慢性腎臟病肌萎縮的發(fā)病機制及診療進展

王蕤婷 黃新忠

CKD是指在尿液分析、活組織檢查(簡稱活檢)或影像學(xué)檢查中發(fā)現(xiàn)的腎臟結(jié)構(gòu)或功能異常[1]，以腎小球濾過率持續(xù)降低、腎臟排泄和內(nèi)分泌功能喪失為特征的慢性疾病，在進展過程中會伴有肌肉體積縮小、肌肉力量下降等[2]。肌萎縮(myoatrophy)是指骨骼肌體積與同齡人或自身肌肉以前狀態(tài)相比出現(xiàn)下降，導(dǎo)致肉眼或影像學(xué)檢查可見的肌肉體積縮小的疾病[3]。近年來，CKD已經(jīng)發(fā)展為全球性公共衛(wèi)生問題。流行病學(xué)研究[4-5]顯示，18%～75%的終末期腎病(end-stage renal disease，ESRD)患者會發(fā)生肌萎縮。本文就目前CKD肌萎縮的發(fā)病機制及診療進展進行綜述。

1 CKD肌萎縮的發(fā)病機制

既往國內(nèi)外學(xué)者對CKD肌萎縮發(fā)病機制的研究主要集中在衛(wèi)星細胞、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)、炎癥因子等，近年來學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了一些新的發(fā)病機制，包括核磷酸酶小羧基(C)端結(jié)構(gòu)域磷酸酶(small C-terminal domain phosphatase，SCP)4活性增加、萎縮相關(guān)長鏈非編碼RNA-1(atrophy-related long noncoding RNA-1，Atrolnc-1)表達增加、甲狀旁腺激素水平升高、肌肉生長抑制素激活、自噬-溶酶體途徑激活及尿毒癥代謝產(chǎn)物增加等。

1.1 核磷酸酶SCP4活性增加 隨著病情進展，CKD患者體內(nèi)增加的分解代謝產(chǎn)物會導(dǎo)致代謝性酸中毒及大量炎癥因子等產(chǎn)生，使得胰島素樣生長因子-1(insulin like growth factor-1，IGF-1)和胰島素信號通路受損，啟動胱天蛋白酶3(caspase 3)-Rho相關(guān)蛋白激酶1(Rho-associated protein kinase 1, ROCK1)-10號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)形成負反饋環(huán)，抑制蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)的活性[6]。Akt活性下降會抑制下游叉頭框蛋白O(forkhead box O，F(xiàn)oxO)家族成員(如FoxO1或FoxO3a)的磷酸化。FoxO1在Thr24或FoxO3a在Thr32處的去磷酸化會增加E3泛素連接酶[Atrogin-1和肌肉環(huán)指蛋白-1(muscle ring finger-1，MuRF-1)]表達并觸發(fā)其在核內(nèi)的聚集，從而激活UPS，增加蛋白質(zhì)分解，導(dǎo)致肌萎縮[7]。SCP是一種核磷酸酶，可使RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ，PolⅡ)的CTD結(jié)構(gòu)域脫磷酸，并調(diào)控轉(zhuǎn)錄周期和基因表達；同時SCP還可改變轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化狀態(tài)，影響其轉(zhuǎn)錄活性。Liu等[8]在小鼠成肌細胞中發(fā)現(xiàn)SCP4過表達會誘導(dǎo)FoxO1及FoxO3a的核積聚，增加肌肉生長抑制素、Atrogin-1和MuRF-1的表達，誘導(dǎo)溶酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解，導(dǎo)致肌萎縮；同時在CKD患者骨骼肌中也證實了相關(guān)研究結(jié)果。因此，SCP4是一種新型的FoxO轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)因子，通過改變FoxO的磷酸化，增加其核內(nèi)聚集，上調(diào)Atrogin-1和MuRF-1的表達，激活UPS，促進細胞蛋白水解，導(dǎo)致CKD肌萎縮。

1.2 Atrolnc-1表達增加 CKD患者體內(nèi)炎癥因子增加是導(dǎo)致肌萎縮發(fā)生的重要原因。研究[9-10]結(jié)果表明，促炎因子如TNF-α、IL-6及IFN-α均可促進肌肉蛋白質(zhì)水解。NF-κB作為介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子在CKD患者體內(nèi)表達增加，增加的NF-κB通過UPS上調(diào)MuRF-1表達，引起蛋白質(zhì)水解，導(dǎo)致肌萎縮[11]。Sun等[12]對小鼠股四頭肌進行了基于PCR的長鏈非編碼RNA(lncRNA)陣列分析，發(fā)現(xiàn)CKD小鼠肌肉中有8種lncRNA表達上調(diào)，9種lncRNA表達下調(diào)，其中1110038B12RIK在骨骼肌中大量表達且在CKD小鼠肌肉中表達更明顯，故將其命名為Atrolnc-1。在C2C12細胞分化的肌管中，Atrolnc-1過表達增加了蛋白質(zhì)降解，而Atrolnc-1敲除顯著降低了蛋白質(zhì)降解率；進一步分析發(fā)現(xiàn)，Atrolnc-1可與NF-κB-1的A20結(jié)合抑制劑相互作用，使NF-κB活性增強、MuRF-1轉(zhuǎn)錄增加，進而導(dǎo)致肌萎縮。

1.3 甲狀旁腺激素水平升高 CKD患者因長期受低血鈣、低血鎂和高血磷的刺激而分泌過量甲狀旁腺激素，可伴有不同程度的甲狀旁腺增生，甚至發(fā)生繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(secondary hyperparathyroidism，SHPT)。在CKD小鼠模型中，甲狀旁腺激素和甲狀旁腺激素相關(guān)肽會導(dǎo)致體內(nèi)白色脂肪組織“褐變”，增加O2消耗，加速肌萎縮[13]。Kir等[14]研究發(fā)現(xiàn)，CKD小鼠體內(nèi)甲狀旁腺激素水平明顯升高，小鼠體重顯著下降，且耗氧量、能量消耗增加，而白色脂肪、棕色脂肪和肌肉質(zhì)量下降。另一方面，CKD患者的白色脂肪細胞、棕色脂肪細胞及肌肉中常存在炎癥反應(yīng)，而炎癥會誘發(fā)胰島素抵抗，這也是CKD患者脂肪和肌肉組織受損的原因[15]，但具體機制需進一步研究。

1.4 肌肉生長抑制素激活 肌肉生長抑制素由前肌生長抑制素原產(chǎn)生，然后在細胞間隙和血液中分泌，對骨骼肌生長呈負性調(diào)節(jié)。當CKD患者出現(xiàn)炎癥、氧化應(yīng)激、代謝性酸中毒等會刺激肌肉生長抑制素表達，通過不同途徑誘導(dǎo)肌萎縮發(fā)生。①肌肉生長抑制素可與其受體細胞膜上的激活素受體IIB結(jié)合，使下游Smad2與Smad3磷酸化，隨后與Smad4形成復(fù)合物并轉(zhuǎn)移至細胞核，阻斷肌生成的基因轉(zhuǎn)錄；②肌肉生長抑制素可降低Akt活性，減少下游FoxO磷酸化，去磷酸化的FoxO進入核內(nèi)激活MuRF-1和Atrogin-1的轉(zhuǎn)錄，通過蛋白酶體和自噬降解蛋白質(zhì)；③肌肉生長抑制素可激活p38/caspase通路，增加細胞凋亡；④肌肉生長抑制素還可抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白C1(mammalian target of rapamycin C1,mTORC1)途徑及蛋白質(zhì)合成[16]。有學(xué)者在CKD患者的活檢肌肉組織中發(fā)現(xiàn)與IL-6直接相關(guān)的肌肉生長抑制素表達明顯上調(diào)，表明其與骨骼肌炎癥發(fā)生有關(guān)[17]。因此，在CKD患者中肌肉生長抑制素表達增加會誘導(dǎo)肌萎縮，這可能是體內(nèi)炎癥因子增加所致，但具體機制尚待進一步研究。

1.5 自噬-溶酶體系統(tǒng)激活 自噬在肌肉蛋白質(zhì)代謝中具有重要作用，也是溶酶體依賴性降解途徑，可在多種應(yīng)激狀態(tài)(如CKD)下激活，形成自噬小體，并將細胞質(zhì)內(nèi)損傷的蛋白質(zhì)、細胞器等包裹吞噬轉(zhuǎn)運至溶酶體降解，稱為自噬-溶酶體系統(tǒng)。Zhao等[18]發(fā)現(xiàn)，活化的FoxO3通過激活自噬促進肌肉中的溶酶體蛋白水解，并且FoxO可直接與LC3b、Ganarapl1和自噬相關(guān)基因12(autophagy-related gene 12,Atg12)的啟動子結(jié)合并刺激其mRNA表達。Lecker等[19]發(fā)現(xiàn)，CKD大鼠肌肉中自噬相關(guān)基因(如LC3B、Beclin-1、Bnip3)的mRNA表達量明顯增高。黃娟等[20]研究結(jié)果表明，CKD患者肌纖維橫截面積明顯縮小，并且自噬相關(guān)基因的mRNA及蛋白質(zhì)表達量明顯增高；同時電鏡下發(fā)現(xiàn)CKD患者肌肉中具有自噬小體，增加的自噬小體可將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運至溶酶體內(nèi)分解，誘導(dǎo)肌萎縮。因此，自噬-溶酶體系統(tǒng)激活在CKD患者肌萎縮的發(fā)生中具有重要作用。

1.6 尿毒癥代謝產(chǎn)物增多 硫酸吲哚酚是一種與蛋白質(zhì)結(jié)合的尿毒癥代謝產(chǎn)物，來源于色氨酸，與各種CKD并發(fā)癥發(fā)生相關(guān)，如心血管疾病、腦血管疾病及肌萎縮等。Enoki等[21]發(fā)現(xiàn)，硫酸吲哚酚可降低線粒體生物自噬的主要調(diào)節(jié)劑過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1，PGC-1α)的表達，同時還可降低成肌細胞線粒體膜電位，但對線粒體量無影響，加入抗氧化劑后可恢復(fù)線粒體膜電位，表明氧化應(yīng)激在硫酸吲哚酚誘導(dǎo)的線粒體功能障礙中具有重要作用。因此，硫酸吲哚酚可通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激來加速線粒體功能障礙，誘導(dǎo)肌萎縮。

此外，CKD肌萎縮的發(fā)病機制還涉及營養(yǎng)不良、鈣磷代謝紊亂、維生素D缺乏、酸堿平衡紊亂、激素缺乏、運動減少等，對CKD肌萎縮的發(fā)病機制進行研究，可為其治療提供理論依據(jù)和靶點。

2 CKD肌萎縮的診斷

2.1 CKD肌萎縮的診斷標準 2018年歐洲老年肌少癥工作組(European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP)更新了肌萎縮的診斷標準(EWGSOP2，表1)，認為骨骼肌力量能更好地預(yù)測患者預(yù)后，而身體活動能力指標可評估肌萎縮的嚴重程度[22]。EWGSOP2認為滿足以下兩個標準即可診斷為肌萎縮：①男性握力<27 kg，女性握力<16 kg；②男性四肢骨骼肌量指數(shù)<7.0 kg/m2，女性四肢骨骼肌量指數(shù)<5.5 kg/m2。若合并步態(tài)速度≤0.8 m/s，可診斷為嚴重肌萎縮。

表1 EWGSOP2的肌萎縮診斷標準[22]

2.2 CKD肌萎縮的診斷方法 診斷CKD肌萎縮的方法包括骨骼肌力量、骨骼肌量及骨骼肌功能的測定。骨骼肌力量及骨骼肌量可評估是否存在肌萎縮，骨骼肌功能可評估肌萎縮的嚴重程度。

2.2.1 骨骼肌力量測定 骨骼肌力量對診斷患者肌萎縮具有重要意義。握力測試(grip strength test)和椅立測試(chair rise test)因便利、費用少及易實現(xiàn)的特點，是評估骨骼肌力量的常用方法。握力測試是讓患者使用手持式電子測力計進行測定，經(jīng)濟且有效；不足之處為涉及的肌群少，主觀性強，不同性別患者可能存在差異。椅立測試是讓患者先坐在椅子上，聽到命令后不借助外力反復(fù)站立坐下5次，記錄所需總時間，常用于評估患者腿部骨骼肌力量[23]。

2.2.2 骨骼肌量測定 骨骼肌量也是評估患者肌萎縮的重要指標，測定方法包括生物電阻抗分析(bioelectrical impedance analysis, BIA)、雙能X射線吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)、超聲(ultrasound)、CT、MRI檢查及血清學(xué)檢測等。

BIA通過人體電導(dǎo)率進行骨骼肌量測定，DXA通過測量患者四肢瘦軟組織量來估計骨骼肌量，兩種方法均較為經(jīng)濟，在CKD患者中使用率高。但DXA測量的軟組織為含水組織，故通過脂肪量和骨量估算的瘦軟組織量可能存在誤差；且BIA和DXA無法區(qū)分細胞外與細胞內(nèi)水，使得在水合作用不斷變化的人群(如CKD患者)中更易出現(xiàn)錯誤[23]。超聲檢查通過測量患者坐位時大腿中部肌肉的厚度來計算骨骼肌量，在肌萎縮診斷的截斷值、靈敏度和特異度：男性分別為36 mm、0.720和0.739，女性分別為34 mm、0.722和0.724[24]。CT和MRI仍為骨骼肌量測定的金標準，其能估算肌肉密度和肌肉脂肪含量，有助于評估患者生存質(zhì)量及預(yù)后。在非透析的CKD患者中，血清肌酐與血清胱抑素C的比值也可評估骨骼肌量，血清肌酐與血清胱抑素C比值通常與骨骼肌量和骨骼肌力量呈正相關(guān)，但僅體現(xiàn)在CKD1至3期患者中，存在一定的局限性[25]。

2.2.3 骨骼肌功能測定 骨骼肌功能測定可評估CKD患者肌萎縮的嚴重程度，常用方法包括4 m步態(tài)速度、簡單軀體能力、計時起立行走及400 m步行測試等。EWGSOP2考慮到便利性及預(yù)估肌萎縮的能力后，建議用4 m步態(tài)速度評估患者骨骼肌的功能[5]。

3 CKD肌萎縮的治療

CKD肌萎縮會導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降、預(yù)后變差及病死率增高，早期治療尤為重要。目前的治療方法包括營養(yǎng)支持、補充維生素D、維持酸堿平衡、藥物治療、體育鍛煉及中醫(yī)治療等。

3.1 營養(yǎng)支持 終末期CKD患者體內(nèi)蛋白質(zhì)減少，存在營養(yǎng)不良及代謝紊亂，且常伴有低白蛋白血癥。對于非透析患者，通常推薦蛋白質(zhì)攝入量為0.6～0.8 g/(kg·d)(優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)>50%)、能量攝入量為30～35 kcal/(kg·d)(1 kcal=4.18 kJ)，可加用復(fù)方α-酮酸或必需氨基酸補充因蛋白質(zhì)代謝失調(diào)引起的營養(yǎng)不良；對于長期透析患者，推薦蛋白質(zhì)攝入量為1.2 g/(kg·d)(優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)>50%)，能量攝入量為30～35 kcal/(kg·d)，也可加用復(fù)方α-酮酸或必需氨基酸[26]。

3.2 補充活性維生素D 血清中維生素D缺乏可激活泛素蛋白酶、泛素連接酶及TGFβ等信號通路，抑制Notch通路，導(dǎo)致CKD患者肌萎縮[27]。補充活性維生素D可提高CKD患者血清中25羥維生素D水平，對骨骼肌強度和功能具有顯著作用[28]。

3.4 藥物治療

3.4.1 激素 男性CKD患者體內(nèi)尿毒癥毒素增加會導(dǎo)致睪丸素缺乏，女性則會出現(xiàn)雌激素缺乏，這些激素的缺乏會導(dǎo)致生長激素抵抗發(fā)生。同時，CKD患者也可造成激素-胰島素樣生長因子信號通路紊亂。對性腺功能低下的患者予雄激素治療可明顯增加肌肉蛋白質(zhì)的合成率、骨骼肌力量及肌肉體積，但長期激素治療會產(chǎn)生許多不良反應(yīng)，故激素治療的時間、劑量及不良反應(yīng)等問題均需要權(quán)衡[31]。

3.4.2 抗氧化劑 氧化劑與抗氧化劑之間的不平衡導(dǎo)致的氧化應(yīng)激是造成CKD肌萎縮的重要原因。毛蕊花素是黃芪中的主要化學(xué)物質(zhì)，具有抗炎、抗氧化和緩解肌萎縮的作用。研究[32]顯示，毛蕊花素可調(diào)節(jié)AMPK/SKP2/CARM1信號通路，降低MuRF-1和MAFbx的表達，通過減少氧化應(yīng)激來緩解肌萎縮；同時，毛蕊花素可減少自噬小體形成，抑制AMPK和FoxO3a下調(diào)，減少自噬標志物LC3A/B和ATG7表達，緩解肌萎縮。

3.4.3 肌肉生長抑制素抑制劑 熊果酸是一種五環(huán)三萜類化合物，存在于蘋果皮、羅勒葉和蔓越莓中。研究[33]結(jié)果表明，熊果酸可通過抑制肌肉生長抑制素來激活蛋白質(zhì)合成，低劑量的熊果酸可增加肌管中蛋白質(zhì)的合成率，但當其濃度>10 μmol/L時具有細胞毒性，反而會增加肌肉細胞中的蛋白水解和減少蛋白質(zhì)合成。

3.5 體育鍛煉 長期運動可增加肌肉線粒體生成和線粒體氧化代謝效率，有助于改善腿部肌肉尺寸，維持肌肉力量，同時還可增強機體免疫功能，減少全身炎癥反應(yīng)。

KDOQI推薦血液透析患者每周應(yīng)進行至少3次中等強度的運動，每次至少30 min。晚期CKD患者經(jīng)過6個月中等強度的步行運動(每周5次，每次至少30 min)后，肌肉力量和耐力顯著提高[34]。因此，CKD患者進行適當運動是預(yù)防肌萎縮發(fā)生最經(jīng)濟、便捷的方法。

3.6 中醫(yī)治療 Hu等[35]發(fā)現(xiàn)，低頻電刺激(low frequency electrical stimulation，LFES)可有效緩解CKD小鼠肌萎縮。同時，LFES可抑制肌肉生長抑制素表達，增加肌肉蛋白質(zhì)合成。Su等[36]研究結(jié)果表明，針刺加LFES可增加肌肉橫截面積、肌源性標志物MyoD的表達及肌纖維中心核的數(shù)目，緩解肌萎縮。

改善CKD肌萎縮的研究還有一些新進展，如RAAS抑制劑，新型分子靶向治療包括自噬調(diào)節(jié)劑、黑皮素4受體拮抗劑、mTORC1激活劑及線粒體保護劑等，但目前上述藥物單用于治療CKD肌萎縮仍存在爭議，同時還需大樣本量的臨床試驗為CKD肌萎縮的治療提供依據(jù)。

4 結(jié) 語

肌萎縮是CKD患者的常見并發(fā)癥，與患者生存質(zhì)量及預(yù)后密切相關(guān)。但目前患者對CKD肌萎縮的知曉率較低，因此對CKD患者開展肌萎縮的宣傳教育和早期篩查十分重要。CKD肌萎縮發(fā)病機制主要涉及核磷酸酶SCP4活性增加、Atrolnc-1表達增加、甲狀旁腺激素水平升高、肌肉生長抑制素激活、自噬-溶酶體系統(tǒng)激活及尿毒癥代謝產(chǎn)物增加等。治療肌萎縮的措施包括營養(yǎng)支持、補充活性維生素D、維持酸堿平衡、藥物治療、體育鍛煉、中醫(yī)治療等。早期識別CKD肌萎縮的危險信號，結(jié)合診斷標準盡早做出診斷并采取有效的治療措施，對改善患者生存質(zhì)量及預(yù)后具有積極作用。