Tamm-Horsfall蛋白在泌尿系结石形成中的作用与机制

刘 鑫，陈 洁，粟宏伟

在人类疾病认识的历史中，泌尿系结石是最早被了解和发现的疾病之一。最新研究显示：泌尿系结石在亚洲人群中的发病率最高可达到19.1%[1]。在经治疗的结石患者人群中，1年后结石复发率为10%-15%，5年结石复发率超过35%，10年结石复发率高达50%[2]。在近几十年对泌尿系结石形成机制的研究，我们仍未取得重大的认识和突破。目前对泌尿系结石形成机制较为认可的有以下学说：尿液中晶体物质过饱和学说，抑制因子活性降低学说，促进因子活性增高学说等。但目前的相关研究，无论是对尿液中晶体物质过饱和研究，还是抑制因子、促进因子等的研究，也尚未对泌尿系结石真正的形成机制与原因形成做出明确的解释。针对泌尿系结石的抑制物质及促进物质的研究中主要有对Tamm-Horsfall蛋白的研究，尽管随着对其研究的深入，Tamm-Horsfall蛋白在泌尿系结石形成中的作用与机制虽尚未明确，但是也取得了一定的进展和达到普遍的共识。笔者通过阅读近几年对Tamm-Horsfall蛋白的研究文献，总结了其在泌尿系结石形成中的可能作用。

1Tamm-Horsfall蛋白的生物学特性

病毒学家Tamm和Horsfall于20世纪中期首次发现Tamm-Horsfall蛋白(以下简称THP)，THP是正常人尿液中含量最多的蛋白质[3]，由616个氨基酸组成,其中有48个半胱氨酸,属于酸性蛋白质,其单体分子量为80KDa,由亨氏袢和远曲小管的肾脏上皮细胞分泌，并随尿液排出体外[4]。人类THP中有8个N一糖昔键多糖结合位点,其中的5个可与多糖连接这种特殊的结构使THP易形成胶链状,聚集成分子量几千万的大分子聚合物,影响着尿液中钙离子、草酸、磷酸盐等晶体的聚集和成长。电镜结果表明,THP可以聚集成长1mm直径10um的长纤维状多聚物。据测定，泌尿系结石患者尿液中THP的日排泄量[(29.6±14.9)mg/d]明显低于健康正常人[(40.2±14.8)mg/d][5]。THP在正常人的尿液中起着抑制各种饱和晶体聚集的作用，但是它在泌尿系结石患者尿液中对钙盐晶体的成核和生长中起的抑制作用却很弱[6]。THP在尿液中的作用由它自身的浓度决定，尿液的pH和离子强度，对钙盐晶体的成核及生长往往发挥着双重的作用，既可以抑制钙盐晶体的成核与生长，同样也可促进钙盐晶体的成核与生长[7]。虽然目前对THP的各种生理生化作用研究较为透彻，但究其在泌尿系结石形成中具体所发挥的作用与机制仍尚未明确。我们将从以下的几方面经行探讨：

2THP对钙盐晶体形成产生的作用与影响

2.1THP对钙盐晶体与肾小管上皮细胞互相的影响 钙盐晶体与肾小管上皮细胞的相互黏附是泌尿系结石发生发展的重要基本病理生理过程，如果能够减少甚至抑制钙盐晶体与肾小管上皮细胞的相互黏附是预防泌尿系结石形成的重要治疗措施。钙盐晶体与肾小管上皮细胞相互黏附后会对上皮细胞产生损伤，延缓钙盐晶体排泄的时间，有利于钙盐晶体的聚集和成核，加快结石的形成。THP分子结构中独有的苷氨酸-精氨酸-天冬氨酸结构可以使其成为细胞与细胞、晶体与晶体间的一种特殊的信号递质可以与细胞膜表面的整合素受体结合,参与传递信息,影响着钙盐晶体聚集以及结石基质形成等过程[8]。但是Khan等研究发现THP分子经过翻译后修饰如磷酸化、糖基化后与钙离子竞争性耦合，从而达到抑制结石形成的作用[9]。不同的作者通过对THP中不同的结构、成分与泌尿系结石的关系进行试验，得出了不同甚至相反的结论。在钙盐晶体形成之初时钙盐晶体与肾小管上皮细胞相互黏附时，THP具有抗氧化作用,能抑制细胞内黄嘌呤参与的氧化酶促反应,减少生物体内氧自由基的产生,达到保护肾小管上皮细胞免受氧化应激的损伤的目的。同时，在钙盐晶体未形成之前，尿液中的THP处于非聚合状态，有弱的抑制钙盐晶体成核作用。但在钙盐晶体形成之后并大量生成是，THP分泌增加，聚合形成长链状时会发挥其粘连蛋白的作用，促进钙盐晶体聚集和生长。同时，THP聚合产生的粘附力可以明显减弱尿中其它抑制结晶聚合的能力,从而促进结石的形成[10]。

2.2结石患者与正常人THP的差异 正常人尿液中THP与结石患者存在着差异，结石患者的THP含有较少的糖类,聚合度及粒子尺寸也较正常人的更高、更大。所以正常尿液中THP与结石患者尿液中THP在钙盐结晶形成过程中所起的作用也存在不同。Laube用BRI(BRI=[Ca2+/[Oxa2-])反映THP浓度与草酸钙晶体形成的关系[11]。泌尿系结石患者的BRI>1,且THP浓度与BRI间成正相关,说明此类患者易患和造成泌尿系结石复发；而正常人的BRI≤1,在草酸钙晶体形成过程中,THP浓度与BRI间的相关性较差,结石发生率相对较低,且THP浓度不是影响草酸钙结晶形成的重要成分。上述研究表明，THP在结石患者尿液中是钙盐晶体形成的促进剂,但在正常人尿液中确实正常的组成成分。同时，由于正常人THP和结石患者THP结构的不同,可以引起钙盐晶体表面电荷发生改变,这种不同致使它们抑制草酸钙晶体聚合能力的差异。尤其是在多发、复杂泌尿系结石患者排泄的THP,即使存在于正常人可以保持THP单体状态的尿液环境中时也能发生自身结合,成为钙盐晶体聚集的强促进剂,因为当THP分子相互聚合时可以产生较强的粘附力,抵消了钙盐晶体之间的静电排斥作用。Grohe等的研究也得出了相类似的结论[12]。THP的浓度在30～40mg/L范围内时,可以抑制草酸钙晶体聚集和成核生长,且抑制作用更强；而结石患者THP减少了草酸钙晶体形成所需的时间,促进钙盐晶体聚集。

2.3THP对草酸钙晶体的成核及生长的作用肾脏在维持及稳定人体内环境中的最主要的一个功能是对尿液中各种矿物质盐晶体的代谢与排泄，这一重要过程将保证尿液中不会形成明显的结石晶体，维持尿液相对不饱和的环境。相关实验敲除大鼠THP基因后发现此类大鼠容产生泌尿系感染和形成泌尿系结石，因此认为作为人尿液中的特异性糖蛋白-THP是防御泌尿系感染及形成泌尿系结石的重要物质[13]。THP在抑制尿液中草酸钙结晶的主要机制可能是抑制草酸钙晶体与肾小管上皮细胞的结合与相互作用，研究表明：乙二醇，作为一种广泛用于诱导大鼠肾结石形成的试剂，它可以导致肾小管细胞损伤[14]，利用乙二醇治疗THP基因敲除的大鼠会引起尿液中严重的钙盐晶体形成，但野生型大鼠尿液中却没有明显的钙盐结晶形成，这明确表明THP是钙晶体形成的有效抑制剂，其主要调节机制是THP参与调节肾小管上皮细胞损伤、坏死和凋亡，从而间接地防止钙盐晶体的形成。Liu等实验利用天然存在的突变THP基因与家族性幼年高尿酸血症肾病和2型肾囊性疾病的基因进行组合[15]。这种突变使得THP被错误地折叠与运输到肾小管上皮细胞的内腔表面，所得的尿液中的THP含量明显低于正常尿液中的THP水平。Niyaz,M的实验结果提示在所报道的结石患者及其家族中，肾脏结石疾病中并没有描述THP相同的特征[16]。这可能是因为患者数量的限制以及其它尚未发现的形成结石的危险因素导致，也有可能是THP基因消融和基因突变对肾脏生理生化产生不同的生物学后果，从而呈现不同表型。但是这些都需要进一步的调查与证实[17]。目前对THP在草酸钙晶体成核及聚集实验中有不同的实验结果甚至相反的结果，但多数研究均证实THP为草酸钙晶体成核及聚集的弱抑制剂，但在偏碱性，离子浓度较低的尿液环境中，THP充当草酸钙晶体聚集的强力抑制剂，反之，则促进草酸钙晶体的形成[18]。

2.4THP结构的差异对钙盐晶体成核及聚集的影响Huang发现[19]，正常人尿液中THP在体外实验中不影响诱导草酸钙晶体成核的时间，而泌尿系结石患者尿液中的THP却明显减少草酸钙晶体聚集成核的时间。简而言之，正常人尿液中THP可以抑制草酸钙晶体，而泌尿系结石患者尿液中的THP可以促进晶体的聚集和成核。这可能是正常人的THP分子中的极性基团和水分子或者其他分子结合后产生较强的结合力，使整个分子的刚性增强，减少尿液中晶体的黏附；而结石患者THP分子的这些基团与水分子或者其他分子结合能力较弱，刚性变差，增强了与尿液中晶体的黏附。这种分子结构的差异可以影响他们与尿液中微晶体的聚合能力，进而影响着结石的形成。李伟等的实验研究采用傅立叶变换红外光谱的分析结果表明两种分子的相同糖基的峰位上的光谱不完全相同[20]。这种糖基构性不同，可以使THP的理化性质发生改变。这些质上的差异，可能是影响结石形成的关键。随着泌尿系结石患者尿液中THP浓度的升高，其促进钙盐金海洋成核和聚集作用能力下降，这表明结石患者尿液中的THP容易自我聚集。以上实验研究表明正常人尿液中的THP可以抑制草酸钙晶体的成核及聚集，而泌尿系结石患者尿液中的THP则能促进草酸钙晶体的成核与聚集。

3结 论

THP分组中的不同基团，甚至其处于不同的尿液环境中以及不同的聚合转态，均会对泌尿系结石中钙盐晶体的成核与生长产生抑制或者促进的作用。尽管THP在泌尿系结石形成中的具体作用与机制仍存在分歧，但是增加尿液中草酸、钙盐等的排泄是预防泌尿系结石复发的重要措施。通过不断的深入研究，终将会研究透彻THP在泌尿系结石形成过程中所起的作用，也会研究清楚泌尿系结石的具体成因与生长过程。这些将对我们泌尿外科治疗泌尿系结石产生深远的影响。