氧化應(yīng)激狀態(tài)對慢性腎臟病的影響研究進(jìn)展

石承乾 張冰冰 魯科達(dá) 夏虹

慢性腎臟病（chronic kidney diease，CKD）具有患病率高、知曉率低、預(yù)后差及醫(yī)療費用高等特點，已成為世界各國所面臨的重要公共衛(wèi)生問題，我國CKD患病率達(dá)10.8%[1]。CKD患者往往合并有糖尿病、高血壓、血脂異常等，可引發(fā)心血管疾病甚至死亡，而氧化應(yīng)激則在其中扮演重要的角色[2-3]。當(dāng)多種原因引起線粒體負(fù)荷過重，導(dǎo)致活性氧（reactive oxygen species，ROS）增多，細(xì)胞抗氧化能力下降，生理性防御機(jī)制破壞，這是是氧化應(yīng)激發(fā)生的關(guān)鍵。體內(nèi)的ROS積聚過多，損害機(jī)體內(nèi)多種正常的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等物質(zhì)，加劇炎癥反應(yīng)并加速腎損傷進(jìn)展。因此，臨床可通過檢測CKD患者相關(guān)生物標(biāo)志物來評估機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)。本文就氧化應(yīng)激狀態(tài)對CKD的影響研究進(jìn)展作一綜述。

1 腎臟ROS來源

紫外光、電離輻射、藥物等是體內(nèi)非酶方式誘導(dǎo)ROS形成的主要原因，在細(xì)胞內(nèi)，大量ROS由線粒體電子傳遞鏈生成，而細(xì)胞色素P450家族、黃嘌呤氧化還原酶（xanthine oxidoreductase，XOR）、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶（NOX）等催化酶會極大影響 ROS 生成[4]。NOX 家族中 NOX1、NOX2、NOX4被證實在腎皮質(zhì)中表達(dá)，其中NOX4為最常見的亞型，當(dāng)處于CKD等病理情況，或受到血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）、葡萄糖、生長因子及炎癥介質(zhì)等刺激時，NOX4在腎臟高表達(dá)且為腎臟ROS主要來源，是腎臟氧化應(yīng)激和腎損傷的關(guān)鍵[5-6]。

2 CKD患者氧化應(yīng)激狀態(tài)

氧化應(yīng)激是體內(nèi)ROS增加而抗氧化物下降引起的結(jié)果。機(jī)體中存在生理性防御機(jī)制，氧化代謝失衡可多方面影響腎臟，包括血管反應(yīng)性、腎血流動力學(xué)、腎小球濾過率以及所有腎單位的腎小管重吸收與分泌功能，引起腎損傷[7]。通過檢測蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸氧化產(chǎn)物等相關(guān)生物標(biāo)志物可評估CKD患者機(jī)體內(nèi)氧化應(yīng)激狀態(tài)及抗氧化能力。

2.1 CKD患者氧化系統(tǒng)變化 評估CKD患者氧化應(yīng)激狀態(tài)是探索新的治療方法至關(guān)重要的一步，而氧化應(yīng)激損傷蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等引起的產(chǎn)物具有較長半衰期，因而可作為評估氧化應(yīng)激狀態(tài)的生物標(biāo)志物。晚期氧化應(yīng)激蛋白產(chǎn)物（advanced oxidation protein products，AOPP）和晚期糖基化終末產(chǎn)物是蛋白質(zhì)氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物。研究提示AOPP可引起細(xì)胞內(nèi)炎癥，引起腎臟機(jī)構(gòu)及功能異常，引起腎小球肥大及蛋白尿等，并指出AOPP與肌酐清除率存在負(fù)相關(guān)[3]，可反映CKD患者腎功能狀態(tài)。

脂類分子的結(jié)構(gòu)使其易受氧化，丙二醛（malondialdehyde，MDA）、丙烯醛、4-羥基壬烯酸（4-hydroxynonenal，HNE）及硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）等在脂質(zhì)氧化過程中產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)在局灶節(jié)段性腎小球硬化患者的血漿MDA明顯高于腎臟微小病變患者及正常對照患者，提示氧化應(yīng)激在腎小球硬化的病理性進(jìn)展中扮演重要的角色，并在沒有腎活檢情況下對鑒別局灶節(jié)段性腎小球硬化與腎臟微小病變有一定價值[8]；但因MDA的水溶性，可在血液透析過程被清除，因此在評估血液透析患者氧化應(yīng)激時有一定的局限性。研究證實，CKD患者血清MDA水平明顯高于健康對照患者，并且終末期腎臟病患者M(jìn)DA水平高于血液透析或腹膜透析患者[3，9]。F2-isoprostane是花生四烯酸非酶氧化形成的一種在細(xì)胞膜磷脂上的不飽和脂肪酸，可在血清及尿液中檢測出[10]，隨著疾病進(jìn)展，CKD 3～5期患者血清游離F2-isoprostane水平明顯高于健康對照患者[11]。

8-羥基脫氧鳥苷為白細(xì)胞DNA損傷的標(biāo)志物，在氧化化合物和核酸的相互影響下增加，在腎衰竭進(jìn)展中逐漸上升，并是透析患者全因死亡率的獨立預(yù)測因子[12-13]。CKD 患者 AOPP、MDA、F2-isoprostane、8-羥基脫氧鳥苷等氧化指標(biāo)明顯升高，提示CKD患者機(jī)體內(nèi)同時存在蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等多種氧化應(yīng)激損傷，一方面可作為氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物，評估氧化應(yīng)激狀態(tài)；另一方面隨著腎功能下降，AOPP、晚期糖基化終末產(chǎn)物等氧化產(chǎn)物在體內(nèi)蓄積成為了尿毒癥毒素，損傷細(xì)胞、組織、器官，引發(fā)炎癥和免疫功能紊亂等全身性反應(yīng)，加速了CKD進(jìn)展。

2.2 CKD患者抗氧化系統(tǒng)變化 內(nèi)源性酶與非酶抗氧化機(jī)制與氧化應(yīng)激產(chǎn)物引起的破壞性效果相關(guān)，其中脂溶性抗氧化劑包括維生素E、β-胡蘿卜素及輔酶Q；水溶性抗氧化劑包括維生素C、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等；而鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白和白蛋白通過螯合金屬離子躍遷發(fā)揮非酶抗氧化作用。

SOD是重要的內(nèi)源性抗氧化酶，其3種亞型（SOD1、SOD2、SOD3）存在于腎組織線粒體、細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞外空間[3]。SOD活性受抑制則增強(qiáng)腎臟ROS活性，從而降低腎臟血流、腎小球濾過，成為大鼠高血壓的潛在因素[14]。有臨床研究證實CKD患者血清SOD明顯下降[9]，但在未進(jìn)行透析治療的CKD5期患者中SOD2反而升高，并且對患者生存沒有獲益[15]。

CAT存在于所有的需氧細(xì)胞中，并在腎組織表達(dá)升高，在減少ROS及抑制脂質(zhì)過氧化過程中起到重要作用。研究指出，脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的CAT失活會明顯加重內(nèi)毒素血癥大鼠腎臟損傷[16]。但在臨床研究發(fā)現(xiàn)，CAT活性在眾多CKD臨床研究結(jié)果中表現(xiàn)不一致，作為CKD患者的氧化應(yīng)激指標(biāo)值得商榷，但對糖尿病患者是一個可信賴的氧化應(yīng)激指標(biāo)[17]。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是機(jī)體 H2O2、羥自由基（OH-）及含氯氧化劑的清除劑；GSH-Px則以GSH作為供氫體，將H2O2及其他有機(jī)過氧化物轉(zhuǎn)化H2O及O2，達(dá)到抗氧化作用[3]。而GSH-Px可分為細(xì)胞內(nèi)GSH-Px以及存在于血漿的細(xì)胞外GSH-Px（eGSH-Px）。CKD患者 eGSH-Px 活性及 GSH 含量較健康者明顯降低[9，13，18]，腎臟替代治療對eGSH-Px活性具有消極影響，血液透析患者透析后eGSH-Px活性明顯低于CKD3～5期非血液透析患者[18]。

對氧磷酶-1（paraoxonase-1，PON1）是人 PON1 基因產(chǎn)物，具有催化水解磷酸酯鍵作用，并具有過氧化物酶活性[19]。研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者PON1活性低于控制對照組，其活性與血清MDA等水平相關(guān)，并且CKD患者PON1血清水平與受損的主動脈功能顯著相關(guān)[20-21]。

此外，非酶類抗氧化物系統(tǒng)在機(jī)體內(nèi)也起到重要的抗氧化作用，其重要組成之一維生素C廣泛分布于細(xì)胞內(nèi)液及細(xì)胞外液中，在清除ROS以減少氧化應(yīng)激帶來的損害過程中扮演著重要的水溶性抗氧化劑作用。而維生素E可保護(hù)細(xì)胞膜不受脂質(zhì)過氧化影響，并且可形成低反應(yīng)性的維生素阻斷自由基級聯(lián)反應(yīng)[3]。

CKD患者SOD、GSH-Px及PON1等抗氧化指標(biāo)明顯降低，提示CKD患者抗氧化能力下降，氧化/還原失衡，更易受到氧化應(yīng)激損傷，促進(jìn)CKD進(jìn)展。

2.3 氧化應(yīng)激狀態(tài)與CKD的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者ROS活性明顯高于健康對照患者[22-23]。而ROS過多積聚于體內(nèi)產(chǎn)生多種氧化應(yīng)激產(chǎn)物。CKD患者機(jī)體游離 F2-isoprostane、AOPP、MDA[3，8-9，11-12，17]等氧化激指標(biāo)明顯高于健康對照患者，并且這些指標(biāo)與腎小球濾過率存在負(fù)相關(guān)[17，24]。與此同時，CKD 患者 SOD、GSH-Px、PON1等抗氧化酶活性較健康對照患者下降，維生素C、維生素 E 等非酶類抗氧化物水平降低[3，9，13，18，20-21，25]。并有研究報道AOPP水平與血清MDA水平呈正相關(guān)，而GSH-Px與其呈負(fù)相關(guān)[21]。CKD患者普遍存在氧化應(yīng)激狀態(tài)，氧化應(yīng)激的增加和抗氧化能力的下降與腎功能減退相關(guān)，氧化/還原平衡遭到破壞是氧化應(yīng)激發(fā)生的關(guān)鍵。

3 氧化應(yīng)激與CKD危險因素的關(guān)系

3.1 氧化應(yīng)激與高血壓 高血壓在CKD患者早期即可出現(xiàn)，并會增加CKD患者心血管疾病發(fā)生率和病死率，控制血壓是CKD管理預(yù)防核心要素[2]。高血壓患者腎臟是氧化應(yīng)激的重要部位，腎臟氧化應(yīng)激在高血壓引起腎臟血管收縮、腎組織損害中具有重要作用，是腎臟內(nèi)皮功能、一氧化氮（NO）生物利用度及腎小管離子通道表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，可引起腎血管病理性改變，最終導(dǎo)致慢性高血壓的發(fā)生[26-27]。使用抗氧化劑、超氧化物歧化酶模擬物及腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAS）阻滯劑等可減少ROS釋放，減弱或延緩高血壓發(fā)病，保護(hù)腎臟結(jié)構(gòu)和功能[28]。

3.2 氧化應(yīng)激與糖尿病 糖尿病是老年CKD患者非常普遍的危險因素，高血糖促進(jìn)鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白 2（sodium-glucose cotransporter 2，SGLT-2）驅(qū)動腎小管鈉的重吸收，隨后抑制球管平衡并激活致密斑中RAS，引起入球動脈擴(kuò)張并收縮出球動脈[2，29]，在早期可表現(xiàn)為一側(cè)或雙側(cè)腎臟腎小球濾過率升高；但持續(xù)高血糖狀態(tài)刺激線粒體過度釋放ROS，通過轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）等途徑，增強(qiáng)腎臟炎癥、破壞血管內(nèi)皮功能，促進(jìn)動脈粥樣硬化及細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix,ECM）沉積，引起腎纖維化逐步加重，最終導(dǎo)致腎小球濾過率逐漸下降而進(jìn)入終末期腎臟病[30]。

3.3 氧化應(yīng)激與脂質(zhì)代謝異常 CKD患者常伴有脂質(zhì)代謝異常及尿毒癥毒素相關(guān)的脂質(zhì)顆粒修飾，致動脈粥樣硬化因子低密度脂蛋白（LDL）被過度釋放的ROS氧化形成氧化低密度脂蛋白（oxidized LDL，OX-LDL），促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1），誘導(dǎo)單核細(xì)胞與巨噬細(xì)胞在血管中浸潤，浸潤的巨噬細(xì)胞通過清道夫受體吞噬OXLDL后形成泡沫細(xì)胞并停留在血管壁，促進(jìn)炎癥反應(yīng)并引起內(nèi)皮功能障礙，導(dǎo)致動脈粥樣硬化[2]。而OX-LDL可通過植物血凝素樣氧化低密度脂蛋白受體（lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor，LOX-1） 刺激ROS生成，形成ROS-LDL-OX-LDL-ROS惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致腎臟缺血、炎癥及纖維化[31]。

3.4 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng) 持續(xù)存在的低度炎癥已成為CKD重要組成部分，在CKD病理進(jìn)展中具有獨特作用，造成蛋白質(zhì)-能量消耗（protein-energy wasting，PEW）狀態(tài)，并增加CVD及全因死亡率風(fēng)險[32]。當(dāng)過度產(chǎn)生的自由基介導(dǎo)腎損傷發(fā)生后，通過多種促炎癥反應(yīng)信號通路引起中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞浸潤于損傷的腎組織，而炎癥反應(yīng)則可通過NOX系統(tǒng)促進(jìn)超氧化物產(chǎn)生，持續(xù)性造成腎臟損傷或充當(dāng)信使分子，進(jìn)一步加重局部炎癥反應(yīng)，長期氧化應(yīng)激及慢性炎癥引起的腎損害最終導(dǎo)致腎單位缺失，加速CKD的進(jìn)展[33]。氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)則形成了一個自我循環(huán)，修復(fù)自由基損傷的炎癥過程成為額外自由基的來源，因此控制氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)是CKD長期管理重要的舉措。

3.5 其他 社會人口老齡化必將增加CKD絕對數(shù)量，而糖尿病、肥胖的流行最終可能成為CKD主要病因[2]。老齡化引起的相關(guān)功能損傷歸咎于氧化應(yīng)激對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA等大分子氧化產(chǎn)物積累[34]，而肥胖患者相關(guān)并發(fā)癥由炎癥/氧化信號通路，激活RAS、NF-κB等系統(tǒng)，導(dǎo)致內(nèi)皮功能紊亂，引起CKD的發(fā)生、發(fā)展[35]。

4 氧化應(yīng)激與腎纖維化

腎纖維化是CKD進(jìn)展到終末期腎臟病的共同途徑，而ROS則可通過多種通路引起腎損傷，在腎纖維化進(jìn)展中起到重要作用。TGF-β/Smads通路被認(rèn)為是纖維化疾病中的關(guān)鍵機(jī)制，其中關(guān)鍵因子TGF-β1通過NF-κB、p38MAPK、JNK、ERK1/2 等通路促進(jìn)腎纖維化進(jìn)展[14]。ROS產(chǎn)生增多及氧化應(yīng)激的增強(qiáng)與TGF-β1生成與激活密切相關(guān)[36]。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可增強(qiáng)NOX活性及NOX2、NOX4表達(dá)，誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，而干擾NOX4表達(dá)可減少TGF-β介導(dǎo)的超氧化物形成[37-38]。Das等[39]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)干擾Smad2或Smad3的表達(dá)可減少由于TGF-β1激活所引起的NOX4表達(dá)增加、ROS代謝及線粒體膜電位喪失等，而其機(jī)制可能與Smad-ERK1/2-mTORC1軸相關(guān)[40]，提示TGF-β/Smad2/3通路激活上調(diào)NOX4，誘導(dǎo)ROS生成，在腎纖維化進(jìn)展過程中起重要作用。

氧化應(yīng)激敏感性轉(zhuǎn)錄因子核因子NF-E2相關(guān)因子2（nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2）對體內(nèi)酶-非酶抗氧化系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用，可改善氧化應(yīng)激狀態(tài)，在腎纖維化進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。促纖維化因子TGF-β1通過激活多種信號級聯(lián)導(dǎo)致活化成纖維細(xì)胞形成，促進(jìn)ECM合成，激活轉(zhuǎn)錄因子Nrf2，誘導(dǎo)抗氧化/細(xì)胞保護(hù)基因表達(dá)。Tan等[41]發(fā)現(xiàn)在缺血再灌注損傷模型及單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）小鼠模型中，Nrf2靶基因表達(dá)明顯上升。Chung等[42]T型鈣離子通道阻滯劑可通過激活Nrf2，促進(jìn)CAT、SOD1等抗氧化酶表達(dá)，延緩UUO模型小鼠腎間質(zhì)纖維化進(jìn)展。ROS過量釋放會加速腎纖維化進(jìn)展，激活Nrf2則可起到與TGF-β1相反的作用，減弱氧化應(yīng)激狀態(tài)而延緩腎纖維化進(jìn)展[43]。

5 小結(jié)

CKD患者普遍存在氧化應(yīng)激狀態(tài)。過多ROS積聚損害腎臟結(jié)構(gòu)，加重腎損害，并且與心血管疾病、貧血等并發(fā)癥發(fā)生率及病死率的增加有關(guān)。及早評估CKD患者氧化應(yīng)激狀態(tài)并進(jìn)行積極的干預(yù)具有十分重要的意義。