尿毒癥腦病和血管內皮功能障礙關系的研究進展

趙瑞杰，王浩，陳丁丁

(中國藥科大學，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、進行性疾病，并與較高的心血管風險相關。這種病理的患者大部分時間仍無癥狀，只有在較晚期才出現典型的腎功能不全并發癥。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，慢性腎病病理呈現出較高的并發癥和死亡率風險，特別是心血管方面相關的[2-3]。終末期腎臟病(end-stadge renal disease,ESRD)患者另一種最常見的并發癥就是尿毒癥腦病，是尿毒癥患者出現精神、神經等中樞神經系統方面異常，以神經精神癥狀為主要臨床表現的一種綜合征。近年來該病發病率有明顯的上升趨勢。尿毒癥性腦病又叫作腎性腦病，其研究機制比較復雜，目前具體機制還在大量探索中，其中有研究表明腦血管內皮受損，導致血腦屏障破壞，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病機制之一[4]。因此，修復血管內皮可作為防治本病的一種治療策略。

1 尿毒癥腦病

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

2 血管內皮功能障礙的機制

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皮細胞(EC)介導的；不同的器官型功能屬性和控制內皮細胞分化和血管床特異性功能的分子機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]。血管內皮障礙的機制有這些方面：①內皮信號細胞的改變；②氧化應激的改變；③內皮細胞前炎癥因子的激活；④線粒體功能紊亂等等[11]。

2.1 內皮信號細胞的改變 內皮細胞在調節血管壁穩態起著重要作用。內皮[12]是一個動態的、功能復雜的器官，參與調節幾個重要的生物學機制，包括維持血管張力、通透性、炎癥反應、免疫和血管生成。因此，維持內皮細胞正常的結構和功能是血管健康的基礎。在大多數CKD患者中，循環中IL6、CRP和TNF-α水平升高[13]。隨著CKD向腎衰竭發展，血管內皮逐漸被激活，釋放可溶性黏附分子ICAM-1、VCAM-1和基質金屬蛋白酶。這些內皮激活的生物標志物刺激NF-κΒ通路，從而損害內皮細胞內壁和細胞基質之間的相互關系[14]。

2.2 氧化應激的增加 氧自由基是NO生物利用度的另一個關鍵決定因素。ROS通過清除NO，導致過氧亞硝酸鹽的生成，進一步降低NO的生物利用度，導致DNA、蛋白質、脂類等氧化損傷[15]，所有這些改變都可能觸發或者放大炎癥。不同氧化物前體可直接刺激血管內皮細胞或平滑肌細胞，上調致動脈粥樣硬化基因的表達，促進單核細胞黏附及炎性分子釋放,加重局部炎癥反應。有實驗研究表明過氧化氫可誘導內皮細胞間黏附-1(ICAM -1)蛋白及mRNA表達增加,而抗氧化劑對此有抑制作用。因此，可以通過抗氧化劑來減少氧化應激的發生[16]。

2.3 內皮細胞前炎癥因子的激活 炎癥作為慢性腎臟疾病(CKD)的一個重要組成部分，與心血管疾病、蛋白質能量消耗和死亡率有關。血管內皮既受炎癥過程的影響，也參與炎癥過程。內皮細胞可被促炎因子激活，包括腫瘤壞死因子TNF-α和C反應蛋白，以促進動脈粥樣硬化表型[17]。尿毒癥毒素在炎癥的發病和進展狀態發揮非常重要的作用，通過增加C反應蛋白(CRP)、一氧化氮(NO)和激活B細胞(NF-κB)，導致促炎細胞因子水平的增加，如白細胞介素-6(IL-6)、IL-1。這些也會抑制甲狀旁腺激素(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]。這一過程導致炎癥狀態的惡化，并導致各種并發癥的發生或加重等。

2.4 線粒體功能紊亂 線粒體是維持真核動物細胞功能的一種非常重要的動態細胞器，其融合與分裂的平衡狀態維持著線粒體的正常形態。很多證據表明[19]，線粒體的異常分裂與ROS的產生有著密切的聯系，并在內皮功能損傷的發生發展中發揮著重要作用。在收到缺氧損傷性應激刺激時，血管內皮細胞線粒體分裂增加，與此同時細胞內ROS的水平也顯著上升，進而引起內皮功能障礙，并抑制了線粒體的異常分裂，細胞內的ROS產生則會相應減少，內皮功能得到改善。研究表明[20]：ROS的過量產生是內皮功能障礙甚至心血管疾病的重要促進因素，而線粒體是ROS的主要場所。此外，線粒體對真核細胞的活性、功能和活力至關重要，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病機制，以及AKI后腎臟的異常修復[21]。因此維持線粒體的穩定性至關重要。

3 尿毒癥腦病的認知障礙

慢性腎臟疾病(CKD)導致尿毒癥毒素水平升高，進而導致中樞神經系統血管損傷。Muhammed等[22]研究表明：CKD患者的腦成像顯示前額皮質白質受損，在動物模型中顯示，皮質下單胺能和膽堿能系統受損，并伴有廣泛的大血管和微血管損傷。有研究表明[23]，目前針對心血管危險因素的干預(如抗高血壓藥物、抗血小板藥物和他汀類藥物)似乎對CKD相關的MCI幾乎沒有作用，表明在MCI發病機制中，尿毒癥神經毒素的積累可能比血流動力學因素或脂質代謝紊亂更為重要。CKD與認知功能障礙或其中間表型之間的聯系目前還尚不清楚。其中針對血管危險因素修正、身體和認知活動的預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，相關因素的修改需要進一步研究，才能推薦用于治療或預防認知障礙[24]。

4 尿毒癥腦病的主要治療措施

腦功能的持續性取決于自身調節機制對腦血流量和血腦屏障的維持，這些機制的變化很可能會導致永久性的神經損傷。因此保護BBB的穩定性具有重大意義。有研究結果表明細胞間黏附分子-1(ICAM-1)參與血管內皮細胞損傷的病理過程，可造成血腦屏障的破壞和炎性細胞黏附浸潤，從而損害神經元功能可能也是尿毒癥腦病的發病機制之一。因此，修復血管內皮尤為重要。機體血管內皮修復的兩個重要的方式是抗氧化應激和促進內皮祖細胞的動員和定向分化。

4.1 抗氧化應激 活性氧和活性氮是一類活性分子，它們在正常的代謝過程中通過酶和非酶的氧化反應不斷形成。在生物體內，ROS是在質膜、細胞質、過氧化物酶體、溶酶體以及線粒體膜和內質網的生化反應產物。人體本身對OS有一種內在的防御機制：抗氧化劑。抗氧化劑通過自身被氧化來抑制一些破壞性的氧化反應。在此過程中，氧化劑轉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，防御系統的目的是修復分子損傷或增強內源性抗氧化劑防御系統，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，其功能是維持細胞內的還原基和保持氧化還原平衡的穩定；②抗氧化反應元件(ARE)驅動的酶：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，產生炎癥。其中SOD是細胞內自由基解毒的關鍵酶[28]。它將氧自由基轉化為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、細胞外液、細胞內液、脂蛋白和細胞膜中。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細胞大分子，解毒H2O2和脂質過氧化物的作用，因為自由硫醇基，它可以給自由基一個電子，使它們無害。這會導致抗氧化劑本身氧化，將其轉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，具有細胞內和細胞外的抗氧化能力[30]。抗壞血酸隨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，在生物體內占據重要作用。

4.2 促進內皮祖細胞的動員和定向分化 目前對于血管疾病的治療，大量的研究者旨在通過促進EPCs的動員或者提高循環系統中EPCs數量來改善并提高血管的再生內皮化及心血管化作用，即內皮修復和血管再生[32]。內皮細胞在新血管生成、內皮功能的維持及內皮損傷修復過程中起著重要作用。EPCs作為ECs的前體細胞，是經原造血干細胞分化而來的，主要存在于骨髓的干細胞巢中，可動員分化為成熟的ECs進而對血管內皮損傷進行修復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的機制仍不明確，據大量研究表明PI3K/Akt/eNOS信號通路在骨髓EPCs的動員過程中發揮著重要作用。另外，研究證明上調VEGF表達可通過MMP-9依賴性動員機制來提高EPCs水平。因此可通過調控PI3K/Akt/eNOS信號通路及VEGF來增加其EPCs的動員，促進新生血管的生成[34]。

5 總結與展望

事實上，幾十年來，心血管疾病發病率和死亡率一直是腎病學家關注的焦點。其他研究表明，血管內皮生長因子(VEGF)在促進動脈粥樣硬化形成中發揮重要作用。最近，內皮祖細胞(EPCs)被認為是CKD中內皮損傷的特異性標志物。內皮細胞損傷時，這些細胞通常從骨髓中活化，參與修復細胞。此外，慢性腎病中許多潛在的尿毒癥毒素，包括特定的調節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，這也帶來一系列患者認知的障礙。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，這些毒素可能通過影響NO的活性，從而引起尿毒癥腦病。內皮祖細胞有利于血管內皮的修復，血管功能的改善，不僅對腦損傷修復有利，對心血管系統的意義也很大。利用內皮祖細胞治療尿毒癥腦病是一個很有前景的方法。但是目前階段CKD對大腦直接的損傷作用機制復雜，尚需進一步研究。