胆红素在慢性肾脏病中的研究进展

李静，李洛华，蒋红樱，李结赛，陈静，白彝华

(昆明医科大学第二附属医院肾内科，昆明 650101)

胆红素主要来源于衰老红细胞中血红蛋白的分解代谢产物。既往认为，胆红素水平升高对人体有害[1]。Schwertner[2]提出，低胆红素水平可能是冠心病的独立危险因素之一，由此胆红素的生物学作用逐渐引起人们的重视。胆红素是一种内源性强抗氧化剂，具有强大的抗氧化应激、清除自由基、减轻氧损伤、抑制脂质过氧化作用，并可在应激情况下对动脉粥样硬化、冠心病、炎症性疾病、肿瘤、肾病等起保护作用[3]。与维生素C等常见抗氧化剂相比，胆红素含有一个活化氢原子和延伸共轭双键体系，能更有效地抑制自由基对细胞的损伤，并能有效清除氧自由基及抑制过氧化低密度脂蛋白的产生而发挥抗氧化作用。生理水平的胆红素通过抗氧化应激、清除自由基以及与谷胱甘肽的协同作用增强抗氧化作用，从而保护细胞膜免受氧化。胆红素的抗氧化能力占机体总抗氧化能力1/3左右，在氧化与抗氧化的平衡起重要作用[4]。氧化应激是慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)的发病机制之一，能够促进CKD的发展，与CKD形成恶性循环。胆红素通过强效的抗氧化应激、抗免疫炎症、抗细胞凋亡作用保护肾组织免受损伤[5]。现就胆红素目前在CKD中的研究进展予以综述。

1 胆红素的分子结构及来源

胆红素是一种疏水性的四吡咯化合物，超过2/3的胆红素由衰老的红细胞转化而来。人血清胆红素水平受多种因素影响，如年龄、性别、吸烟、饮酒、禁食、海拔、摄入致癌药物和(或)植物产品等[6]。男性胆红素水平高于女性，与年龄呈负相关[7]。胆红素是不溶于水的化合物，需要通过微粒体酶尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶-1A1进行葡萄糖醛酸化才能排泄，其抗氧化机制源于其可延伸共轭双键和活性氢原子，易使碳10位上的氢原子充分暴露而易于活化。胆红素与清蛋白结合后，以胆红素-清蛋白复合体的形式运输，有学者发现，血清胆红素>20 mg/mL时，对胎儿对神经元组织的毒性作用可增加神经功能障碍的风险[8]。研究证实，胆红素<1 mg/mL(正常范围内)时，胆红素水平较高者的血红蛋白水平、铁利用率也较高，但血小板和淋巴细胞计数较低，表明胆红素水平的升高与改善脂质分布、降低炎症状态有关[9]。

早期研究认为，胆红素是一种内源性毒素，具有亲脂性，易透过血脑屏障，导致脑部损伤[10]。随着对血红素加氧酶(hemo oxygenase，HO)与一氧化碳胆红素系统研究的不断深入，有研究发现，胆红素及HO均具有强抗氧化、抗免疫炎症及抗细胞凋亡作用[11]。HO主要存在于外周和中枢的组织中，是胆红素生成的关键酶。血红素从衰老红细胞破坏后的血红蛋白中释放，经HO作用转变为胆绿素，再经还原酶的作用形成未结合胆红素，在此还原过程中提供2个氢原子，发挥抗氧化性。目前已发现的HO有3种，HO-1主要存在于肝、脾、骨髓等可降解衰老红细胞的组织器官中，HO-1是一种诱导酶，血红素能迅速激活其生物合成，及时高效清除循环中的血红素、保护细胞免受抗氧化损伤，在胆红素代谢中具有极其重要的作用[12]。HO对机体的保护作用是通过其催化生成的CO实现，HO-1表达的增加主要与胆绿素生成、CO升高、铁释放、高血压、动脉粥样硬化、脑血管意外、缺氧等有关。HO-2主要存在于大脑和睾丸，在大脑内，HO-2水平保持恒定，对大脑具有抗氧化作用；HO-3的功能目前尚不清楚。

2 胆红素的抗氧化作用

既往对胆红素的研究甚少，20世纪30年代之后，逐渐有学者发现了它的一些生理保护作用。胆红素的分子结构较特殊，为不对称卷曲结构，与白蛋白结合后，极易与超氧阴离子等自由基结合，使碳10位上的氢转化为活性氢离子，清除氧自由基[13]。Sedlak等[14]发现，胆红素水平达到0.02～0.05 μmol/L可抑制啮齿类动物体内还原型腺嘌呤二核苷酸氧化酶的活性，发挥抗氧化作用。腺嘌呤二核苷酸是一种有害的氧化物质，可增加活性氧类生成过程中的氧化应激，导致细胞内皮功能紊乱。胆红素通过抑制腺嘌呤二核苷酸的活性抑制组织脂质和脂蛋白过氧化[15]。在生理胆红素水平下，胆红素可保护细胞膜脂肪酸免受自由基氧化，避免低密度脂蛋白和其他脂类的氧化，降低过氧化低密度脂蛋白水平，特别是胆红素水平较高个体[16]。过氧化低密度脂蛋白可促进体内活性氧类产生，降低谷胱甘肽过氧化物酶及抗活性氧类的活性，导致内皮细胞损伤，促进动脉粥样硬化[17]。胆红素通过降低细胞内活性氧类水平提高机体的抗氧化能力，还可通过清除体内自由基发挥其抗氧化性[18]。人体内正常胆红素水平为3.4～17.1 μmol/L，低于人体内已知抗氧化剂谷胱甘肽生理浓度的0.1%[19]。胆红素通过胆绿素还原酶的接触性扩增发挥抗氧化作用[20]。正常人血清胆红素水平并不高，其作为内源性抗氧化剂，可与白蛋白结合成为复合物，竞争性阻止白蛋白与脂肪酸的氧化作用，清除过氧化物自由基和超氧化物，使脂类免受氧自由基的损害。胆红素通过清除过氧化脂质，减少脂质过氧化物产生，并阻断过氧化脂质引起的相关反应，保护细胞免受破坏。当胆红素水平下降时，抑制脂质过氧化能力的下降，导致血脂升高。此外，胆红素在早期阶段便可切断自由基引起的细胞损害[21]。

人体及动物的体内研究证实，胆红素是一种生理性抗氧化剂。一项对右旋葡聚糖硫酸钠结肠炎模型的研究发现，胆红素可以阻断肠道白细胞的生理性运输，阻止白细胞向血管内皮的迁移，此机制可能通过阻止血管细胞黏附蛋白介导的信号实现[22]。胆红素抑制内皮细胞黏附分子增生可能与白细胞在肾组织间隙渗入有关[23]。胆绿素或胆红素通过调节白细胞介素-2的转录抑制T细胞活性[5]，这可能是CKD的致病因素。此外，胆绿素还原酶可抑制缺氧肺动脉平滑肌细胞的凋亡过程[24]。胆红素还具有抑制蛋白激酶C活性的抗补体作用。

3 胆红素与肾脏疾病的关系

3.1胆红素与CKD的关系 氧化应激与免疫炎症在CKD发病机制中起重要作用。胆红素作为强抗氧化剂，可在一定程度上抑制肾损害。胆红素的抗氧化作用与保护肾脏损伤及减少心血管事件相关。目前提出了胆红素阻止CKD进展的多种机制。胆红素是一种通过有效抗氧化应激、抗免疫炎症和抗凋亡特性保护肾组织免受损伤的多活性分子[5]。胆红素具有清除自由基作用而被认为是一种重要的内源性物质。胆红素独特的疏水性四吡咯结构可抑制腺嘌呤二核苷酸，而腺嘌呤二核苷酸可提高活性氧类生成中的氧化应激作用，导致肾脏内皮功能紊乱。胆红素影响CKD的进展是通过抑制肾脏组织中脂质和脂蛋白的过氧化抑制活性氧类的生成[15]。人体产生的大量氧自由基可加重肾小球毛细血管壁损伤促进CKD的进展。胆红素能增强HO的活性，刺激血管内皮细胞分泌CO舒张血管，抑制过氧化低密度脂蛋白趋化单核细胞沉积，最终使血管平滑肌细胞的生长停留在G期与S期之间[25]。研究显示，低血清总胆红素水平者不良肾转归的风险度是高血清总胆红素水平者的3倍以上，正常范围内高水平血清总胆红素可能延缓CKD的发展[26]。

胆红素轻度升高与终末期肾病发生率降低相关[27]。估算的肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)及肌酐水平不同，患者的胆红素水平亦存在差异。血清胆红素水平与eGFR呈正相关，与肌酐呈负相关，表明血清胆红素是eGFR的保护因素[4]。一项以1 420例中老年人口为基础的横断面研究显示，血尿酸与年龄、饮酒、使用抗病毒药物以及eGFR具有明显独立相关性，低总胆红素水平可能是高尿酸患者肾功能损害的潜在危险因素[28]。研究发现，生理范围内胆红素轻度升高成人的慢性阻塞性肺疾病、肺癌的全因死亡风险降低[29]。血清总胆红素水平降低与CKD的发生、发展呈正相关。研究显示，高水平血清总胆红素是CKD患者肾功能的独立保护因素，血清胆红素与eGFR呈正相关，与24 h尿蛋白呈负相关，血清总胆红素和间接胆红素水平随CKD病情进展而降低[30]。Toya等[31]的研究表明，在生理范围内胆红素水平越高，从微量白蛋白发展到大量白蛋白尿的风险越低。生理范围内的相对高胆红素血症与肾功能下降延迟相关，可见，胆红素是肾脏疾病进展的保护因子，对肾脏纤维化的影响可能是其作用机制。

目前，血清胆红素水平对各种纤维化相关疾病保护作用的研究较广泛。肾纤维化被认为是肾功能衰退或老化的共同终点[32]。研究显示，炎症、高血压和氧化损伤是胆红素保护作用的靶机制，胆红素可能是减轻纤维化相关肾损伤的潜在治疗靶点，胆红素与白蛋白结合可能对肾纤维化具有潜在益处[33]。高水平直接胆红素与低CKD风险相关，Shin等[34]发现，韩国成人血清总胆红素水平与eGFR水平呈正相关，与24 h尿蛋白呈负相关。既往研究表明，低血清总胆红素水平是eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)患者肾功能恶化的危险因素[35]。一项对中国台湾健康人群的横断面研究发现，高血清总胆红素水平与高eGFR独立相关，且高血清总胆红素水平者的肾损害风险较低[36]。一项来自日本的研究证明，老年CKD患者血清胆红素水平降低与eGFR下降有关，但该研究并未包含CKD 5期患者，亦未对CKD 1～2期患者进行分类[37]。

3.2胆红素与糖尿病肾病 胆红素水平下降可促进老年糖尿病肾病的发生发展[10]。胆红素水平下降后，糖尿病患者脂质氧化增强，低密度脂蛋白胆固醇及氧化型低密度脂蛋白增多，而氧化型低密度脂蛋白可促进动脉硬化、肾小球炎症浸润、肾小球硬化[38]。Someya等[39]将自由基清除剂注入微小病变型肾病综合征动物模型体内的研究发现，实验动物尿蛋白减少，肾小球的损伤程度得到改善。

研究证实，高胆红素水平对糖尿病大血管病变具有重要的保护作用，血清总胆红素水平可能是反映微血管病变和炎症反应的有效指标，其作用可能是通过抗炎、减少血栓形成阻止和延缓糖尿病肾病的发生、发展[40]。在遗传性高胆红素血症糖尿病老鼠模型中，降低肾脏还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4可抑制肾小球系膜增生和蛋白尿，延缓糖尿病肾病进展[41]。胆红素具有抗补体特性，并可抑制蛋白激酶C的活性。此外，基础血清胆红素水平与血肌酐增加以及终末期肾功能衰竭呈负相关[42]。另有研究发现，基础血清胆红素水平升高可抑制eGFR下降[43]。胆红素水平升高CKD患者发生大量蛋白尿的风险较低，但目前胆红素抑制eGFR下降的作用尚未得到证实。有研究认为，低胆红素水平是CKD 3期患者或2型糖尿病患者残余肾功能的独立预测因子[44]。实验证明，胆红素可抑制肿瘤坏死因子-α的合成，上调内皮黏附分子(如E选择素、血管细胞黏附分子1、细胞间黏附分子1)的基因，而E选择素可触发肾间质炎症细胞聚集，可见，血管细胞黏附分子1和细胞间黏附分子1在糖尿病的发病机制中起重要作用[45]。

糖尿病肾病与胆红素的确切关系尚不清楚，但胆红素水平升高可通过抑制氧化应激和免疫炎症延缓糖尿病肾病的进展。低胆红素水平是CKD 3期或3期以上2型糖尿病患者CKD发展的内在依赖预测因子，低胆红素水平是导致CKD 3期或3期以上CKD发展的危险因素。此外，正常白蛋白尿患者中也观察到胆红素水平与CKD 3期或3期以上CKD发展具有相关性[44]。

3.3胆红素与肾透析 胆红素具有极强的抗氧化作用，可保护肾脏免受损伤并减少心血管事件的发生。研究发现，血液透析患者的炎症反应和氧化应激增强可能与心血管疾病的发生有关，而心血管事件是血液透析患者死亡的主要原因[46]。对血清总胆红素水平与正在接受血液透析尿毒症患者死亡率之间关系的研究发现，总胆红素水平为0.7～1.2 mg/dL尿毒症患者的死亡率较高，高总胆红素水平与长期血液透析尿毒症患者的死亡率相关，且接受血液透析CKD患者的心血管疾病相关死亡风险是正常人群的30倍[47]。一项对5 900名韩国男性的大规模队列研究显示，直接胆红素水平越高，新发非酒精性脂肪肝的风险越低，体质指数也呈现与总胆红素相反的趋势[48]。另有研究发现，胆红素对血液透析患者具有潜在心血管保护作用，对191例血液透析患者的研究发现，随着胆红素水平的升高，血小板、白细胞计数、淋巴细胞计数减少、血清脂蛋白胆固醇比、载脂蛋白A、载脂蛋白B和白细胞介素-6水平以及血红蛋白、血细胞比容、红细胞计数、转铁饱和度、载脂蛋白A/载脂蛋白B比值、脂联素和对氧磷酶1水平显著升高，表明高胆红素水平与血液透析患者的有益效果相关，提示较高胆红素水平对血液透析患者的心脑血管具有潜在保护作用[9]。

现有研究表明，胆红素可避免低密度脂蛋白和其他脂类的氧化，降低氧化型低密度脂蛋白的水平，特别是较高胆红素水平个体[16]。胆红素水平与尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1A1启动子区TA重复有关；与杂合子或正常TA重复次数相比，纯合(TA)7等位基因血液透析患者的胆红素水平升高，胆红素通过改善血脂谱以及降低炎症反应级别抑制脑血管疾病的发生发展[9]。目前对胆红素与腹膜透析关系的研究较少，一项对106例非卧床长期持续腹膜透析患者的研究发现，血清直接胆红素水平与腹膜透析患者的营养不良、血压升高呈独立相关，还可作为评估患者氧化应激的指标[49]。胆红素水平与腹膜透析的关系仍有待进一步的研究。

4 小 结

近年来对于胆红素与CKD关系的研究不断深入，引起众多学者极大的研究兴趣。目前已证实胆红素在慢性肾脏疾病中通过强效的抗氧化应激、抗免疫炎症和抗凋亡特性，并可保护肾组织免受损伤，延缓CKD的进展。但胆红素亚型与CKD发生、发展及预后的关系目前尚不明确。胆红素发挥抗氧化应激、抗炎、抗补体的安全范围目前也尚未显示，目前的临床证据尚不能正确评估每种类型胆红素在CKD进展中的保护作用，如何合理利用胆红素保护CKD有待未来研究的证实。