膽紅素在慢性腎臟病中的研究進展

李靜，李洛華，蔣紅櫻，李結賽，陳靜，白彝華

(昆明醫科大學第二附屬醫院腎內科，昆明 650101)

膽紅素主要來源于衰老紅細胞中血紅蛋白的分解代謝產物。既往認為，膽紅素水平升高對人體有害[1]。Schwertner[2]提出，低膽紅素水平可能是冠心病的獨立危險因素之一，由此膽紅素的生物學作用逐漸引起人們的重視。膽紅素是一種內源性強抗氧化劑，具有強大的抗氧化應激、清除自由基、減輕氧損傷、抑制脂質過氧化作用，并可在應激情況下對動脈粥樣硬化、冠心病、炎癥性疾病、腫瘤、腎病等起保護作用[3]。與維生素C等常見抗氧化劑相比，膽紅素含有一個活化氫原子和延伸共軛雙鍵體系，能更有效地抑制自由基對細胞的損傷，并能有效清除氧自由基及抑制過氧化低密度脂蛋白的產生而發揮抗氧化作用。生理水平的膽紅素通過抗氧化應激、清除自由基以及與谷胱甘肽的協同作用增強抗氧化作用，從而保護細胞膜免受氧化。膽紅素的抗氧化能力占機體總抗氧化能力1/3左右，在氧化與抗氧化的平衡起重要作用[4]。氧化應激是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的發病機制之一，能夠促進CKD的發展，與CKD形成惡性循環。膽紅素通過強效的抗氧化應激、抗免疫炎癥、抗細胞凋亡作用保護腎組織免受損傷[5]。現就膽紅素目前在CKD中的研究進展予以綜述。

1 膽紅素的分子結構及來源

膽紅素是一種疏水性的四吡咯化合物，超過2/3的膽紅素由衰老的紅細胞轉化而來。人血清膽紅素水平受多種因素影響，如年齡、性別、吸煙、飲酒、禁食、海拔、攝入致癌藥物和(或)植物產品等[6]。男性膽紅素水平高于女性，與年齡呈負相關[7]。膽紅素是不溶于水的化合物，需要通過微粒體酶尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶-1A1進行葡萄糖醛酸化才能排泄，其抗氧化機制源于其可延伸共軛雙鍵和活性氫原子，易使碳10位上的氫原子充分暴露而易于活化。膽紅素與清蛋白結合后，以膽紅素-清蛋白復合體的形式運輸，有學者發現，血清膽紅素>20 mg/mL時，對胎兒對神經元組織的毒性作用可增加神經功能障礙的風險[8]。研究證實，膽紅素<1 mg/mL(正常范圍內)時，膽紅素水平較高者的血紅蛋白水平、鐵利用率也較高，但血小板和淋巴細胞計數較低，表明膽紅素水平的升高與改善脂質分布、降低炎癥狀態有關[9]。

早期研究認為，膽紅素是一種內源性毒素，具有親脂性，易透過血腦屏障，導致腦部損傷[10]。隨著對血紅素加氧酶(hemo oxygenase，HO)與一氧化碳膽紅素系統研究的不斷深入，有研究發現，膽紅素及HO均具有強抗氧化、抗免疫炎癥及抗細胞凋亡作用[11]。HO主要存在于外周和中樞的組織中，是膽紅素生成的關鍵酶。血紅素從衰老紅細胞破壞后的血紅蛋白中釋放，經HO作用轉變為膽綠素，再經還原酶的作用形成未結合膽紅素，在此還原過程中提供2個氫原子，發揮抗氧化性。目前已發現的HO有3種，HO-1主要存在于肝、脾、骨髓等可降解衰老紅細胞的組織器官中，HO-1是一種誘導酶，血紅素能迅速激活其生物合成，及時高效清除循環中的血紅素、保護細胞免受抗氧化損傷，在膽紅素代謝中具有極其重要的作用[12]。HO對機體的保護作用是通過其催化生成的CO實現，HO-1表達的增加主要與膽綠素生成、CO升高、鐵釋放、高血壓、動脈粥樣硬化、腦血管意外、缺氧等有關。HO-2主要存在于大腦和睪丸，在大腦內，HO-2水平保持恒定，對大腦具有抗氧化作用；HO-3的功能目前尚不清楚。

2 膽紅素的抗氧化作用

既往對膽紅素的研究甚少，20世紀30年代之后，逐漸有學者發現了它的一些生理保護作用。膽紅素的分子結構較特殊，為不對稱卷曲結構，與白蛋白結合后，極易與超氧陰離子等自由基結合，使碳10位上的氫轉化為活性氫離子，清除氧自由基[13]。Sedlak等[14]發現，膽紅素水平達到0.02～0.05 μmol/L可抑制嚙齒類動物體內還原型腺嘌呤二核苷酸氧化酶的活性，發揮抗氧化作用。腺嘌呤二核苷酸是一種有害的氧化物質，可增加活性氧類生成過程中的氧化應激，導致細胞內皮功能紊亂。膽紅素通過抑制腺嘌呤二核苷酸的活性抑制組織脂質和脂蛋白過氧化[15]。在生理膽紅素水平下，膽紅素可保護細胞膜脂肪酸免受自由基氧化，避免低密度脂蛋白和其他脂類的氧化，降低過氧化低密度脂蛋白水平，特別是膽紅素水平較高個體[16]。過氧化低密度脂蛋白可促進體內活性氧類產生，降低谷胱甘肽過氧化物酶及抗活性氧類的活性，導致內皮細胞損傷，促進動脈粥樣硬化[17]。膽紅素通過降低細胞內活性氧類水平提高機體的抗氧化能力，還可通過清除體內自由基發揮其抗氧化性[18]。人體內正常膽紅素水平為3.4～17.1 μmol/L，低于人體內已知抗氧化劑谷胱甘肽生理濃度的0.1%[19]。膽紅素通過膽綠素還原酶的接觸性擴增發揮抗氧化作用[20]。正常人血清膽紅素水平并不高，其作為內源性抗氧化劑，可與白蛋白結合成為復合物，競爭性阻止白蛋白與脂肪酸的氧化作用，清除過氧化物自由基和超氧化物，使脂類免受氧自由基的損害。膽紅素通過清除過氧化脂質，減少脂質過氧化物產生，并阻斷過氧化脂質引起的相關反應，保護細胞免受破壞。當膽紅素水平下降時，抑制脂質過氧化能力的下降，導致血脂升高。此外，膽紅素在早期階段便可切斷自由基引起的細胞損害[21]。

人體及動物的體內研究證實，膽紅素是一種生理性抗氧化劑。一項對右旋葡聚糖硫酸鈉結腸炎模型的研究發現，膽紅素可以阻斷腸道白細胞的生理性運輸，阻止白細胞向血管內皮的遷移，此機制可能通過阻止血管細胞黏附蛋白介導的信號實現[22]。膽紅素抑制內皮細胞黏附分子增生可能與白細胞在腎組織間隙滲入有關[23]。膽綠素或膽紅素通過調節白細胞介素-2的轉錄抑制T細胞活性[5]，這可能是CKD的致病因素。此外，膽綠素還原酶可抑制缺氧肺動脈平滑肌細胞的凋亡過程[24]。膽紅素還具有抑制蛋白激酶C活性的抗補體作用。

3 膽紅素與腎臟疾病的關系

3.1膽紅素與CKD的關系 氧化應激與免疫炎癥在CKD發病機制中起重要作用。膽紅素作為強抗氧化劑，可在一定程度上抑制腎損害。膽紅素的抗氧化作用與保護腎臟損傷及減少心血管事件相關。目前提出了膽紅素阻止CKD進展的多種機制。膽紅素是一種通過有效抗氧化應激、抗免疫炎癥和抗凋亡特性保護腎組織免受損傷的多活性分子[5]。膽紅素具有清除自由基作用而被認為是一種重要的內源性物質。膽紅素獨特的疏水性四吡咯結構可抑制腺嘌呤二核苷酸，而腺嘌呤二核苷酸可提高活性氧類生成中的氧化應激作用，導致腎臟內皮功能紊亂。膽紅素影響CKD的進展是通過抑制腎臟組織中脂質和脂蛋白的過氧化抑制活性氧類的生成[15]。人體產生的大量氧自由基可加重腎小球毛細血管壁損傷促進CKD的進展。膽紅素能增強HO的活性，刺激血管內皮細胞分泌CO舒張血管，抑制過氧化低密度脂蛋白趨化單核細胞沉積，最終使血管平滑肌細胞的生長停留在G期與S期之間[25]。研究顯示，低血清總膽紅素水平者不良腎轉歸的風險度是高血清總膽紅素水平者的3倍以上，正常范圍內高水平血清總膽紅素可能延緩CKD的發展[26]。

膽紅素輕度升高與終末期腎病發生率降低相關[27]。估算的腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)及肌酐水平不同，患者的膽紅素水平亦存在差異。血清膽紅素水平與eGFR呈正相關，與肌酐呈負相關，表明血清膽紅素是eGFR的保護因素[4]。一項以1 420例中老年人口為基礎的橫斷面研究顯示，血尿酸與年齡、飲酒、使用抗病毒藥物以及eGFR具有明顯獨立相關性，低總膽紅素水平可能是高尿酸患者腎功能損害的潛在危險因素[28]。研究發現，生理范圍內膽紅素輕度升高成人的慢性阻塞性肺疾病、肺癌的全因死亡風險降低[29]。血清總膽紅素水平降低與CKD的發生、發展呈正相關。研究顯示，高水平血清總膽紅素是CKD患者腎功能的獨立保護因素，血清膽紅素與eGFR呈正相關，與24 h尿蛋白呈負相關，血清總膽紅素和間接膽紅素水平隨CKD病情進展而降低[30]。Toya等[31]的研究表明，在生理范圍內膽紅素水平越高，從微量白蛋白發展到大量白蛋白尿的風險越低。生理范圍內的相對高膽紅素血癥與腎功能下降延遲相關，可見，膽紅素是腎臟疾病進展的保護因子，對腎臟纖維化的影響可能是其作用機制。

目前，血清膽紅素水平對各種纖維化相關疾病保護作用的研究較廣泛。腎纖維化被認為是腎功能衰退或老化的共同終點[32]。研究顯示，炎癥、高血壓和氧化損傷是膽紅素保護作用的靶機制，膽紅素可能是減輕纖維化相關腎損傷的潛在治療靶點，膽紅素與白蛋白結合可能對腎纖維化具有潛在益處[33]。高水平直接膽紅素與低CKD風險相關，Shin等[34]發現，韓國成人血清總膽紅素水平與eGFR水平呈正相關，與24 h尿蛋白呈負相關。既往研究表明，低血清總膽紅素水平是eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)患者腎功能惡化的危險因素[35]。一項對中國臺灣健康人群的橫斷面研究發現，高血清總膽紅素水平與高eGFR獨立相關，且高血清總膽紅素水平者的腎損害風險較低[36]。一項來自日本的研究證明，老年CKD患者血清膽紅素水平降低與eGFR下降有關，但該研究并未包含CKD 5期患者，亦未對CKD 1～2期患者進行分類[37]。

3.2膽紅素與糖尿病腎病 膽紅素水平下降可促進老年糖尿病腎病的發生發展[10]。膽紅素水平下降后，糖尿病患者脂質氧化增強，低密度脂蛋白膽固醇及氧化型低密度脂蛋白增多，而氧化型低密度脂蛋白可促進動脈硬化、腎小球炎癥浸潤、腎小球硬化[38]。Someya等[39]將自由基清除劑注入微小病變型腎病綜合征動物模型體內的研究發現，實驗動物尿蛋白減少，腎小球的損傷程度得到改善。

研究證實，高膽紅素水平對糖尿病大血管病變具有重要的保護作用，血清總膽紅素水平可能是反映微血管病變和炎癥反應的有效指標，其作用可能是通過抗炎、減少血栓形成阻止和延緩糖尿病腎病的發生、發展[40]。在遺傳性高膽紅素血癥糖尿病老鼠模型中，降低腎臟還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4可抑制腎小球系膜增生和蛋白尿，延緩糖尿病腎病進展[41]。膽紅素具有抗補體特性，并可抑制蛋白激酶C的活性。此外，基礎血清膽紅素水平與血肌酐增加以及終末期腎功能衰竭呈負相關[42]。另有研究發現，基礎血清膽紅素水平升高可抑制eGFR下降[43]。膽紅素水平升高CKD患者發生大量蛋白尿的風險較低，但目前膽紅素抑制eGFR下降的作用尚未得到證實。有研究認為，低膽紅素水平是CKD 3期患者或2型糖尿病患者殘余腎功能的獨立預測因子[44]。實驗證明，膽紅素可抑制腫瘤壞死因子-α的合成，上調內皮黏附分子(如E選擇素、血管細胞黏附分子1、細胞間黏附分子1)的基因，而E選擇素可觸發腎間質炎癥細胞聚集，可見，血管細胞黏附分子1和細胞間黏附分子1在糖尿病的發病機制中起重要作用[45]。

糖尿病腎病與膽紅素的確切關系尚不清楚，但膽紅素水平升高可通過抑制氧化應激和免疫炎癥延緩糖尿病腎病的進展。低膽紅素水平是CKD 3期或3期以上2型糖尿病患者CKD發展的內在依賴預測因子，低膽紅素水平是導致CKD 3期或3期以上CKD發展的危險因素。此外，正常白蛋白尿患者中也觀察到膽紅素水平與CKD 3期或3期以上CKD發展具有相關性[44]。

3.3膽紅素與腎透析 膽紅素具有極強的抗氧化作用，可保護腎臟免受損傷并減少心血管事件的發生。研究發現，血液透析患者的炎癥反應和氧化應激增強可能與心血管疾病的發生有關，而心血管事件是血液透析患者死亡的主要原因[46]。對血清總膽紅素水平與正在接受血液透析尿毒癥患者死亡率之間關系的研究發現，總膽紅素水平為0.7～1.2 mg/dL尿毒癥患者的死亡率較高，高總膽紅素水平與長期血液透析尿毒癥患者的死亡率相關，且接受血液透析CKD患者的心血管疾病相關死亡風險是正常人群的30倍[47]。一項對5 900名韓國男性的大規模隊列研究顯示，直接膽紅素水平越高，新發非酒精性脂肪肝的風險越低，體質指數也呈現與總膽紅素相反的趨勢[48]。另有研究發現，膽紅素對血液透析患者具有潛在心血管保護作用，對191例血液透析患者的研究發現，隨著膽紅素水平的升高，血小板、白細胞計數、淋巴細胞計數減少、血清脂蛋白膽固醇比、載脂蛋白A、載脂蛋白B和白細胞介素-6水平以及血紅蛋白、血細胞比容、紅細胞計數、轉鐵飽和度、載脂蛋白A/載脂蛋白B比值、脂聯素和對氧磷酶1水平顯著升高，表明高膽紅素水平與血液透析患者的有益效果相關，提示較高膽紅素水平對血液透析患者的心腦血管具有潛在保護作用[9]。

現有研究表明，膽紅素可避免低密度脂蛋白和其他脂類的氧化，降低氧化型低密度脂蛋白的水平，特別是較高膽紅素水平個體[16]。膽紅素水平與尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶1A1啟動子區TA重復有關；與雜合子或正常TA重復次數相比，純合(TA)7等位基因血液透析患者的膽紅素水平升高，膽紅素通過改善血脂譜以及降低炎癥反應級別抑制腦血管疾病的發生發展[9]。目前對膽紅素與腹膜透析關系的研究較少，一項對106例非臥床長期持續腹膜透析患者的研究發現，血清直接膽紅素水平與腹膜透析患者的營養不良、血壓升高呈獨立相關，還可作為評估患者氧化應激的指標[49]。膽紅素水平與腹膜透析的關系仍有待進一步的研究。

4 小 結

近年來對于膽紅素與CKD關系的研究不斷深入，引起眾多學者極大的研究興趣。目前已證實膽紅素在慢性腎臟疾病中通過強效的抗氧化應激、抗免疫炎癥和抗凋亡特性，并可保護腎組織免受損傷，延緩CKD的進展。但膽紅素亞型與CKD發生、發展及預后的關系目前尚不明確。膽紅素發揮抗氧化應激、抗炎、抗補體的安全范圍目前也尚未顯示，目前的臨床證據尚不能正確評估每種類型膽紅素在CKD進展中的保護作用，如何合理利用膽紅素保護CKD有待未來研究的證實。