二甲基精氨酸与慢性肾脏病关系的研究进展

胡天晓，牛 凯，刘 冰

慢性肾脏病 (chronic kidney disease，CKD)是影响人类健康的慢性进展性疾病之一，是各种肾脏病于急性阶段未经控制后的共同转归。该病的发病率持续增高，最近的流行病学调查显示北京市18岁以上人群CKD患病率高达13%［1］，已经成为重要的公共卫生问题。CKD从发病至终末期常需要经历数年甚至数十年的时间，早期诊治，延缓其进展有重要的临床意义和经济效益。由于各类肾脏病的发生、发展机制甚为复杂，早期诊治一直是肾脏病工作者面临的最大挑战。

近年来，国内外许多研究致力于寻找特异性强、敏感性高的生物标志物来早期诊断CKD的发生并监测其进展，以达到延缓病情进展、减少并发症发生、降低患者病死率的目的。人体内的二甲基精氨酸(dimethylarginine)主要包括不对称性二甲基精氨酸 (asymmetric dimethylarginine，ADMA)和对称性二甲基精氨酸 (symmetric dimethylarginine，SDMA)，ADMA作为与一氧化氮 (nitric oxide，NO)紧密相关的一个代谢物，因其在肾脏、心血管及代谢相关疾病的发生、发展中发挥一定的作用，有人将其视为一种新型的独立预测因子［2］。SDMA作为 ADMA的同分异构体，有研究发现它与一些反映肾脏功能的指标具有相关性［3］。现就ADMA、SDMA与CKD的关系做一综述，以期在单独应用二甲基精氨酸或与其他生化、代谢指标联合应用早期诊断和监测疾病进展方面得到一些启示。

1 二甲基精氨酸与NO的关系

NO是广泛分布于生物体内各组织中的一种强有效的内源性血管舒张因子，L－精氨酸 (L－arginine)作为细胞合成NO的前体物质在一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase，NOS)的作用下催化生成NO和L－瓜氨酸。研究发现体内存在3种甲基精氨酸 (methylated arginines)，分别为ADMA、SDMA和NG－甲基－L－精氨酸 (NG－monomethyl－L－arginine，L－NMMA)［4］。它们作为精氨酸的同系物可竞争性抑制NOS活性，是NOS的内源性抑制剂。由于在人类的血浆中仅存在少量的L－NMMA，SDMA对NOS的活性无直接的抑制作用，所以ADMA被认为是具有NOS抑制作用的内源性甲基精氨酸的主要类型，是最强的内源性NOS抑制剂。

2 二甲基精氨酸的合成与降解

2.1 ADMA与SDMA的合成 很多类型的细胞都能够合成和产生甲基精氨酸。含有精氨酸残基的蛋白质在蛋白精氨酸甲基转移酶类 (PRMTs)的作用下发生甲基化，在该反应中S－腺苷甲硫氨酸作为甲基的供体，甲基化的蛋白质经水解后即可释放出游离的二甲基精氨酸，同时S－腺苷甲硫氨酸转化为 S－腺苷高半胱氨酸［5］。

蛋白精氨酸甲基转移酶 (protein methyltransferase，PRMT)作为催化反应的关键酶，在体内主要有两种类型:PRMTⅠ和PRMTⅡ。PRMTⅠ甲基化蛋白质后水解释放出ADMA和L－NMMA，而PRMTⅡ甲基化蛋白质后水解则释放出SDMA和L－NMMA。PRMTⅠ在许多组织器官中都有表达，包括血管、心脏和肾脏［6］。最近，有研究报道低密度脂蛋白(LDL)和过氧化低密度脂蛋白 (oxLDL)通过上调PRMTⅠ基因的表达使内皮细胞中ADMA的生成增加，而且还有体外研究发现，在内皮细胞表面给予一个较高的切应力后ADMA分泌增加，也是通过诱导PRMTⅠ基因的表达增加实现的。这些研究结果表明，体内ADMA的产生部分是受到PRMTⅠ的调节。对于PRMTⅡ目前还没有更多的相关研究报道。

2.2 ADMA与SDMA的降解 ADMA的代谢主要包括两条途径: (1)以原形从肾脏排泄;(2)通过二甲基精氨酸－二甲胺水解酶 (dimethylarginine dimethylaminohydrolase，DDAH)代谢。1989年Ogawa等首次从大鼠肾脏中发现了DDAH，ADMA在DDAH的作用下可分解为瓜氨酸和二甲胺。DDAH在体内分布广泛，存在两种亚型 (DDAHⅠ和DDAHⅡ)，尽管目前对这两种DDAH亚型的特殊功能尚未完全了解，但是它们均参与了ADMA的代谢，在这一方面有着相似的生物学活性。DDAHⅠ主要分布于高表达神经型 NOS的组织中，如大脑和肾脏;DDAHⅡ主要分布在内皮型NOS表达占优势的组织中，如心血管、胎盘和肾脏［7］。在正常情况下，人体每天产生约300 μmol ADMA，其中约50 μmol直接通过尿液排泄，另外的80% ～85%通过DDAH降解清除。SDMA的代谢途径与ADMA有较大差异，它基本不受DDAH的作用，主要经肾脏直接排泄。

3 ADMA与CKD

3.1 CKD患者ADMA水平变化 自1992年Vallance等［8］首次报道终末期肾病患者的ADMA水平较正常组明显升高以来，有许多学者对ADMA与CKD和终末期肾病的关系进行研究，以期发现在这些患者中ADMA水平究竟发生了怎样的变化。Kielstein等［9］对44例不同分期CKD未经治疗患者的ADMA水平进行检测，结果发现，所有患者的平均血浆ADMA水平显著升高，对于IgA肾病和常染色体显性遗传多囊肾病患者，即使在CKD病程的早期，ADMA水平就已有所升高，这一现象甚至发生在肾功能减退之前。Fleck等［10］对221例不同阶段的慢性肾衰竭患者进行研究，其中包括非透析、透析以及肾移植术后的患者，用高效液相色谱(HPLC)技术测定患者的血浆ADMA、SDMA及20种体内氨基酸的水平，发现慢性肾衰竭患者的ADMA水平均有不同程度的升高，其中透析患者升高最为明显。Oner－Iyidogan等［11］对114 例不同分期的CKD患者的血浆ADMA水平进行测定，结果发现，行血液透析的患者ADMA水平较正常对照组升高73%，行腹膜透析的患者与CKD早期患者的血浆ADMA水平相近，均较正常对照组升高了34%。

综上所述，CKD患者血浆ADMA水平明显升高。ADMA主要通过DDAH代谢水解，该酶在肾小球、肾血管的内皮细胞和肾小管细胞中含量丰富，肾脏细胞中的DDAH调节细胞内甲基精氨酸水平，进而调节细胞L－精氨酸的摄入和NO的产生，肾脏是ADMA代谢的主要场所，肾脏组织的损伤可使ADMA降解下降。轻度肾功能障碍时，即使肾小球滤过率(GFR)正常亦可使血浆ADMA水平升高，说明DDAH降解下降是引起肾脏病患者血浆ADMA水平升高的主要原因。有研究发现，进展期和终末期肾衰竭患者ADMA水平升高主要是由于肾脏排泄功能受损所致［8］，而早期肾脏病患者 ADMA水平升高归因于富含DDAH的肾组织受损、破坏［9］。

最近，对CKD模型动物的ADMA水平升高及其机制进行了研究。Wagner等［12］利用抗肾小球基底膜 (glomerular basement membrane，GBM)抗体制作肾小球肾炎引起的CKD动物模型，通过研究发现，大鼠总NO排泄减少，肾皮质NOS活性减低。血浆精氨酸水平变化不明显，但血浆ADMA水平升高。Matsuguma等［13］对大鼠进行 5/6、4/6肾切除两种方式建立CKD模型，检测大鼠血浆及尿液中ADMA水平，结果发现血浆ADMA水平升高，且升高程度与肾切除比例相关，血浆ADMA水平与收缩压也存在相关性。关于CKD大鼠模型实验研究的数据表明ADMA是肾脏病进展的一个因素，ADMA水平相对较低时可能对肾脏更加有益［14］。DDAH基因的过表达能够降低ADMA水平，通过减轻肾小球及管周毛细血管的丢失、间质纤维化及尿蛋白的排泄，延缓肾功能不全的进展。这些研究提示DDAH水平下降和 (或)活性减低也许是ADMA水平升高的一个原因，给予外源性的DDAH蛋白或增强DDAH的活性可能作为治疗CKD的一个潜在靶点。

3.2 ADMA与评价肾功能的传统指标的关系 Ravani等［15］对131例 CKD 2～5期患者进行队列研究，结果发现患者的血浆ADMA水平较正常对照人群显著升高，且轻度和进展性CKD患者的血浆ADMA水平与 GFR呈负相关。Oner－Iyidogan等［11］的研究显示，血液透析及腹膜透析患者血清ADMA水平与血清清蛋白及尿素氮水平显著相关。而Fleck等［10］的研究结果发现CKD患者的血浆ADMA水平较正常对照组明显升高，但与GFR及血肌酐水平无明显相关性。

3.3 ADMA对CKD患者预后的影响ADMA是CKD 2～5期患者和普通人群心血管疾病及死亡的一个重要的预测因子，并且其水平能够预测CKD的进展。Zoccali等［16］的一项包括225例血液透析患者的前瞻性研究表明，在众多全因死亡率和心血管疾病终点的危险因素中，升高的血浆ADMA水平是仅次于年龄的第2位预测因子。CKD患者血浆ADMA水平升高与动脉硬化进程加速导致的心血管疾病高患病率和死亡率有密切关系。ADMA除了预测终末期肾病 (ESRD)患者的死亡率外，还作为CKD进展的预测因子。早期研究发现，ADMA在GFR降低之前即升高，推断其可能在CKD进展中发挥作用。肾功能不全患者的ADMA水平和NOS活性的降低随病程进展而加重，ADMA在肾脏疾病的进展中有明显作用。近年来，有两项前瞻性研究均表明，ADMA可能参与了肾脏疾病的进展，并提出高水平的ADMA 预示着肾功能加速减退［15，17］。其中一项关于老年CKD患者的队列研究发现，血浆ADMA水平是进展为ESRD及死亡的独立危险因素［15］。上述研究结果提示，ADMA可能在肾脏疾病的进展中发挥一定的作用，其水平能够较好地预测发展为ESRD的危险程度。ADMA水平升高0.1 mmol/L，其进展为ESRD和导致死亡的危险则增加20%。

4 SDMA与CKD

4.1 CKD患者SDMA水平变化 SDMA作为ADMA的同分异构体，其水平在CKD患者中也发生了明显的变化。Fleck等［10］的研究发现，CKD患者的SDMA水平较对照组明显升高。Oner－Iyidogan等［11］对114例不同分期的CKD患者的血浆SDMA水平进行测定，结果显示早期CKD患者SDMA水平是对照组的4倍，透析患者SDMA水平较对照组升高了7倍。

4.2 SDMA与评价肾功能的传统指标的关系 SDMA基本上是通过尿液完全从肾脏排泄，许多研究结果显示SDMA与肾功能参数的相关性很好，可以作为反映临床肾功能的可靠指标。Marescau等［18］测定了135例肾衰竭患者的血清SDMA水平，发现SDMA水平与肌酐清除率高度相关 (r= －0.916，P＜0.0001)。Al Banchaabouchi等［19］研究肾衰竭患者 SDMA水平与肌酐清除率的关系，结果发现，SDMA水平与肌酐清除率相关 (r=－0.714，P ＜ 0.0001)。Fliser等［17］检测了227例轻中度肾衰竭患者的血浆SDMA水平，发现血浆SDMA水平与GFR(r=－0.837，P＜0.01)和血肌酐水平 (r=0.894，P＜0.01)有相关性。Nanayakkara等［20］测定93例轻中度肾衰竭患者的血浆SDMA水平，发现无论是单因素分析，还是对年龄、体质指数、总胆固醇及吸烟史等因素校正后的多元分析，SDMA水平与肌酐清除率均存在显著相关。Kielstein等［3］的一项包含18项研究、2 136例患者的Meta分析表明，血浆SDMA水平与菊粉清除率 (r=0.85，P＜0.0001)、一系列GFR的估计值 (r=0.77，P＜0.0001)及血清肌酐水平 (r=0.75，P＜0.0001)等肾功能参数间均有显著相关性。以上研究结果提示SDMA可能能够作为反映肾功能的一个可靠标志物。在一些动物实验中也发现SDMA与一些肾功能参数存在相关性。Matsuguma等［13］对大鼠进行肾切除建立CKD模型，检测大鼠血浆及尿液中SDMA水平，结果发现与对照组相比，模型组大鼠对SDMA的清除下降，血浆SDMA水平增高。一项以犬为研究对象的动物实验表明，肾部分切除犬的血浆SDMA水平较对照组明显升高，且升高水平与GFR(r=－0.851，P＜0.0001)和血肌酐水平 (r=－0.749，P=0.0013)显著相关［21］。

4.3 SDMA对CKD患者预后的影响SDMA对NO的合成存在间接的影响。尽管SDMA被认为是NOS的很弱抑制剂，但最近有研究表明，SDMA可能参与炎症和动脉粥样硬化的病理过程。有研究发现SDMA水平与轻度CKD患者的血管造影狭窄评分有一定的相关性［22］。其机制可能是通过干扰L－精氨酸的摄取进而间接抑制NO的合成。新近的研究揭示，SDMA能够通过激活钙通道导致钙离子内流刺激单核细胞活性氧自由基的生成［23］。这种促炎效应以及上述对NO合成的间接作用，使得SDMA有望成为早期CKD患者并发心血管疾病的一个新的预测因子。

自2002年美国肾脏病患者生存质量指导组 (K/DOQI)指南中提出CKD诊断的全新概念，并制定分期系统以来，对CKD进行了大量的研究，寻找敏感性强、特异性高的生物学标志物成为研究的重点。如何在早期诊断，并进行积极干预，对CKD患者的预后具有重要的意义;确诊后又如何采取有效的监测，对降低病死率显得尤为重要。基因组学、蛋白组学及代谢组学等现代实验技术为CKD相关问题的研究提供了新的途径。二甲基精氨酸作为与CKD密切相关的一类分子，被认为是良好的生物标志物，在今后临床研究中，尚需开展大样本的队列研究，了解它们在各种不同病因的CKD中的敏感性和特异性，判断其对CKD早期诊断的临床实用性。

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