造影劑腎病的分子作用機制及中醫(yī)藥治療研究進展

廖奕嬌，易鐵鋼

（1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院，廣東深圳 518033；2.深圳市中醫(yī)院，廣東深圳 518033）

造影劑腎病（contrast-induced nephropathy，CIN）是指使用碘化造影劑后出現(xiàn)的急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）。CIN主要發(fā)生在血管造影或介入治療過程中，如尿路造影時使用含碘造影劑后可出現(xiàn)急性腎功能衰竭。CIN是碘化造影劑的常見不良反應(yīng)之一。CIN患者在造影劑用藥后48～72 h內(nèi)出現(xiàn)腎功能損害，以血清肌酐較基線升高25%或血清肌酐絕對值升高5 mg/L為標(biāo)準(zhǔn)，并在隨后的5 d內(nèi)達到其峰值[1-2]。繼低灌注腎損害和藥物性腎損害，CIN成為導(dǎo)致AKI的第三大原因，占AKI住院患者的10%～25%，并與患者住院時間延長、死亡率升高，以及術(shù)后并發(fā)癥增加密切相關(guān)[3-4]。隨著造影劑在臨床診斷和介入治療中的廣泛應(yīng)用，造影劑引起的藥物不良反應(yīng)事件也越來越多見。李曉丹等[5]在對177例院內(nèi)發(fā)生的造影劑藥物不良反應(yīng)進行分析后，發(fā)現(xiàn)有72例（占40.7%）藥物不良反應(yīng)發(fā)生在用藥后10 min以內(nèi)，可見發(fā)病之快速。因此，在造影劑給藥后需密切觀察患者生命體征，一旦發(fā)生藥物不良反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)立即停藥并對癥治療。有報道[6]表明，經(jīng)皮冠狀動脈介入（PCI）術(shù)后因造影劑而誘發(fā)的AKI事件更為多見，其發(fā)病率達10%～37%，而發(fā)生CIN的危險因素有患者既往腎功能不全、使用利尿劑、糖尿病和年齡等。目前尚無有效的預(yù)防措施來干預(yù)CIN的發(fā)生，水化治療仍是當(dāng)前臨床常用的預(yù)防治療手段。因此探究CIN的發(fā)病機制以尋求更加有效的治療手段，進而減少CIN的發(fā)生率和改善其臨床預(yù)后顯得迫在眉睫。以下對CIN的相關(guān)分子機制研究及中醫(yī)藥對CIN的治療進展進行綜述，以期為CIN的臨床防治及研究提供思路和方法。

1 CIN分子作用機制

CIN的確切發(fā)病機制尚不清楚，目前普遍認為其發(fā)病與腎臟髓質(zhì)缺氧引起的血流動力學(xué)改變有關(guān)，血管收縮引起腎小球濾過率降低和腎缺血。另外，碘化造影劑對腎小管上皮細胞的直接細胞毒性作用則可能是導(dǎo)致CIN的另一重要原因[7]。有學(xué)者認為造成CIN發(fā)生的主要原因是腎缺血，特別是髓質(zhì)缺血，除此之外，還可因為活性氧（reactive oxygen species，ROS）的形成、一氧化氮（nitric oxide，NO）的減少，以及腎小管上皮和血管內(nèi)皮損傷等因素，以上原因均可加劇CIN的發(fā)生與發(fā)展。造影劑還具有細胞毒性作用，可能通過自噬、氧化應(yīng)激、凋亡等途徑導(dǎo)致腎小管上皮細胞死亡[8]。腎病大多具有病程長、發(fā)病機制復(fù)雜的特點，由于炎癥、腎間質(zhì)纖維化、氧化應(yīng)激等相關(guān)分子機制的作用，常可累及腎小球損傷，導(dǎo)致腎小球濾過率下降[9-10]。目前，CIN的主要發(fā)病機制多認為是因腎血管收縮導(dǎo)致腎髓質(zhì)缺血，繼而發(fā)生腎小管壞死。由于CIN還與ROS的形成、直接腎小管細胞毒性作用密切相關(guān)，故在其分子機制的研究上常以氧化應(yīng)激和凋亡為主[11]。CIN的發(fā)病機制與炎癥、自噬等亦相關(guān)。

1.1 氧化應(yīng)激造影劑作用腎臟后因血流量減少激活ROS釋放，致使脂質(zhì)過氧化和細胞毒性損傷加重，因此氧化損傷是CIN發(fā)病的主要危險因素。其作用機制可能通過造影劑作用下的腎小管細胞發(fā)生氧化應(yīng)激和滲透性壞死，或空泡化改變，并最終導(dǎo)致急性腎小管壞死[12-13]。ROS可通過增強血管收縮劑以刺激血管收縮，并降低血管擴張劑活性，從而抑制腎臟微循環(huán)和間接影響腎臟血管張力。另外，造影劑對腎小管的直接毒性作用可導(dǎo)致線粒體功能障礙，而ROS的產(chǎn)生則加劇腎小球細胞損傷，最終促使細胞凋亡[14]。造影劑導(dǎo)致的腎缺氧被認為是腎臟中ROS生成的關(guān)鍵因素，可直接導(dǎo)致腎小管和血管內(nèi)皮損傷。這反過來又會加重腎實質(zhì)缺氧，并使內(nèi)皮功能和腎小管轉(zhuǎn)運功能失調(diào)。此外，腎小管轉(zhuǎn)運功能與ROS的形成有關(guān)。腎小管的轉(zhuǎn)運功能主要發(fā)生在腎髓袢升支粗段，該區(qū)域有密度極高的線粒體，是還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶產(chǎn)生超氧陰離子（superoxide anions，O2-）和羥自由基（hydroxyl radicals，OH-）的主要部位[15]。有學(xué)者認為ROS也可介導(dǎo)腎實質(zhì)發(fā)生中毒性損傷[16]，二者確切的因果關(guān)系現(xiàn)在尚未見定論。

隨著年齡的增長，患者對氧化損傷的適應(yīng)能力呈現(xiàn)下降趨勢，因此老年患者CIN的風(fēng)險較高，而慢性腎功能衰竭和糖尿病患者存在氧化應(yīng)激增加的風(fēng)險，這也是導(dǎo)致CIN的危險因素[17]。

1.2 凋亡凋亡是因凋亡基因和半胱天冬氨酸酶（Caspases）被激活而致。造影劑引起的細胞凋亡可能因應(yīng)激性激酶的激活和固有凋亡途徑而引起，多為內(nèi)源性或線粒體途徑[18]。造影劑作用下的腎小管細胞因發(fā)生DNA氧化性損傷，最終可導(dǎo)致細胞壞死或凋亡。DNA損傷可引起p53蛋白復(fù)合物釋放。p53蛋白復(fù)合物除了具有抗癌功能外，還在細胞凋亡、基因組穩(wěn)定性和抑制血管生成等方面發(fā)揮作用。有研究表明在AKI動物模型中發(fā)現(xiàn)p53在腎細胞凋亡或自噬中均具有相應(yīng)作用[19]。在發(fā)現(xiàn)基因毒性應(yīng)激的情況下，p53又誘導(dǎo)了BIK的表達，而BIK是Bcl-2蛋白家族中促凋亡的重要成員，可導(dǎo)致線粒體膜的功能障礙甚至線粒體膜的破碎，以及細胞色素C的釋放[20]。另一方面，ROS激活JNKs和p38 MAPK激酶，進而激活Caspase-9和Caspase-3[21]。線粒體通過釋放細胞色素C以激活Caspase-9，再激活Caspase-3，而Caspase-3作為凋亡信號通路的主要分子，可以通過介導(dǎo)線粒體途徑和死亡受體依賴從而誘導(dǎo)凋亡[22]。在造影劑作用下的體內(nèi)和體外實驗都已經(jīng)證實了激活p38 MAPK可以誘導(dǎo)細胞凋亡造成腎損傷，這表明p38 MAPK相關(guān)通路是一個極具吸引力的治療靶點[23]。

此外，造影劑對腎小管上皮細胞的直接毒性作用還可以誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和鈣蛋白酶1（calpain-1）、2（calpain-2）的活化，進而導(dǎo)致Caspases激活，從而促使凋亡發(fā)生[24]。研究還發(fā)現(xiàn)CIN的抗氧化防御與核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)。當(dāng)Nrf2進入細胞核時，可刺激編碼解毒和抗氧化酶如醌氧化還原酶（NADPH quinine oxidoreductase 1，NQO1）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等的基因轉(zhuǎn)錄。所有這些酶通過清除O2-、OH-和過氧化氫（Hydrogen peroxide，H2O2）來保護細胞。Nrf2在調(diào)節(jié)抗氧化通路中發(fā)揮重要作用，近年來也成為CIN抗氧化治療的研究熱點[25]。

1.3 炎癥炎癥在AKI和慢性腎臟病的發(fā)病機制中起重要作用。目前認為與炎癥相關(guān)的白細胞在腎實質(zhì)損傷、修復(fù)和纖維化中均起重要作用，而炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生則認為與血栓的形成有關(guān)。白細胞介素（interleukins，ILs）在人類感染時期和危重狀態(tài)下均可釋放，IL-6和IL-12可以改變?nèi)梭w的凝血機制。IL-6可誘導(dǎo)急性期炎癥反應(yīng)物質(zhì)的產(chǎn)生，尤其是C反應(yīng)蛋白（CRP）。因此，IL-6、IL-18、IL-33等炎癥標(biāo)志物的升高與CIN的進展密切相關(guān)[26]。有文獻表明，嚴(yán)重的機體感染，如敗血癥的發(fā)生可增加CIN的發(fā)生風(fēng)險。因此，如果血管收縮同時伴有炎癥，則有可能減少腎灌注并最終導(dǎo)致腎損傷[27]。而p38 MAPK信號作為一種重要的促炎的監(jiān)管機構(gòu)信號調(diào)節(jié)器，一直也是研究的熱點。p38 MAPK信號級聯(lián)反應(yīng)需要各種炎性細胞因子參與，包括γ干擾素（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-6、趨化因子2（CCL2）等。TNF-α為促炎細胞因子，可進一步聚集大量與內(nèi)皮細胞和組織損傷相關(guān)的介質(zhì)。TNF-α被認為在腎毒性小鼠模型中的激活炎癥細胞因子損傷效應(yīng)中起核心作用[28]。

造影劑腎毒性產(chǎn)生的過程可能是自噬與炎癥的相互作用結(jié)果。Ko G J研究團隊[29]在放射性造影劑腎病（radiocontrast-induced nephropathy，RCN）實驗中，通過自噬抑制劑作用后，發(fā)現(xiàn)RCN小鼠的炎癥細胞和炎癥因子表達增加，證實了炎癥細胞參與了發(fā)病過程，并認為炎癥過程可能是通過自噬而介導(dǎo)RCN的作用機制之一。除了自噬與炎癥相互作用外，有研究認為ROS中的O2-、OH-和H2O2也與炎癥反應(yīng)相關(guān)[2]。

1.4 自噬自噬存在于所有真核細胞內(nèi)，可通過溶酶體降解受損的細胞器和生物大分子以維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。自噬作為介導(dǎo)細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要機制，目前被認為是一種適應(yīng)性反應(yīng)，可因應(yīng)激或環(huán)境改變而被特異性激活[29]。線粒體是高度動態(tài)的細胞器，經(jīng)常發(fā)生運動（分裂和融合），是ROS的主要來源，也是其誘導(dǎo)損傷的主要靶點。線粒體功能障礙則會進一步誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生。腎近端小管細胞富含線粒體，因此腎小管易發(fā)生線粒體損傷[30]。線粒體自噬則是通過自噬去除受損線粒體的過程，是維持細胞正常功能的關(guān)鍵，在缺血和藥物誘導(dǎo)的組織損傷中起著關(guān)鍵作用。線粒體受損或功能失調(diào)被認為對細胞有毒性作用，因此及時清除這些細胞器對維持細胞活性至關(guān)重要[31]。線粒體自噬和線粒體嵴斷裂的增加常伴隨著腎臟氧化應(yīng)激的增強，腎臟病理改變的加劇，尿生物標(biāo)志物異常和血清肌酐（SCr）升高，以及腎小管細胞凋亡的加重。氧化應(yīng)激和線粒體自噬降解在CIN中是相互關(guān)聯(lián)的，這支持了ROS可以作為自噬誘導(dǎo)因子的觀點。

自噬在CIN中起保護作用還是破壞作用盡管仍有爭議，但已有不少研究表明自噬有助于維持腎小管功能。使用造影劑后自噬體數(shù)量增加，LC3B-Ⅱ和beclin-1表達顯著升高，而p62表達則下降，這進一步支持了自噬參與了CIN的發(fā)展過程，并對急性腎小管損傷起到保護作用[32-33]。因此，自噬的激活作為線粒體的病理反應(yīng)，在維持腎小管功能和防治急性腎損害中都起到重要作用。但自噬對CIN的具體作用機制，仍需進一步深入研究。

2 中醫(yī)藥對CIN的治療作用

CIN屬祖國醫(yī)學(xué)“水腫”“癃閉”“關(guān)格”“溺毒”等范疇。中醫(yī)認為CIN為外來濁毒之邪入侵體內(nèi)所致，久病則多瘀，故治則多以解毒祛邪、活血化瘀為主。目前關(guān)于中醫(yī)藥治療CIN的相關(guān)研究不多，但中醫(yī)藥具有明顯消炎、抗氧化、抗凋亡等作用，故中醫(yī)藥有望在CIN防治上發(fā)揮更大的作用。

2.1 單味中藥及其提取物龔學(xué)忠等[34-35]采用實驗研究證實了制大黃與川芎藥對可能通過抑制Caspase-3以抑制細胞凋亡及p38 MAPK活化，下調(diào)磷酸化p38 MAPK和Bax蛋白表達，上調(diào)Bcl-2蛋白表達，從而改善CIN大鼠腎功能。此外，該團隊[34-35]還發(fā)現(xiàn)川芎嗪可以抑制CCL2/CCR2通路以減輕CIN大鼠的炎性反應(yīng)，同時減少腎臟ROS產(chǎn)生，以及降低CIN大鼠的IL-6、TNF-α濃度等，認為川芎嗪可以改善腎臟的氧化應(yīng)激和線粒體動力學(xué)異常，并調(diào)節(jié)腎小管細胞的線粒體自噬。Buyuklu M等[36]在研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)姜黃素治療后的CIN大鼠的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSHPx）和CAT水平均顯著升高，同時姜黃素還能下調(diào)iNOS、LC3/B和Caspase-3表達，提示姜黃素對造影劑誘導(dǎo)的腎病的保護機制可能是與氧化應(yīng)激、炎癥、自噬和凋亡相關(guān)。Liang R L等[37]發(fā)現(xiàn)丹參酮ⅡA可減輕大鼠腎小管壞死、細胞凋亡和氧化應(yīng)激，而在體外實驗中發(fā)現(xiàn)丹參酮ⅡA對HK2細胞的氧化應(yīng)激也有抑制作用。此外，該研究團隊還認為丹參酮ⅡA可能通過在體外激活Nrf2，并上調(diào)HO-1表達，從而降低氧化應(yīng)激。Wang F等[38]從中藥辛夷中提取木蘭脂素治療CIN大鼠，發(fā)現(xiàn)木蘭脂素除了改善CIN大鼠腎小管壞死、細胞凋亡和腎功能惡化之外，體外和體內(nèi)實驗結(jié)果還提示，木蘭脂素能降低腎臟氧化應(yīng)激，抑制Caspase-3活性，增加Bcl-2表達，認為該中藥提取物可能通過抗氧化和抗凋亡作用起到保護CIN大鼠的作用。

2.2 中藥復(fù)方和中成藥丁文飛等[39]在CIN大鼠的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，尿毒清顆?？梢韵抡{(diào)腎損傷分子1（KIM-1）、核因子κB（NF-κB）、TNF-α蛋白表達，認為尿毒清可能通過降低CIN的炎癥反應(yīng)，以達到抑制其腎損害作用。劉怡晟團隊[40]則發(fā)現(xiàn)丹參注射液可降低CIN大鼠肌酐水平，改善腎臟病理組織，同時有降低腎皮質(zhì)丙二醛作用，可提高SOD活性和谷胱甘肽水平，認為丹參注射液可能通過減輕氧自由基產(chǎn)生及加速自由基清除起到保護腎臟的作用。劉駿涯等[41]將87例患者隨機分為對照組和丹紅組，丹紅組采用丹紅注射液治療，對照組采用常規(guī)抗血小板抗凝、抗心絞痛、水化治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丹紅組患者血清肌酐水平及CIN發(fā)生率較對照組明顯降低，提示丹紅注射液有改善腎功能的作用。許潛等[42]將大鼠分為碘海醇模型組、黃芪四物湯組、水化組及正常對照組進行比較研究，發(fā)現(xiàn)黃芪四物湯對CIN大鼠的腎臟保護作用顯著優(yōu)于水化組，并認為其作用機制可能與腎組織細胞凋亡相關(guān)，即通過降低促凋亡的Bax蛋白表達和增高抑凋亡的Bcl-2蛋白表達以減輕造影劑對腎臟的損害程度。

3 展望

綜上所述，目前臨床上尚無防治造影劑腎病（CIN）的特效藥或治療方案。中藥方劑或者中藥提取物在CIN的臨床治療上具有一定優(yōu)勢，中醫(yī)藥在對CIN的抗氧化、消炎、抗凋亡、抑制自噬等方面都起到了一定作用。中醫(yī)藥對CIN療效的作用機制可能是通過改善氧化應(yīng)激、炎癥、凋亡、自噬等多種途徑，而不是針對單一的途徑，故在其機制研究方面不應(yīng)局限于一種途徑。對CIN的分子作用機制的進一步研究，可為開發(fā)中醫(yī)藥預(yù)防和緩解CIN找到作用靶點，同時也可為中醫(yī)藥臨床防治CIN提供理論依據(jù)。