慢性腎臟病尿毒癥毒素相關血管內皮細胞功能障礙機制的研究進展

王曉娜，周蕓

1 山西醫科大學，太原030000；2 山西醫科大學附屬人民醫院腎內科

慢性腎臟病（CKD）是全球健康問題，全球患病率為11%～13%，我國患病率為10.8%［1］，并呈逐年增加趨勢。1 項納入了11 個國家的201 918 例患者的研究表明，腦卒中、心肌梗死及出血是血液透析患者重要死亡原因［2］，嚴重影響患者預后。血管內皮細胞功能障礙使血管系統缺乏完整性，在動脈粥樣硬化（AS）和急性血栓形成的心血管疾病如冠心病、心力衰竭、外周動脈疾病、腦卒中等發病機制中起關鍵作用，而尿毒癥毒素是腎功能不全時導致心血管疾病發生的重要因素，特別是蛋白結合類尿毒癥毒素與血管內皮損傷聯系緊密。結合國內外研究，尿毒癥毒素對內皮細胞的影響體現在炎癥、氧化應激、細胞結構、血栓形成、尿毒癥毒素受體和轉運體表達及內皮微粒（EMPs）形成等方面。現將尿毒癥毒素相關血管內皮細胞功能障礙機制研究進展綜述如下。

1 CKD與血管內皮功能障礙的關系

血管內皮細胞是一層單層細胞，位于血管腔內，不僅可保護組織和血液，而且有內分泌功能。內皮細胞通過一氧化氮依賴性途徑與血管平滑肌細胞協同作用，調節血栓形成、纖溶、炎癥和血管張力。內皮細胞在控制白細胞運輸、新陳代謝、血管通透性和血管生成方面起重要作用。內皮細胞在各個器官以及不同血管中表現不同，重要的形態學、生理學和表型差異使內皮細胞在不同部位以及不同血管之間均可發揮特定功能［3］。

內皮細胞功能障礙是指內皮細胞喪失生理功能導致血管內穩態失衡。各種外部因素刺激內皮細胞，容易發生炎癥及凝血，血管張力異常，增強黏附分子的表達及增加活性氧（ROS）的產生，甚至會直接損害內皮細胞，使其喪失完整性。內皮功能障礙還會損害內皮細胞與血管平滑肌細胞的相互作用，干擾血管平滑肌細胞的成熟、分化和增殖，促進血管鈣化及AS 等發生。內皮細胞在維持血管內穩態中起重要作用，內皮細胞功能障礙是動脈粥樣硬化的基礎，參與心血管疾病的發病機制［4］，隨著CKD的進展，其作用越來越明顯。在CKD 中，內皮功能受損的特點是氧化應激增加、促炎因子和血栓前分子的表達增加、結構損傷以及內皮修復和保護機制的障礙，在CKD 各個階段，血管內皮功能障礙均與心腦血管疾病風險增加相關。

尿毒癥毒素是指隨著腎功能減退及腎小球濾過率下降，不斷蓄積在血液和組織中，可導致代謝紊亂或產生一系列臨床表現的物質，是CKD 患者發生心血管疾病的危險因素。根據生化特性及清除方式，將尿毒癥毒素分為三大類：①水溶性小分子物質，相對分子質量較小，如肌酐、尿素氮、尿酸、胍類，此類物質容易被血液透析清除；②中分子物質，相對分子質量較大，如甲狀旁腺素、β2-微球蛋白，此類物質常規血液透析清除效果不高，只能通過大孔徑透析膜的血液凈化方式清除；③毒性最強的蛋白結合性毒素，如硫酸吲哚酚（IS）、硫酸對甲酚（PCS），多數血液凈化方式對此類物質的清除效果較差，蛋白結合性尿毒癥毒素與CKD心血管并發癥緊密相關。

2 尿毒癥毒素損傷CKD 血管內皮細胞相關機制

2.1 參與炎癥反應 內皮細胞參與了CKD 患者炎癥反應發生。尿毒癥毒素可改變炎性因子、趨化因子［5］以及黏附分子的表達，如基質細胞衍生因子-1（SDF-1）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）、E-選擇素、P-選擇素、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）和血管細胞黏附分子-1（VCAM-1），可促進單核細胞和巨噬細胞向內皮細胞募集，促進炎癥反應發生，造成內皮細胞損傷［6］。IS 是來源于色氨酸代謝的尿毒癥毒素，可通過SLCO2B1 基因編碼的轉運蛋白（包括OATP2B1）及Dll4-Notch 信號促進巨噬細胞的活化［7］。研究表明，尿毒癥血清可降低 SDF-1，升高 IL-8，增加 MCP-1 表達，研究發現，CKD 患者透析前血漿中的 IS、PCS 和 IAA 水平越高，sVCAM-1 越高。IS 能增加 ICAM-1 和 VCAM-1 表達，高磷血癥增強了CKD 小鼠主動脈內皮細胞ICAM-1和 VCAM-1 表達。CHEN 等［8］證明，PCS 誘導內皮細胞中ICAM-1、VCAM-1 和E-選擇素表達，并在體外和體內增強單核細胞與內皮細胞的相互作用，馬尿酸亦能增加人主動脈內皮細胞中ICAM-1表達［9］。

2.2 參與氧化應激 氧化應激是指體內氧化還原反應的不平衡，進而對機體產生各種損傷。研究顯示，氧化應激主要變化是ROS的蓄積，ROS是RhoA/ROCK 通路上游激活劑，可通過異常活化的RhoA/ROCK 通路誘導內皮細胞依賴性血管舒張和血管收縮失衡，進而損傷血管內皮細胞［10］。氧化應激還可誘導平滑肌細胞增殖遷移、導致內皮細胞凋亡、促進黏附因子及炎性因子表達，造成血管壁損傷，導致斑塊的形成、破裂，促進AS 的發生。尿毒癥毒素可抑制一氧化氮（NO）合成，促進ROS 的產生［11］，可通過增強氧化劑氧化能力，降低抗氧化能力促進氧化應激［12］。研究表明，IS通過激活NADPH氧化酶及促進線粒體功能障礙，抑制抗氧化系統、降低內皮細胞的活力和誘導ROS 產生來損傷內皮細胞，PCS 通過增加ROS 產生促進AS 的形成。體外實驗表明由馬尿酸鹽引起的內皮功能障礙機制取決于動力蛋白相關蛋白1 介導的線粒體裂變的活化和線粒體ROS 的產生［9］。

2.3 參與血栓形成 內皮細胞可合成和釋放NO、前列環素、血栓調節素和組織纖溶酶原激活劑等物質，進而促進血栓形成，參與止血系統的血栓前和抗血栓形成平衡。內皮細胞可產生凝血因子，尿毒癥毒素損害內皮細胞，使部分凝血和纖溶因子如組織因子、血管性血友病因子、血栓調節素因子Ⅷ和D-二聚體水平升高，可導致凝血和纖溶過程異常［13］。IS 和組織因子均參與血栓形成［14］。吲哚-3 乙酸（IAA）可通過非基因組AhR/p38 MAPK/NF-κB 途徑增加人內皮細胞中組織因子水平，促進凝血［15］。KARBOWSKA 等［16］發現，接受 IS 治療的大鼠體內纖溶酶原激活物抑制劑1水平比對照組高。鄰氨基苯甲酸（AA）是一種色氨酸來源的尿毒癥毒素，與CKD患者纖溶系統相關，AA和纖維蛋白溶解的各個參數之間的關系因CKD階段不同而異［17］。

NO在血管舒張方面起重要作用，還可抑制血小板黏附和聚集，尿毒癥毒素可降低內皮細胞的NO生成和生物利用度。體外研究表明，IS 和無機磷酸鹽會降低NO 的生物利用度，這與內皮細胞氧化應激的增加有關［18］。此外，不對稱二甲基精氨酸（ADMA）是一種eNOS 拮抗劑，在CKD 患者體內水平較高，可減少NO 的產生［19］。在體內，與未暴露于尿毒癥毒素的大鼠相比，用IS 治療的大鼠血栓形成更大［16］。尿毒癥毒素IS和IAA可增加內皮細胞環氧化酶-2 表達［15］，產生前列腺素，如前列腺素E2，可誘導血小板聚集，具有促凝血作用。這些數據表明尿毒癥毒素可引起內皮細胞活化和促凝血活性，與CKD患者血栓事件和其他心腦血管疾病的發生有關。

2.4 損害內皮結構 內皮細胞結構完整是正常生理功能的基本保障。尿毒癥毒素可損傷內皮細胞結構，增加通透性［20］。尿毒癥毒素降低了跨內皮電阻［21］，損傷細胞間連接，特別是與血管內皮—鈣黏蛋白和小帶封堵器-1 蛋白有關的細胞間連接［8，22］，增加了由酪氨酸激酶介導的血管內皮—鈣黏蛋白在酪氨酸658的磷酸化。

尿毒癥毒素還會損害保護內皮細胞的機制。尿毒癥毒素可導致內皮祖細胞功能障礙，包括趨化運動和血管生成減少，阻礙內皮修復過程［23］。在尿毒癥條件下形成的內皮祖細胞可介導靶細胞的功能障礙，并有助于血管損傷和腦血管疾病的發展。尿毒癥毒素可改變內皮細胞中具有保護功能的分子表達，可抑制內皮穩態的重要轉錄因子Krüppel樣因子2 表達［24］，維持內皮功能的 Sirtuin 1 表達可被 PCS、IS、晚期糖基化終末產物（AGEs）抑制［16］。Klotho 的表達可保護內皮細胞，增加內皮細胞NO 生成，可減弱 TNF-α 誘導的 NF-κB 活化以及內皮細胞中 ICAM-1 和 VCAM-1 表 達，CKD 患 者的 Klotho 表達 降低 ，PCS 和IS 能通過DNA 甲基化降低腎小管細胞中Klotho表達。

2.5 尿毒癥毒素轉運體和受體結合誘導血管內皮損傷 轉運體和受體可通過分泌和重吸收特性改變基質的血漿水平，可能在內皮細胞功能障礙中發揮作用。有機陰離子轉運體（OAT）是一類主要的轉運體，可清除尿毒癥毒素。研究表明，OAT 介導內皮細胞吸收 PCS 和 IS，阻斷 OAT 可抑制 MCP-1 表達［5］。AGEs 是由蛋白質、碳水化合物、脂質和DNA 的氧化和糖基化過程產生的一組異質分子，通過與其受體RAGE 的相互作用誘導細胞損傷。研究證明，AGEs誘導內皮細胞 RAGE 的表達［25］。 WANG 等［26］使用體內（大鼠模型）和體外（HAECs）試驗來驗證抑制AGEs 和RAGE 之間的相互作用有助于減少內皮功能障礙，證明阻斷RAGE 的重要性。因此，阻斷RAGE 配體軸可能是一個治療靶點，與其他研究一致［27］。提示轉運蛋白或受體與其配體（如尿毒癥毒素）之間的相互作用可能提供新的治療策略，因為這些相互作用會在內皮和其他身體組織中引發有害效應。然而，這一過程中涉及的機制有待進一步研究。

2.6 尿毒癥毒素誘導內皮微粒形成導致血管內皮損傷 內皮微粒（EMPs）來源于細胞膜的囊泡，含有磷脂酰絲氨酸，表達黏附分子，如鈣黏素、ICAM-1、E-選擇素和整合素，可通過與單核細胞的相互作用發揮促炎和促凝血作用，可誘導細胞間信號反應，導致炎癥、氧化應激和凋亡［28］，還與血管生成有關。內皮細胞是EMPs 的一種靶細胞，EMPs 是內皮細胞損傷的循環標志之一。研究表明，尿毒癥毒素可誘導內皮細胞形成EMPs，而EMPs 亦可增加內皮細胞氧化應激及降低NO 的生物利用度，導致內皮細胞損傷。IS 和IAA 誘導的EMPs 比未暴露于尿毒癥毒素的細胞具有更強的促凝血活性。暴露于硫酸吲哚氧基（250 μg/mL）的細胞釋放的EMPs 參與氧化應激和細胞調亡信號通路，可阻礙內皮修復［23］。尿毒癥毒素可誘導內皮細胞釋放EMPs，但機制尚未完全闡明，降低EMPs 水平對臨床結果的影響尚不確定，EMPs是生化標志物還是治療靶點尚待確定。

綜上所述，血管內皮細胞功能障礙與CKD 密切相關，是導致CKD 患者心腦血管并發癥的重要原因，而尿素癥毒素可通過各種機制損傷血管內皮，但具體機制仍不明確，需進一步研究。