甲状旁腺功能亢进患者形成肾结石的风险，

尽管它们对肾脏中的CaSR功能具有的相反作用。有研究应用生物信息

学分析鉴定发现，在rs7652589^rs1501899SNP处存在变体等位基

因的情况下，八聚体可结合转录因子1的新位点。该转录因子可下调维生

素D依赖性基因的转录和CaSR表达。Ding等人在对615例肾结石患

者和315例无肾结石对照的中国人群研究发现，CaSRArg990GlyGG

基因型与肾结石发病风险显著增加。在对俄罗斯人群中尿石症候选基因的

多态性的关联中发现，钙释放激活钙调节剂(ORAU,rs7135617)的

多态性变体可能影响俄罗斯人群中的肾结石形成。

2Claudins(CLDNs)基因

紧密连接蛋白claudins是构成紧密连接复合物的主要成分，维持细胞间离

子和溶质的选择性渗透,claudins的调节主要通过蛋白激酶途径实

现.Claudins基因突变与许多疾病如家族性、伴发高尿钙和肾脏钙质沉着

的低镁血症，常染色体隐性耳聋以及新生儿硬化性胆管炎和鱼鳞病有直接

关系;Claudins表达水平的改变与许多肿瘤和神经生殖系统疾病关系密切.

研究claudins在生理、病理状态下的改变，有助于对相关疾病进行诊断、

针对性治疗和判断预后。

CLDN16和CLDN19基因突变会导致肾小管Ca2+、Mg2+重吸收通减

少，进而会引起一种常染色体隐性遗传疾病一家族性低镁血症伴高钙尿症

和肾钙沉着症（FHHNC）,其致病基因位于染色体3q27上。CLDN是由

28个成员组成的四跨膜蛋白，存在于细胞紧密连接处，其作用介导阳离子

（包括Ca2+和Mg2+）选择性通过。广泛分布于肾小管髓绊升支粗段的

CLDN16和CLDN19相互作用保证了20%的Ca2+和70%的Mg2+被

重吸收。最新实验显示，磷酸化的CLDN16不局限于紧密连接处，还存

在于远端小管细胞的管腔膜中，可以促进瞬时受体电位通道蛋白5

（TRPV5,功能见第7点）通道的跨细胞转运Ca2+O相反，CLDN14

则抑制上述紧密连接对阳离子的通透性。生理状态下，CLDN14被

microRNA-9>microRNA-374抑制。当机体高钙饮食时，游离钙会激

活CaSR,通过抑制这两种microRNA的转录而上调CLDN14基因的转

录和蛋白翻译水平，最终抑制紧密连接对钙的重吸收。

CLDN16及CLDN19基因错义突变与高钙尿及肾结石的相关性已被广泛

报道。CLDN14在小鼠肾小管的强表达可以造成与血浆钙浓度无关的高钙

尿，相反CLDN14基因敲除动物即使在高钙饮食条件下也表现为低钙尿、

低铁尿和高铁血症。两项大型全基因组关联研究都证明了成人肾结石和高

钙尿症与CLDN14基因多态性有很强的关联。此外，作为促进CLDN14

基因表达的顺式调节元件--胰岛素瘤相关l（INSMl）转录基因也与儿童高

钙尿和肾结石症状高度相关。CLDN16、19负责介导钙在肾小管的重吸

收，而CLDN14作用相反，它们与CaSR相互调节，共同维持机体钙稳

o

3维生素D受体(VDR)基因

维生素D受体(VDR)为亲核蛋白，是介导1,25(OH),D发挥生物效

应的核内生物大分子，属于超家族成员。维生素D的许多生物学功能都是

通过VDR介导调节靶基因转录来实现的1,25(OH),D激素信号分子在

靶细胞与VDR结合形成激素一受体复合物，该复合物作用于靶基因上的

特定DNA序列，对结构基因的表达产生调节作用。VDR在本质上是一种

配体依赖的核转录因子，它在维持机体钙一磷代谢，调节细胞增殖、分化

等方面起重要作用。VDR分为细胞核受体(nVDR)和细胞膜受体(mVDR)

两大类，其分子量分别为50KDa和60KDa°nVDR,是介导1,25(OH),

D来发挥生物效应的主要途径，nVDR属于核受体超家族成员，核受体超

家族是由俗体类激素核受体、甲状腺激素核受体和类视黄酥X受体组成I。

nVDR在人体中30个靶细胞内存在。1,25(OH),D除了可以通过nVDR

产生基因效应作用于靶细胞外，还存在由mVDR介导的快速非基因效应，

该效应的产生和完成所需要的时间仅为数秒到数分钟，而基因效应通常需

要数小时到数天才可以显现出来。Norman等研究表明1,25(OH),D在

小肠对Ca快速吸收、胰岛p细胞分泌胰岛素、破骨细胞离子通道的开放、

内皮细胞的快速迁移等方面均发挥了快速非基因效应。研究表明VDR基

因从氨基端到竣基端一般可分为A、B、C、D、E、F6个功能区，每个功

能区分工不同但又相互协作。A/B区为N端短区，为转录激活自调门功

能区(AF—1),但其自主调节功能很弱。C区为DNA结合区(DBD),该区

高度保守，人、大鼠与鸡的同源性高达98.5%o它由VDR外显子H、

III编码，主要参与DNA顺序识别，可识别靶基因上的维生素D反应元件，

此外也部分参与二聚体界面的形成。DBD由8个保守的半胱氨酸组成2

个锌指结构，每个锌指形成一个A2螺旋，两个A2螺旋相互垂直构成DBD

的核心，从而与类视黄醉x受体(RXR)形成异二聚体。D区可能是一个钱

链区，具有很高的免疫原性，但其确切结构和功能尚未阐明，可能与核定

位有关。E区为配体结合区，由VDR基因外显子V-IX编码，是VDR结

合1,25(OH)2D3的主要部位;其次,该区还介导与RXR形成异二聚体，

增强其与VDRE的结合能力；第三，在该区近c端处存在一个转录激活/

抑制功能区(AF-2),与AF—1协同作用，可促进VDR与协同激活因子/

协同抑制因子相结合，从而使VDR发挥调控靶基因的转录活性。另外，E

区对DNA识别也有协同作用。F区结构和功能尚未阐明。

应用限制性片断长度多态性多聚酶链反应技术(PCR〜RFLP)研究发现，

VDR基因序列上存在多个内切酶酶切位点，证实了VDR基因具有明显的

多态性，到目前为止，至少有25个VDR多态性位点被发现，其中研究

较多的为BsmI、ApaLTaqLFokI这四个位点，是参与骨代谢的主

要位点。不同区域的多态性位点对VDR基因表达产生的影响不同，

BsmI和Apa1酶切位点位于第VIII内含子上，其多态性不影响VDR的

氨基酸序列；TaqI位于第IX外显子，虽然在编码区上，但其多态性是

由同义突变造成，也不会使VDR的氨基酸序列改变；FokI酶切位点位

转录起始部位，其多态性可导致氨基酸序列长度发生改变。

总体来说，C一端启动子区内的多态性位点影响mRNA的表达方式

和表达水平，而N一端非翻译区的多态性位点则影响mRNA的稳定性和

蛋白质的翻译效率，并且这种影响与其所在细胞的类型、分化阶段和活性

状态有关。VDR等位基因多态性与骨密度、骨转换、肠道钙吸收存在一

定关联性，且与人骨生理参数正常变异相关，是骨代谢的遗传标记。

VDR不仅存在于成骨细胞中，也存在于破骨细胞中，故位于骨组织上的

VDR的作用是双向的。位于成骨细胞上的VDR可影响遗传信息的转录过

程，促进骨桥蛋白、骨钙蛋白的合成，促使成骨细胞分泌细胞因子，参与

骨的形成和矿化。而位于破骨细胞上的VDR可抑制其增殖并促进破骨细

胞的分化，促进骨Ca、P的释放。因而，VDR对骨的合成和分解代谢起

着双向调节作用，使得骨形成和骨吸收处于动态平衡状态。

VDR主要通过与配体1,25(OH)2D3结合，介导钙在肠道及肾脏的吸

收，该基因变异后机体钙失调是造成结石形成最重要的原因；另外VDR

还可能抑制磷酸烯醇式丙酮酸镀激醐的转录，该激酚主导促进近端肾小管

细胞中枸檬酸的重吸收，因此VDR变异会导致尿中枸椽酸浓度降低，进

而促进结石形成。既往的研究显示Apal、TaqI及Fokl基因多态性与亚

洲人肾结石的发生有关，但与白种人肾结石风险无关［33］。在土耳其的婴

儿群体中调查发现，结石患者和对照者之间的BsmI、TaqI基因型分布有

显著差异。一项meta分析表明：Apal基因多态性与肾结石无相关性；

BsmI多态性与白种人群结石病相关，而与亚洲人无关；TaqI影响结果却

与BsmI恰恰相反；FokI多态性与白人及亚洲人群的肾结石病均相关。

4SLC34A基因一可溶性载体转运蛋白（钠磷协同转运蛋白）

SLC34A基因位于染色体5q35上，其中SLC34AKSLC34A3分别编

码表达于近端肾小管顶端刷状缘的磷酸转运体--NaPina、NaPiDc,介

导着磷酸钠的重吸收。其失活突变是常染色体隐性遗传性疾病，遗传性低

磷性佝偻病伴高钙尿症（HHRH）的病因，突变后尿磷排泄增加导致低磷

血症，继发1,25-（OH）2-D3升高，进而增加肠道钙吸收，最终导致机体

钙超载，引发尿钙增加、肾结石等一系列症状。因为症状与HH类似，所

以该基因变异导致的疾病也被称为HH2型。研究表明SLC34A1和

SLC34A3的基因突变可致更高的患肾结石病的风险。

一项产前超声提示肾高回声、产后超声随访提示肾钙质沉着症并伴有高钙

尿症的婴幼儿基因测序显示SLC34Al基因存在双等位致病变异。最新研

究还发现，即使在杂合子SLC34A3单基因突变携带者中，肾结石的罹患

风险也会显著增加。位于SLC34A1上游的rsl1746443单核甘酸多态

性可以影响肾功能，在日本人群中该基因是肾结石新的突变位点，但是该

位点与中国汉族人群尿路结石风险无相关性.这表明了除遗传外，可能还存

在其他影响该疾病临床特征因素。

5.瞬时受体电位通道蛋白5(TRPV5)基因

瞬时受体电位TRP(transientreceptorpotential)离子通道是一类在外周

和中枢神经系统分布很广泛的通道蛋白。到目前为止,有超过30个TRP

通道家族成员在哺乳动物中被克隆。TRP通道均为六次跨膜蛋白，其N末

端和C末端均在胞内，由第五和第六跨膜结构域共同构成非选择性阳离子

孔道。这些通道可被许多种因素调节，包括温度、渗透压、pH值、机械力,

以及一些内、外源性配体和细胞内信号分子。TRP通道家族包含七个亚族。

目前,它们最公认的功能是介导感觉信号的传递，其他功能包括调节细胞钙

平衡和影响发育等。

TRPV5主要表达于肾远曲小管和连接小管，对Ca2+具有高度选择性，

被称为是Ca2+重吸收的门卫。动物实验表明TRPV5基因敲除的小鼠会

产生严重的高钙及高磷尿。两份独立的研究报道了TRPV5基因多态

性:RI54H(rs4236480)和L530R(rs757494578)分别与结石多发

性和复发性相关。尿调节蛋白(UMOD基因编码)及粘蛋白一1(MUC-1

基因编码)可以上调肾小管TRPV5丰度，增加钙的重吸收，降低尿中Ca2+

浓度进而预防肾结石。含钙肾结石患者的尿中MUC-1减少，UMOD基

因也被发现可能是肾结石的保护性因素］。因此TRPV5与肾结石关系密切。

6.骨桥蛋白(OPN)基因及其他基因

骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是一种糖基化蛋白,广泛存在于细胞外基

质中.最初认为OPN是一种重要的骨基质蛋白，