造影劑腎病的分子作用機制及中醫藥治療研究進展

廖奕嬌，易鐵鋼

（1.廣州中醫藥大學第四臨床醫學院，廣東深圳 518033；2.深圳市中醫院，廣東深圳 518033）

造影劑腎病（contrast-induced nephropathy，CIN）是指使用碘化造影劑后出現的急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）。CIN主要發生在血管造影或介入治療過程中，如尿路造影時使用含碘造影劑后可出現急性腎功能衰竭。CIN是碘化造影劑的常見不良反應之一。CIN患者在造影劑用藥后48～72 h內出現腎功能損害，以血清肌酐較基線升高25%或血清肌酐絕對值升高5 mg/L為標準，并在隨后的5 d內達到其峰值[1-2]。繼低灌注腎損害和藥物性腎損害，CIN成為導致AKI的第三大原因，占AKI住院患者的10%～25%，并與患者住院時間延長、死亡率升高，以及術后并發癥增加密切相關[3-4]。隨著造影劑在臨床診斷和介入治療中的廣泛應用，造影劑引起的藥物不良反應事件也越來越多見。李曉丹等[5]在對177例院內發生的造影劑藥物不良反應進行分析后，發現有72例（占40.7%）藥物不良反應發生在用藥后10 min以內，可見發病之快速。因此，在造影劑給藥后需密切觀察患者生命體征，一旦發生藥物不良反應，應當立即停藥并對癥治療。有報道[6]表明，經皮冠狀動脈介入（PCI）術后因造影劑而誘發的AKI事件更為多見，其發病率達10%～37%，而發生CIN的危險因素有患者既往腎功能不全、使用利尿劑、糖尿病和年齡等。目前尚無有效的預防措施來干預CIN的發生，水化治療仍是當前臨床常用的預防治療手段。因此探究CIN的發病機制以尋求更加有效的治療手段，進而減少CIN的發生率和改善其臨床預后顯得迫在眉睫。以下對CIN的相關分子機制研究及中醫藥對CIN的治療進展進行綜述，以期為CIN的臨床防治及研究提供思路和方法。

1 CIN分子作用機制

CIN的確切發病機制尚不清楚，目前普遍認為其發病與腎臟髓質缺氧引起的血流動力學改變有關，血管收縮引起腎小球濾過率降低和腎缺血。另外，碘化造影劑對腎小管上皮細胞的直接細胞毒性作用則可能是導致CIN的另一重要原因[7]。有學者認為造成CIN發生的主要原因是腎缺血，特別是髓質缺血，除此之外，還可因為活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成、一氧化氮（nitric oxide，NO）的減少，以及腎小管上皮和血管內皮損傷等因素，以上原因均可加劇CIN的發生與發展。造影劑還具有細胞毒性作用，可能通過自噬、氧化應激、凋亡等途徑導致腎小管上皮細胞死亡[8]。腎病大多具有病程長、發病機制復雜的特點，由于炎癥、腎間質纖維化、氧化應激等相關分子機制的作用，常可累及腎小球損傷，導致腎小球濾過率下降[9-10]。目前，CIN的主要發病機制多認為是因腎血管收縮導致腎髓質缺血，繼而發生腎小管壞死。由于CIN還與ROS的形成、直接腎小管細胞毒性作用密切相關，故在其分子機制的研究上常以氧化應激和凋亡為主[11]。CIN的發病機制與炎癥、自噬等亦相關。

1.1 氧化應激造影劑作用腎臟后因血流量減少激活ROS釋放，致使脂質過氧化和細胞毒性損傷加重，因此氧化損傷是CIN發病的主要危險因素。其作用機制可能通過造影劑作用下的腎小管細胞發生氧化應激和滲透性壞死，或空泡化改變，并最終導致急性腎小管壞死[12-13]。ROS可通過增強血管收縮劑以刺激血管收縮，并降低血管擴張劑活性，從而抑制腎臟微循環和間接影響腎臟血管張力。另外，造影劑對腎小管的直接毒性作用可導致線粒體功能障礙，而ROS的產生則加劇腎小球細胞損傷，最終促使細胞凋亡[14]。造影劑導致的腎缺氧被認為是腎臟中ROS生成的關鍵因素，可直接導致腎小管和血管內皮損傷。這反過來又會加重腎實質缺氧，并使內皮功能和腎小管轉運功能失調。此外，腎小管轉運功能與ROS的形成有關。腎小管的轉運功能主要發生在腎髓袢升支粗段，該區域有密度極高的線粒體，是還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶產生超氧陰離子（superoxide anions，O2-）和羥自由基（hydroxyl radicals，OH-）的主要部位[15]。有學者認為ROS也可介導腎實質發生中毒性損傷[16]，二者確切的因果關系現在尚未見定論。

隨著年齡的增長，患者對氧化損傷的適應能力呈現下降趨勢，因此老年患者CIN的風險較高，而慢性腎功能衰竭和糖尿病患者存在氧化應激增加的風險，這也是導致CIN的危險因素[17]。

1.2 凋亡凋亡是因凋亡基因和半胱天冬氨酸酶（Caspases）被激活而致。造影劑引起的細胞凋亡可能因應激性激酶的激活和固有凋亡途徑而引起，多為內源性或線粒體途徑[18]。造影劑作用下的腎小管細胞因發生DNA氧化性損傷，最終可導致細胞壞死或凋亡。DNA損傷可引起p53蛋白復合物釋放。p53蛋白復合物除了具有抗癌功能外，還在細胞凋亡、基因組穩定性和抑制血管生成等方面發揮作用。有研究表明在AKI動物模型中發現p53在腎細胞凋亡或自噬中均具有相應作用[19]。在發現基因毒性應激的情況下，p53又誘導了BIK的表達，而BIK是Bcl-2蛋白家族中促凋亡的重要成員，可導致線粒體膜的功能障礙甚至線粒體膜的破碎，以及細胞色素C的釋放[20]。另一方面，ROS激活JNKs和p38 MAPK激酶，進而激活Caspase-9和Caspase-3[21]。線粒體通過釋放細胞色素C以激活Caspase-9，再激活Caspase-3，而Caspase-3作為凋亡信號通路的主要分子，可以通過介導線粒體途徑和死亡受體依賴從而誘導凋亡[22]。在造影劑作用下的體內和體外實驗都已經證實了激活p38 MAPK可以誘導細胞凋亡造成腎損傷，這表明p38 MAPK相關通路是一個極具吸引力的治療靶點[23]。

此外，造影劑對腎小管上皮細胞的直接毒性作用還可以誘導內質網應激和鈣蛋白酶1（calpain-1）、2（calpain-2）的活化，進而導致Caspases激活，從而促使凋亡發生[24]。研究還發現CIN的抗氧化防御與核因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）轉錄因子相關。當Nrf2進入細胞核時，可刺激編碼解毒和抗氧化酶如醌氧化還原酶（NADPH quinine oxidoreductase 1，NQO1）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等的基因轉錄。所有這些酶通過清除O2-、OH-和過氧化氫（Hydrogen peroxide，H2O2）來保護細胞。Nrf2在調節抗氧化通路中發揮重要作用，近年來也成為CIN抗氧化治療的研究熱點[25]。

1.3 炎癥炎癥在AKI和慢性腎臟病的發病機制中起重要作用。目前認為與炎癥相關的白細胞在腎實質損傷、修復和纖維化中均起重要作用，而炎癥介質的產生則認為與血栓的形成有關。白細胞介素（interleukins，ILs）在人類感染時期和危重狀態下均可釋放，IL-6和IL-12可以改變人體的凝血機制。IL-6可誘導急性期炎癥反應物質的產生，尤其是C反應蛋白（CRP）。因此，IL-6、IL-18、IL-33等炎癥標志物的升高與CIN的進展密切相關[26]。有文獻表明，嚴重的機體感染，如敗血癥的發生可增加CIN的發生風險。因此，如果血管收縮同時伴有炎癥，則有可能減少腎灌注并最終導致腎損傷[27]。而p38 MAPK信號作為一種重要的促炎的監管機構信號調節器，一直也是研究的熱點。p38 MAPK信號級聯反應需要各種炎性細胞因子參與，包括γ干擾素（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-6、趨化因子2（CCL2）等。TNF-α為促炎細胞因子，可進一步聚集大量與內皮細胞和組織損傷相關的介質。TNF-α被認為在腎毒性小鼠模型中的激活炎癥細胞因子損傷效應中起核心作用[28]。

造影劑腎毒性產生的過程可能是自噬與炎癥的相互作用結果。Ko G J研究團隊[29]在放射性造影劑腎病（radiocontrast-induced nephropathy，RCN）實驗中，通過自噬抑制劑作用后，發現RCN小鼠的炎癥細胞和炎癥因子表達增加，證實了炎癥細胞參與了發病過程，并認為炎癥過程可能是通過自噬而介導RCN的作用機制之一。除了自噬與炎癥相互作用外，有研究認為ROS中的O2-、OH-和H2O2也與炎癥反應相關[2]。

1.4 自噬自噬存在于所有真核細胞內，可通過溶酶體降解受損的細胞器和生物大分子以維持機體內環境穩態。自噬作為介導細胞內穩態的重要機制，目前被認為是一種適應性反應，可因應激或環境改變而被特異性激活[29]。線粒體是高度動態的細胞器，經常發生運動（分裂和融合），是ROS的主要來源，也是其誘導損傷的主要靶點。線粒體功能障礙則會進一步誘導ROS的產生。腎近端小管細胞富含線粒體，因此腎小管易發生線粒體損傷[30]。線粒體自噬則是通過自噬去除受損線粒體的過程，是維持細胞正常功能的關鍵，在缺血和藥物誘導的組織損傷中起著關鍵作用。線粒體受損或功能失調被認為對細胞有毒性作用，因此及時清除這些細胞器對維持細胞活性至關重要[31]。線粒體自噬和線粒體嵴斷裂的增加常伴隨著腎臟氧化應激的增強，腎臟病理改變的加劇，尿生物標志物異常和血清肌酐（SCr）升高，以及腎小管細胞凋亡的加重。氧化應激和線粒體自噬降解在CIN中是相互關聯的，這支持了ROS可以作為自噬誘導因子的觀點。

自噬在CIN中起保護作用還是破壞作用盡管仍有爭議，但已有不少研究表明自噬有助于維持腎小管功能。使用造影劑后自噬體數量增加，LC3B-Ⅱ和beclin-1表達顯著升高，而p62表達則下降，這進一步支持了自噬參與了CIN的發展過程，并對急性腎小管損傷起到保護作用[32-33]。因此，自噬的激活作為線粒體的病理反應，在維持腎小管功能和防治急性腎損害中都起到重要作用。但自噬對CIN的具體作用機制，仍需進一步深入研究。

2 中醫藥對CIN的治療作用

CIN屬祖國醫學“水腫”“癃閉”“關格”“溺毒”等范疇。中醫認為CIN為外來濁毒之邪入侵體內所致，久病則多瘀，故治則多以解毒祛邪、活血化瘀為主。目前關于中醫藥治療CIN的相關研究不多，但中醫藥具有明顯消炎、抗氧化、抗凋亡等作用，故中醫藥有望在CIN防治上發揮更大的作用。

2.1 單味中藥及其提取物龔學忠等[34-35]采用實驗研究證實了制大黃與川芎藥對可能通過抑制Caspase-3以抑制細胞凋亡及p38 MAPK活化，下調磷酸化p38 MAPK和Bax蛋白表達，上調Bcl-2蛋白表達，從而改善CIN大鼠腎功能。此外，該團隊[34-35]還發現川芎嗪可以抑制CCL2/CCR2通路以減輕CIN大鼠的炎性反應，同時減少腎臟ROS產生，以及降低CIN大鼠的IL-6、TNF-α濃度等，認為川芎嗪可以改善腎臟的氧化應激和線粒體動力學異常，并調節腎小管細胞的線粒體自噬。Buyuklu M等[36]在研究中發現，經姜黃素治療后的CIN大鼠的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSHPx）和CAT水平均顯著升高，同時姜黃素還能下調iNOS、LC3/B和Caspase-3表達，提示姜黃素對造影劑誘導的腎病的保護機制可能是與氧化應激、炎癥、自噬和凋亡相關。Liang R L等[37]發現丹參酮ⅡA可減輕大鼠腎小管壞死、細胞凋亡和氧化應激，而在體外實驗中發現丹參酮ⅡA對HK2細胞的氧化應激也有抑制作用。此外，該研究團隊還認為丹參酮ⅡA可能通過在體外激活Nrf2，并上調HO-1表達，從而降低氧化應激。Wang F等[38]從中藥辛夷中提取木蘭脂素治療CIN大鼠，發現木蘭脂素除了改善CIN大鼠腎小管壞死、細胞凋亡和腎功能惡化之外，體外和體內實驗結果還提示，木蘭脂素能降低腎臟氧化應激，抑制Caspase-3活性，增加Bcl-2表達，認為該中藥提取物可能通過抗氧化和抗凋亡作用起到保護CIN大鼠的作用。

2.2 中藥復方和中成藥丁文飛等[39]在CIN大鼠的實驗研究中發現，尿毒清顆粒可以下調腎損傷分子1（KIM-1）、核因子κB（NF-κB）、TNF-α蛋白表達，認為尿毒清可能通過降低CIN的炎癥反應，以達到抑制其腎損害作用。劉怡晟團隊[40]則發現丹參注射液可降低CIN大鼠肌酐水平，改善腎臟病理組織，同時有降低腎皮質丙二醛作用，可提高SOD活性和谷胱甘肽水平，認為丹參注射液可能通過減輕氧自由基產生及加速自由基清除起到保護腎臟的作用。劉駿涯等[41]將87例患者隨機分為對照組和丹紅組，丹紅組采用丹紅注射液治療，對照組采用常規抗血小板抗凝、抗心絞痛、水化治療，結果發現丹紅組患者血清肌酐水平及CIN發生率較對照組明顯降低，提示丹紅注射液有改善腎功能的作用。許潛等[42]將大鼠分為碘海醇模型組、黃芪四物湯組、水化組及正常對照組進行比較研究，發現黃芪四物湯對CIN大鼠的腎臟保護作用顯著優于水化組，并認為其作用機制可能與腎組織細胞凋亡相關，即通過降低促凋亡的Bax蛋白表達和增高抑凋亡的Bcl-2蛋白表達以減輕造影劑對腎臟的損害程度。

3 展望

綜上所述，目前臨床上尚無防治造影劑腎病（CIN）的特效藥或治療方案。中藥方劑或者中藥提取物在CIN的臨床治療上具有一定優勢，中醫藥在對CIN的抗氧化、消炎、抗凋亡、抑制自噬等方面都起到了一定作用。中醫藥對CIN療效的作用機制可能是通過改善氧化應激、炎癥、凋亡、自噬等多種途徑，而不是針對單一的途徑，故在其機制研究方面不應局限于一種途徑。對CIN的分子作用機制的進一步研究，可為開發中醫藥預防和緩解CIN找到作用靶點，同時也可為中醫藥臨床防治CIN提供理論依據。