尿毒癥腦病和血管內(nèi)皮功能障礙關(guān)系的研究進(jìn)展

趙瑞杰，王浩，陳丁丁

(中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198)

慢性腎病是一種高度流行(占人口的10%～13%)，不可逆、進(jìn)行性疾病，并與較高的心血管風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。這種病理的患者大部分時(shí)間仍無癥狀，只有在較晚期才出現(xiàn)典型的腎功能不全并發(fā)癥。其治療可以是保守治療或替代治療(血液透析、腹膜透析、腎移植)[1]。尤為重要的是，慢性腎病病理呈現(xiàn)出較高的并發(fā)癥和死亡率風(fēng)險(xiǎn)，特別是心血管方面相關(guān)的[2-3]。終末期腎臟病(end-stadge renal disease,ESRD)患者另一種最常見的并發(fā)癥就是尿毒癥腦病，是尿毒癥患者出現(xiàn)精神、神經(jīng)等中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面異常，以神經(jīng)精神癥狀為主要臨床表現(xiàn)的一種綜合征。近年來該病發(fā)病率有明顯的上升趨勢(shì)。尿毒癥性腦病又叫作腎性腦病，其研究機(jī)制比較復(fù)雜，目前具體機(jī)制還在大量探索中，其中有研究表明腦血管內(nèi)皮受損，導(dǎo)致血腦屏障破壞，通透性增加可以引起尿毒癥毒素在腦中積累，這可能是尿毒癥腦病的發(fā)病機(jī)制之一[4]。因此，修復(fù)血管內(nèi)皮可作為防治本病的一種治療策略。

1 尿毒癥腦病

CKD可導(dǎo)致患者腎功能下降，無法及時(shí)、有效地清除尿毒癥毒素[5]。尿毒素因腎功能喪失，體內(nèi)代謝產(chǎn)生的氮質(zhì)廢物不能排出體外，在機(jī)體內(nèi)蓄積導(dǎo)致一系列水電平衡失調(diào)、水潴留、電解質(zhì)紊亂。這些廢物未及時(shí)排出體外，在體內(nèi)不斷堆積所形成的物質(zhì)叫尿毒素[6]。近年來對(duì)尿毒素癥引起的大腦形態(tài)與功能變化也逐漸重視起來，中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管形成的內(nèi)皮屏障可以限制分子與離子在血液和大腦之間的流動(dòng)。血腦屏障對(duì)維持大腦內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，限制毒素和病原體滲入大腦至關(guān)重要[7]，其破壞可能導(dǎo)致對(duì)神經(jīng)元有毒物質(zhì)的滲入[8]。而腦血管內(nèi)皮的損傷是大腦疾病早期病變的基本動(dòng)因，也是血腦屏障(blood brain barrier 3,BBB)受損的病理基礎(chǔ)。

2 血管內(nèi)皮功能障礙的機(jī)制

心血管疾病(CVD)仍然是慢性腎臟疾病(CKD)患者死亡的主要原因。在許多慢性和危及生命的疾病中一般涉及血管功能障礙，這些血管功能是由器官特異性分化的內(nèi)皮細(xì)胞(EC)介導(dǎo)的；不同的器官型功能屬性和控制內(nèi)皮細(xì)胞分化和血管床特異性功能的分子機(jī)制直到最近才被人熟知，可為新的血管靶向治療鋪平道路，治愈迄今為止難以治愈的疾病[9-10]。血管內(nèi)皮障礙的機(jī)制有這些方面：①內(nèi)皮信號(hào)細(xì)胞的改變；②氧化應(yīng)激的改變；③內(nèi)皮細(xì)胞前炎癥因子的激活；④線粒體功能紊亂等等[11]。

2.1 內(nèi)皮信號(hào)細(xì)胞的改變 內(nèi)皮細(xì)胞在調(diào)節(jié)血管壁穩(wěn)態(tài)起著重要作用。內(nèi)皮[12]是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、功能復(fù)雜的器官，參與調(diào)節(jié)幾個(gè)重要的生物學(xué)機(jī)制，包括維持血管張力、通透性、炎癥反應(yīng)、免疫和血管生成。因此，維持內(nèi)皮細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)和功能是血管健康的基礎(chǔ)。在大多數(shù)CKD患者中，循環(huán)中IL6、CRP和TNF-α水平升高[13]。隨著CKD向腎衰竭發(fā)展，血管內(nèi)皮逐漸被激活，釋放可溶性黏附分子ICAM-1、VCAM-1和基質(zhì)金屬蛋白酶。這些內(nèi)皮激活的生物標(biāo)志物刺激NF-κΒ通路，從而損害內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)壁和細(xì)胞基質(zhì)之間的相互關(guān)系[14]。

2.2 氧化應(yīng)激的增加 氧自由基是NO生物利用度的另一個(gè)關(guān)鍵決定因素。ROS通過清除NO，導(dǎo)致過氧亞硝酸鹽的生成，進(jìn)一步降低NO的生物利用度，導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)、脂類等氧化損傷[15]，所有這些改變都可能觸發(fā)或者放大炎癥。不同氧化物前體可直接刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞，上調(diào)致動(dòng)脈粥樣硬化基因的表達(dá)，促進(jìn)單核細(xì)胞黏附及炎性分子釋放,加重局部炎癥反應(yīng)。有實(shí)驗(yàn)研究表明過氧化氫可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞間黏附-1(ICAM -1)蛋白及mRNA表達(dá)增加,而抗氧化劑對(duì)此有抑制作用。因此，可以通過抗氧化劑來減少氧化應(yīng)激的發(fā)生[16]。

2.3 內(nèi)皮細(xì)胞前炎癥因子的激活 炎癥作為慢性腎臟疾病(CKD)的一個(gè)重要組成部分，與心血管疾病、蛋白質(zhì)能量消耗和死亡率有關(guān)。血管內(nèi)皮既受炎癥過程的影響，也參與炎癥過程。內(nèi)皮細(xì)胞可被促炎因子激活，包括腫瘤壞死因子TNF-α和C反應(yīng)蛋白，以促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化表型[17]。尿毒癥毒素在炎癥的發(fā)病和進(jìn)展?fàn)顟B(tài)發(fā)揮非常重要的作用，通過增加C反應(yīng)蛋白(CRP)、一氧化氮(NO)和激活B細(xì)胞(NF-κB)，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子水平的增加，如白細(xì)胞介素-6(IL-6)、IL-1。這些也會(huì)抑制甲狀旁腺激素(PTH)的分泌，以及提高腫瘤壞死因子TNF-α和促炎分子的水平[18]。這一過程導(dǎo)致炎癥狀態(tài)的惡化，并導(dǎo)致各種并發(fā)癥的發(fā)生或加重等。

2.4 線粒體功能紊亂 線粒體是維持真核動(dòng)物細(xì)胞功能的一種非常重要的動(dòng)態(tài)細(xì)胞器，其融合與分裂的平衡狀態(tài)維持著線粒體的正常形態(tài)。很多證據(jù)表明[19]，線粒體的異常分裂與ROS的產(chǎn)生有著密切的聯(lián)系，并在內(nèi)皮功能損傷的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。在收到缺氧損傷性應(yīng)激刺激時(shí)，血管內(nèi)皮細(xì)胞線粒體分裂增加，與此同時(shí)細(xì)胞內(nèi)ROS的水平也顯著上升，進(jìn)而引起內(nèi)皮功能障礙，并抑制了線粒體的異常分裂，細(xì)胞內(nèi)的ROS產(chǎn)生則會(huì)相應(yīng)減少，內(nèi)皮功能得到改善。研究表明[20]：ROS的過量產(chǎn)生是內(nèi)皮功能障礙甚至心血管疾病的重要促進(jìn)因素，而線粒體是ROS的主要場(chǎng)所。此外，線粒體對(duì)真核細(xì)胞的活性、功能和活力至關(guān)重要，線粒體功能障礙是參與急性腎損傷(AKI)和慢性腎臟疾病的發(fā)病機(jī)制，以及AKI后腎臟的異常修復(fù)[21]。因此維持線粒體的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

3 尿毒癥腦病的認(rèn)知障礙

慢性腎臟疾病(CKD)導(dǎo)致尿毒癥毒素水平升高，進(jìn)而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管損傷。Muhammed等[22]研究表明：CKD患者的腦成像顯示前額皮質(zhì)白質(zhì)受損，在動(dòng)物模型中顯示，皮質(zhì)下單胺能和膽堿能系統(tǒng)受損，并伴有廣泛的大血管和微血管損傷。有研究表明[23]，目前針對(duì)心血管危險(xiǎn)因素的干預(yù)(如抗高血壓藥物、抗血小板藥物和他汀類藥物)似乎對(duì)CKD相關(guān)的MCI幾乎沒有作用，表明在MCI發(fā)病機(jī)制中，尿毒癥神經(jīng)毒素的積累可能比血流動(dòng)力學(xué)因素或脂質(zhì)代謝紊亂更為重要。CKD與認(rèn)知功能障礙或其中間表型之間的聯(lián)系目前還尚不清楚。其中針對(duì)血管危險(xiǎn)因素修正、身體和認(rèn)知活動(dòng)的預(yù)防策略已在普通人群中顯示出前景，并可能合理地外推到ESRD人群，相關(guān)因素的修改需要進(jìn)一步研究，才能推薦用于治療或預(yù)防認(rèn)知障礙[24]。

4 尿毒癥腦病的主要治療措施

腦功能的持續(xù)性取決于自身調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)腦血流量和血腦屏障的維持，這些機(jī)制的變化很可能會(huì)導(dǎo)致永久性的神經(jīng)損傷。因此保護(hù)BBB的穩(wěn)定性具有重大意義。有研究結(jié)果表明細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)參與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的病理過程，可造成血腦屏障的破壞和炎性細(xì)胞黏附浸潤，從而損害神經(jīng)元功能可能也是尿毒癥腦病的發(fā)病機(jī)制之一。因此，修復(fù)血管內(nèi)皮尤為重要。機(jī)體血管內(nèi)皮修復(fù)的兩個(gè)重要的方式是抗氧化應(yīng)激和促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員和定向分化。

4.1 抗氧化應(yīng)激 活性氧和活性氮是一類活性分子，它們?cè)谡５拇x過程中通過酶和非酶的氧化反應(yīng)不斷形成。在生物體內(nèi)，ROS是在質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)、過氧化物酶體、溶酶體以及線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的生化反應(yīng)產(chǎn)物。人體本身對(duì)OS有一種內(nèi)在的防御機(jī)制：抗氧化劑?？寡趸瘎┩ㄟ^自身被氧化來抑制一些破壞性的氧化反應(yīng)。在此過程中，氧化劑轉(zhuǎn)化為毒性較低的化合物，并阻斷毒性代謝物的二次生成。隨后，防御系統(tǒng)的目的是修復(fù)分子損傷或增強(qiáng)內(nèi)源性抗氧化劑防御系統(tǒng)，它由酶和非酶抗氧化劑組成[25-26]。

4.1.1 酶促抗氧化功能 酶促抗氧化劑可分為兩類[27]：①主要組成作用的抗氧化酶：超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH)和硫氧還原蛋白，其功能是維持細(xì)胞內(nèi)的還原基和保持氧化還原平衡的穩(wěn)定；②抗氧化反應(yīng)元件(ARE)驅(qū)動(dòng)的酶：直接失活氧化劑，增加谷胱甘肽合成和再生水平，并刺激NADPH合成，產(chǎn)生炎癥。其中SOD是細(xì)胞內(nèi)自由基解毒的關(guān)鍵酶[28]。它將氧自由基轉(zhuǎn)化為H2O2和氧氣，反過來，過氧化氫酶或谷胱甘肽過氧化物酶系統(tǒng)將H2O2還原為水。超氧化物歧化酶也有抑制NO氧化失活的作用。

4.1.2 非酶的抗氧化劑 非酶抗氧化劑或低分子量抗氧化劑存在于血漿、細(xì)胞外液、細(xì)胞內(nèi)液、脂蛋白和細(xì)胞膜中。除谷胱甘肽外，可分為兩大類:水溶性抗氧化劑和脂溶性抗氧化劑。

主要的可溶性非酶抗氧化劑[29]：谷胱甘肽，它依賴于谷胱甘肽過氧化物酶的活性。此抗氧化劑具有保護(hù)細(xì)胞大分子，解毒H2O2和脂質(zhì)過氧化物的作用，因?yàn)樽杂闪虼蓟?，它可以給自由基一個(gè)電子，使它們無害。這會(huì)導(dǎo)致抗氧化劑本身氧化，將其轉(zhuǎn)化為谷胱甘肽二硫化(GSSG)。后者被谷胱甘肽還原酶還原為谷胱甘肽，該酶以NAD(P)H氧化酶為電子供體。水溶性抗氧化劑：抗壞血酸或維生素C是一種還原劑，具有細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的抗氧化能力[30]?？箟难犭S后被氧化為半氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸。半氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸都可以通過3種不同的途徑以及GSH[31]還原為抗壞血酸。對(duì)于脂溶性抗氧化劑常用丁基羥基茴香醚(BHA)、沒食子酸丙酯(PG)和二丁基羥基甲苯(BHT)等人工合成的油溶性抗氧化劑，無論是水溶性的還是脂溶性的都具有很好的抗氧化作用，在生物體內(nèi)占據(jù)重要作用。

4.2 促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞的動(dòng)員和定向分化 目前對(duì)于血管疾病的治療，大量的研究者旨在通過促進(jìn)EPCs的動(dòng)員或者提高循環(huán)系統(tǒng)中EPCs數(shù)量來改善并提高血管的再生內(nèi)皮化及心血管化作用，即內(nèi)皮修復(fù)和血管再生[32]。內(nèi)皮細(xì)胞在新血管生成、內(nèi)皮功能的維持及內(nèi)皮損傷修復(fù)過程中起著重要作用。EPCs作為ECs的前體細(xì)胞，是經(jīng)原造血干細(xì)胞分化而來的，主要存在于骨髓的干細(xì)胞巢中，可動(dòng)員分化為成熟的ECs進(jìn)而對(duì)血管內(nèi)皮損傷進(jìn)行修復(fù)并參與血管新生從而改善心血管功能[33]。目前在心血管疾病中EPCs的機(jī)制仍不明確，據(jù)大量研究表明PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路在骨髓EPCs的動(dòng)員過程中發(fā)揮著重要作用。另外，研究證明上調(diào)VEGF表達(dá)可通過MMP-9依賴性動(dòng)員機(jī)制來提高EPCs水平。因此可通過調(diào)控PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路及VEGF來增加其EPCs的動(dòng)員，促進(jìn)新生血管的生成[34]。

5 總結(jié)與展望

事實(shí)上，幾十年來，心血管疾病發(fā)病率和死亡率一直是腎病學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。其他研究表明，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)在促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成中發(fā)揮重要作用。最近，內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)被認(rèn)為是CKD中內(nèi)皮損傷的特異性標(biāo)志物。內(nèi)皮細(xì)胞損傷時(shí)，這些細(xì)胞通常從骨髓中活化，參與修復(fù)細(xì)胞。此外，慢性腎病中許多潛在的尿毒癥毒素，包括特定的調(diào)節(jié)一氧化氮合酶的胍基化合物，如肌酐、胍、甲基胍等與尿毒癥腦病有關(guān)，這也帶來一系列患者認(rèn)知的障礙。研究表明，尿毒癥患者大腦中NO的增加可能與尿毒癥毒素胍基化合物的蓄積有關(guān)，這些毒素可能通過影響NO的活性，從而引起尿毒癥腦病。內(nèi)皮祖細(xì)胞有利于血管內(nèi)皮的修復(fù)，血管功能的改善，不僅對(duì)腦損傷修復(fù)有利，對(duì)心血管系統(tǒng)的意義也很大。利用內(nèi)皮祖細(xì)胞治療尿毒癥腦病是一個(gè)很有前景的方法。但是目前階段CKD對(duì)大腦直接的損傷作用機(jī)制復(fù)雜，尚需進(jìn)一步研究。