含钙肾结石的遗传机制及临床转化研究进展2026

含钙肾结石的遗传机制及临床转化研究进展2026肾结石的发病机制复杂，遗传因素在其发生发展中扮演关键角色。早期研究提出肾结石可能遵循常染色体显性遗传模式，但该遗传模式尚未完全证实；目前已明确，具有因果作用的易感基因可显著增加个体对结石的易感性，对结晶形成、聚集及成石过程起助推作用。近年来，高通量基因测序技术的普及显著提升了结石相关变异基因的检出效率，在16.7%–29.4%的儿童结石病患者及11.4%-16.8%的成人患者中可检测到相关单基因变异。此外，结石病的家族聚集性特征、单卵双胞胎患病一致性显著高于双卵双胞胎等现象，进一步佐证了遗传因素的核心作用。临床数据显示，约50%的含钙肾结石患者存在结石病家族史，其中一级亲属患病比例更高。随着遗传学研究的深入，一系列与含钙肾结石及高钙尿症密切相关的基因单核苷酸多态性（SNP）被逐步识别，其分子机制及临床意义成为研究热点。一、含钙肾结石相关易感基因及分子机制1.钙敏感受体（CaSR）基因钙敏感受体（CaSR）是调控肾脏钙离子稳态的关键分子，其基因多态性与含钙肾结石患者的高钙尿症密切相关。CaSR表达下调可破坏钙、磷酸盐排泄与尿液pH值、水分重吸收的生理平衡，导致钙磷晶体在肾小管内沉积，最终形成含钙盐类结石。CaSR基因定位于染色体3q13.3–21，包含2个启动子、7个外显子及多个内含子，编码产物为G蛋白偶联受体，主要由细胞外Ca²⁺激活，在甲状旁腺及肾小管髓袢升支粗段高表达，分别调控甲状旁腺激素（PTH）分泌与肾小管钙重吸收，维持机体钙平衡。生理状态下，血钙浓度升高可激活CaSR，抑制肾小管对Ca²⁺的重吸收；肾小管液中Ca²⁺浓度升高也可激活CaSR，通过双重途径降低成石风险：一是促进肾小管闰细胞向管腔排泄H⁺，二是抑制顶端膜水通道蛋白2（AQP2）表达，减少管腔水分再吸收，形成稀释性酸性尿液；同时，CaSR激活还可促进远端肾小管对磷酸盐的重吸收，进一步维持矿盐平衡。CaSR最早由Brown等在甲状旁腺中克隆鉴定，后续在肾脏、胃肠道、骨骼等器官中均发现其表达。Riccardi等研究证实，CaSRmRNA在肾小球及肾小管大部分节段（近曲小管、近直小管、远曲小管、集合管等）均有表达，是肾脏钙稳态调控的核心分子之一，且不同肾单位节段的CaSR具有特异性功能：在髓袢升支粗段，CaSR可激活紧密连接蛋白14（CLDN14）转录，通过阻断CLDN16和CLDN19组成的细胞外阳离子通道，抑制Ca²⁺和Mg²⁺的重吸收；在远端小管，CaSR表达减少可通过主动与被动机制增加钙重吸收，同时促进近端小管磷酸盐重吸收及集合管H⁺、水分排泄；在近端小管，顶端CaSR可通过CaSR→Gq→PKC信号通路调节管腔内二羧酸和柠檬酸盐转运，而尿柠檬酸盐可通过络合钙离子抑制结晶形成，从而发挥防石作用。PTH分泌与CaSR存在协同调控关系：CaSR可感知细胞外Ca²⁺浓度变化，当Ca²⁺浓度持续升高至阈值时被激活，且该激活过程受PTH调控。此外，尿钙排泄率增高时，钙可诱导多尿症，通过尿液稀释降低结石形成风险；但若高钙血症伴随肾脏盐水分流失，则会破坏机体代谢平衡，增加成石概率。家族性低尿钙性高钙血症（FHH）是由CaSR基因失活突变导致的常染色体显性疾病，主要表现为高钙血症，部分患者因甲状旁腺增生可出现低尿钙。动物实验证实，CaSR或PTH敲除小鼠较PTH缺陷小鼠更易发生高钙血症，提示CaSR具有预防高钙血症的作用；而Δexon3-Casr缺陷小鼠可维持正常血钙水平，其PTH浓度与低尿钙排泄相关。大量研究证实，CaSR基因7号外显子上的3个SNP（rs1801725/Ala986Ser、rs1042636/Arg990Gly、rs1801726/Glu1011Gln）与肾结石发病密切相关。其中，rs1042636多态性与特发性含钙肾结石、原发性甲状旁腺功能亢进、绝经后骨质疏松患者的高钙尿症显著相关；体外实验表明，携带该突变基因的个体CaSR表达上调，可抑制髓袢升支和远曲小管的钙重吸收，增加尿钙排泄，升高肾结石患病风险。此外，4号内含子中与rs1801725连锁的rs17251221、1号启动子区的rs6776158，以及1号内含子和5′-非翻译区中与rs6776158连锁的rs1501899、rs7652589等多态性也被证实与肾结石相关，其机制主要为下调CaSR表达，导致尿液浓缩、碱化，进而诱发结石形成。CaSR基因多态性与肾结石的相关性存在种族地域差异：欧洲人群中rs17251221相关性最显著，印度人群中为rs1801725，东亚人群中则为rs13068893；针对中国人群的研究显示，rs6776158和rs7652589多态性可显著增加含钙肾结石发病风险。需注意的是，CaSR与高钙尿症、肾结石的关联存在争议：部分研究未发现CaSR位点与高钙尿症介导的结石风险相关，但意大利人群研究证实，原发性甲状旁腺功能亢进患者中Arg990Gly等位基因与结石形成显著相关，且该多态性与原发性高钙尿症（含钙肾结石易感疾病）的关联在结石患者与健康人群中均存在；Vezzoli等发现，携带CaSR密码子990次要G等位基因及密码子986、1011主要等位基因的个体肾结石患病风险升高；加拿大、伊朗人群中也证实了Arg990GlySNP与高钙尿症、肾结石的关联，但英国白人女性双胞胎队列中未观察到类似结果。此外，Vezzoli等还发现，CaSR启动子区rs6776158次要G等位基因在结石患者中出现频率显著高于对照组，体外实验表明该等位基因可降低两个肾细胞系中第一启动子的转录效率，从而减少CaSR表达；rs1501899与Arg990Gly多态性共存时，可增加原发性甲状旁腺功能亢进患者的结石形成风险，尽管二者对肾脏CaSR功能的调控作用相反。生物信息学分析显示，rs7652589和rs1501899SNP的变体等位基因可形成八聚体结合转录因子1的新结合位点，该转录因子可下调维生素D依赖性基因转录及CaSR表达。针对中国人群的研究（615例肾结石患者vs315例对照）发现，CaSRArg990GlyGG基因型与肾结石发病风险显著升高；俄罗斯人群研究则提示，钙释放激活钙调节剂（ORAI1，rs7135617）多态性可能影响当地人群肾结石形成。2.紧密连接蛋白（Claudins，CLDNs）基因：Claudins是构成细胞紧密连接复合物的核心成分，通过调控细胞间离子和溶质的选择性渗透维持机体稳态，其表达与功能调节主要通过蛋白激酶途径实现。Claudins基因突变可直接导致家族性低镁血症伴高钙尿症和肾钙沉着症（FHHNC）、常染色体隐性耳聋等疾病；其表达水平改变还与肿瘤、神经生殖系统疾病密切相关，深入研究其生理病理机制对疾病的诊断、靶向治疗及预后判断具有重要意义。CLDN16和CLDN19基因突变可导致肾小管Ca²⁺、Mg²⁺重吸收通道功能障碍，是FHHNC的致病原因，该致病基因定位于染色体3q27。Claudins家族包含28个成员，均为四跨膜蛋白，定位于细胞紧密连接部位，介导Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子的选择性转运；其中，CLDN16和CLDN19广泛分布于肾小管髓袢升支粗段，二者协同作用可保障20%Ca²⁺和70%Mg²⁺的重吸收。最新研究发现，磷酸化的CLDN16不仅定位于紧密连接部位，还可表达于远端小管细胞的管腔膜，通过促进瞬时受体电位通道蛋白5（TRPV5）的跨细胞转运增强钙重吸收；而CLDN14则发挥拮抗作用，抑制紧密连接对阳离子的通透性。生理状态下，CLDN14的表达受microRNA-9、microRNA-374的抑制；当机体摄入高钙饮食时，游离钙激活CaSR，通过抑制上述两种microRNA的转录，上调CLDN14基因转录及蛋白翻译水平，最终抑制钙的重吸收，维持钙稳态。CLDN16及CLDN19基因错义突变与高钙尿症、肾结石的相关性已被广泛证实。动物实验显示，小鼠肾小管强表达CLDN14可导致与血浆钙浓度无关的高钙尿症；反之，CLDN14基因敲除小鼠即使在高钙饮食条件下，仍表现为低钙尿、低镁尿及高镁血症。两项大型全基因组关联研究（GWAS）均证实，成人肾结石、高钙尿症与CLDN14基因多态性存在强关联；此外，胰岛素瘤相关1（INSM1）转录基因作为促进CLDN14基因表达的顺式调节元件，与儿童高钙尿症及肾结石症状高度相关。综上，CLDN16、19负责介导肾小管钙重吸收，CLDN14则抑制钙重吸收，二者通过与CaSR的协同调控，共同维持机体钙稳态，其功能异常是导致高钙尿症及肾结石的重要机制。3.维生素D受体（VDR）基因维生素D受体（VDR）是介导1,25-二羟维生素D₃[1,25(OH)₂D₃]发挥生物效应的核内亲核蛋白，属于核受体超家族成员。1,25(OH)₂D₃作为核心信号分子，与VDR结合形成激素-受体复合物，通过结合靶基因上的维生素D反应元件（VDRE）调控基因转录，进而参与钙磷代谢调节、细胞增殖分化等生理过程。VDR分为细胞核受体（nVDR）和细胞膜受体（mVDR）两类，分子量分别为50KDa和60KDa，其中nVDR是1,25(OH)₂D₃发挥生物效应的主要途径，mVDR则介导快速非基因效应。nVDR广泛分布于人体30余种靶细胞中；mVDR介导的快速非基因效应可在数秒至数分钟内启动，而nVDR介导的基因效应则需数小时至数天显现。Norman等研究证实，1,25(OH)₂D₃通过mVDR在小肠钙快速吸收、胰岛β细胞胰岛素分泌、破骨细胞离子通道开放、内皮细胞快速迁移等过程中发挥调控作用。VDR基因从氨基端到羧基端可分为A、B、C、D、E、F6个功能区，各功能区协同作用：A/B区为N端短区，含转录激活自调节功能区（AF-1），自主调节能力较弱；C区为DNA结合区（DBD），由外显子Ⅱ、Ⅲ编码，高度保守（人、大鼠、鸡同源性达98.5%），通过8个保守半胱氨酸形成两个锌指结构，参与VDRE识别及异二聚体形成；D区为铰链区，免疫原性强，功能尚未完全阐明，可能与核定位相关；E区为配体结合区，由外显子V-IX编码，是1,25(OH)₂D₃的主要结合部位，同时介导与类视黄醇X受体（RXR）的异二聚化，增强与VDRE的结合能力，其近C端的转录激活/抑制功能区（AF-2）可与AF-1协同作用，促进VDR与协同激活因子/抑制因子结合，调控靶基因转录，此外对DNA识别也具有协同作用；F区结构与功能尚未明确。采用聚合酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）技术研究发现，VDR基因存在多个内切酶酶切位点，具有显著多态性，目前已发现至少25个多态性位点，其中BsmⅠ、ApaⅠ、TaqⅠ、FokⅠ是研究最广泛的骨代谢相关位点。不同位点的多态性对VDR功能的影响存在差异：BsmⅠ和ApaⅠ酶切位点位于第Ⅷ内含子，不影响VDR氨基酸序列；TaqⅠ位于第Ⅸ外显子，属于同义突变，亦不改变氨基酸序列；FokⅠ位于转录起始部位，其多态性可导致VDR氨基酸序列长度改变。总体而言，C端启动子区多态性位点主要影响mRNA的表达方式和表达水平，N端非翻译区多态性位点则调控mRNA稳定性和蛋白质翻译效率，且该调控作用与细胞类型、分化阶段及活性状态相关。VDR等位基因多态性与骨密度、骨转换率、肠道钙吸收密切相关，是骨代谢的重要遗传标记。VDR在成骨细胞和破骨细胞中均有表达，对骨代谢发挥双向调控作用：成骨细胞上的VDR可促进骨桥蛋白、骨钙蛋白合成，诱导成骨细胞分泌细胞因子，参与骨形成与矿化；破骨细胞上的VDR则抑制细胞增殖、促进分化，加速骨钙、磷释放，维持骨形成与骨吸收的动态平衡。VDR通过两种核心机制参与肾结石形成：一是通过与1,25(OH)₂D₃结合，介导肠道及肾脏的钙吸收，基因变异可导致机体钙代谢失调，这是结石形成的重要诱因；二是可抑制近端肾小管细胞中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的转录，该酶主导枸橼酸重吸收，VDR变异可导致尿枸橼酸浓度降低，削弱其络合钙离子的能力，促进结晶形成。种族差异研究显示，ApaⅠ、TaqⅠ及FokⅠ多态性与亚洲人肾结石发生相关，但与白种人无关；土耳其婴儿群体研究发现，结石患者与对照组的BsmⅠ、TaqⅠ基因型分布存在显著差异。一项Meta分析结果表明：ApaⅠ多态性与肾结石无显著相关性；BsmⅠ多态性与白种人群结石病相关，与亚洲人群无关；TaqⅠ多态性的影响与BsmⅠ相反；FokⅠ多态性则与白种人及亚洲人群的肾结石病均相关。4.可溶性载体转运蛋白（SLC34A）基因SLC34A基因定位于染色体5q35，其家族成员SLC34A1、SLC34A3分别编码NaPiⅡa、NaPiⅡc转运蛋白，二者均表达于近端肾小管顶端刷状缘，介导磷酸钠的重吸收。SLC34A1或SLC34A3的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）的致病原因，该疾病也被称为特发性高钙尿症（IIH）2型，因临床症状与IIH相似而得名。突变导致的转运功能缺陷可引起尿磷排泄增加，继发低磷血症，进而上调1,25(OH)₂D₃水平，增强肠道钙吸收，最终导致机体钙超载，引发高钙尿症、肾结石等一系列临床表现。大量研究证实，SLC34A1和SLC34A3基因突变可显著升高肾结石患病风险。临床研究发现，产前超声提示肾高回声、产后随访证实肾钙质沉着症并伴高钙尿症的婴幼儿，其基因测序结果显示SLC34A1基因存在双等位致病变异。最新研究进一步证实，即使是SLC34A3单基因突变的杂合子携带者，肾结石罹患风险也显著增加。种族特异性研究显示，位于SLC34A1上游的rs11746443SNP可影响肾功能，是日本人群肾结石的新突变位点，但该位点与中国汉族人群尿路结石风险无相关性，提示除遗传因素外，环境、饮食等因素也可能影响疾病的临床表型。5.瞬时受体电位通道蛋白5（TRPV5）基因瞬时受体电位（TRP）离子通道家族成员广泛分布于外周及中枢神经系统，目前已在哺乳动物中克隆出30余种，均为六次跨膜蛋白，N末端和C末端位于胞内，由第五、六跨膜结构域构成非选择性阳离子孔道。TRP通道可被温度、渗透压、pH值、机械力及内源性/外源性配体、细胞内信号分子等多种因素调控，主要功能为介导感觉信号传递，同时参与细胞钙平衡调节及发育过程调控，根据结构特征可分为七个亚族。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“钙重吸收门卫”，是肾小管钙跨细胞转运的关键分子。动物实验证实，TRPV5基因敲除小鼠会出现严重的高钙尿症和高磷尿症。两项独立研究报道，TRPV5基因的两个多态性位点——R154H（rs4236480）和L530R（rs757494578）分别与肾结石的多发性和复发性相关。此外，尿调节蛋白（由UMOD基因编码）和粘蛋白-1（由MUC-1基因编码）可通过上调肾小管TRPV5的表达丰度，增强钙重吸收，降低尿Ca²⁺浓度，从而发挥防石作用。临床研究发现，含钙肾结石患者尿液中MUC-1水平显著降低，UMOD基因也被证实为肾结石的保护性基因，进一步佐证了TRPV5在肾结石发病机制中的核心作用。6.骨桥蛋白（OPN）基因及其他相关基因骨桥蛋白（OPN）是一种广泛存在于细胞外基质中的糖基化蛋白，最初被认为是参与骨形成与发育的关键骨基质蛋白，后续研究证实其在多种生理病理过程中发挥调控作用。人类OPN基因定位于染色体4q13，为单一编码基因，全长8kb，包含7个外显子和6个内含子；小鼠OPN基因定位于5号染色体，全长约7kb，同样包含7个外显子，其5’端启动子区1kb序列已被测序，存在API-5、PEA-3、PEA-1、Ets等多种转录因子结合位点。OPN基因具有较高的变异性，为多等位基因，小鼠中存在3个等位基因，人类中至少存在2个；尽管不同物种及同物种不同组织的OPN基因存在多态性，但其核苷酸序列总体呈中度保守，其中N末端、C末端及含RGD序列的50个氨基酸区域高度保守。OPN启动子区包含1个TATA盒（-28~-22）、1个颠倒的CCAAT盒（-55~-50）、1个GC盒及多个应答元件（如维生素D反应元件、糖皮质激素反应元件、Ras反应元件、激活蛋白1结合位点等）。OPN的核心防石机制为抑制尿结晶形成：其编码产物作为酸性大分子，可直接抑制草酸钙晶体的生长与聚集，并阻断晶体与肾小管上皮细胞的黏附。临床研究证实，尿石症患者的尿液及血清OPN水平均显著低于正常对照组，且OPN基因多态性与含钙结石易感性相关；其中，SPP1多态性还与首发草酸钙结石密切相关。基于上述特性，OPN有望成为尿路结石形成的生物标志物，为肾结石的早期诊断提供新靶点。二、遗传机制的临床转化及个体化治疗应用综上，多种基因变异可通过不同机