Tamm-Horsfall蛋白在腎臟疾病中的研究進展

方道成，胡媛媛，谷江

(1.貴州醫科大學，貴陽 550001； 2.貴州醫科大學附屬醫院泌尿外科，貴陽 550001)

腎臟為機體內一重要的排泄器官，而腎臟疾病是指原發于腎臟或繼發于其他臟器病變導致腎臟受損的一類疾病，是危害人類健康的一種常見疾病，其發病率呈逐年升高趨勢，且預后較差，大多數腎臟疾病發展到晚期才被發現。隨著研究的不斷深入，Tamm-Horsfall蛋白(Tamm-Horsfall protein，THP)被發現與腎臟疾病有關。學者首先從正常人尿液中分離純化出一種能抑制病毒誘導紅細胞凝集的黏液糖蛋白[1-3]。首次發現THP 30年后，研究人員在孕婦尿液中發現了一種對T細胞增殖和單核細胞毒性具有體外免疫抑制作用的蛋白，并將其命名為UMOD(uromodulin)[4-5]。隨后，通過對互補DNA和基因組克隆的分離和鑒定發現，UMOD和THP為同一種糖蛋白[6]。但THP在人類健康和疾病中的確切作用仍不明確。鑒于THP的體內分布、獨特結構等推測出THP的一些生理作用，包括介導水鈉潴留、預防高血壓、預防腎結石形成、預防尿路感染(urinary tract infection，UTI)以及可能在急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)和慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)中起作用。現就THP在腎臟疾病中的作用予以綜述。

1 THP的結構、生物學及經典生理功能

THP是一種分子量為80 000～90 000的磷脂酰肌醇錨定糖蛋白，由腎小管髓袢升支及遠端小管曲部的上皮細胞合成[7]。它含有640個氨基酸，其中48個氨基酸殘基形成24個亞基。它包含3個類似生長因子的結構域：一個未知功能的中心結構域(未知功能域)；一個蛋白質聚合所必需的透明帶結構域；以及可能在動物和人類中發揮功能作用的糖基磷脂酰磷脂酰固定化位點。THP在上皮細胞的粗面內質網上合成，在高爾基復合體中進一步成熟，然后蛋白單體被運輸到上皮細胞的頂面。通過對細胞模型和轉基因小鼠的研究證明，膜結合的絲氨酸蛋白酶與THP的生理裂解有關[8]。THP含有大量半胱氨酸，每11～12個氨基酸殘基中含有1個半胱氨酸[8-12]。此外，因酸性氨基酸的數量超過堿性氨基酸，使得THP在中性溶液或水中具有較低的等電點和較差的溶解性能，導致其在堿性溶液中往往以凝膠狀的形式存在。這種物理特性使THP成為尿透明管型[13]的基本成分。免疫組織化學染色顯示，僅在髓袢升支粗段細胞中可檢測到THP，而活躍的水和氯離子在該處發生再吸收[14-15]，因此THP不僅是檢測腎小管的一種有用的抗原生物標志物，還在調節正常腎臟髓袢升支粗段功能方面發揮重要作用。生理上，大量的NaCl在腎小球濾過液中被髓袢升支粗段[14]重新吸收。由于髓袢升支粗段的通透性較近端小管低，因此生成并輸送至遠曲小管的管狀流體對血漿的張力較低，導致髓質逆流梯度[15]，有利于形成THP聚集在細胞間外側膜上的離子環境。另有研究發現，THP是血清白蛋白、免疫球蛋白G輕鏈、補體C1和C1q、白細胞介素-1β、白細胞介素-6、白細胞介素-8、腫瘤壞死因子-α和γ干擾素的有效結合配體[16]。因此，THP被認為是先天免疫系統的一部分。

2 人體內THP的影響因素

健康人每日尿THP的排泄量為50～150 mg。研究表明，THP的排泄從出生到成年逐漸增加，并在60歲之前保持穩定，60歲之后下降[17-18]。一項大型研究表明，年齡和糖尿病與多變量調整后的尿THP呈負相關[19]。然而，在進一步調整尿肌酐后，僅有糖尿病與尿THP呈顯著負相關，尿THP與腎臟長度和體積以及尿鈉、鉀、氯均呈正相關[19]。故提出可將THP水平作為評估腎功能輔助的指標[20]。另一項研究發現，尿THP與糖尿病和舒張壓呈負相關[21]。這種結果可能與尿鈉、尿酸的排泄與尿THP相互作用對細胞外液濃度的影響有關[20-21]。而其他影響THP的因素有待于進一步研究。

3 THP與腎臟疾病的關系

3.1CKD CKD是多種因素綜合作用引起的慢性腎臟功能障礙，是導致腎小球尿液成分異常和腎小球濾過率下降的一種臨床綜合征。目前，有許多研究評估了THP在CKD中的作用。UMOD基因啟動子區域的單核苷酸多態性(rs12917707和rs4293393)表明，THP水平與估算的腎小球濾過率和CKD的發病風險有關[22-25]。雖然已有一些小型研究評估了THP與腎功能下降風險之間的關系，但其結果并不一致[23,26-28]。為確定THP水平與臨床風險之間的關系，研究人員采用了病例隊列設計，并測量了心血管健康研究中納入者的THP水平[27]。在橫斷面分析中，THP水平較高者患糖尿病、冠心病、腦卒中和心力衰竭病史的可能性較小，舒張壓和體質指數較低，且尿THP水平較高者的估算的腎小球濾過率較高[27]。進行相關調整后研究者在近10年的隨訪中發現，高水平尿THP與估算的腎小球濾過率下降呈負相關，但由于樣本量相對過少，降低了結論的可信度，故該結論也需進一步證實[27]。雖然這項大型前瞻性研究報道了THP與腎功能下降之間的新聯系，但它們在其他人群中的有效性仍需其他大型研究證實，包括那些患有晚期CKD的人群。Lv等[29]通過對CKD患者進行COX風險回歸模型研究發現，血清THP水平與CKD患者發生終末期腎病獨立相關。Chacar等[30]通過動物模型發現，尿THP可作為CKD的早期標志物。但這些研究無法明確THP與CKD的直接聯系，也無法確定高水平THP能否作為腎臟健康的一個標志或是與CKD的進展有對應關系。

3.2AKI AKI是指由多種病因引起的腎功能快速下降而出現的臨床綜合征。采用缺血再灌注損傷模型的研究表明，與UMOD野生型小鼠相比，UMOD基因敲除小鼠的血清肌酐水平明顯升高[31]，且外髓質S3段組織損害更明顯[32]。此外，UMOD基因敲除小鼠在AKI后血清肌酐升高時間延長，提示THP可能在AKI的恢復中發揮作用[33]。

在一項對極低出生體重兒的研究中，研究人員評估了14種標志物是否與出生后第一周發生AKI的風險有關[34]。結果顯示，與沒有發生AKI的嬰兒相比，發生AKI的嬰兒尿THP的中位水平低1.6倍，且尿THP在所有其他生物標志物中預測AKI的效果最好。有研究者評估了接受體外循環心臟手術的成年人術前血THP水平與術后AKI風險的關系，結果顯示尿中THP-肌酐比值越低，AKI的發生率越高[35]。然而由于條件限制，該研究在評估尿THP與Ⅱ期或更高階段AKI之間的關系時受到限制。有關兒童和成人正常心臟手術的研究表明，那些術前低水平尿THP患者術后發生AKI的風險最大[35]。尿THP的產生減少不僅是腎小管損傷的一種有用的生物標志物，還是全身和腎前炎癥細胞因子清除率降低的指標，從而加速了腎臟的炎癥反應。這種加速炎癥的分子機制是基于正常THP的產生可以抑制骨髓粒細胞的產生和中性粒細胞的浸潤，以防止腎損傷引起的炎癥[8,15]。此外，受損腎臟中THP產生減少使泌尿系統易受感染，可能進一步加速腎功能衰竭。國外的研究發現尿THP可以作為腎功能的評價指標[11]，與國內的研究結果[36]矛盾。

因此，關于THP與AKI的關系仍需大量研究證實，并明確THP是否可以作為評估AKI風險和恢復的標志。一項研究強調了THP影響AKI的病理生理學和恢復的可能機制[37]，但兩者的關系仍需進一步明確。

3.3UTI UTI又稱泌尿系統感染，是指病原體在尿路中生長、繁殖而引起的感染性疾病。THP的許多假定功能之一為預防UTI。UMOD基因敲除小鼠更容易發生大腸埃希菌所致的膀胱感染[38-40]，且接種尿致病菌后，其感染的組織學證據更明顯[41-42]。早期研究發現，THP可以與周圍環境中的細胞因子結合，以及THP激活的外周單核細胞動態產生促炎和抗炎細胞因子，可能導致THP具有一定的免疫效應，并猜測THP對免疫細胞的這種似是而非的免疫作用使其在泌尿系統中可能具有免疫調節作用[17]。然而，有關THP在預防人類UTI中的作用研究較少。

對UMOD變異體rs4293393在156個人類群體、8個古代人類基因組和靈長類基因組中的等位基因頻率的研究表明，UMOD的等位基因rs4293393的全球頻率與全世界抗生物素耐藥UTIS的流行呈正相關，且與UTI標志物(尿白細胞和亞硝酸鹽)呈負相關[43]。研究表明，UMOD消融術增加了小鼠對膀胱細菌定植、1型大腸埃希菌感染和輸尿管結石形成的易感性[38-40]。臨床上，糖尿病腎病、狼瘡性腎炎或終末期腎病患者腎臟中THP的產生減少可能導致反復UTI的易感性。一項心血管健康研究參與者的隨機隊列數據表明，高水平尿THP者發生非臥床和醫院相關UTI事件的風險顯著降低，表明THP對尿路感染的保護作用[44]。THP在宿主防御中的潛在保護作用在91例(其中46例并發菌血癥)因大腸埃希菌引起UTI的成人病例對照研究中得到證實，結果顯示低水平尿THP患者發生菌血癥的概率較高水平尿THP者高6倍[45]。由于樣本量小，所以需要更嚴格和更大規模的研究來評估尿THP水平是否與UTI患者患菌血癥的風險有關。Micanovic等[46]的研究發現，正常THP的產生可以抑制骨髓粒細胞的產生和中性粒細胞的浸潤，以防止腎損傷引起的炎癥。Coady等[47]通過THP阻斷細菌對膀胱上皮的黏附來保護UTI的研究發現，THP可以預防念珠菌引起的UTI。但目前尚不清楚尿THP水平是否可用于確定UTI的危險人群，特別是預防性使用抗生素可能有益的人群。

3.4腎結石 腎結石是一種常見的泌尿外科疾病，其發病率和復發率高，臨床易誘發泌尿系梗阻、泌尿系感染、腎功能損害等，嚴重危害人類健康，其形成原因主要為促進和抑制尿代謝物過飽和和結晶因素之間的不平衡，其主要成分為草酸鈣。但關于THP與腎結石的關系目前仍存在爭議，關于THP是否與人類腎結石相關的數據存在矛盾[48-50]。體外實驗表明，電解質(高滲狀態)、氫離子(低pH)和THP本身濃度的增加會促進THP的聚集和隨后凝膠的形成[51]。當這種異常情況發生于腎臟腎小管髓袢升支時，就會形成透明的管型甚至腎結石[52]。因此，THP不僅能促進草酸鈣晶體形成，且在某些病理條件下參與了尿石癥的發病機制。研究表明，當患者有腎結石病史時尿THP排泄減少[53]。Yasir等[54]的結論與之相反。此外，受損腎臟THP產生減少者泌尿系統易受感染，可能進一步加速結石形成。因此，THP能促進草酸鈣晶體形成[55]，Liu等[56]報道了THP缺乏小鼠進行性腎毛細血管鈣化和腎結石形成，而國內關于THP與腎結石關系的研究結果也存在爭議[57-58]。為評估THP結構的差異在腎結石患者和非腎結石患者中是否存在差異，研究人員采用新方法來量化53例結石患者和54例對照組患者THP的唾液酸和氨基糖含量，結果表明，不僅不同患者尿THP水平不同，且其定性結構的差異也可能影響鈣性腎結石的發生發展，但這項研究并不能解釋THP與腎結石的關系。張于和安瑞華[59]嘗試解釋THP與腎結石的關系，但仍無法明確兩者的關系。有學者通過對晶體模型進行研究發現，THP可以抑制腎結石的形成[60]。一項針對THP與腎結石形成關系的研究顯示，THP對腎結石是否有抑制作用取決于鈣濃度、pH值、離子強度的大小[61]。然而，THP與結石形成的關系仍在研究中。

4 小 結

THP是一種獨特的尿黏液糖蛋白，其醛基含量高，僅在腎小管髓袢升支及遠端小管曲部合成，分子主要作為一種防御元素，可以維持腎臟功能穩定以防止泌尿系統感染和泌尿系統結石的形成。從生理學上講，THP與腎臟逆流梯度形成、鈉穩態、血壓調節以及抵抗泌尿系統感染的防御分子有關，其在人類健康和疾病中的潛在作用正被重新發現。Devuyst等[62]對因THP突變、腎功能不全時，THP產生減少、尿路梗阻等疾病發生致THP異常時均可引起嚴重的病理改變進行了總結。未來，隨著人們對THP理解的深入，其將會成為臨床工作中的一項重要指標。