二甲基精氨酸與慢性腎臟病關(guān)系的研究進(jìn)展

胡天曉，牛 凱，劉 冰

慢性腎臟病 (chronic kidney disease，CKD)是影響人類健康的慢性進(jìn)展性疾病之一，是各種腎臟病于急性階段未經(jīng)控制后的共同轉(zhuǎn)歸。該病的發(fā)病率持續(xù)增高，最近的流行病學(xué)調(diào)查顯示北京市18歲以上人群CKD患病率高達(dá)13%［1］，已經(jīng)成為重要的公共衛(wèi)生問題。CKD從發(fā)病至終末期常需要經(jīng)歷數(shù)年甚至數(shù)十年的時(shí)間，早期診治，延緩其進(jìn)展有重要的臨床意義和經(jīng)濟(jì)效益。由于各類腎臟病的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制甚為復(fù)雜，早期診治一直是腎臟病工作者面臨的最大挑戰(zhàn)。

近年來，國(guó)內(nèi)外許多研究致力于尋找特異性強(qiáng)、敏感性高的生物標(biāo)志物來早期診斷CKD的發(fā)生并監(jiān)測(cè)其進(jìn)展，以達(dá)到延緩病情進(jìn)展、減少并發(fā)癥發(fā)生、降低患者病死率的目的。人體內(nèi)的二甲基精氨酸(dimethylarginine)主要包括不對(duì)稱性二甲基精氨酸 (asymmetric dimethylarginine，ADMA)和對(duì)稱性二甲基精氨酸 (symmetric dimethylarginine，SDMA)，ADMA作為與一氧化氮 (nitric oxide，NO)緊密相關(guān)的一個(gè)代謝物，因其在腎臟、心血管及代謝相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮一定的作用，有人將其視為一種新型的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子［2］。SDMA作為 ADMA的同分異構(gòu)體，有研究發(fā)現(xiàn)它與一些反映腎臟功能的指標(biāo)具有相關(guān)性［3］。現(xiàn)就ADMA、SDMA與CKD的關(guān)系做一綜述，以期在單獨(dú)應(yīng)用二甲基精氨酸或與其他生化、代謝指標(biāo)聯(lián)合應(yīng)用早期診斷和監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展方面得到一些啟示。

1 二甲基精氨酸與NO的關(guān)系

NO是廣泛分布于生物體內(nèi)各組織中的一種強(qiáng)有效的內(nèi)源性血管舒張因子，L－精氨酸 (L－arginine)作為細(xì)胞合成NO的前體物質(zhì)在一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase，NOS)的作用下催化生成NO和L－瓜氨酸。研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在3種甲基精氨酸 (methylated arginines)，分別為ADMA、SDMA和NG－甲基－L－精氨酸 (NG－monomethyl－L－arginine，L－NMMA)［4］。它們作為精氨酸的同系物可競(jìng)爭(zhēng)性抑制NOS活性，是NOS的內(nèi)源性抑制劑。由于在人類的血漿中僅存在少量的L－NMMA，SDMA對(duì)NOS的活性無直接的抑制作用，所以ADMA被認(rèn)為是具有NOS抑制作用的內(nèi)源性甲基精氨酸的主要類型，是最強(qiáng)的內(nèi)源性NOS抑制劑。

2 二甲基精氨酸的合成與降解

2.1 ADMA與SDMA的合成 很多類型的細(xì)胞都能夠合成和產(chǎn)生甲基精氨酸。含有精氨酸殘基的蛋白質(zhì)在蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶類 (PRMTs)的作用下發(fā)生甲基化，在該反應(yīng)中S－腺苷甲硫氨酸作為甲基的供體，甲基化的蛋白質(zhì)經(jīng)水解后即可釋放出游離的二甲基精氨酸，同時(shí)S－腺苷甲硫氨酸轉(zhuǎn)化為 S－腺苷高半胱氨酸［5］。

蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶 (protein methyltransferase，PRMT)作為催化反應(yīng)的關(guān)鍵酶，在體內(nèi)主要有兩種類型:PRMTⅠ和PRMTⅡ。PRMTⅠ甲基化蛋白質(zhì)后水解釋放出ADMA和L－NMMA，而PRMTⅡ甲基化蛋白質(zhì)后水解則釋放出SDMA和L－NMMA。PRMTⅠ在許多組織器官中都有表達(dá)，包括血管、心臟和腎臟［6］。最近，有研究報(bào)道低密度脂蛋白(LDL)和過氧化低密度脂蛋白 (oxLDL)通過上調(diào)PRMTⅠ基因的表達(dá)使內(nèi)皮細(xì)胞中ADMA的生成增加，而且還有體外研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮細(xì)胞表面給予一個(gè)較高的切應(yīng)力后ADMA分泌增加，也是通過誘導(dǎo)PRMTⅠ基因的表達(dá)增加實(shí)現(xiàn)的。這些研究結(jié)果表明，體內(nèi)ADMA的產(chǎn)生部分是受到PRMTⅠ的調(diào)節(jié)。對(duì)于PRMTⅡ目前還沒有更多的相關(guān)研究報(bào)道。

2.2 ADMA與SDMA的降解 ADMA的代謝主要包括兩條途徑: (1)以原形從腎臟排泄;(2)通過二甲基精氨酸－二甲胺水解酶 (dimethylarginine dimethylaminohydrolase，DDAH)代謝。1989年Ogawa等首次從大鼠腎臟中發(fā)現(xiàn)了DDAH，ADMA在DDAH的作用下可分解為瓜氨酸和二甲胺。DDAH在體內(nèi)分布廣泛，存在兩種亞型 (DDAHⅠ和DDAHⅡ)，盡管目前對(duì)這兩種DDAH亞型的特殊功能尚未完全了解，但是它們均參與了ADMA的代謝，在這一方面有著相似的生物學(xué)活性。DDAHⅠ主要分布于高表達(dá)神經(jīng)型 NOS的組織中，如大腦和腎臟;DDAHⅡ主要分布在內(nèi)皮型NOS表達(dá)占優(yōu)勢(shì)的組織中，如心血管、胎盤和腎臟［7］。在正常情況下，人體每天產(chǎn)生約300 μmol ADMA，其中約50 μmol直接通過尿液排泄，另外的80% ～85%通過DDAH降解清除。SDMA的代謝途徑與ADMA有較大差異，它基本不受DDAH的作用，主要經(jīng)腎臟直接排泄。

3 ADMA與CKD

3.1 CKD患者ADMA水平變化 自1992年Vallance等［8］首次報(bào)道終末期腎病患者的ADMA水平較正常組明顯升高以來，有許多學(xué)者對(duì)ADMA與CKD和終末期腎病的關(guān)系進(jìn)行研究，以期發(fā)現(xiàn)在這些患者中ADMA水平究竟發(fā)生了怎樣的變化。Kielstein等［9］對(duì)44例不同分期CKD未經(jīng)治療患者的ADMA水平進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有患者的平均血漿ADMA水平顯著升高，對(duì)于IgA腎病和常染色體顯性遺傳多囊腎病患者，即使在CKD病程的早期，ADMA水平就已有所升高，這一現(xiàn)象甚至發(fā)生在腎功能減退之前。Fleck等［10］對(duì)221例不同階段的慢性腎衰竭患者進(jìn)行研究，其中包括非透析、透析以及腎移植術(shù)后的患者，用高效液相色譜(HPLC)技術(shù)測(cè)定患者的血漿ADMA、SDMA及20種體內(nèi)氨基酸的水平，發(fā)現(xiàn)慢性腎衰竭患者的ADMA水平均有不同程度的升高，其中透析患者升高最為明顯。Oner－Iyidogan等［11］對(duì)114 例不同分期的CKD患者的血漿ADMA水平進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，行血液透析的患者ADMA水平較正常對(duì)照組升高73%，行腹膜透析的患者與CKD早期患者的血漿ADMA水平相近，均較正常對(duì)照組升高了34%。

綜上所述，CKD患者血漿ADMA水平明顯升高。ADMA主要通過DDAH代謝水解，該酶在腎小球、腎血管的內(nèi)皮細(xì)胞和腎小管細(xì)胞中含量豐富，腎臟細(xì)胞中的DDAH調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)甲基精氨酸水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞L－精氨酸的攝入和NO的產(chǎn)生，腎臟是ADMA代謝的主要場(chǎng)所，腎臟組織的損傷可使ADMA降解下降。輕度腎功能障礙時(shí)，即使腎小球?yàn)V過率(GFR)正常亦可使血漿ADMA水平升高，說明DDAH降解下降是引起腎臟病患者血漿ADMA水平升高的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)展期和終末期腎衰竭患者ADMA水平升高主要是由于腎臟排泄功能受損所致［8］，而早期腎臟病患者 ADMA水平升高歸因于富含DDAH的腎組織受損、破壞［9］。

最近，對(duì)CKD模型動(dòng)物的ADMA水平升高及其機(jī)制進(jìn)行了研究。Wagner等［12］利用抗腎小球基底膜 (glomerular basement membrane，GBM)抗體制作腎小球腎炎引起的CKD動(dòng)物模型，通過研究發(fā)現(xiàn)，大鼠總NO排泄減少，腎皮質(zhì)NOS活性減低。血漿精氨酸水平變化不明顯，但血漿ADMA水平升高。Matsuguma等［13］對(duì)大鼠進(jìn)行 5/6、4/6腎切除兩種方式建立CKD模型，檢測(cè)大鼠血漿及尿液中ADMA水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血漿ADMA水平升高，且升高程度與腎切除比例相關(guān)，血漿ADMA水平與收縮壓也存在相關(guān)性。關(guān)于CKD大鼠模型實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)表明ADMA是腎臟病進(jìn)展的一個(gè)因素，ADMA水平相對(duì)較低時(shí)可能對(duì)腎臟更加有益［14］。DDAH基因的過表達(dá)能夠降低ADMA水平，通過減輕腎小球及管周毛細(xì)血管的丟失、間質(zhì)纖維化及尿蛋白的排泄，延緩腎功能不全的進(jìn)展。這些研究提示DDAH水平下降和 (或)活性減低也許是ADMA水平升高的一個(gè)原因，給予外源性的DDAH蛋白或增強(qiáng)DDAH的活性可能作為治療CKD的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

3.2 ADMA與評(píng)價(jià)腎功能的傳統(tǒng)指標(biāo)的關(guān)系 Ravani等［15］對(duì)131例 CKD 2～5期患者進(jìn)行隊(duì)列研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者的血漿ADMA水平較正常對(duì)照人群顯著升高，且輕度和進(jìn)展性CKD患者的血漿ADMA水平與 GFR呈負(fù)相關(guān)。Oner－Iyidogan等［11］的研究顯示，血液透析及腹膜透析患者血清ADMA水平與血清清蛋白及尿素氮水平顯著相關(guān)。而Fleck等［10］的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)CKD患者的血漿ADMA水平較正常對(duì)照組明顯升高，但與GFR及血肌酐水平無明顯相關(guān)性。

3.3 ADMA對(duì)CKD患者預(yù)后的影響ADMA是CKD 2～5期患者和普通人群心血管疾病及死亡的一個(gè)重要的預(yù)測(cè)因子，并且其水平能夠預(yù)測(cè)CKD的進(jìn)展。Zoccali等［16］的一項(xiàng)包括225例血液透析患者的前瞻性研究表明，在眾多全因死亡率和心血管疾病終點(diǎn)的危險(xiǎn)因素中，升高的血漿ADMA水平是僅次于年齡的第2位預(yù)測(cè)因子。CKD患者血漿ADMA水平升高與動(dòng)脈硬化進(jìn)程加速導(dǎo)致的心血管疾病高患病率和死亡率有密切關(guān)系。ADMA除了預(yù)測(cè)終末期腎病 (ESRD)患者的死亡率外，還作為CKD進(jìn)展的預(yù)測(cè)因子。早期研究發(fā)現(xiàn)，ADMA在GFR降低之前即升高，推斷其可能在CKD進(jìn)展中發(fā)揮作用。腎功能不全患者的ADMA水平和NOS活性的降低隨病程進(jìn)展而加重，ADMA在腎臟疾病的進(jìn)展中有明顯作用。近年來，有兩項(xiàng)前瞻性研究均表明，ADMA可能參與了腎臟疾病的進(jìn)展，并提出高水平的ADMA 預(yù)示著腎功能加速減退［15，17］。其中一項(xiàng)關(guān)于老年CKD患者的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，血漿ADMA水平是進(jìn)展為ESRD及死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［15］。上述研究結(jié)果提示，ADMA可能在腎臟疾病的進(jìn)展中發(fā)揮一定的作用，其水平能夠較好地預(yù)測(cè)發(fā)展為ESRD的危險(xiǎn)程度。ADMA水平升高0.1 mmol/L，其進(jìn)展為ESRD和導(dǎo)致死亡的危險(xiǎn)則增加20%。

4 SDMA與CKD

4.1 CKD患者SDMA水平變化 SDMA作為ADMA的同分異構(gòu)體，其水平在CKD患者中也發(fā)生了明顯的變化。Fleck等［10］的研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者的SDMA水平較對(duì)照組明顯升高。Oner－Iyidogan等［11］對(duì)114例不同分期的CKD患者的血漿SDMA水平進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示早期CKD患者SDMA水平是對(duì)照組的4倍，透析患者SDMA水平較對(duì)照組升高了7倍。

4.2 SDMA與評(píng)價(jià)腎功能的傳統(tǒng)指標(biāo)的關(guān)系 SDMA基本上是通過尿液完全從腎臟排泄，許多研究結(jié)果顯示SDMA與腎功能參數(shù)的相關(guān)性很好，可以作為反映臨床腎功能的可靠指標(biāo)。Marescau等［18］測(cè)定了135例腎衰竭患者的血清SDMA水平，發(fā)現(xiàn)SDMA水平與肌酐清除率高度相關(guān) (r= －0.916，P＜0.0001)。Al Banchaabouchi等［19］研究腎衰竭患者 SDMA水平與肌酐清除率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SDMA水平與肌酐清除率相關(guān) (r=－0.714，P ＜ 0.0001)。Fliser等［17］檢測(cè)了227例輕中度腎衰竭患者的血漿SDMA水平，發(fā)現(xiàn)血漿SDMA水平與GFR(r=－0.837，P＜0.01)和血肌酐水平 (r=0.894，P＜0.01)有相關(guān)性。Nanayakkara等［20］測(cè)定93例輕中度腎衰竭患者的血漿SDMA水平，發(fā)現(xiàn)無論是單因素分析，還是對(duì)年齡、體質(zhì)指數(shù)、總膽固醇及吸煙史等因素校正后的多元分析，SDMA水平與肌酐清除率均存在顯著相關(guān)。Kielstein等［3］的一項(xiàng)包含18項(xiàng)研究、2 136例患者的Meta分析表明，血漿SDMA水平與菊粉清除率 (r=0.85，P＜0.0001)、一系列GFR的估計(jì)值 (r=0.77，P＜0.0001)及血清肌酐水平 (r=0.75，P＜0.0001)等腎功能參數(shù)間均有顯著相關(guān)性。以上研究結(jié)果提示SDMA可能能夠作為反映腎功能的一個(gè)可靠標(biāo)志物。在一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)SDMA與一些腎功能參數(shù)存在相關(guān)性。Matsuguma等［13］對(duì)大鼠進(jìn)行腎切除建立CKD模型，檢測(cè)大鼠血漿及尿液中SDMA水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，模型組大鼠對(duì)SDMA的清除下降，血漿SDMA水平增高。一項(xiàng)以犬為研究對(duì)象的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，腎部分切除犬的血漿SDMA水平較對(duì)照組明顯升高，且升高水平與GFR(r=－0.851，P＜0.0001)和血肌酐水平 (r=－0.749，P=0.0013)顯著相關(guān)［21］。

4.3 SDMA對(duì)CKD患者預(yù)后的影響SDMA對(duì)NO的合成存在間接的影響。盡管SDMA被認(rèn)為是NOS的很弱抑制劑，但最近有研究表明，SDMA可能參與炎癥和動(dòng)脈粥樣硬化的病理過程。有研究發(fā)現(xiàn)SDMA水平與輕度CKD患者的血管造影狹窄評(píng)分有一定的相關(guān)性［22］。其機(jī)制可能是通過干擾L－精氨酸的攝取進(jìn)而間接抑制NO的合成。新近的研究揭示，SDMA能夠通過激活鈣通道導(dǎo)致鈣離子內(nèi)流刺激單核細(xì)胞活性氧自由基的生成［23］。這種促炎效應(yīng)以及上述對(duì)NO合成的間接作用，使得SDMA有望成為早期CKD患者并發(fā)心血管疾病的一個(gè)新的預(yù)測(cè)因子。

自2002年美國(guó)腎臟病患者生存質(zhì)量指導(dǎo)組 (K/DOQI)指南中提出CKD診斷的全新概念，并制定分期系統(tǒng)以來，對(duì)CKD進(jìn)行了大量的研究，尋找敏感性強(qiáng)、特異性高的生物學(xué)標(biāo)志物成為研究的重點(diǎn)。如何在早期診斷，并進(jìn)行積極干預(yù)，對(duì)CKD患者的預(yù)后具有重要的意義;確診后又如何采取有效的監(jiān)測(cè)，對(duì)降低病死率顯得尤為重要。基因組學(xué)、蛋白組學(xué)及代謝組學(xué)等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)為CKD相關(guān)問題的研究提供了新的途徑。二甲基精氨酸作為與CKD密切相關(guān)的一類分子，被認(rèn)為是良好的生物標(biāo)志物，在今后臨床研究中，尚需開展大樣本的隊(duì)列研究，了解它們?cè)诟鞣N不同病因的CKD中的敏感性和特異性，判斷其對(duì)CKD早期診斷的臨床實(shí)用性。

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