感染性結(jié)石的解脲酶菌相關(guān)因素研究及治療進(jìn)展

李衛(wèi)勝 何文強(qiáng) 靳瀟瀟 楊雄

1.河南中醫(yī)藥大學(xué)泌尿外科，河南鄭州 450003；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，河南鄭州 450003

腎結(jié)石是泌尿外科多發(fā)性疾病之一，根據(jù)其發(fā)病原因可分為代謝性結(jié)石和感染性結(jié)石。感染性結(jié)石通常指磷酸銨鎂結(jié)石，占腎結(jié)石的10%～15%。結(jié)石的主要成分是六水磷酸銨鎂和碳酸磷灰石。在腎結(jié)石的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中生物膜反復(fù)包裹解脲酶菌，使抗菌藥物難以殺死并清除細(xì)菌，常致患者發(fā)生復(fù)發(fā)性尿路感染，并引起相關(guān)并發(fā)癥如腎周膿腫和膿胸等。目前對(duì)感染性結(jié)石發(fā)生機(jī)制的研究主要集中在體外細(xì)胞培養(yǎng)模型和大鼠模型，但兩種模型均無(wú)法模擬正常尿流動(dòng)力學(xué)特征或建立系統(tǒng)的腎臟感染性結(jié)石模型。本文通過(guò)對(duì)解脲酶菌引起感染性結(jié)石的相關(guān)因素及治療進(jìn)行分析，以期探討新的研究方向及潛在的治療靶點(diǎn)。

1 解脲酶菌引起感染性結(jié)石的相關(guān)因素及發(fā)病機(jī)制

1.1 尿路感染與感染性結(jié)石的關(guān)系分析

尿路感染（urinary tract infections，UTIs）和感染性結(jié)石具有顯著相關(guān)性，可能存在因果關(guān)系或平行關(guān)系，但其具體機(jī)制仍不清楚。二者發(fā)病特點(diǎn)具有諸多相似之處，常因病原菌經(jīng)尿道逆行感染膀胱、輸尿管、腎臟所致，女性患病風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)病率皆明顯高于男性，且隨著年齡的不斷增加，男女患病比率降低。洪揚(yáng)等使用不同計(jì)數(shù)的奇異變形桿菌建立大鼠腎臟感染性結(jié)石模型，只有10組大鼠形成感染性結(jié)石且均為膀胱結(jié)石，成石率為50%，試驗(yàn)組并無(wú)腎結(jié)石形成，提示宿主免疫對(duì)感染性結(jié)石的形成有抑制作用，其形成是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程。細(xì)菌感染尿路卻未形成結(jié)石，對(duì)感染性結(jié)石的預(yù)防、新治療靶點(diǎn)的研究、指導(dǎo)感染性結(jié)石的藥物治療具有重要意義。然而細(xì)菌生物膜的形成及抗生素的廣泛應(yīng)用使泌尿系病原菌耐藥性增加，造成臨床治療策略的進(jìn)一步復(fù)雜化，因此迫切需要新的生物學(xué)研究方法及建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鰹榛A(chǔ)，對(duì)尿路感染與感染性結(jié)石進(jìn)行深入研究，明確它們的關(guān)系并建立有效的試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菍ふ倚轮委煱悬c(diǎn)的關(guān)鍵。

1.2 解脲酶菌及其毒力因子

了解病原菌感染及致病機(jī)制是預(yù)防疾病發(fā)生的關(guān)鍵，因此對(duì)病原菌感染、定植及繁殖機(jī)制的研究在疾病的預(yù)防與治療中意義重大。相關(guān)研究證實(shí)，感染性結(jié)石的形成以解脲酶菌感染尿路并產(chǎn)生脲酶為基礎(chǔ)，造成尿路上皮細(xì)胞損傷，并分解尿素產(chǎn)生CO和NH，使尿液pH 升高進(jìn)而產(chǎn)生銨和碳酸氫鹽，最終形成鳥糞石（六水磷酸銨鎂結(jié)石）與碳酸磷灰石。見(jiàn)圖1。

圖1 感染性結(jié)石形成機(jī)制

蘇曉偉等研究顯示，94 例感染性結(jié)石中，感染大腸埃希菌49 例，感染奇異變形桿菌12 例，感染肺炎克雷伯菌6 例；211 例草酸鈣結(jié)石患者中，感染大腸埃希菌103 例，感染糞腸球菌20 例，感染無(wú)乳鏈球菌12 例；60 例尿酸結(jié)石患者中，感染大腸埃希菌24 例，感染糞腸球菌8 例，感染肺炎克雷伯菌5 例。結(jié)論是感染性結(jié)石UTIs 例數(shù)、尿菌培養(yǎng)陽(yáng)性例數(shù)明顯高于其他組，感染性結(jié)石與UTIs 具有顯著相關(guān)性，尿路致病性大腸埃希菌（uropathogenic Escherichia coli，UPEC）是尿路感染的主要致病菌。

王冠博等對(duì)患者中段尿、腎盂尿、結(jié)石進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)尿與結(jié)石的細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果不具一致性，結(jié)石菌株并非以UPEC 為主，與Walton–Diaz等的研究結(jié)論一致。造成上述差異的具體原因尚不明確，結(jié)石嵌頓造成腎盂感染的尿液無(wú)法流入膀胱可能只是一種相關(guān)因素。感染性結(jié)石的形成過(guò)程極具復(fù)雜性，單純尿培養(yǎng)無(wú)法準(zhǔn)確反映結(jié)石內(nèi)部及其周圍的病原學(xué)特征，不能精準(zhǔn)指導(dǎo)抗生素的使用。對(duì)結(jié)石及其周圍尿液進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)并進(jìn)行藥敏試驗(yàn)更具臨床意義，以此作為預(yù)防感染性結(jié)石形成、防止術(shù)后感染的臨床用藥顯然更可靠。

細(xì)菌毒力因子是病原菌黏附于尿路上皮細(xì)胞發(fā)生尿路感染進(jìn)而形成感染性結(jié)石的前提，與病原菌黏附、侵襲、抵抗或逃避宿主免疫、降低細(xì)菌藥物敏感性密切相關(guān)，細(xì)菌毒力主要包括侵襲力和毒素。侵襲力是細(xì)菌在體內(nèi)發(fā)生黏附、定植、擴(kuò)散、抵抗或逃避宿主免疫的能力；黏附功能是后續(xù)過(guò)程發(fā)生的基礎(chǔ)，因此在感染初期階段抑制病原菌黏附可有效控制感染發(fā)展。黏附素是主要的黏附相關(guān)毒力因子，它可使病原菌與細(xì)胞或組織表面受體結(jié)合發(fā)生黏附，包括菌毛和非菌毛黏附素，以革蘭陰性菌如UPEC、革蘭陽(yáng)性球菌如屎腸球菌最常見(jiàn)。研究表明，使用菌毛抗體干擾細(xì)菌感染早期的黏附階段，抑制細(xì)菌–細(xì)菌或細(xì)菌–宿主之間的黏附，為疾病的預(yù)防與治療提供了潛在靶點(diǎn)。相同種屬菌群中不同亞型的細(xì)菌和菌毛使抗毒素疫苗與藥物研發(fā)面臨很大困難，如UPEC–Ⅰ型菌毛主要與膀胱上皮細(xì)胞上D–甘露糖受體結(jié)合，導(dǎo)致膀胱炎的發(fā)生，UPEC–P型菌毛結(jié)構(gòu)和Ⅰ型菌毛相似，主要依靠菌毛頂端黏附分子PapG 與近段小管、遠(yuǎn)端小管上皮細(xì)胞受體相結(jié)合，引起上行性尿路感染及腎盂腎炎。Davis研究表明，宿主–細(xì)菌相互作用可促進(jìn)毒力因子表達(dá)并抵抗宿主反應(yīng)，使其他細(xì)菌受益，推測(cè)感染性結(jié)石的形成與此模式有直接相關(guān)性，即大腸埃希菌抵抗宿主時(shí)，其毒力因子的表達(dá)為其他解脲酶菌發(fā)揮生物學(xué)功能提供了有利條件，促進(jìn)感染性結(jié)石的發(fā)生發(fā)展，仍需要相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。張肖肖等報(bào)道，毒力基因esp、gel、agg 的攜帶與腸球菌生物膜的形成密切相關(guān)，提示細(xì)菌毒力基因與生物膜的相關(guān)性，而生物膜在促進(jìn)結(jié)石形成、增強(qiáng)細(xì)菌耐藥性與毒力的同時(shí)，使感染性結(jié)石更易復(fù)發(fā)、治療方向更加復(fù)雜，如何降低生物膜的形成可作為新治療靶點(diǎn)，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

1.3 細(xì)菌生物膜的形成

研究細(xì)菌生物膜的形成機(jī)制及生物學(xué)特點(diǎn)對(duì)指導(dǎo)臨床規(guī)范使用抗生素，減少菌株多重耐藥有重要意義。生物膜是細(xì)菌不可逆附著于實(shí)體表面、繁殖、分化并分泌一些多糖基質(zhì)，將菌體包裹其中而形成的細(xì)菌聚集體膜狀物，其形成與細(xì)菌抵抗宿主免疫、降低抗生素敏感性、慢性持續(xù)性及難治性感染等密切相關(guān)。被生物膜包裹其中的休眠菌和滯留菌是導(dǎo)致復(fù)發(fā)性感染的關(guān)鍵因素，因此感染性結(jié)石的易復(fù)發(fā)性與此有關(guān)?；寄蚵犯腥径恍纬筛腥拘越Y(jié)石的原因可能與細(xì)菌計(jì)數(shù)少、不能達(dá)到形成生物膜的計(jì)數(shù)或不能表達(dá)足夠的毒力因子來(lái)逃避或抵抗宿主免疫、降低抗生素敏感性有關(guān)。不合理使用抗生素會(huì)增加菌株多重耐藥性，且細(xì)菌多重耐藥與生物膜形成呈正相關(guān)性，說(shuō)明生物膜是不規(guī)范使用抗生素導(dǎo)致病原菌多重耐藥的關(guān)鍵因素。病原菌對(duì)抗生素敏感性降低，機(jī)體發(fā)生反復(fù)感染等與生物膜形成密切相關(guān)：①細(xì)胞外基質(zhì)使宿主免疫和抗生素?zé)o法穿透生物膜屏障殺死內(nèi)部細(xì)菌；②生物膜可使細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果呈假陰性，失去臨床指導(dǎo)意義；③生物膜反復(fù)包裹病原菌，為其躲避機(jī)體免疫與藥物攻擊提供了有利條件。另外，病原菌可通過(guò)基因調(diào)整產(chǎn)生多態(tài)性亞型，一旦宿主免疫功能下降或藥物濃度降低，就會(huì)引起復(fù)發(fā)性感染或持續(xù)性感染。

2 感染性結(jié)石的治療

感染性結(jié)石具有生長(zhǎng)快、易復(fù)發(fā)的特點(diǎn)，若沒(méi)有及時(shí)采取合理的治療方案，患者可出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥如腎衰竭，甚至導(dǎo)致死亡。感染性結(jié)石的治療一般遵循3 個(gè)原則，即清除所有結(jié)石碎片、使用抗生素治療感染、防止復(fù)發(fā)。治療方法包括術(shù)前術(shù)后應(yīng)用抗生素、外科及微創(chuàng)取石（如沖擊波碎石術(shù)）、輸尿管軟鏡、經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)（percutaneous nephrolithotomy，PCNL）、殘片處理（如解脲酶抑制劑的使用、結(jié)石溶解及尿液酸化等）。臨床醫(yī)師需綜合考慮患者的具體情況制定合理的治療方案，改善患者預(yù)后，防止疾病復(fù)發(fā)。

2.1 抗生素的應(yīng)用

感染性結(jié)石常合并相關(guān)并發(fā)癥如腎積膿、腎周膿腫等。行腔鏡手術(shù)如激光腔鏡碎石等治療時(shí)，高灌注壓、局部溫度及腎盂內(nèi)壓升高等是感染性結(jié)石碎裂后內(nèi)部細(xì)菌入血發(fā)生感染擴(kuò)散、感染性休克的高危因素，這些高危因素增加了感染性結(jié)石的治療復(fù)雜性，如何預(yù)防或降低并發(fā)癥的發(fā)生，仍是一道難題。對(duì)感染性結(jié)石患者術(shù)前和術(shù)后積極抗感染治療，可有效降低相關(guān)并發(fā)癥，預(yù)防術(shù)后發(fā)生膿毒血癥或發(fā)熱，以達(dá)到滿意的療效。Sierra–Diaz等進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性研究，對(duì)尿培養(yǎng)陽(yáng)性的暴露組分別在術(shù)前、術(shù)后7d 給予抗生素治療，非暴露組分別在術(shù)前8h、術(shù)后1h 經(jīng)驗(yàn)性靜脈注射抗生素，結(jié)果顯示暴露組并發(fā)癥占比大于非暴露組（27%16%），說(shuō)明尿菌培養(yǎng)陽(yáng)性是術(shù)后發(fā)熱的主要危險(xiǎn)因素，標(biāo)準(zhǔn)化治療方案可降低手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率。上述研究證明，抗生素可提高感染性結(jié)石治療的安全性，術(shù)前使用敏感抗生素至尿菌培養(yǎng)陰性或尿白細(xì)胞下降，可降低術(shù)后患感染性并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)及其發(fā)生率。目前對(duì)圍手術(shù)期預(yù)防性應(yīng)用抗生素的意見(jiàn)相對(duì)一致，但使用時(shí)間尚未達(dá)成統(tǒng)一。對(duì)于初始用藥或感染較輕的患者可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用藥，應(yīng)注意的是抗生素的使用要符合菌群特點(diǎn)，用藥前需評(píng)估患者身體綜合情況如腎功能等及安全性。相關(guān)研究表明，合理使用抗生素可有效降低生物膜形成、控制細(xì)菌多重耐藥的發(fā)生及發(fā)展，因此抗生素的使用應(yīng)參考最新指南，選擇合適的種類、劑量及療程，有針對(duì)性的進(jìn)行用藥。目前臨床上采用抗生素治療尿路感染，主要根據(jù)尿細(xì)菌培養(yǎng)與藥敏試驗(yàn)結(jié)果用藥。尿與結(jié)石細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果的差異性提示，結(jié)石及其周圍細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果對(duì)抗生素的臨床使用更具指導(dǎo)意義。

2.2 外科及微創(chuàng)取石術(shù)

2.2.1 體外沖擊波碎石（extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL）與Mini–經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)（mini–percutaneous nephrolithotomy，MPCNL）ESWL 是腎結(jié)石微創(chuàng)治療的主要方式之一，具有操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，常作為直徑<10mm 的輸尿管結(jié)石治療首選，但ESWL 的初始結(jié)石清除率相對(duì)輸尿管軟鏡、Mini–經(jīng)皮腎鏡取石較低。由于感染性結(jié)石多為鹿角樣大結(jié)石，且結(jié)石內(nèi)部有病原菌存在，采用ESWL 治療時(shí)易形成輸尿管石街，發(fā)生輸尿管堵塞、壓力升高、感染擴(kuò)散等并發(fā)癥，安全性較差，因此對(duì)鹿角樣結(jié)石或感染性結(jié)石的治療，不宜使用此方法。與ESWL 相比，MPCNL 結(jié)石清除率高達(dá)90%以上，適用于經(jīng)ESWL、輸尿管軟鏡碎石術(shù)治療失敗的患者，因此應(yīng)用范圍廣泛，常作為復(fù)雜性、多發(fā)性腎結(jié)石、輸尿管結(jié)石的首選治療方案。李鐵等的研究顯示，盡管MPCNL 組與EWSL 組相比結(jié)石清除率更高（98%88%），但其并發(fā)癥如感染、發(fā)熱延遲出血等發(fā)生率也較高，且術(shù)后血清中與組織損傷相關(guān)的氧化應(yīng)激指標(biāo)內(nèi)皮素–1（endothelin–1，ET–1）、血紅蛋白加氧酶1（heme oxygenase–1，HO–1）、皮質(zhì)醇（cortist，COR）、血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，Ang–Ⅱ）皆顯著高于ESWL 組。另有研究表明，應(yīng)用MPCNL 治療上尿路結(jié)石時(shí)，需使用經(jīng)皮穿刺高壓泵灌注，此過(guò)程不但會(huì)升高腎內(nèi)壓，還可能造成腎損傷，使結(jié)石內(nèi)部病原菌逆行性入血而引起患者膿毒血癥的發(fā)生。因此輸尿管軟鏡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，給腎結(jié)石的治療帶來(lái)了新方案。

2.2.2 輸尿管軟鏡 輸尿管軟鏡、ESWL、MPCNL是泌尿外科微創(chuàng)治療的主要方式，為直徑2cm 以內(nèi)結(jié)石的首選治療方案。輸尿管軟鏡聯(lián)合激光治療泌尿系結(jié)石的安全性高于傳統(tǒng)術(shù)式，與ESWL 相比，具有適用范圍廣、微創(chuàng)、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)；與MPCNL 相比，結(jié)石清除率雖無(wú)明顯差異，但其并發(fā)癥少，安全性更高。研究發(fā)現(xiàn)，輸尿管軟鏡結(jié)石清除率受結(jié)石種類、數(shù)量、尿路復(fù)雜性等因素影響，聯(lián)合負(fù)壓吸引裝置治療尿路結(jié)石，可減少輸尿管軟鏡激光碎石過(guò)程中溫度及灌注壓升高引起的并發(fā)癥如細(xì)菌入血擴(kuò)散，膿毒血癥等，提高尿路結(jié)石治療的安全性。

2.3 殘片處理

完全清除結(jié)石碎片是防止術(shù)后疾病復(fù)發(fā)的關(guān)鍵，感染性結(jié)石的治療更是如此，否則極易引起結(jié)石復(fù)發(fā)或腎絞痛、尿源性感染等并發(fā)癥，因此除術(shù)中取凈結(jié)石碎片外，術(shù)后殘片的處理也極為重要，包括解脲酶抑制劑的使用、結(jié)石溶解及尿液酸化等。根據(jù)上述探討推測(cè)，解脲酶抑制劑聯(lián)合抗生素可有效提高感染性結(jié)石手術(shù)治療的安全性，防止術(shù)后復(fù)發(fā)，降低并發(fā)癥發(fā)生率等。

3 總結(jié)與展望

上述討論表明，感染性結(jié)石的發(fā)生發(fā)展、預(yù)防和治療、手術(shù)的預(yù)后與UTIs 及病原菌的種類密切相關(guān)，大腸埃希菌感染尿路可能是結(jié)石相關(guān)病原菌在泌尿系統(tǒng)生存與繁殖并形成結(jié)石的基礎(chǔ)，尚需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。選用哪種方案治療需綜合考慮結(jié)石的類型、性質(zhì)、直徑、位置等，對(duì)于感染性結(jié)石或鹿角樣結(jié)石的治療應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)治療原則，且術(shù)前和術(shù)后均應(yīng)使用抗生素，以增加治療的安全性，降低發(fā)生并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。與抗生素治療相比，毒力因子的抗毒素研究是一種新的治療靶點(diǎn)研究方向，它只針對(duì)毒力因子產(chǎn)生作用，目的是將病原菌轉(zhuǎn)化為無(wú)毒性細(xì)菌，不對(duì)細(xì)菌施加高選擇壓力，不殺死或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，可有效降低細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，緩解抗生素治療所帶來(lái)的細(xì)菌耐藥性壓力。通過(guò)毒力因子抗體或干擾細(xì)菌毒力基因的表達(dá)阻礙生物膜形成是潛在的治療靶點(diǎn)，如何建立系統(tǒng)的腎感染性結(jié)石實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃投玖σ蜃友芯磕Ｐ腿允钱?dāng)前面臨的研究難題。