半乳糖凝集素3與慢性腎臟病風(fēng)險評估

張志宏 綜述 劉志紅 審校

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·基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)·

半乳糖凝集素3與慢性腎臟病風(fēng)險評估

張志宏 綜述 劉志紅 審校

慢性腎臟病(CKD)是世界性的公共衛(wèi)生問題，我國CKD發(fā)生率逐年遞增。除進展至終末期腎病(ESRD)外，CKD并發(fā)心血管疾病的風(fēng)險顯著升高。CKD的本質(zhì)是腎組織慢性炎癥和纖維化，涉及眾多代謝產(chǎn)物和信號通路。半乳糖凝集素3(Gal-3)是體內(nèi)一種重要的多功能蛋白質(zhì)，具有廣泛的病理生理意義。新近的多項研究發(fā)現(xiàn)Gal-3與心腎疾病的發(fā)生和進展關(guān)系緊密。本文就Gal-3在CKD心臟、腎臟事件風(fēng)險評估中的認識進展作一綜述。

慢性腎臟病 心血管疾病 半乳糖凝集素3

慢性腎臟病(CKD)已成為世界性的公共衛(wèi)生問題[1-2]，在我國CKD患者約1.19億[3]，其中引起成人終末期腎病(ESRD)的主要病因為：原發(fā)性腎小球腎炎(57.4%)、糖尿病腎病(16.4%)、高血壓腎損害(10.5%)和囊性腎臟病(3.5%)。CKD令人矚目的主要原因在兩方面，一方面是引起CKD發(fā)生和進展的許多因素如高血壓、糖尿病本身對于預(yù)后有著不良影響；更為重要的另一方面是CKD本身進展至ESRD后，必須依賴腎臟替代治療以維持生命。隨腎功能減退，約半數(shù)CKD患者未進展至ESRD即發(fā)生嚴重心血管事件，死亡風(fēng)險顯著增加。早期篩選出無癥狀的CKD患者進行心臟、腎臟事件潛在風(fēng)險評估，采取有效措施減緩CKD進展無疑具有重要的臨床意義。

現(xiàn)階段CKD診斷及腎臟預(yù)后判斷的主要指標仍是尿蛋白水平和腎小球濾過率(GFR)[4]，兩者皆為腎臟排泄或清除指標。由于影響因素眾多，尿蛋白或GFR水平不能全面和及時反映腎臟早期的損傷和遠期腎功能的變化。以糖尿病腎病為例，早期GFR往往不降反升，一旦出現(xiàn)大量蛋白尿，部分患者很快出現(xiàn)GFR下降，但也有僅表現(xiàn)GFR緩慢下降的。另一方面，CKD并發(fā)心臟事件風(fēng)險的評估不能簡單套用一般人群研究成果，如改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)指出利用腦利鈉肽(BNP)或N-末端腦利鈉肽前體(NT-ProBNP)評估CKD患者容量狀態(tài)或心力衰竭結(jié)論須慎重；同樣，利用肌鈣蛋白診斷CKD患者合并急性冠脈綜合征必須結(jié)合其腎功能狀態(tài)[4]。因此，尋找CKD診斷及預(yù)后判斷的新型生物標記物已成為臨床的客觀需求和研究新熱點。關(guān)于潛在的候選生物標記物，凝集素(Lectin)家族成員半乳糖凝集素3(Gal-3)即為其中之一。Lectin是一類從植物、無脊椎動物和高等動物中提純的糖蛋白家族，由于具有凝集紅細胞的作用，故名凝集素。Lectin最大的特點在于它們能識別生物膜中復(fù)雜的碳水化合物結(jié)構(gòu)，一種Lectin能專一的識別并結(jié)合某種糖基。Gal-3是一種對含β半乳糖苷殘基的糖化合物具有很高親和力的凝集素。生物膜中均含有一定量的糖類，主要以糖蛋白和糖脂的形式存在，Gal-3通過與特殊配體的反應(yīng)在多種生物學(xué)進程中發(fā)揮作用。本文就Gal-3在CKD風(fēng)險評估中的研究進展進行綜述。

Gal-3的分子結(jié)構(gòu)與代謝

Gal-3又被稱為碳水化合物結(jié)合蛋白35、Epsilon結(jié)合蛋白、HL-29、IgE結(jié)合蛋白和巨噬細胞溶酶體相關(guān)膜蛋白1。Gal家族成員具有三大共同特征：(1)特征性的氨基酸序列；(2)高度保守的由大約135個氨基酸組成的碳水化合物結(jié)合域(CRD)；(3)對含β半乳糖苷殘基化合物的親和性。根據(jù)其分子的結(jié)合形式，又可將Gal劃分為三種類型：(1)原型，即含有一個CRD單體，以單體(Gal-5,7,10)或二聚體(Gal-1,2,11,13，14)的形式存在；(2)串聯(lián)重復(fù)型，即兩個CRD串聯(lián)融合而成(Gal-4，6,8,9,12)；(3)嵌合體型，即由一個糖基與一個非糖基配體交聯(lián)結(jié)合而成(Gal-3)。Gal-3是Galectin家族中唯一的嵌合體型，在配體存在時Gal-3形成五聚體以增加糖基結(jié)合位點。Gal-3的一級結(jié)構(gòu)可劃分為3個獨特的結(jié)構(gòu)域：(1)短的N-末端結(jié)構(gòu)域，包括一個絲氨酸磷酸化位點；(2)包含氨基乙酸-酪氨酸-脯氨酸的重復(fù)序列；(3)包含CRD的C-末端結(jié)構(gòu)(圖1)。人類Gal-3分子量約35 kD，由位于14號染色體LGALS3基因編碼。

圖1 半乳糖凝集素3分子結(jié)構(gòu)及與配體結(jié)合示意圖[5-6]

生理環(huán)境下，Gal-3主要分布于成骨細胞、上皮細胞及腸組織等組織和細胞中，并在激活的巨噬細胞、嗜堿性粒細胞和肥大細胞等中高表達。Gal-3主要存在于細胞質(zhì)中，但也在胞核、胞膜或細胞外表達。Gal-3的分泌不依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基器，通過一種類似細胞胞吐的非經(jīng)典機制轉(zhuǎn)移至細胞外，可溶性的Gal-3可進入全身循環(huán)。Gal-3的分子量低于白蛋白(60 kD)，因此，可通過腎小球濾過屏障。

Gal-3與腎臟纖維化

Gal-3作為一種重要的多功能蛋白質(zhì)，在細胞增殖和分化、細胞與細胞之間或細胞與間質(zhì)之間的黏附、炎癥反應(yīng)、血管生成、細胞凋亡、免疫調(diào)節(jié)及腫瘤生長浸潤等方面具有廣泛的生理和病理意義[7-8]。

腎臟纖維化是CKD的特征性標志之一[9]，最終結(jié)局是大量細胞外基質(zhì)(ECM)的過度沉積。ECM主要包括膠原、非膠原糖蛋白、糖胺多糖和蛋白多糖等。腎臟纖維化以腎臟固有細胞的損傷為起點，激活相應(yīng)的巨噬細胞，釋放活性因子，活化靜息狀態(tài)的ECM產(chǎn)生細胞(主要為成纖維細胞)，使之轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞。肌成纖維細胞增殖并分泌細胞因子，通過旁分泌方式再作用于巨噬細胞，同時肌成纖維細胞合成大量ECM，導(dǎo)致ECM異常沉積。腎臟纖維化進程的中心調(diào)控者為活化的巨噬細胞。研究發(fā)現(xiàn)，慢性腎小球腎炎間質(zhì)浸潤的炎癥細胞主要是巨噬細胞，且浸潤的巨噬細胞數(shù)量與腎臟纖維化程度呈正比[10]；敲除巨噬細胞基因可減輕腎臟纖維化[11]；清除循環(huán)巨噬細胞也可降低大鼠免疫復(fù)合物相關(guān)性腎炎或單側(cè)輸尿管阻塞(UUO)性腎炎的間質(zhì)纖維化程度[12-13]?；诩毎砻娣肿硬煌?，可將巨噬細胞分為M1和M2兩個表型。M1型通過經(jīng)典途徑活化，γ干擾素(IFN-γ)、脂多糖(LPS)、腫瘤壞死因子(TNF)和粒細胞巨噬細胞刺激因子(GM-CSF)能誘導(dǎo)其活化，是導(dǎo)致炎癥和免疫損傷的主要成分；M2型通過替代途徑活化，IL-4、IL-10、IL-13和免疫復(fù)合物誘導(dǎo)其活化，具有促進血管生成、細胞增殖和ECM重塑的重要作用。不同表型的巨噬細胞在炎癥及纖維化中的作用不同，由M1型巨噬細胞介導(dǎo)的組織損傷和細胞凋亡可活化M2型巨噬細胞，后者吞噬細胞碎片、分泌生長因子、修復(fù)損傷，同時產(chǎn)生大量轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)促進纖維化[14]。Gal-3在纖維化過程中的作用主要與巨噬細胞的替代途徑活化(M2型)密切相關(guān)。首先，Gal-3作為趨化因子，通過濃度梯度信號趨化遠隔部位(包括循環(huán))的單核/巨噬細胞浸潤[15]；其次，Gal-3可選擇性活化M2型巨噬細胞[16-17]，后者一方面合成并分泌多種生長因子，包括TGF-β，另一方面進一步上調(diào)Gal-3的表達和釋放，形成所謂Gal-3反饋環(huán)路；最后，Gal-3通過調(diào)控TGF-β促進成纖維細胞轉(zhuǎn)型為肌成纖維細胞，并促進上皮細胞-間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)分化(EMT)(圖2)[18-19]。另外，Gal-3也被認為是一種促有絲分裂原[20]。新近有實驗發(fā)現(xiàn)，Gal-3還有獨立于巨噬細胞外的致纖維化作用。該研究通過UUO制造大鼠腎臟纖維化模型，對比Gal-3基因敲除的大鼠與野生型大鼠腎臟纖維化嚴重程度，發(fā)現(xiàn)在巨噬細胞浸潤程度相同的情況下，Gal-3基因敲除的大鼠腎臟纖維化程度較野生型大鼠有所減輕[21]。

圖2 Gal-3參與器官纖維化的過程 [19]Gal-3：半乳糖凝集素3；ECM：細胞外基質(zhì)

Gal-3與心臟、腎臟功能關(guān)系的研究

健康者循環(huán)Gal-3水平極低。心力衰竭的相關(guān)研究顯示，檢測血清Gal-3濃度具有良好的應(yīng)用價值，包括早期預(yù)測心力衰竭的風(fēng)險[22-23]、對心[16,24]。由于心力衰竭患者容易出現(xiàn)腎功能不全，而CKD患者合并心力衰竭的風(fēng)險也很高，循環(huán)Gal-3水平的變化能否反映心-腎間的這種交互作用值得期待。

一項小樣本的觀察性研究中，Gopal an>比較了4組不同心腎功能狀態(tài)人群的血清Gal-3濃度。該4組人群分別為射血分數(shù)保留的心力衰竭組[簡稱HFpEF組,即左心室射血分數(shù)(LVEF)>50%的心力衰竭患者)34例；射血分數(shù)減低的心力衰竭組(簡稱HFrEF，即LVEF≤50%的心力衰竭患者)41例；無心力衰竭的CKD組12例；無心力衰竭和CKD的對照組32例。作者發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，血清Gal-3濃度在HFpEF組與HFrEF組均有升高，且升高幅度接近，但血清Gal-3濃度最高水平出現(xiàn)在CKD組，差異較其他各組均有統(tǒng)計學(xué)意義。線性回歸分析顯示所有75例心力衰竭患者(HFpEF組+HFrEF組)和所有44例無心力衰竭患者(CKD組+對照組)的血清Gal-3濃度均與eGFR呈顯著負相關(guān)，兩組回歸曲線擬合后較為接近。另一項納入876例心力衰竭患者的橫斷面研究也發(fā)現(xiàn)，在校正年齡、性別、紐約心臟病學(xué)會(NYHA)心功能分級、LVEF和心力衰竭病因后，循環(huán)Gal-3水平與以CKD-EPI公式計算的eGFR水平或循環(huán)胱抑素C(CysC)水平均存在顯著的負相關(guān)關(guān)系；如以eGFR水平將患者分為≥60 ml/(min·1.73m2)、30～59 ml/(min·1.73m2)和<30 ml/(min·1.73m2)三組，循環(huán)Gal-3水平隨腎功能減退而升高的變化趨勢獨立于NYHA心功能分級和LVEF水平[25]。綜合上述研究發(fā)現(xiàn)，提示心功能狀態(tài)是循環(huán)Gal-3水平的影響因素之一，而腎功能狀態(tài)(即GFR水平)卻極有可能是其決定因素。

Gal-3評估CKD患者心臟、腎臟風(fēng)險的研究

目前，有關(guān)循環(huán)Gal-3水平評估CKD患者心臟、腎臟風(fēng)險的研究仍非常有限。一項納入161例心力衰竭患者并隨訪1年的研究顯示，循環(huán)Gal-3水平確與患者死亡風(fēng)險顯著相關(guān)，但該相關(guān)性對于eGFR≤60 ml/(min·1.73m2)的CKD患者在納入NT-proBNP后消失[26]。迄今探討循環(huán)Gal-3水平與CKD患者心臟、腎臟風(fēng)險的大型前瞻性隊列研究首推著名的Framingham心臟研究[27]。該研究共納入3 353例參與者，其中納入分析腎臟結(jié)局的有2 613例，最終有完善基線資料的為2 450例。女性占53%，平均年齡57歲。以1995年～1998年為基線，隨訪至2005年～2008年，平均隨訪10.1年。根據(jù)基線血清Gal-3水平進行四分位分組，分析各組間心臟結(jié)局(主要包括心力衰竭和全因死亡)和腎臟結(jié)局[主要包括腎功能快速減退,即年均eGFR下降率≥3 ml/(min·1.73m2)]或出現(xiàn)白蛋白尿[以尿白蛋白與尿肌酐比值評估(ACR)，男性ACR≥17 mg/g，女性ACR≥25 mg/g]或確診CKD[eGFR<60 ml/(min·1.73m2)]。結(jié)果隨訪期末，發(fā)生心力衰竭166例，死亡468例，腎功能快速減退241例，出現(xiàn)白蛋白尿194例，確診CKD 277例。統(tǒng)計分析顯示，調(diào)整年齡和性別因素后，循環(huán)Gal-3水平與增加的左心室質(zhì)量指數(shù)(LVM)有非常顯著的相關(guān)關(guān)系，COX回歸分析顯示，調(diào)整性別、年齡、糖尿病、高血壓、血脂、尿蛋白及BNP等因素后，基線血清Gal-3濃度的對數(shù)值每增加1個標準差，患者10年后發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險增加23%，全因死亡的風(fēng)險增加15%，腎功能快速減退的風(fēng)險增加49%，發(fā)生CKD的風(fēng)險增加47%，但出現(xiàn)白蛋白尿的風(fēng)險無統(tǒng)計學(xué)意義。Framingham心臟研究的突出貢獻是利用大樣本的前瞻性隊列，提出基線血清Gal-3水平對一般人群遠期(10年后)發(fā)生CKD風(fēng)險、腎功能快速減退、心力衰竭和全因死亡的預(yù)測價值，其預(yù)測價值獨立于目前已知的風(fēng)險因素如高血壓、糖尿病、蛋白尿和BNP等。新近歐洲完成的路德維希港風(fēng)險和心血管健康研究(Ludwigshafen Risk and C￣a￣r￣d￣i￣o￣v￣a￣s￣c￣u￣l￣a￣r Health，簡稱LURIC研究)報道了Gal-3評估CKD患者心腎風(fēng)險的新發(fā)現(xiàn)[28]，研究于1997年～2000年共納入3 316例接受冠脈成形術(shù)的患者，其中檢測Gal-3水平的共2 578例，以eGFR水平將患者分為3組，即≥90 ml/(min·1.73m2)(36.6%)、60～89 ml/(min·1.73m2)(49.7%)和<60 ml/(min·1.73m2) (13.8%)，平均隨訪10年，觀察心臟和腎臟結(jié)局。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，首先循環(huán)Gal-3水平隨著腎功能減退持續(xù)升高，在各CKD分期間差異非常顯著；其次，循環(huán)Gal-3水平與患者腎功能、年齡、炎癥指標及心功能指標均存在顯著的相關(guān)性，分別為GFR(r=-0.542)，年齡(r=0.246)，hsCRP(r=0.224)，NT-proBNP(r=0.277)；尤為引人關(guān)注的是該研究指出循環(huán)Gal-3水平與CKD 2期及以上患者[eGFR<90 ml/(min·1.73m2)]的全因死亡、心血管事件和感染相關(guān)死亡均獨立相關(guān)(校正性別、年齡、吸煙、體質(zhì)量指數(shù)、血壓、血脂和糖尿病因素)，與猝死、急性心肌梗死、心力衰竭死亡和中風(fēng)發(fā)作均無相關(guān)性。需要指出的是，CKD患者并非Framingham心臟研究和LURIC研究主要的觀察對象，前一研究納入的皆是腎功能正常的一般人群，后一研究納入的eGFR<60 ml/(min·1.73m2)的患者僅占13.8%，其中CKD 4期僅有39例，CKD 5期僅有10例。此外，LURIC研究進行心臟預(yù)后多因素分析時未能將反映心血管功能狀態(tài)的重要指標NT-proBNP納入令人費解。

小結(jié)：Gal-3是一種分布廣泛的多功能蛋白質(zhì)，在腎臟疾病發(fā)生和進展中具有重要的病理生理意義。CKD患者循環(huán)Gal-3濃度顯著升高。目前的初步研究提示Gal-3在評估CKD發(fā)生風(fēng)險、心臟預(yù)后和腎臟預(yù)后上均具有獨特的預(yù)測價值，并且可望成為新的干預(yù)靶點。展望未來對CKD患者的風(fēng)險評估，應(yīng)整合現(xiàn)有研究成果，全面考量傳統(tǒng)指標如eGFR、BNP、肌鈣蛋白與新興指標如Gal-3，以期更全面把握CKD患者心臟、腎臟潛在風(fēng)險，改善總體預(yù)后。

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(本文編輯 逸 沐)

Galectin-3 and chronic kidney disease

ZHANGZhihong，LIUZhihong

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDiseases,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing210016,China

China has a high prevalence of chronic kidney disease (CKD). CKD imposes an enormous burden on public health resources for the reasons of development of end-stage renal disease (ESRD) and complications of cardiovascular diseases. Galectin-3 is a member of the multifunctional proteins comprising soluble β-galactoside-binding lectins that have regulatory roles in fibrogenesis, inflammation, tissue repair and cell proliferation. This review will focus on the relevant research progresses of Galectin-3 in CKD.

chronic kidney disease cardiovascular disease Galectin-3

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院院管課題(2013038)

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院腎臟科 國家腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 全軍腎臟病研究所(南京，210016)

2015-05-11