硫酸對甲酚在慢性腎臟病心血管并發(fā)癥中的研究進(jìn)展

竇可云 李先法 包自陽 朱彩鳳*

心血管疾病（CVD）仍然是慢性腎臟病（CKD）患者的主要并發(fā)癥及死亡原因，闡明CKD 背景下的CVD 發(fā)病機制有助于為防治尋找新靶點。硫酸對甲酚（PCS）是腸道食物來源的蛋白質(zhì)結(jié)合類尿毒癥毒素，主要通過腎臟清除。在慢性腎臟病發(fā)展過程中，PCS 可隨著尿毒癥毒素清除能力的下降而在體內(nèi)蓄積，造成對機體的多種損害，尤其是在CKD 患者并發(fā)CVD 中起著重要作用。本文就PCS 在CKD 并發(fā)CVD發(fā)展過程中所起的作用機制，從PCS 的生成與代謝、PCS 在CKD-CVD 中的臨床研究、PCS 在CKD-CVD 中的實驗研究等方面進(jìn)行總結(jié)分析。

1 PCS的產(chǎn)生、代謝研究

尿毒癥毒素根據(jù)其生化和物理特性可分為水溶性物質(zhì)、中間分子和蛋白質(zhì)結(jié)合物質(zhì)。PCS 屬于第三種，是腸道食物來源的蛋白質(zhì)結(jié)合類尿毒癥毒素。腸道厭氧菌將膳食中的酪氨酸或苯丙氨酸代謝為4-羥基苯乙酸，然后脫羧為對甲酚（p-cresol，PC），再通過肝臟進(jìn)行硫酸化后形成PCS［1］。體內(nèi)循環(huán)中＞90%的PCS 是以與白蛋白非共價結(jié)合的形式存在的，游離形式PCS 在健康受試者中維持在非常低甚至檢測不到的水平。PCS 可通過有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋白（OATs）在近端小管細(xì)胞中攝取后被分泌［2］，最后在尿液中排出。腎功能減退會導(dǎo)致PCS 排泄障礙，并隨著尿毒癥毒素清除能力的下降在體內(nèi)蓄積，且結(jié)合形式的PCS 不能被傳統(tǒng)的透析液有效清除。

2 PCS的毒理學(xué)研究

近年研究新發(fā)現(xiàn)PCS 能引起腎臟、肺臟、骨骼、神經(jīng)以及心血管等多器官系統(tǒng)機能損害。PCS 經(jīng)過腎臟排泄，CKD分期越晚期，PCS 水平的進(jìn)行性增加越明顯［3］。積累的PCS能直接調(diào)控蛋白基因的表達(dá)來抑制小管上皮細(xì)胞的增殖、通過促進(jìn)腎間質(zhì)單核/巨噬細(xì)胞浸潤，誘導(dǎo)白細(xì)胞向損傷的腎組織浸潤、同時促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞上皮-間質(zhì)過渡樣轉(zhuǎn)變致使腎損傷和纖維化。CKD 被認(rèn)為是一個獨立的心血管危險因素，一方面PCS 可通過加重腎臟病變引起CVD，另一方面對心血管系統(tǒng)具有直接毒性作用。

3 PCS在CKD-CVD中的臨床研究

3.1 PCS 加重心血管病變 長期以來，CVD 一直被認(rèn)為是CKD 患者死亡的主要原因，而動脈粥樣硬化（AS）是心血管疾病（CVD）的危險因素。PCS 與AS 密切相關(guān)。PCS 引起的病理生理改變導(dǎo)致動脈重塑，最終導(dǎo)致動脈粥樣硬化和血管內(nèi)病變的發(fā)展。動脈重塑主要包括動脈壁成分的改變和動脈鈣化。有研究通過測量頸動脈-股動脈脈搏波速度（cfPWV）來評估血管功能，發(fā)現(xiàn)血清PCS 水平可作為中央動脈硬化的預(yù)測因子［4］。臨床數(shù)據(jù)亦表明患主動脈鈣化（AVC）的患者血漿PCS 濃度顯著高于無AVC 的患者，在校正了其它危險因素后PCS 濃度與AVC 呈獨立正相關(guān)。血清中游離與結(jié)合部分的PCS 是保持動態(tài)平衡的，目前臨床中分別有關(guān)于游離PCS、結(jié)合PCS、總PCS 及PCS 前體與心血管事件之間的關(guān)系的研究，部分顯示僅游離部分PCS 與CKD 患者血管鈣化、動脈硬化程度相關(guān)，進(jìn)一步評估不同類型PCS 分布及何種類型PCS 成分占優(yōu)勢時與終點事件的發(fā)生更具相關(guān)性值得進(jìn)一步探索。

3.2 PCS 與心功能不全密切相關(guān) VELASQUEZ 等［5］在一項對499 例輕度至中度腎病患者的前瞻性研究中報告較高的PCS 基線濃度與心血管事件的發(fā)生率直接相關(guān)，這種關(guān)聯(lián)獨立于腎小球濾過率（GFR）和弗明漢（Framingham）風(fēng)險因素。事實上，PCS 水平與CKD 患者的心血管事件發(fā)生風(fēng)險以及全因死亡率獨立相關(guān)［6］。臨床上主要通過對心功能的評估研究PCS 與心血管事件之間的關(guān)系。CHINNAPPA 及其團隊首次證明了PCS 和亞臨床心功能障礙之間的關(guān)系，亞臨床心功能障礙是慢性腎病患者出現(xiàn)心臟衰竭的先兆［7］。后來研究亦證實PCS 增加是CKD 患者心力衰竭相關(guān)事件的唯一獨立預(yù)測因子。心力衰竭最常見的原因是左心室收縮功能不全（LVSD），有研究顯示，每搏量、左心室收縮末期容積指數(shù)、左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）與PCS 水平獨立相關(guān)［8］。降低PCS濃度可能成為阻止LVSD 進(jìn)展的新的治療靶點。

4 PCS在CKD-CVD中的實驗研究

PCS 所致CKD 背景下的CVD 有其獨特的特點，以動脈硬化，以及左室肥厚伴有廣泛的心臟間質(zhì)纖維化和鈣化等非梗阻性心血管疾病為主。有關(guān)其病理機制的研究既往多停留在PCS 致氧化應(yīng)激產(chǎn)生及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的激活上，近年來研究發(fā)現(xiàn)，PCS 能通過促進(jìn)炎癥反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞因子表達(dá)及損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞等多種途徑導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生。

4.1 PCS 加重氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和血管內(nèi)皮功能障礙 氧化應(yīng)激是慢性腎臟病的特征之一，其作為心血管疾病的介質(zhì)引起許多關(guān)注。既往研究發(fā)現(xiàn)PCS 通過增加腎素、血管緊張素原AT1 受體表達(dá)，降低血管緊張素原AT2 受體的體內(nèi)外表達(dá)，可激活腎內(nèi)RAAS 系統(tǒng)。CKD 條件下積累的PCS 通過增強NADH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）的表達(dá)，使活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增加，而在RAAS 系統(tǒng)的上調(diào)介導(dǎo)下可放大此種效應(yīng)，加上CKD 患者本身促氧物質(zhì)清除減弱和抗氧化防御功能受損，促使氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。氧化應(yīng)激可促進(jìn)循環(huán)脂質(zhì)和脂蛋白的酶促修飾、蛋白質(zhì)氨甲酰化、再通過破壞一氧化氮途徑引起內(nèi)皮功能障礙和炎癥的激活，從而加速動脈粥樣硬化。研究亦發(fā)現(xiàn)PCS 通過NOXROS 途徑在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和主動脈平滑肌細(xì)胞中表現(xiàn)出促氧化特性［9］，從而證實PCS 可通過誘導(dǎo)血管毒性在心血管疾病中發(fā)揮重要作用。大鼠腹膜毛細(xì)血管微靜脈活體鏡檢實驗［10］發(fā)現(xiàn)PCS 對白細(xì)胞的刺激作用：在尿毒癥濃度的PCS溶液與腹膜超融合后，血管內(nèi)皮上滾動的白細(xì)胞數(shù)量增加，說明PCS 能促進(jìn)白細(xì)胞和血管之間的相互作用，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。除此之外，PCS 能通過促進(jìn)炎癥因子單核細(xì)胞趨化蛋白1 的表達(dá)［11］放大此種反應(yīng)，炎癥反應(yīng)不僅導(dǎo)致腎臟本身的損害，相關(guān)介質(zhì)通過吞噬NOX 釋放額外的超氧化物會導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)，從而引起多器官功能障礙，如心血管系統(tǒng)。根據(jù)2020 年一項［12］應(yīng)用免疫球蛋白G 的內(nèi)皮滲漏來評估CKD 患者動脈內(nèi)膜的內(nèi)皮障功能障礙研究，發(fā)現(xiàn) Toll 樣受體4 能通過介導(dǎo)VE-鈣粘蛋白磷酸化破壞內(nèi)皮粘附連接，參與PCS 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加過程。除了抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖和干擾損傷修復(fù)，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷標(biāo)志物內(nèi)皮微粒的釋放，PCS也能通過上調(diào)髓系細(xì)胞觸發(fā)受體-1 損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞［13］。PCS 作為促進(jìn)上述反應(yīng)的關(guān)鍵物質(zhì)，使氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及血管內(nèi)皮功能障礙相互交織，共同參與CKD-CVD 的發(fā)生，其中血管的病變起著關(guān)鍵作用。

4.2 PCS 對心肌細(xì)胞的直接毒性作用 同步的心臟機械和電活動依賴于完整的心肌細(xì)胞閏盤（intercalated discs）。在PCS 形成過程中其中間產(chǎn)物可對閏盤產(chǎn)生影響：體外試驗證實PCS 前體（對甲酚）能通過誘導(dǎo)鈣離子內(nèi)流，激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）導(dǎo)致AJs 裂解而影響心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能［14］。除此之外，對甲酚還能破壞閏盤上的間隙連接，致使心肌細(xì)胞的自發(fā)收縮率降低，引起不規(guī)則的心臟搏動。通過體外實驗和計算機模擬研究PCS 的致心律失常作用，發(fā)現(xiàn)PCS 引起的電流減少延長了動作電位持續(xù)時間（APD），并加速了再入波（re-entrant wave），這被認(rèn)為是CKD 患者出現(xiàn)致死性心律失常的觸發(fā)機制［15］。CKD 患者在尿毒癥毒素的作用下發(fā)生房顫、室上性心律不齊等異常心律是其產(chǎn)生心源性猝死的重要原因之一。PCS 對心肌細(xì)胞的直接毒性還能引起心功能障礙：PCS 上調(diào)蛋白p22 和p47 的表達(dá)以及NADPH氧化酶和活性氧（ROS）的產(chǎn)生［16］，這是氧化應(yīng)激的重要體現(xiàn)，不僅直接促進(jìn)心臟細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致舒張功能障礙，還可以間接上調(diào)TGF-β 的表達(dá)。后者與細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生，膠原合成和降解之間的失衡、以及白細(xì)胞介素-6（IL-6）介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)等病理機制共同介導(dǎo)心臟纖維化的形成，誘導(dǎo)心肌重構(gòu)。

4.3 PCS 促進(jìn)血管鈣化 VC 是血管平滑肌細(xì)胞向成骨表型分化及炎癥參與的生物學(xué)過程。PCS 可誘導(dǎo)動脈平滑肌細(xì)胞中成骨細(xì)胞特異性蛋白（如ALP，OPN 和Cbfa1）的表達(dá)致使動脈鈣化［17］。也有研究顯示以PCS 為代表的尿毒癥毒素可通過抑制具有抗VC 作用的Klotho 的表達(dá)及促進(jìn)RUNX2（又稱：Cbfα1）的磷酸化促使平滑肌細(xì)胞鈣化［18］。PCS 長期積累可促進(jìn)CKD 小鼠的胰島素抵抗和高血糖。葡萄糖代謝途徑的改變刺激主動脈中層鈣化，高血糖會促發(fā)核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）亞基p65 啟動的蛋白賴氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶家族成員set7/9 介導(dǎo)的表觀基因變化，促進(jìn)炎癥基因的過度表達(dá)。通過對暴露在高濃度PCS 水平的CKD 大鼠主動脈組織的蛋白組學(xué)分析顯示，凝血通路（內(nèi)外凝血酶原激活通路）在動脈鈣化中起中心作用［19］。除炎癥反應(yīng)外，由PCS 觸發(fā)的氧化應(yīng)激引起的內(nèi)皮功能障礙也參與動脈鈣化的發(fā)生發(fā)展。提示PCS 導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)、骨代謝異常及糖代謝紊亂與其誘導(dǎo)的以VSMC 鈣化為病理特征的血管損傷之間復(fù)雜的相互作用，這些病理改變導(dǎo)致動脈重構(gòu)、僵硬、鈣化，從而減少心臟灌注并損害左室功能。

5 PCS的清除

殘余腎小管通過有機陰離子轉(zhuǎn)運（OAT）系統(tǒng)攝取和分泌毒素是去除傳統(tǒng)血液透析無法清除的蛋白質(zhì)結(jié)合類尿毒癥毒素的關(guān)鍵［20］。在CKD 發(fā)展過程中，隨著腎單位的丟失，PCS排泌功能下降，目前對于降低PCS 水平的研究主要集中在以下兩個方面。

5.1 減少PCS 產(chǎn)生 PCS 濃度是由對甲酚的腸攝取、人體對PCS 的代謝和腎清除率共同決定的。限制蛋白質(zhì)是一種公認(rèn)的干預(yù)措施。低蛋白飲食可通過減少氨基酸底物來源，降低慢性腎臟病患者血清總對甲酚的水平。β- 葡聚糖、益生菌等可通過調(diào)節(jié)腸道微環(huán)境影響毒素濃度，從而降低PCS 水平。

5.2 提高PCS 清除率 吸附劑的應(yīng)用是清除PCS 的主要方式。一項體外研究發(fā)現(xiàn)新型樹脂吸附劑二乙烯基苯-聚乙烯吡咯烷酮可平均去除56%的PCS，但其在體內(nèi)是否具有高效吸附作用尚待進(jìn)一步研究說明［21］。有研究證實使用DHI 或丹參酚酸作為蛋白結(jié)合的競爭劑清除結(jié)合形式的PCS 有顯著效果［22］。AST-120、活性炭等均已應(yīng)用于臨床。但無論是低蛋白飲食管理、腸道菌群調(diào)節(jié)、還是吸附劑的使用等，這些措施與降低心血管事件間的直接聯(lián)系尚需更大樣本的研究和長期隨訪進(jìn)一步評估。

6 總結(jié)

綜上，PCS 多種途徑造成CKD 患者動脈粥樣硬化、血管鈣化及心肌纖維化的發(fā)生，將尿毒癥毒素與心血管疾病發(fā)展聯(lián)系起來的潛在機制和途徑是復(fù)雜的，在PCS 的治療上也存在諸多不足。在目前尚缺乏更高效的清除PCS 的方法下，最有效的措施是保護殘余腎功能，我們期待著更廣泛、多中心的前瞻性研究，為PCS 的預(yù)治提供新的思路。