慢性腎臟病誘導(dǎo)骨骼肌萎縮的發(fā)病機(jī)制

王嘉琳 綜述 袁偉杰 審校

Kalantar-Zadeh等［1］研究發(fā)現(xiàn)18%～75%的慢性腎臟病(CKD)患者伴難糾正的進(jìn)行性營(yíng)養(yǎng)不良，國(guó)際腎臟營(yíng)養(yǎng)和代謝協(xié)會(huì)已將腎性營(yíng)養(yǎng)不良命名為蛋白-能量消耗(PEW)［2］，PEW可增加CKD患者感染風(fēng)險(xiǎn)，危害心血管健康，增加臨床并發(fā)癥和死亡風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響患者預(yù)后。據(jù)統(tǒng)計(jì)約25%的血液透析患者伴嚴(yán)重 PEW，其年死亡率為 30%［3］。北美Fresenius醫(yī)療中心的數(shù)據(jù)顯示，將白蛋白從35 g/L增至40 g/L，可減少20 000d的住院天數(shù)，預(yù)測(cè)可挽救接近1400例透析患者生命，并節(jié)省3600萬美元的醫(yī)療保障費(fèi)用［4］。

正常成人細(xì)胞內(nèi)蛋白轉(zhuǎn)化率為3.5～4.5 g/(kg·d)［5］，為每日攝入量的 3 倍，即蛋白水解率的輕度升高也會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)體蛋白代謝平衡，導(dǎo)致蛋白儲(chǔ)存減少。PEW臨床主要表現(xiàn)為骨骼肌萎縮，我們研究顯示CKD 3～5期伴有PEW的患者均存在不同程度的骨骼肌萎縮。CKD誘導(dǎo)骨骼肌萎縮的有效治療方法有賴于對(duì)發(fā)病機(jī)制的深入了解，本文將對(duì)其潛在發(fā)病機(jī)制進(jìn)行探討。

蛋白攝入減少

CKD患者常見厭食，蛋白攝入減少，蛋白質(zhì)合成降低，導(dǎo)致肌萎縮。除了尿毒癥毒素積聚、促炎癥因子浸潤(rùn)，激素代謝紊亂也是導(dǎo)致CKD患者食欲減退的重要因素。CKD時(shí)外周循環(huán)leptin水平可隨腎小球?yàn)V過率(GFR)下降而逐漸升高。Cheung等［6］研究發(fā)現(xiàn)阻斷黑皮4受體可抑制CKD大鼠leptin信號(hào)，緩解CKD相關(guān)厭食癥狀，增加食物攝入，改善機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育。此外，生長(zhǎng)素(ghrelin)水平變化也與CKD患者食欲減退有著密切聯(lián)系。循環(huán)中g(shù)hrelin主要以?；腿ヵ；瘍煞N形式存在，前者(＜10%)可促進(jìn)生長(zhǎng)激素分泌，增加食欲，調(diào)節(jié)能量代謝;后者則抑制食欲，與胰島素抵抗呈正相關(guān)，消耗機(jī)體能量。Yoshimoto等［7］發(fā)現(xiàn)與正常人相比，CKD患者血漿去酰基化ghrelin水平顯著升高，增加患者厭食和PEW的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，CKD患者蛋白攝入減少可導(dǎo)致機(jī)體負(fù)氮平衡，蛋白儲(chǔ)存下降，進(jìn)而誘發(fā)肌萎縮發(fā)生。

蛋白代謝異常

蛋白降解通路異?；罨龠M(jìn)蛋白代謝

ATP依賴性泛素-蛋白酶體系(UPS)的活化CKD誘導(dǎo)骨骼肌萎縮中UPS的參與已被廣泛認(rèn)可，其是骨骼肌蛋白降解的主要途徑。泛素為熱休克蛋白，幾乎存在于所有細(xì)胞中。UPS的活化至少需要三種酶，即泛素激活酶E1、泛素結(jié)合酶E2和泛素連接酶E3。在ATP介導(dǎo)下，這三種酶可將5個(gè)泛素分子連接成泛素鏈，后將其與目的蛋白相結(jié)合，形成的復(fù)合物可被26S蛋白酶體降解為小分子肽釋放出來，并被快速水解為氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。進(jìn)一步研究顯示，肌萎縮中兩種E3連接酶肌萎縮Fbox-1(MAFbx-1，也稱 atrogin-1)和肌環(huán)指蛋白 1(MuRF-1)呈高度表達(dá)，為泛素-蛋白酶體活化的標(biāo)志物，在上調(diào)肌肉降解過程中發(fā)揮特異性作用，降低泛素-蛋白酶體活性則可明顯減少蛋白丟失［8］。

CKD誘導(dǎo)肌萎縮的研究還觀察到溶酶體組織蛋白酶和鈣依賴蛋白酶的表達(dá)上調(diào)，然而，分別抑制肌肉中溶酶體蛋白酶和鈣依賴蛋白酶表達(dá)，并未出現(xiàn)蛋白分解速率的顯著變化，表明其在肌原纖維蛋白降解中可能不起主要作用。

胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)/磷脂酰肌醇激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號(hào)通路受損

胰島素/IGF-1是保護(hù)肌肉蛋白代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。生理范圍內(nèi)的血漿胰島素水平的輕度升高可抑制肌肉蛋白降解。CKD患者代謝性酸中毒、血管緊張素Ⅱ或炎癥因子表達(dá)增高等因素均可導(dǎo)致胰島素/IGF-1信號(hào)受損，增加骨骼肌萎縮的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生胰島素缺乏或胰島素抵抗的CKD動(dòng)物模型可減少PI3K磷酸化，使下游效應(yīng)因子Akt活化減弱，從而通過叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FOXOs)機(jī)制上調(diào)Atrogin-1/MAFbx和MuRF1表達(dá)，使UPS系統(tǒng)活化，肌肉蛋白降解增加。其中FOXO3可作為調(diào)節(jié) Atrogin-1/MAFbx表達(dá)的關(guān)鍵因子，增加FOXO3磷酸化可下調(diào)Atrogin-1/MAFbx表達(dá)，減少肌萎縮發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。Lee等［9］研究顯示，肌肉中PI3K磷酸化的減少也可活化促凋亡因子Bax，激活半胱天冬酶3(caspase-3)和UPS系統(tǒng)，增加蛋白降解。目前已有研究表明噻唑烷二酮類藥物(PPAR激動(dòng)劑)的應(yīng)用，可改善Ⅱ型糖尿病患者營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和生存率［10］。

骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞功能障礙是胰島素/IGF-1信號(hào)通路受損導(dǎo)致肌萎縮的另一個(gè)重要途徑。衛(wèi)星細(xì)胞位于肌纖維基底層，在肌肉受到損傷時(shí)開始增生、分化以修補(bǔ)損傷，維持肌肉體積。CKD時(shí)IGF-1信號(hào)受損導(dǎo)致骨骼肌的再生修復(fù)能力下降，衛(wèi)星細(xì)胞生肌分化因子(MyoD)和肌細(xì)胞生成素(myogenin)的表達(dá)降低，提示細(xì)胞的增生和分化能力被抑制，進(jìn)而出現(xiàn)肌萎縮［11］。

肌抑素(myostatin)信號(hào)活化 myostatin為轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)家族分泌蛋白，主要表達(dá)于骨骼肌中(心肌和脂肪組織中其表達(dá)水平較低)，以肌抑素原(promyostatin)形式存在，即myostatin非共價(jià)鍵結(jié)合前肽分子，形成非活化復(fù)合物，可被蛋白水解酶激活，活化后游離的myostatin與肌肉細(xì)胞膜上高親和力的活化素ⅡB型受體(ActRIIB)結(jié)合，可導(dǎo)致絲氨酸激酶活化素樣受體激酶4(ALK4)或ALK5活化，一方面可減少Akt磷酸化，通過FOXO機(jī)制上調(diào)atrogin-1/MAFbx和MuRF1表達(dá)，激活UPS活化;另一方面可磷酸化Smad 2/3，后與Smad 4結(jié)合形成異二聚體，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核，下調(diào)MyoD、生肌決定因子5(myf-5)和myogenin等骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增生分化基因表達(dá)［12］。而Smad 6/7則可競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合活化素Ⅰ型受體，抑制myostatin信號(hào)通路，同時(shí)Smad7還可阻止Smad 2/3與Smad 4形成復(fù)合物及轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核。

遺傳學(xué)研究顯示，與野生型老鼠相比，myostatin基因突變老鼠的骨骼肌纖維數(shù)量和體積明顯增加［13］，同樣myostatin突變功能缺失的患者也表現(xiàn)出骨骼肌肥大。提示myostatin的缺乏可導(dǎo)致骨骼肌纖維增生，改善機(jī)體活動(dòng)能力。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，給予myostatin或activin A可使老鼠肌肉體積下降30%。此外，CKD或惡液質(zhì)患者骨骼肌中的myostatin 表達(dá)也增加［14，15］。由此說明，myostatin 的表達(dá)水平可影響骨骼肌體積和功能。

代謝性酸中毒促進(jìn)肌肉蛋白降解 隨著腎功能減退，代謝性酸中毒發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。當(dāng)腎功能下降到正常25%以下時(shí)，可出現(xiàn)低碳酸氫鹽血癥，而血漿碳酸氫鹽濃度＜20 mmol/L時(shí)則可上調(diào)泛素-蛋白酶系的基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)肌肉蛋白的降解。此外，代謝性酸中毒還可活化支鏈酮酸脫氫酶，顯著增加CKD患者血清和肌肉組織中支鏈氨基酸的降解。Stein等［16］將200例伴代謝性酸中毒的腹膜透析患者隨機(jī)分配至35 mmol/L乳酸鹽透析液或40 mmol/L的乳酸鹽透析液組，隨訪一年發(fā)現(xiàn)兩組患者血清HCO－3水平升高，四肢肌肉體積增加，平均一年內(nèi)體重增加2 kg。Pickering等［17］也對(duì)伴有代謝性酸中毒的腹膜透析患者進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其血清碳酸氫鹽濃度增加可改善其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，減少血漿支鏈氨基酸降解，減低肌肉組織泛素mRNA表達(dá)，抑制泛素-蛋白酶體系活化。由此可見，代謝性酸中毒通過激活UPS系統(tǒng)、活化支鏈酮酸脫氫酶來增加CKD患者肌肉蛋白降解，促進(jìn)肌萎縮的發(fā)生。而代謝性酸中毒的及時(shí)糾正則可明顯改善機(jī)體蛋白儲(chǔ)存。目前推薦堿治療糾正代謝性酸中毒應(yīng)使血漿碳酸氫鹽濃度 ＞22 mmol/L［18］。

激素代謝紊亂與蛋白代謝

血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)水平升高 CKD患者普遍存在AngⅡ表達(dá)增加。長(zhǎng)期高水平AngⅡ可通過激活叉頭轉(zhuǎn)錄因子、caspase-3和UPS通路增加蛋白降解率，同時(shí)還通過抑制IGF-1通路減少蛋白合成［19］。AngⅡ主要通過Ⅰ型受體發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，但成熟骨骼肌中幾乎不表達(dá)AngⅡ受體。Zhang等［20］研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可通過上調(diào) IL-6/SAA1(血清淀粉樣蛋白A1)，激活SOC83(細(xì)胞因子信號(hào)抑制劑)，從而降低IRS-1表達(dá)，激活E3泛素連接酶活化UPS系統(tǒng)，增加蛋白降解［20］。此外，AngⅡ還可通過上調(diào)蛋白磷酸酶2Cα降低肌肉中AMPK磷酸化，增加骨骼肌能量消耗，從而活化UPS系統(tǒng)，促進(jìn)肌肉蛋白降解［21］。

糖皮質(zhì)激素分泌增加 另一個(gè)參與肌萎縮發(fā)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)是糖皮質(zhì)激素。高糖皮質(zhì)激素水平增加肌萎縮的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，不僅與其促進(jìn)胰島素抵抗、減少蛋白合成有關(guān)，同時(shí)還可增強(qiáng)UPS系統(tǒng)活化，增加肌肉蛋白降解。此外，CKD患者皮質(zhì)醇的半衰期達(dá)正常人兩倍，因此，高糖皮質(zhì)激素水平的持續(xù)時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)，進(jìn)一步加劇蛋白分解代謝的程度。我們研究顯示，CKD患者口服糖皮質(zhì)激素治療后其血清IGF-1水平可呈時(shí)間依賴性降低，使PI3K/Akt信號(hào)受損，進(jìn)而減少肌肉蛋白的合成［22］。Sandri等［23］研究表明，予以高劑量糖皮質(zhì)激素后，機(jī)體UPS系統(tǒng)活性增強(qiáng)，肌肉蛋白的降解增加;而采用切除腎上腺以阻斷糖皮質(zhì)激素分泌或應(yīng)用腎上腺受體抑制劑的方式，則可降低由酸中毒、胰島素缺乏等因素導(dǎo)致的肌肉UPS活化。由此說明，糖皮質(zhì)激素也參與骨骼肌蛋白的降解過程，但其機(jī)制尚不明確，還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究加以探討。

血清睪丸激素水平降低 既往研究已證實(shí)男性激素與蛋白合成相關(guān)。睪丸激素可刺激生肌細(xì)胞和骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增生，促進(jìn)肌損傷修復(fù)。有研究報(bào)道每周注射100mg諾龍，持續(xù)24周，四肢肌肉體積可增加為原來的2倍［24］。然而，超過60%并發(fā)肌萎縮的CKD男性患者，其血漿睪丸激素水平較無肌萎縮的CKD男性患者顯著降低［25］。低水平睪丸激素可使IGF-1信號(hào)受損，同時(shí)增加myostatin表達(dá)，導(dǎo)致肌肉合成減少，分解增加，出現(xiàn)肌萎縮［26］。由此可見，血清低睪丸激素水平下降在CKD誘導(dǎo)肌萎縮中也起著不可忽視的作用。

炎癥因子浸潤(rùn)與蛋白降解 氧化應(yīng)激、腎清除率降低等因素可導(dǎo)致CKD患者促炎癥細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-6，IL-1β、IFN-γ等水平升高，進(jìn)而增加PEW發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。CKD中TNF-α水平升高可激活I(lǐng)KKβ/NFkβ/MuRF1信號(hào)通路，上調(diào)肌肉蛋白降解，同時(shí)抑制骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞分化因子MyoD表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致肌萎縮發(fā)生。此外，IL-6的增加可抑制CKD患者食欲，控制肌肉、肝臟蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)還可與SAA1共同作用降低IRS-1表達(dá)，激活E3泛素連接酶 MuRF1，增加蛋白降解［20］。

小結(jié):CKD患者普遍存在骨骼肌萎縮現(xiàn)象，使其生活質(zhì)量降低，預(yù)后不佳。除了攝入食物減少外，IGF-1/PI3K/Akt信號(hào)通路受損、UPS系統(tǒng)活化、循環(huán)中炎癥因子水平升高及代謝性酸中毒、激素代謝紊亂和myostatin表達(dá)增加等因素均可增加肌肉蛋白降解，減少蛋白合成，最終導(dǎo)致肌萎縮;但其中部分作用機(jī)制尚未闡明，還需大量實(shí)驗(yàn)研究深入探索，以尋找切實(shí)有效的干預(yù)靶點(diǎn)，達(dá)到最終改善CKD患者臨床預(yù)后的目的。

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