Randall斑块在草酸钙肾结石形成中的作用

李 扬 综述，张士青审校

(1.上海交通大学医学院附属第三人民医院，上海 201900；2.蚌埠医学院，安徽蚌埠 233000)

·综 述·

Randall斑块在草酸钙肾结石形成中的作用

李 扬1，2综述，张士青1审校

(1.上海交通大学医学院附属第三人民医院，上海 201900；2.蚌埠医学院，安徽蚌埠 233000)

尿路结石是泌尿外科最常见的疾病，由于其病因的复杂性及其高复发率，现在已成为泌尿外科所面临的挑战性难题。在泌尿系结石发病机制的认识过程中，产生了一系列学说，包括成核作用学说、结石基质学说、晶体抑制物质学说和Randall斑块学说等。Randall斑块在尿路结石的发病中占有重要地位。本文将从Randall斑块的发现及其位置、与活性氧和氧化应激、钙化纳米微粒之间的关系及其在草酸钙结石中的作用和肾小管内结晶被上皮细胞内吞、迁移与兰德尔斑块的关系做一综述。

Randall斑块；活性氧和氧化应激；钙化纳米微粒；草酸钙结石；肾乳头

泌尿系结石是泌尿系统的常见病，为人体尿液中固体成分析出而形成，是一种病理性生物矿化。其复发率很高，大约25%～75%的患者在初次发病后的10～20年内会再次发生结石，其中草酸钙结石的发病率约占泌尿系结石总发病率的60%～80%，且治愈后有明显的复发倾向[1]。尿石症的发病机制尚未完全弄清，国内外对其的研究有了新的进展,本文将介绍Randall斑块在草酸钙肾结石形成中的作用。

1 Randall斑块的发现

上世纪30年代, Dr ALEXANDER RANDALL利用光学显微镜对1154对尸肾进行检查时发现在尸肾的肾乳头上皮组织下存在着一种钙化斑块, 并认为这些钙化斑出现在肾乳头上面本身对肾脏并无造成明显的损害, 并称之为Randall斑[2]。RANDALL是第一个提出在肾结石患者中肾小管腔的堵塞是很少发生的，他指出肾间质磷酸钙盐的沉积是形成肾结石的原始病灶，这些磷酸钙盐将尿路结石固定在正常的肾乳头尿路上皮细胞的下面，被腐蚀的被覆尿路上皮将结晶沉积物(也被称作为斑块)，暴露于过饱和的尿液中，然后诱发草酸钙结石的形成[3]。他发现这些病灶是在肾间质而不是管腔，磷酸钙盐沉积物主要存在于肾小管基底膜的下面和肾间质胶原中。但是RANDALL研究的标本是尸肾而不是肾结石患者的活体肾脏，这是其不足之处。

2 Randall斑块的位置

髓袢降支细段的基底膜是Randall斑块的起始位点；由胶原蛋白和粘多糖组成，主要吸收钙和磷酸盐离子。钙和磷酸盐离子一旦被吸附到此蛋白质基质中，结晶化过程就开始了。在彼此相互的作用下，磷酸钙结晶在富含胶原蛋白和粘多糖的肾间质周围生长和繁殖，此复合体再通过尿路上皮移动，并作为草酸钙沉积的病灶，最终导致草酸钙肾结石的形成[3]。陈书尚等[4]发现在几乎100%草酸钙结石患者和43%非草酸钙结石患者的肾乳头尖部或其周围间质组织可见到Randall斑,其被认为是草酸钙和磷酸钙生长形成结石的理想位点。EVAN等[5]发现,在伴高钙尿症草酸钙结石患者中,钙盐结晶的起始部位是髓襻细支的上皮基底膜表面,渐延伸至直小管和终末集合小管周围的间质组织,最后出现在肾乳头。

3 Randall斑块与活性氧和氧化应激的关系

人体中的Randall斑块都是由活性氧(reactive oxygen species,ROS)和氧化应激(oxidative stress,OS)促发所致。正常情况下的ROS产生是受到严密控制的，只有在需要的时间和部位才增加其产量，进而调节结晶调控因子的产生。ROS的过量生成或抗氧化剂水平的降低，不但可导致OS、炎症和损伤，而且还参与了许多结石合并症如高血压、糖尿病、代谢综合症、慢性肾脏疾病[6]。

动物模型和组织培养的研究表明，高草酸盐、草酸钙和磷酸钙结晶可引发ROS介导的肾细胞炎症反应[7]。草酸钙结晶诱发肾素转录上调并产生血管紧张素Ⅱ。非吞噬细胞的NADPH氧化酶在其亚基p47phox被磷酸化以及p47phox和Rac1向胞膜移位后被激活，都将会导致ROS的产生，并受到磷脂肌醇信号途径调控；在此过程中，p-8的MAPK/JNK转导路径被打开，各种转录和生长因子包括NFκB、AP-1、转化生长因子β(transforming growth factor β,TGFβ)参与其中；继发性介质如异前列素、胞质磷脂酶A2和前列腺素也产生并参与其中。像单核细胞趋化因子-1(monocyte chemota-ctic protein-1,MCP-1)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)等趋化物产量的增加和巨噬细胞浸润晶体周围的肾间质，除了造成局部炎症、细胞外基质生成和纤维变性外，巨噬细胞的NADPH氧化酶还可能被激活产生额外的ROS。OPN、THP、UPFT-1、BK、IαI家族成员、钙颗粒素、HA、CD-44、HS、FN、α1M、MGP等晶体调节因子也都在炎症和组织修复中发挥着重要作用。Randall斑块的生成类似于体内许多部位的细胞外基质的钙化。肾间质胶原的钙化协助Randall斑块生长，穿越间质直到钙化前缘，并抵达肾乳头表面的上皮细胞。Randall斑块暴露于肾盂尿也可能是Randall斑块诱发的上皮细胞脱落的结果。

4 Randall斑块和钙化纳米微粒之间的关系

纳米钙化微粒是直径约0.1～0.5 μm，形状类似于雪球，起源于肾组织的病态钙化物[8]。纳米钙化微粒来自于哪呢？STOLLER[9]认为纳米钙化微粒可能是起源于血管的物质，KAJANDER等[10]在血液中检测到了CNP。GARCA CUERPO等[11]通过向大鼠肾内注射纳米钙化微粒，发现大鼠肾脏内有结石形成。CIFTÇIOLU 等[12]收集了17个经过腹腔镜肾切除术患者的肾乳头和血清样本，发现17个样本中有11个可以肉眼见到 Randall斑块。采用单克隆免疫组织学染色方法，在肉眼见到Randall斑块的标本中有8个样本的钙化纳米微粒抗原是阳性的，在没有见到Randall斑块的标本中只有一个是阳性的。扫描电子显微镜显示在14个样本中有球形磷灰石形成，这也被能量色散型X射线谱所确定了。在培养基中，所有的血清样本和13个组织均长出了钙化纳米微粒。采用酶联免疫吸附试验检测，14个样本的钙化纳米粒子的抗原是阳性的，11个样本的钙化纳米微粒的抗体是阳性的。这些结果提示钙化纳米微粒与Randall斑块之间是有联系的，虽然它们之间的因果关系还不明确，但是通过进一步的研究去探索Randall斑块形成的病因，这将使我们更好地了解结石形成的机理。

5 草酸钙结石与Randall斑块

特发性草酸钙肾结石源于沉积在肾乳头上皮下的Randall斑块，Randall斑块是肾结石表面的一种独特的沉积物，是结石的核心。可是人们对Randall斑块的形成和生长机制却知之甚少。人们对Randall斑块的形成提出了许多假设，如CARTENTIER等[13]提出了非结晶化的碳磷酸钙(ancrystalline carbon calcium phosphate,ACCP)是形成Randall斑块的前驱体，ACPP不仅沉积在肾乳头表面还可能沉积于肾组织内。近来，有学者利用细胞培养技术来研究草酸与肾结石之间的关系[14]，发现草酸不仅为结石的形成提供合适的环境，而且草酸离子本身可能影响肾上皮细胞上预先安排为结晶滞留的组织。特发性草酸钙肾结石患者被发现其肾脏酶的排泄是增加的，这提示着存在肾脏细胞的损伤，也提示这种损伤可能是由草酸电离造成的。另外，患有高草酸尿症的大鼠的尿液中，其肾脏酶的水平也是增加的。有学者用人工培养的肾小管细胞进一步研究草酸可能存在的毒副作用，并已经发现浓度为1 mm的草酸对犬肾传代细胞(Madin-Darby canine kedney,MDCK)和猪近端肾小管上皮细胞(LLC-PK1)细胞具有破坏作用。但也有研究报告指出，草酸对LLC-PK1细胞的生存和生长的影响呈现出双相的浓度相关性，浓度大约在1 mm的草酸将导致LLC-PK1细胞的增殖，浓度超过1 mm的草酸将导致LLC-PK1细胞的死亡。有证据表明，致癌基因c-myc的表达将导致草酸的促有丝分裂，被观察到的草酸的毒性可能是由自由基的繁殖造成的。引起这些结果的原因是复杂的，在近端肾小管草酸的浓度只有6～15 μm,从远端肾小管到收集小管中草酸的最终浓度大约增加了20～50 μm，其草酸的负载一般不会超过1 mm。将动物肾脏暴露于一水草酸钙结晶之后，我们发现编码转运激活剂、细胞外基质调节剂、生长因子等基因在肾小管细胞中的表达是增加的，因此我们推测在原发性或继发性高草酸尿症的患者的肾脏中能够观察到上述基因的蛋白产物促进了肾间质纤维变性。一些研究者从细胞培养水平上报告了一水草酸钙结晶对肾小管细胞产生的损伤作用，然而，也有些学者发现肾小管上皮细胞能够和数量相当少的结晶之间产生相互作用，且没有检测到肾小管上皮细胞受到结晶的损伤。肾小管上皮细胞可能能够处理一定数量的结晶或者相对小的没有损伤作用的结晶。

特发性肾结石开始以生物磷灰石或Randall斑块沉积在肾乳头间质、髓袢交界处、集合管和直小血管管腔内[15-16]。局部可被利用的钙、磷酸盐、柠檬酸和pH等的变化可能在肾脏组织结晶的形成过程中起着至关重要的作用。一旦生物磷灰石结晶沉积在肾脏，其周围的细胞会对外来物质做出反应：产生活性氧自由基；生成化学引诱物如MCP-1、OPN；单核细胞/巨噬细胞等浸润肾间质。结晶被吞噬、消除或者大分子物质吸附到结晶表面围成“围墙”，使结晶无害化。但是，如果有利于结晶形成的条件依然存在，结晶还会继续生成，随之结晶周围的胶原纤维变性，出现局部损伤和炎症反应，胶原沉积在结晶周围，从而启动了结石发病机理的第二个阶段。随着胶原的矿化，斑块逐渐生长，最终到达肾乳头上皮细胞，后者溃烂后，斑块暴露于肾盏中的尿液，草酸钙结晶随之附着在斑块上，发展成草酸钙肾结石。KHAN 等[17]对15例特发性肾结石患者在经皮肾镜取石时做冰冻活检，取出4 mm肾乳头组织，立即固定处理，用各种光学和电子显微镜技术进行分析，结果显示Randall斑块和胶原纤维、囊泡膜是关联的；胶原纤维呈钙化状，囊泡内含有结晶。肾乳头的结晶沉积可能始于囊膜诱导成核，随着结晶进一步沉积于胶原蛋白框架的周围而生长。刘建河等[18]也对12例草酸钙肾结石患者于经皮肾镜取石术中直视下获取肾乳头Randall斑块活检标本，分别行HE染色和锇酸固定，光镜和透射电镜下观察其组织病理和超微结构特点，对12例患者共检查肾乳头72处，其中肾乳头表面有Randall斑形成63处(87.5%)，7例部分肾乳头表面有小结石附着；12例Randall斑活检标本光镜下见肾乳头组织内为钙盐样沉积；2例电镜下肾乳头结缔组织中散在分布大小不均簇状草酸盐团聚体，典型结晶体呈针状，晶体轮廓周边电子密度高，晶体中央呈电子透亮区。结果表明：草酸钙结石患者肾乳头Randall斑主要是草酸盐结晶沉积，在Randall斑基础上草酸盐结晶进一步沉积可能促使草酸钙结石的形成。草酸钙结晶，是大部分尿路结石的主要组成成分。它对细胞是有害的，不仅能引起氧化应激还能引起炎症反应。损伤和死亡的细胞释放到尿液中能够促进结晶在低过饱和度水平成核。损伤的细胞膜也为结晶附着提供了部位，最终使结晶滞留在肾脏中。肾上皮的损伤可能有利于结晶从肾小管移动到肾间隙，也可能有利于Randall斑块的形成，炎症反应可能是导致Randall斑块溃烂到肾乳头表面的原因[19-21]。

EVAN 等[22]通过从2例结石病患者中获取活检标本，并用光学显微镜、透射电子显微镜和傅里叶变换红外光谱研究结石附着点的超微结构特征:附着点的上皮细胞被破坏。邻近肾球囊的裸露斑块从尿液中的离子和分子中吸取结晶和有机基体形成带状包层。非晶磷灰石结晶生长并融入到带状包层的基质中，给通常的小的磷灰石结晶让位使其嵌入到结石的基质中，最终草酸钙结晶和磷灰石混合，成为主要的固相。随着时间的推移，尿钙和草酸离子逐渐过度地生长在大结晶上并形成附着结石。

MILLER 等[23]从9例特发性草酸钙结石者(12个肾单位)中收集了115颗结石，其中只有25颗结石被发现没有粘附到肾乳头上。用显微CT分析这些结石，其显示在这些未粘附的草酸钙结石中至少有一个内部含有磷酸钙的区域。也就是说，未粘附的结石的内部结构和结石起始粘附到Randll斑块上的情况是一致的，后来这些结石从肾组织上剥离了但仍保留在肾脏中，随着草酸钙层的累积最终覆盖了起始附着位点。显微CT分析所得数据支持了这种假设，即在特发性草酸钙患者中，粘附结石和未粘附结石的发生都是一种常见的致病机制的结果。也就是说，在这种结石类型即草酸钙结石中，即使那些没有形态学证明其从粘附部位剥离的结石，所有这些都是源于粘附到肾乳头的肾间质斑块。

6 肾小管内结晶被上皮细胞内吞、迁移与兰德尔斑块的关系

肾小管上皮细胞中含有多种磷脂，如磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)、磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱等[24]。最新的研究表明，一水草酸钙结晶能够迅速地结合到肾小管上皮细胞表面并被肾小管上皮细胞内吞。一水草酸钙结晶表面表现为正电荷，肾小管上皮细胞表面顶端表现为负电荷，细胞表面的阴离子分子作为一水草酸钙和羟基磷灰石结晶的受体及肾小管液中特定的阴离子通过结合到结晶表面去阻断结晶粘附到细胞上，这些都成为结石形成的潜在的关键决定因素[25]。

一水草酸钙结晶能够促进肾脏上皮细胞的有丝分裂。在高浓度的时候，草酸钙结晶对肾上皮细胞是有毒害的[26]。HACKETT和他的同事把MDCK细胞暴露于一水草酸钙结晶，草酸在低浓度时(80～320 muM)能够促进培养的肾细胞的生长，但是在高浓度时(400～1 600 muM)可能造成细胞的死亡。肾上皮细胞对一水草酸钙结晶的反应可增强特定基因的表达，这些特定基因可编码转录激活因子，是细胞外基质的调节器。在原发性或继发性高草酸尿症患者的肾脏中观察到间质性疤痕，能够通过肾小管腔中形成的草酸钙结晶和肾小管上皮细胞之间的相互作用而被调解。结晶被肾小管细胞内吞后可以成为一个正反馈循环的一部分，其有助于其他结晶附着，因为通过电子显微镜显示BSC-1细胞顶端粘附的结晶可以作为更多结晶聚集的位点[27]。

7 小 结

Randll斑块常见于肾乳头尖部或其周围的间质组织中，是泌尿系结石形成的一个病灶，是泌尿系结石形成过程中的一个初始过程。TAYLOR 等[28]用血管理论探讨了Randll斑块的形成，认为Randll斑块始于血管钙化，尽管Randll斑块并不是形成结石现象的全部解释[29]，但是相信通过对Randll斑块不断研究，深入了解其产生机制、病理生理特点以及来源，将会对我们更深层次的了解结石的发病机制及其结石的预防提供极大的帮助。

[1] 陈志强,姚林方,叶章群. 特发性草酸钙结石研究现状[J]. 临床泌尿外科杂志，2005，20(5)：257-260.

[2] 邓耀良.Randall斑的历史、现状和未来[J].广西医学,2005,27(1):10-12.

[3] DAUDON M, BAZIN D, LETAVERNIER E. Randall’s plaque as the origin of calcium oxalate kidney stones[J]. Urolithiasis. 2015，43 (Suppl 1:)5-11. doi:10.1007/s00240-014-0703-y. PMID: 25098906.

[4] 陈书尚,高小峰,丁德英，等.草酸钙肾结石患者肾乳头钙盐沉积特点及其形成机制[J].第二军医大学学报,2009,30(1):19-23.

[5] EVAN AP, COE FL, LINGEMAN JE.Mechanism of formation of human calcium oxalate renal stones on Randall’s plaque[J].Anat Rec (Hoboken)， 2007，290(10):1315-1323.PMID：17724713.

[6] KHAN SR.Is oxidative stress, a link between nephrolithiasis and obesity, hypertension, diabetes, chronic kidney disease, metabolic syndrome? [J].Urol Res，2012，40(2):95-112.PMID：22213019.

[7] KHAN SR.Reactive oxygen species as the molecular modulators of calcium oxalate kidney stone formation: evidence from clinical and experimental investigations[J].J Urol，2013，189(3):803-811.PMID：23022011.

[8] CIFTCIOGLU N, MCKAY DS, MATHEW G, et al. Nanobacteria: fact or fiction? Characteristics, detection, and medical importance of novel self-replicating,calcifying nanoparticles[J]. J Investig Med， 2006，54(7):385-394. PMID:17169260.

[9] LOW RK, STOLLER ML. Endoscopic mapping of renal papillae for Randall’s plaques in patients with urinary stone disease[J]. J Urol， 1997，158(6):2062-2064. PMID: 9366312.

[10] KAJANDER EO, CIFTCIOGLU N, AHO K, et al. Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation[J]. Urol Res，2003，31(2):47-54.PMID: 12669155.

[13] CARPENTIER X, BAZIN D, JUNGERS P, et al.The pathogenesis of Randall’s plaque: a papilla cartography of Ca compounds through an ex vivo investigation based on XANES spectroscopy[J].J Synchrotron Radiat，2010，17(3):374-379. PMID：20400836.

[14] VERKOELEN CF, VAN DER BOOM BG, SCHRÖDER FH, et al.Cell cultures and nephrolithiasis[J].World J Urol， 1997，15(4):229-235.PMID：9280051.

[15] CIUDIN A, LUQUE GALVEZ MP, SALVADOR IZQUIERDO R.Validation of Randall’s plaque theory using unenhanced abdominal computed tomography[J].Urology， 2013，81(2):246-249.PMID：23374769.

[16] KHAN SR, CANALES BK.Ultrastructural investigation of crystal deposits in Npt2a knockout mice: are they similar to human Randall’s plaques? [J].J Urol，2011，186(3):1107-1113.PMID:21784413.

[17] KHAN SR, RODRIGUEZ DE, GOWER LB, et al. Association of Randall plaque with collagen fibers and membrane vesicles[J].J Urol，2012，187(3):1094-1100.PMID:22266007.

[18] 刘建河，齐隽，黄云腾，等.草酸钙结石患者肾乳头Randall斑的超微结构特点[J].中华泌尿外科杂志，2009，30(8):663-665.

[19] KHAN SR.Crystal/cell interaction and nephrolithiasis[J].Arch Ital Urol Androl， 2011，83(1):1-5.PMID:21585160.

[20] LIESKE JC, DEGANELLO S. Nucleation, adhesion, and internalization of calcium-containing urinary crystals by renal cells[J].J Am Soc Nephrol， 1999，10 (Suppl 14):422-429.PMID:10541277.

[21] MILLER NL, WILLIAMS JC JR, EVAN AP, et al.In idiopathic calcium oxalate stone-formers, unattached stones show evidence of having originated as attachedstones on Randall’s plaque[J].BJU Int， 2010，105(2):242-245. PMID:19549258.

[22] EVAN AP, UNWIN RJ, WILLIAMS JC JR.Renal stone disease: a commentary on the nature and significance of Randall’s plaque[J].Nephron Physiol， 2011，119(4): 49-53.PMID:21952643.

[23] MILLER NL.The origin and significance of Randall’s plaque in nephrolithiasis[J].J Urol，2011，186(3):783-784.PMID:21788039.

[24] 李成文,孙光,邓耀良,等. 草酸钙晶体对大鼠肾小管上皮细胞损伤作用的实验研究[J]. 现代泌尿外科杂志. 2006，11(4)：198-199.

[25] LIESKE JC, DEGANELLO S.Nucleation, adhesion, and internalization of calcium-containing urinary crystals by renal cells[J].J Am Soc Nephrol，1999，10(Suppl 14):422-429.PMID:10541277.

[26] VERKOELEN CF, ROMIJN JC, DE BRUIJN WC, et al.Association of calcium oxalate monohydrate crystals with MDCK cells[J]. Kidney Int，1995，48: 129-138.

[27] LIESKE JC, TOBACK FG, DEGANELLO S.Direct nucleation of calcium oxalate dihydrate crystals onto the surface of living renalepithelial cells in culture[J]. Kidney Int，1998，54: 796-803.

[28] TAYLOR ER, STOLLER ML. Vascular theory of the formation of Randall plaques[J].Urolithiasis， 2015，43(Suppl 1):41-45. doi: 10.1007/s00240-014-0718-4. PMID: 25475492.

[29] STRAKOSHA R, MONGA M, WONG MY. The relevance of Randall’s plaques[J]. Indian J Urol，2014，30(1):49-54. doi: 10.4103/0970-1591.124207. PMID: 24497683.

(编辑 何宏灵)

2015-02-02

2015-03-23

张士青，主任医师.E-mail：uclazsq@163.com.

李扬(1988-)，男(汉族)，在读硕士研究生.研究方向：泌尿系结石.E-mail：15821477378@163.com.

R69

A

10.3969/j.issn.1009-8291.2015.09.020