慢性腎臟病患者鋅缺乏的研究進(jìn)展

朱鈺鈺 綜述 陶舒曼 王德光 審校

慢性腎臟病(CKD)是世界范圍內(nèi)一個(gè)日益嚴(yán)重的公共問題，這與其高發(fā)病率、死亡率和醫(yī)療保健支出有關(guān)。CKD導(dǎo)致腎功能減退，造成某些必需微量元素的缺乏或有害微量元素的蓄積，反之，微量元素的含量或分布異常也在CKD的發(fā)生和發(fā)展中起到一定作用[1]。近年來(lái),CKD患者外周血中微量元素鋅含量的不足與疾病進(jìn)展之間的關(guān)系逐漸受到研究者的廣泛關(guān)注。

鋅是人體14種必需微量元素之一，正常成年人體內(nèi)鋅總量約2～3 g，鋅缺乏的實(shí)驗(yàn)室診斷標(biāo)準(zhǔn)是空腹血清鋅<11.47 μmol/L(75 μg/dl)；餐后血清鋅濃度反應(yīng)實(shí)驗(yàn)(PICR)>15%[2]。鋅元素是維持人體細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能所需的一種重要微量元素，參與人體內(nèi)90多種酶的合成，與200多種酶的活性有關(guān)，如血管緊張素轉(zhuǎn)換酶、堿性磷酸酶、碳酸酐酶、DNA和RNA聚合酶、銅鋅超氧化物歧化酶和金屬硫蛋白等。在細(xì)胞質(zhì)膜中，鋅主要結(jié)合在細(xì)胞膜含硫、氮的配基上，形成牢固的復(fù)合物，從而維持細(xì)胞膜穩(wěn)定，減少毒素吸收和組織損傷。鋅作為鋅指蛋白的重要組成部分參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。鋅缺乏可以通過(guò)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、小管纖維化等方面破壞腎臟結(jié)構(gòu)，影響腎功能，增加CKD患者心血管疾病的發(fā)生率和死亡率。本文將從CKD患者鋅含量不足的原因、鋅缺乏與CKD進(jìn)展、鋅缺乏與CKD并發(fā)癥的關(guān)聯(lián)性以及補(bǔ)鋅對(duì)CKD進(jìn)展的影響4個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

CKD患者鋅缺乏的原因

鋅缺乏是全球最重要的微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏癥之一，也是發(fā)展中國(guó)家常見的疾病的主要原因。CKD患者中40%～78%的人血清鋅水平較低[3]。Kung 等[4]對(duì)中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)輔英科技大學(xué)附設(shè)醫(yī)院的194名CKD患者調(diào)查發(fā)現(xiàn)血鋅水平隨著CKD分期的進(jìn)展而下降。Damianaki等[5]對(duì)瑞士洛桑大學(xué)醫(yī)院108例CKD患者和80例高血壓或健康志愿者的調(diào)查得出CKD 5期患者血漿鋅平均水平比非CKD患者低18%。輕度缺鋅會(huì)影響生長(zhǎng)速度，而嚴(yán)重缺鋅會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩。鋅缺乏與睪酮水平低有關(guān)，慢性腎衰竭者陽(yáng)痿和睪丸酮分泌減少的原因之一就是鋅缺乏。低鋅也可能導(dǎo)致一些相對(duì)非特異性的疾病，在血液透析患者中比較常見的，包括厭食癥，消化不良，認(rèn)知功能減退和抗氧化能力降低，故有鋅缺乏表現(xiàn)的患者需檢測(cè)鋅水平，及時(shí)提供補(bǔ)鋅治療。

CKD患者血鋅水平偏低，不受年齡、性別、民族、原發(fā)腎病等因素的影響，主要涉及以下4個(gè)原因：(1)由于低蛋白飲食限制、厭食、營(yíng)養(yǎng)不良等原因造成鋅攝入不足[6]；(2)由于1,25-二羥基骨化醇形成障礙或藥物的相互作用導(dǎo)致胃腸道對(duì)鋅的吸收減少[7]；(3)腎臟鋅丟失增加；(4)透析時(shí)由于透析液組成、透析過(guò)程中滲透壓差異等原因?qū)е落\的丟失[8]。

盡管某些具體機(jī)制尚未闡明，但腎臟鋅丟失的潛在機(jī)制主要有兩個(gè)方面：(1)蛋白尿：鋅通過(guò)小腸吸收，進(jìn)入循環(huán)后與血漿蛋白質(zhì)結(jié)合，如白蛋白(可交換)、α巨球蛋白(不可交換)和轉(zhuǎn)鐵蛋白[9]。與非CKD組相比，CKD患者24h尿蛋白、尿鋅排泄量較高，并且隨著CKD分期的進(jìn)展鋅的排泄分?jǐn)?shù)逐漸增加[5]，血鋅水平呈下降趨勢(shì)[4]。(2)腎小管損傷：腎臟能夠維持循環(huán)鋅水平，直到失去一定數(shù)量的腎小管，當(dāng)估算的腎小球?yàn)V過(guò)率(eGFR)<60 ml/(min·1.73 m2)時(shí)，血漿鋅水平隨eGFR呈線性下降；而eGFR>60 ml/(min·1.73 m2)時(shí)，兩者無(wú)相關(guān)性[5]。研究發(fā)現(xiàn)70%～95%的鋅轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生在近端小管，其中包括鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Zn transporters，ZnT)和鋅鐵調(diào)控蛋白(Zrt- and Irt-like proteins，ZIP)，同時(shí)Henle環(huán)和腎單位末端段也參與了鋅的再吸收[10-11]，故腎小管發(fā)生損傷時(shí)鋅丟失增加。

鋅缺乏加重腎損害的可能機(jī)制

增強(qiáng)腎臟氧化應(yīng)激鋅作為抗氧化劑，通過(guò)激活金屬應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子1，上調(diào)谷胱甘肽合成酶、銅/鋅超氧化物歧化酶以及金屬硫蛋白1(metallothionein，MT)，來(lái)參與抗氧化防御[12]。另一方面，與MT1半胱氨酸簇結(jié)合的非活性胞質(zhì)鋅，在一氧化氮合成酶介導(dǎo)合成的一氧化氮(NO)作用下釋放，為基于鋅的氧化防御提供保障[13]。

鋅缺乏不僅通過(guò)特異性上調(diào)腎小管上皮細(xì)胞煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2的表達(dá)，促進(jìn)氧化應(yīng)激，引起腎臟損傷[14]，還會(huì)降低腎NO系統(tǒng)活性，增加腎臟氧化應(yīng)激損傷，減少腎單位數(shù)，誘導(dǎo)腎小球肥大[13]。腎單位數(shù)目被認(rèn)為是心血管和腎臟疾病的一個(gè)強(qiáng)效的危險(xiǎn)因素，胎兒期和哺乳期鋅缺乏導(dǎo)致的腎臟形態(tài)學(xué)改變可能是成人動(dòng)脈血壓升高和腎功能不全的機(jī)制之一。

增加腎臟細(xì)胞凋亡鋅能促進(jìn)有絲分裂、抑制細(xì)胞凋亡，通過(guò)抑制鈣鎂依賴性內(nèi)切酶、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)3等發(fā)揮抗凋亡作用[15]。腎鋅含量的降低會(huì)導(dǎo)致腎皮質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鋅池的減少，增加細(xì)胞凋亡的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致腎單位的數(shù)目和大小降低，濾過(guò)面積減少，從而導(dǎo)致腎小球?yàn)V過(guò)率(GFR)降低。

促進(jìn)腎纖維化鋅具有抗纖維化的作用，通過(guò)激活PI3K/Akt/GSK-3β信號(hào)通路，下調(diào)低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的表達(dá)，抑制腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)換(EMT)[16]。鋅缺乏時(shí)成纖維細(xì)胞激活，腎小管間質(zhì)纖維化，腎上皮細(xì)胞HIF-1信號(hào)的激活與CKD的發(fā)生有關(guān)[17]。腎小管間質(zhì)損傷是糖尿病腎病(DN)的主要組織病理學(xué)特征，也是腎功能不良的重要預(yù)測(cè)因素，DN患者腎小管間質(zhì)纖維化程度與系膜擴(kuò)張、GFR下降和蛋白尿增加密切相關(guān)。

鋅缺乏與CKD并發(fā)癥

心血管疾病(CVD)CVD是CKD最常見的并發(fā)癥，也是終末期腎病的主要死因，如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、心包炎、心肌病和心功能不全等，近年來(lái)大量研究證實(shí)鋅缺乏與CVD有密切關(guān)系。

動(dòng)脈粥樣硬化 研究報(bào)道動(dòng)脈粥樣硬化患者血鋅含量降低，同時(shí)鋅缺乏促進(jìn)CKD患者動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展[18]。血管內(nèi)皮受損在動(dòng)脈粥樣硬化中具有關(guān)鍵作用，鋅可以保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的完整性，鋅缺乏時(shí)氧化應(yīng)激增加，激活核因子kappa B(NF-κB)，上調(diào)炎癥相關(guān)基因的表達(dá)，白細(xì)胞介素等炎性因子產(chǎn)生增加，導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷，其中氧化應(yīng)激及炎癥因子是動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)關(guān)鍵步驟[19]。

此外,血管平滑肌細(xì)胞(VSCMs)的增殖也是動(dòng)脈粥樣硬化形成的早期標(biāo)志。MAPK信號(hào)通路及其靶分子參與細(xì)胞存活(MAPK-ERK)和細(xì)胞凋亡(MAPK-JNK)，鋅缺乏時(shí)下調(diào)MAPK-JNK，誘導(dǎo)VSMCs增殖；在此過(guò)程中，分化的VSMCs失去分化狀態(tài)，從收縮型轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋?合成)表型。VSMCs加速增殖的同時(shí)從中膜向內(nèi)膜遷移，導(dǎo)致動(dòng)脈內(nèi)膜-中膜厚度增加。頸動(dòng)脈內(nèi)膜-中膜厚度(CIMT)作為評(píng)估動(dòng)脈粥樣硬化程度的指標(biāo)之一，與血鋅水平呈負(fù)相關(guān)，并且反映氧化水平的銅/鋅比值是CIMT的獨(dú)立決定因素[20]。

心功能不全 不論何種病因?qū)е碌男牧λソ?HF)患者，均有不同程度的低鋅血癥[21]。一項(xiàng)失代償性HF患者出院時(shí)鋅水平的縱向研究表明，66%的患者鋅水平<75 μg/dl，而血清鋅水平<62 μg/dl的患者CVD的發(fā)生率和死亡率更高[22]。

在病理生理學(xué)上，隨著血清鋅水平的降低，氧化應(yīng)激增加，心肌細(xì)胞的自噬和肥大增加，廣泛纖維化區(qū)域的心肌細(xì)胞顯著退化，當(dāng)線粒體產(chǎn)生的活性氧超過(guò)鋅依賴的超氧化物歧化酶的抗氧化能力時(shí)，線粒體通透性發(fā)生改變，細(xì)胞腫脹、變性，最終壞死。在組織結(jié)構(gòu)上，鋅通過(guò)調(diào)節(jié)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶、基質(zhì)金屬蛋白酶等，參與維持心室壁結(jié)構(gòu)[23]。鋅可以減輕心肌重構(gòu)，鋅相關(guān)的酶能降解在心動(dòng)周期中維持心肌形態(tài)的膠原支架[24]。因此CKD患者鋅缺乏時(shí)，心肌細(xì)胞壞死，心室壁重塑；細(xì)胞外基質(zhì)降解，心肌變薄，心功能下降，促進(jìn)HF的發(fā)生發(fā)展。

礦物質(zhì)和骨異常慢性腎臟病礦物質(zhì)和骨異常(CKD-MBD)是CKD常見的嚴(yán)重并發(fā)癥之一，主要表現(xiàn)為繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(SPTH)，心臟瓣膜、血管和其他軟組織鈣化，以及骨轉(zhuǎn)化、骨礦化、骨質(zhì)疏松(OP)等。

骨質(zhì)疏松 鋅在骨生長(zhǎng)和骨代謝過(guò)程中，具有穩(wěn)定肥大細(xì)胞核，抑制內(nèi)源性肝素釋放的作用，鋅的缺乏會(huì)導(dǎo)致成骨細(xì)胞的活力下降、膠原蛋白與硫酸軟骨素的合成減少、以及堿性磷酸酶的濃度降低。此外，ZIP 13和ZIP 14對(duì)鋅的轉(zhuǎn)運(yùn)也對(duì)機(jī)體和骨的生長(zhǎng)平衡具有調(diào)控作用[25]。研究發(fā)現(xiàn)老年女性骨質(zhì)疏松癥患者血清鋅降低，且補(bǔ)充鋅可以改善OP[26]。

血管鈣化 CKD患者鈣磷代謝紊亂，易發(fā)生血管鈣化(VC)。研究表明CKD患者血清鋅水平與血清鈣化傾向呈顯著相關(guān)，其機(jī)制可能是鋅可以上調(diào)鋅敏感受體/G蛋白偶聯(lián)受體依賴的腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)蛋白3(TNFAIP 3)基因的表達(dá)，TNFAIP3水平的升高抑制NF-κB的激活 ，而活化的NF-κB轉(zhuǎn)錄因子向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移，誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)，促進(jìn)VSMCs向骨/軟骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)分化[27]。骨/軟骨細(xì)胞表型的VSMCs表達(dá)組織非特異性堿性磷酸酶，該酶水解內(nèi)源性鈣化抑制劑焦磷酸鹽，從而促進(jìn)磷酸鈣晶體形成的失調(diào)，導(dǎo)致血管礦化[28]。

補(bǔ)鋅治療對(duì)CKD患者的益處

延緩慢性腎損傷進(jìn)展Hadj等[29]發(fā)現(xiàn)，ZnCl2治療后大鼠損傷的腎臟組織中，白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白1等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)得到抑制；超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等抗氧化物酶的腎活性升高；Beclin-1和溶酶體相關(guān)膜蛋白2兩個(gè)自噬相關(guān)蛋白表達(dá)下調(diào)。證明補(bǔ)充鋅通過(guò)抗炎、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、鞏固細(xì)胞質(zhì)和線粒體膜等方面，減少細(xì)胞溶解，維持腎臟結(jié)構(gòu)。同時(shí)ZnCl2治療還延緩了肌酐水平的升高，改善腎臟功能。Zhang等[16]也發(fā)現(xiàn)鋅處理的小鼠24h尿蛋白水平降低，有效改善糖尿病小鼠腎功能。同時(shí)補(bǔ)充鋅抑制膠原蛋白-I、纖維連接蛋白和α平滑肌肌動(dòng)蛋白在糖尿病腎臟中的表達(dá)；下調(diào)HIF-1α表達(dá)，抑制EMT，減輕腎小管間質(zhì)纖維化。

在人群干預(yù)研究中，補(bǔ)充鋅尤其是較高劑量(成人50 mg/d，兒童30 mg/d)下，改善CKD患者慢性營(yíng)養(yǎng)不良、低白蛋白血癥、低鋅血癥和高CRP狀態(tài)，無(wú)論成人還是兒童，營(yíng)養(yǎng)不良均已被證明增加了CKD患者的發(fā)病率和死亡率[30-31]。但人體過(guò)量攝入鋅會(huì)引起惡心、嘔吐及腹瀉等癥狀，長(zhǎng)期大量服用可使銅缺乏,血清高密度脂蛋白減少，甚至造成血紅蛋白降低，血清鐵降低及頑固性貧血等鋅中毒現(xiàn)象。所以一定要通過(guò)缺鋅病史，測(cè)定患者頭發(fā)和血液中鋅含量，結(jié)合臨床癥狀、體征，合理使用鋅制劑?？刹捎眯┝俊⒌蜐舛?、短療程的補(bǔ)鋅原則，因人制宜，適量補(bǔ)充。因CKD患者常伴有電解質(zhì)紊亂，而臨床工作中較為關(guān)注鉀、鈣、磷、碳酸氫根等離子，常忽略鋅的變化，所以除有鋅缺乏表現(xiàn)的患者外，建議CKD 3～5期尤其是維持性透析治療的患者，每3～6個(gè)月監(jiān)測(cè)一次鋅水平。

盡管CKD患者鋅補(bǔ)充的推薦攝入量尚未確定，但美國(guó)腎臟基金會(huì)腎臟病預(yù)后質(zhì)量倡議(KDOQI)表明，兒童和成人都應(yīng)參考鋅的膳食參考攝入量(DRI)[32]。KDOQI建議每隔4～6個(gè)月監(jiān)測(cè)攝入量，若僅靠膳食攝入量不能達(dá)到DRI的100%，或者有缺乏的臨床證據(jù)，建議對(duì)CKD 2～5期的患兒補(bǔ)充微量元素鋅。澳大利亞腎病指南委員會(huì)(CARI)CKD指南也對(duì)銅和鋅的DRI作出明確提議，建議定期監(jiān)測(cè)低蛋白飲食患者的血清鋅水平。

改善CKD并發(fā)癥Voelkl等[27]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充硫酸鋅后相較于野生型小鼠，klotho蛋白基因亞效型小鼠的大動(dòng)脈(茜素紅染色)、胸主動(dòng)脈切片(von Kossa染色)鈣化得到明顯改善，主動(dòng)脈弓的鈣含量減少。在腎臟次全切小鼠模型中，補(bǔ)充硫酸鋅后成骨標(biāo)記物的mRNA表達(dá)減少，主動(dòng)脈脈沖傳播速度(血管僵硬的標(biāo)志)降低，廣泛腎臟鈣化減弱。因此補(bǔ)鋅有效改善CKD患者的血管鈣化和腎臟鈣化。

目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)尚未在CKD患者中提出補(bǔ)鋅標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，補(bǔ)鋅34 mg/d達(dá)12個(gè)月可以降低血透患者促紅細(xì)胞生成素反應(yīng)性指數(shù)，利于CKD患者貧血并發(fā)癥的治療[33]；補(bǔ)鋅18個(gè)月可以提高血清骨堿性磷酸酶水平，促進(jìn)骨的形成，改善CKD-MBD患者情況[34]。小劑量補(bǔ)鋅12～15 mg/d 3個(gè)月可以改善血液透析患者自然殺傷(NK)細(xì)胞的活性和左室肥厚[35]。臨床上常用的補(bǔ)鋅制劑有無(wú)機(jī)鋅(硫酸鋅、氯化鋅)、有機(jī)鋅(葡萄糖酸鋅，甘草鋅)和生物鋅(蛋白鋅)。無(wú)機(jī)鋅消化道刺激較大；有機(jī)鋅吸收率較高，胃腸道反應(yīng)輕；而蛋白質(zhì)和鋅結(jié)合相對(duì)牢固，在胃中不會(huì)析出鋅離子，不會(huì)造成胃腸刺激。未來(lái)應(yīng)多開展隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來(lái)為CKD患者補(bǔ)鋅相關(guān)指南的制定提供科學(xué)證據(jù)。

小結(jié):綜上所述，CKD患者隨著腎功能的進(jìn)行性衰退，循環(huán)鋅水平也逐漸降低；而低鋅進(jìn)一步加重腎臟損害和CKD并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展，未來(lái)可利用多中心前瞻性隊(duì)列研究設(shè)計(jì)、RCT研究及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步探討鋅在CKD中發(fā)揮作用的潛在機(jī)制。雖然目前已有實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于鋅缺乏的CKD患者補(bǔ)鋅可以改善臨床癥狀，但是否需要普及CKD患者補(bǔ)鋅來(lái)加強(qiáng)對(duì)CKD的治療和防護(hù)，以及補(bǔ)鋅的具體方式和劑量，需要更多精心設(shè)計(jì)的大型多中心試驗(yàn)，為初級(jí)保健預(yù)防工作提供更多的理論支持。