Osteopontin蛋白在泌尿系结石中形成机制的研究进展

张前进 王耀 吴志平（通讯作者）

（1贵州医科大学 贵州 贵阳 550004）

（2贵州医科大学附属医院 贵州 贵阳 550004）

泌尿系结石是泌尿外科最常见的疾病之一，全世界尿路结石患病率呈明显升高趋势，世界范围内发病率为2%～20%[2]，我国为尿路结石高发区，平均发病率6.5%，一般人群中发病率可达到1%～10%[3]左右，尿路结石发病与性别、年龄、种族、饮食、经济水平、社会文化等多种因素有关，近些年来，随着科技进步，医疗水平的提高，对泌尿系结石发病因素、结石成分分析研究的深入，形成了以ESEL、PCNL、URS等多元化、系统的治疗方案，但尿路结石治愈后复发率高也是全世界范围泌尿外科医师面临的挑战。因此，我们需要更加深入的去研究结石的发病机制，从源头解决问题。最新研究发现，骨桥蛋白（Osteopontin）在结石患者肾脏组织中的表达明显增高，提示骨桥蛋白与泌尿系结石有很大的关系。骨桥蛋白是一种多组织分泌型磷酸化 多功能糖蛋白，Osteopontin蛋白能够通过其特殊结构与钙离子结合进而抑制尿路结石的形成，同时能参与细胞迁移扰乱草酸钙晶体的形成进程。尿路结石发病机制复杂，目前骨桥蛋白与尿路结石发病机制的影响尚未明确，但目前的研究也肯定了二者之间存在必然的关联。本文就尿液中Osteopontin蛋白与尿路结石形成的关系的相关性研究做了总结，以便此后更加深入的研究尿路结石的病因及发病机制等。

1.骨桥蛋白（Osteopontin）生物学特性

20世纪70年代，Senger等首次报道了这种磷酸化蛋白，20世纪80年代，Oldberg等人[4]发现了具有相同结构的蛋白，正式命名为Osteopontin蛋白。Shirage[5]在尿液中分离出Osteopontin蛋白，并且后续研究证实在鼠类、人的肾脏中都存在Osteopontin蛋白。Osteopontin蛋白来源广泛，是由多种细胞分泌的分子量为44kd的高酸性磷酸化糖蛋白，人类Osteopontin蛋白，由314个氨基酸组成。人类Osteopontin蛋白基因定位在4q13，长大概5.4～8.2kb，由6个内含子和7个外显子组合而成，为独立编码蛋白基因。骨桥蛋白的功能域[6]包括RGD序列、邻近的凝血酶裂解位点、凝血酶裂解后呈现的整联蛋白结合序列、钙结合序列、两个肝磷脂结合区域、基质金属蛋白酶家族的3个裂解位点以及许多磷酸化与糖基化结合位点和矿物结合多聚天冬氨酸区域。其中RGD序列在不同物种的骨桥蛋白中都普遍存在,这对于骨桥蛋白的粘附功能起着重要作用。骨桥蛋白在人体内各个系统组织内分布广泛[7]，研究发现其大量分布在骨骼、肾脏、子宫、乳腺、胃肠中，由于分布部位不同，其表达不同生物学功能，Osteopontin蛋白本身是一种高度酸性磷酸化糖蛋白，可够诱导细胞的信号蛋白磷酸化，利于调节细胞的黏附、信号传导、迁移、炎症反应等，另外,研究发现,目前有多种细胞因子和生长因子也能促进骨桥蛋白的表达,如-1(IL-1)、-1(ET-1)、-α(TNF-α)、(PDGF)、β1(TGF-β1)、(EGF)等等。我们主要探讨尿液中Osteopontin蛋白在泌尿系统中对尿路结石的影响。

2.Osteopontin蛋白在尿路结石行成中的机制

Shirage在尿液中分离出Osteopontin蛋白，并且后续研究证实在鼠类、人的肾脏中都存在Osteopontin蛋白。骨桥蛋白是血管肾小管细胞和肾乳头表面细胞均可分泌Osteopontin蛋白,在体外可抑制草酸钙晶体的聚集,成年人尿液中的骨桥蛋白的浓度为6×108mol·L-1[8],足以抑制草酸钙结晶,其在尿中浓度可以反映尿抑制结石形成的能力。Merchant等专家通过用蛋白质组学也在肾脏结石中检测出了骨桥蛋白。在肾脏,骨桥蛋白参与新月体的形成,通过抑制诱导性一氧化氮合酶(iNOS)的生成从而抑制了一氧化氮的产生，并且同时对肾间质和小管细胞的凋亡同样有抑制作用，骨桥蛋白同时对肾小管细胞有修复作用；骨桥蛋白参与了结石的形成,但其在结石形成中的具体作用机制仍有争议[9]。骨桥蛋白介导草酸钙晶体在肾小管上皮的附着和沉积，但是对于其具体作用机制目前仍存在不同见解。Yasui等科研人员用反义的骨桥蛋白cDNA序列在翻译水平抑制了NRK-52E细胞骨桥蛋白的表达，然后将在翻译水平被抑制的细胞骨桥蛋白与草酸钙晶体混合在一起培养，观察到草酸钙晶体与这种细胞的黏附明显降低，从侧面也可表现出骨桥蛋白有促进草酸钙晶体与细胞黏附的作用[10]。现有科研结果显示，尿液中的骨桥蛋白可通过其特征的由精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸构成的RGD序列与草酸钙晶体结合,从而促进了草酸钙晶体在肾小管上皮细胞腔表面的黏附和沉积，这个结果对肾结石的形成有着最初的促进作用[11]。另外，Kumar等[12]人研究发现，在人类尿液中的骨桥蛋白可包裹在草酸钙晶体的外面，并且形成了蛋白质外壳，通过这么一种机制抑制草酸钙结晶与肾小管上皮细胞的结合。还有人报道，草酸钙晶体可在一定的条件下与肾上皮细胞迅速结合，并且在这种条件下的结合呈浓度依赖性，其具体机制有可能是骨桥蛋白通过与草酸钙晶体表面的一些相关黏附位点结合，从而可以抑制草酸钙晶体与肾小管上皮细胞的结合[13]。

Osteopontin蛋白是一种独特酸性大分子，具有抑制结晶的重要生物学功能，可能减少草酸钙晶体的生长和聚集，并直接抑制草酸钙晶体对肾小管上皮细胞的束缚[14]。然而,骨桥蛋白可能是钙石基质中最重要的成分之一,它暗示了它在尿路结石中的潜在作用。Wang等人报道[15],他们选取骨桥蛋白中保守并富含天冬氨酸残基的片段进行研究，发现磷酸化的骨桥蛋白天冬氨酸残基片段在浓度小于44nmol/L时，可明显加速单水草酸钙成核的诱导时间，同时可使晶体的生长速度减慢一半；但是非磷酸化的骨桥蛋白片段没有上述作用，而是随着浓度增长而表现出有促进成核的作用。Langdond等一些人报道，磷酸化的骨桥蛋白能和单水草酸钙晶体中富含钙离子的晶体面相结合，通过这种机制抑制晶体的生长[16]。Chien等人研究发现,骨桥蛋白以其多聚天冬氨酸序列与二水草酸钙晶体的结合，可抑制二水草酸钙晶体的生长，从而能降低结石的发生率。骨桥蛋白能使单水草酸钙转变为二水草酸钙，而二水草酸钙则不容易在肾小管上皮表面黏附等，更容易随尿液排出体外[17]。因此，尿液中骨桥蛋白含量降低，则易引起尿路结石。

3.结语

泌尿系结石是全世界所有种族和人口范围内泌尿外科最常见疾病之一，作为多因素疾病，尿路结石不仅仅受生活方式和环境的影响。尿路结石与酸性大分子有关，骨桥蛋白是一种独特的酸性大分子，具有抑制尿结晶的重要生物学功能,它暗示了骨桥蛋白在尿路结石中的潜在作用.尿液中骨桥蛋白与泌尿系结石形成之间存在关联性，但仍需要进一步科学研究去证实。相信，随着对骨桥蛋白等可能与泌尿系结石发病有关的因素加强更深入的研究，泌尿系结石的诊疗将会得到进一步的发展。