硫酸對甲酚在慢性腎臟病心血管并發癥中的研究進展

竇可云 李先法 包自陽 朱彩鳳*

心血管疾病（CVD）仍然是慢性腎臟病（CKD）患者的主要并發癥及死亡原因，闡明CKD 背景下的CVD 發病機制有助于為防治尋找新靶點。硫酸對甲酚（PCS）是腸道食物來源的蛋白質結合類尿毒癥毒素，主要通過腎臟清除。在慢性腎臟病發展過程中，PCS 可隨著尿毒癥毒素清除能力的下降而在體內蓄積，造成對機體的多種損害，尤其是在CKD 患者并發CVD 中起著重要作用。本文就PCS 在CKD 并發CVD發展過程中所起的作用機制，從PCS 的生成與代謝、PCS 在CKD-CVD 中的臨床研究、PCS 在CKD-CVD 中的實驗研究等方面進行總結分析。

1 PCS的產生、代謝研究

尿毒癥毒素根據其生化和物理特性可分為水溶性物質、中間分子和蛋白質結合物質。PCS 屬于第三種，是腸道食物來源的蛋白質結合類尿毒癥毒素。腸道厭氧菌將膳食中的酪氨酸或苯丙氨酸代謝為4-羥基苯乙酸，然后脫羧為對甲酚（p-cresol，PC），再通過肝臟進行硫酸化后形成PCS［1］。體內循環中＞90%的PCS 是以與白蛋白非共價結合的形式存在的，游離形式PCS 在健康受試者中維持在非常低甚至檢測不到的水平。PCS 可通過有機陰離子轉運蛋白（OATs）在近端小管細胞中攝取后被分泌［2］，最后在尿液中排出。腎功能減退會導致PCS 排泄障礙，并隨著尿毒癥毒素清除能力的下降在體內蓄積，且結合形式的PCS 不能被傳統的透析液有效清除。

2 PCS的毒理學研究

近年研究新發現PCS 能引起腎臟、肺臟、骨骼、神經以及心血管等多器官系統機能損害。PCS 經過腎臟排泄，CKD分期越晚期，PCS 水平的進行性增加越明顯［3］。積累的PCS能直接調控蛋白基因的表達來抑制小管上皮細胞的增殖、通過促進腎間質單核/巨噬細胞浸潤，誘導白細胞向損傷的腎組織浸潤、同時促進腎小管上皮細胞上皮-間質過渡樣轉變致使腎損傷和纖維化。CKD 被認為是一個獨立的心血管危險因素，一方面PCS 可通過加重腎臟病變引起CVD，另一方面對心血管系統具有直接毒性作用。

3 PCS在CKD-CVD中的臨床研究

3.1 PCS 加重心血管病變 長期以來，CVD 一直被認為是CKD 患者死亡的主要原因，而動脈粥樣硬化（AS）是心血管疾病（CVD）的危險因素。PCS 與AS 密切相關。PCS 引起的病理生理改變導致動脈重塑，最終導致動脈粥樣硬化和血管內病變的發展。動脈重塑主要包括動脈壁成分的改變和動脈鈣化。有研究通過測量頸動脈-股動脈脈搏波速度（cfPWV）來評估血管功能，發現血清PCS 水平可作為中央動脈硬化的預測因子［4］。臨床數據亦表明患主動脈鈣化（AVC）的患者血漿PCS 濃度顯著高于無AVC 的患者，在校正了其它危險因素后PCS 濃度與AVC 呈獨立正相關。血清中游離與結合部分的PCS 是保持動態平衡的，目前臨床中分別有關于游離PCS、結合PCS、總PCS 及PCS 前體與心血管事件之間的關系的研究，部分顯示僅游離部分PCS 與CKD 患者血管鈣化、動脈硬化程度相關，進一步評估不同類型PCS 分布及何種類型PCS 成分占優勢時與終點事件的發生更具相關性值得進一步探索。

3.2 PCS 與心功能不全密切相關 VELASQUEZ 等［5］在一項對499 例輕度至中度腎病患者的前瞻性研究中報告較高的PCS 基線濃度與心血管事件的發生率直接相關，這種關聯獨立于腎小球濾過率（GFR）和弗明漢（Framingham）風險因素。事實上，PCS 水平與CKD 患者的心血管事件發生風險以及全因死亡率獨立相關［6］。臨床上主要通過對心功能的評估研究PCS 與心血管事件之間的關系。CHINNAPPA 及其團隊首次證明了PCS 和亞臨床心功能障礙之間的關系，亞臨床心功能障礙是慢性腎病患者出現心臟衰竭的先兆［7］。后來研究亦證實PCS 增加是CKD 患者心力衰竭相關事件的唯一獨立預測因子。心力衰竭最常見的原因是左心室收縮功能不全（LVSD），有研究顯示，每搏量、左心室收縮末期容積指數、左心室射血分數（LVEF）與PCS 水平獨立相關［8］。降低PCS濃度可能成為阻止LVSD 進展的新的治療靶點。

4 PCS在CKD-CVD中的實驗研究

PCS 所致CKD 背景下的CVD 有其獨特的特點，以動脈硬化，以及左室肥厚伴有廣泛的心臟間質纖維化和鈣化等非梗阻性心血管疾病為主。有關其病理機制的研究既往多停留在PCS 致氧化應激產生及腎素-血管緊張素-醛固酮系統的激活上，近年來研究發現，PCS 能通過促進炎癥反應、誘導細胞因子表達及損傷血管內皮細胞等多種途徑導致心血管疾病的發生。

4.1 PCS 加重氧化應激、炎癥反應和血管內皮功能障礙 氧化應激是慢性腎臟病的特征之一，其作為心血管疾病的介質引起許多關注。既往研究發現PCS 通過增加腎素、血管緊張素原AT1 受體表達，降低血管緊張素原AT2 受體的體內外表達，可激活腎內RAAS 系統。CKD 條件下積累的PCS 通過增強NADH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）的表達，使活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生增加，而在RAAS 系統的上調介導下可放大此種效應，加上CKD 患者本身促氧物質清除減弱和抗氧化防御功能受損，促使氧化應激的產生。氧化應激可促進循環脂質和脂蛋白的酶促修飾、蛋白質氨甲酰化、再通過破壞一氧化氮途徑引起內皮功能障礙和炎癥的激活，從而加速動脈粥樣硬化。研究亦發現PCS 通過NOXROS 途徑在人臍靜脈內皮細胞和主動脈平滑肌細胞中表現出促氧化特性［9］，從而證實PCS 可通過誘導血管毒性在心血管疾病中發揮重要作用。大鼠腹膜毛細血管微靜脈活體鏡檢實驗［10］發現PCS 對白細胞的刺激作用：在尿毒癥濃度的PCS溶液與腹膜超融合后，血管內皮上滾動的白細胞數量增加，說明PCS 能促進白細胞和血管之間的相互作用，導致炎癥反應。除此之外，PCS 能通過促進炎癥因子單核細胞趨化蛋白1 的表達［11］放大此種反應，炎癥反應不僅導致腎臟本身的損害，相關介質通過吞噬NOX 釋放額外的超氧化物會導致全身炎癥反應，從而引起多器官功能障礙，如心血管系統。根據2020 年一項［12］應用免疫球蛋白G 的內皮滲漏來評估CKD 患者動脈內膜的內皮障功能障礙研究，發現 Toll 樣受體4 能通過介導VE-鈣粘蛋白磷酸化破壞內皮粘附連接，參與PCS 誘導的內皮細胞通透性增加過程。除了抑制內皮細胞增殖和干擾損傷修復，誘導內皮細胞損傷標志物內皮微粒的釋放，PCS也能通過上調髓系細胞觸發受體-1 損傷血管內皮細胞［13］。PCS 作為促進上述反應的關鍵物質，使氧化應激、炎癥反應及血管內皮功能障礙相互交織，共同參與CKD-CVD 的發生，其中血管的病變起著關鍵作用。

4.2 PCS 對心肌細胞的直接毒性作用 同步的心臟機械和電活動依賴于完整的心肌細胞閏盤（intercalated discs）。在PCS 形成過程中其中間產物可對閏盤產生影響：體外試驗證實PCS 前體（對甲酚）能通過誘導鈣離子內流，激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）導致AJs 裂解而影響心肌細胞結構和功能［14］。除此之外，對甲酚還能破壞閏盤上的間隙連接，致使心肌細胞的自發收縮率降低，引起不規則的心臟搏動。通過體外實驗和計算機模擬研究PCS 的致心律失常作用，發現PCS 引起的電流減少延長了動作電位持續時間（APD），并加速了再入波（re-entrant wave），這被認為是CKD 患者出現致死性心律失常的觸發機制［15］。CKD 患者在尿毒癥毒素的作用下發生房顫、室上性心律不齊等異常心律是其產生心源性猝死的重要原因之一。PCS 對心肌細胞的直接毒性還能引起心功能障礙：PCS 上調蛋白p22 和p47 的表達以及NADPH氧化酶和活性氧（ROS）的產生［16］，這是氧化應激的重要體現，不僅直接促進心臟細胞凋亡，導致舒張功能障礙，還可以間接上調TGF-β 的表達。后者與細胞外基質產生，膠原合成和降解之間的失衡、以及白細胞介素-6（IL-6）介導的炎癥反應等病理機制共同介導心臟纖維化的形成，誘導心肌重構。

4.3 PCS 促進血管鈣化 VC 是血管平滑肌細胞向成骨表型分化及炎癥參與的生物學過程。PCS 可誘導動脈平滑肌細胞中成骨細胞特異性蛋白（如ALP，OPN 和Cbfa1）的表達致使動脈鈣化［17］。也有研究顯示以PCS 為代表的尿毒癥毒素可通過抑制具有抗VC 作用的Klotho 的表達及促進RUNX2（又稱：Cbfα1）的磷酸化促使平滑肌細胞鈣化［18］。PCS 長期積累可促進CKD 小鼠的胰島素抵抗和高血糖。葡萄糖代謝途徑的改變刺激主動脈中層鈣化，高血糖會促發核轉錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）亞基p65 啟動的蛋白賴氨酸甲基化轉移酶家族成員set7/9 介導的表觀基因變化，促進炎癥基因的過度表達。通過對暴露在高濃度PCS 水平的CKD 大鼠主動脈組織的蛋白組學分析顯示，凝血通路（內外凝血酶原激活通路）在動脈鈣化中起中心作用［19］。除炎癥反應外，由PCS 觸發的氧化應激引起的內皮功能障礙也參與動脈鈣化的發生發展。提示PCS 導致的炎癥反應、骨代謝異常及糖代謝紊亂與其誘導的以VSMC 鈣化為病理特征的血管損傷之間復雜的相互作用，這些病理改變導致動脈重構、僵硬、鈣化，從而減少心臟灌注并損害左室功能。

5 PCS的清除

殘余腎小管通過有機陰離子轉運（OAT）系統攝取和分泌毒素是去除傳統血液透析無法清除的蛋白質結合類尿毒癥毒素的關鍵［20］。在CKD 發展過程中，隨著腎單位的丟失，PCS排泌功能下降，目前對于降低PCS 水平的研究主要集中在以下兩個方面。

5.1 減少PCS 產生 PCS 濃度是由對甲酚的腸攝取、人體對PCS 的代謝和腎清除率共同決定的。限制蛋白質是一種公認的干預措施。低蛋白飲食可通過減少氨基酸底物來源，降低慢性腎臟病患者血清總對甲酚的水平。β- 葡聚糖、益生菌等可通過調節腸道微環境影響毒素濃度，從而降低PCS 水平。

5.2 提高PCS 清除率 吸附劑的應用是清除PCS 的主要方式。一項體外研究發現新型樹脂吸附劑二乙烯基苯-聚乙烯吡咯烷酮可平均去除56%的PCS，但其在體內是否具有高效吸附作用尚待進一步研究說明［21］。有研究證實使用DHI 或丹參酚酸作為蛋白結合的競爭劑清除結合形式的PCS 有顯著效果［22］。AST-120、活性炭等均已應用于臨床。但無論是低蛋白飲食管理、腸道菌群調節、還是吸附劑的使用等，這些措施與降低心血管事件間的直接聯系尚需更大樣本的研究和長期隨訪進一步評估。

6 總結

綜上，PCS 多種途徑造成CKD 患者動脈粥樣硬化、血管鈣化及心肌纖維化的發生，將尿毒癥毒素與心血管疾病發展聯系起來的潛在機制和途徑是復雜的，在PCS 的治療上也存在諸多不足。在目前尚缺乏更高效的清除PCS 的方法下，最有效的措施是保護殘余腎功能，我們期待著更廣泛、多中心的前瞻性研究，為PCS 的預治提供新的思路。