Randall斑研究进展

武 涛，刘志伟综述，唐启胜，马建军审校

0 引 言

肾结石发病率和复发率都较高，我国目前肾结石的总体发病率约为6.4%[1]，东亚地区肾结石3～5年的复发率约21%到53%[2]。关于结石形成机制的学说很多，尚未有统一共识。过饱和结晶学说、晶体诱导肾损伤学说等可以解释非钙结石(胱氨酸、嘌呤和尿酸结石)成因，而Randall斑学说则可以解释草酸钙等钙基结石成因。Randall等[3]对1000余例尸检标本的肾乳头进行观察，发现了部分肾乳头皮下的钙盐沉积斑块即Randall斑。在全球范围内，约80%的肾结石是由草酸钙(CaOx)和磷酸钙(CaP)混合而成[4]，而一项30 000多枚草酸钙(CaOx)结石的分析表明，随着时间的推移，与Randall斑相关的结石在年轻人中的患病率大幅上升[5]。Chung等[6]的研究发现患有草酸钙(88%)和磷酸钙结石(100%)的患者的乳头斑块发生率明显高于无泌尿系结石病史的患者(43%)。因此，探索Randall斑与结石形成的相关性具有重要临床意义。

1 Randall斑学说

大多数草酸钙结石形成通过两种途径：一种途径是肾钙栓，即位于肾集合管内由磷酸钙组成的钙盐沉积。首先是晶体相互聚集，等足够大以阻塞管腔，特别是在管腔直径变化而影响尿流的部位，则会堵塞管道开口，在终末集合管形成管腔栓塞。之后管腔栓塞过度生长，伸出到肾小盏内，成为结石锚定位点。这种位点通常是一块较大的磷灰石区域(长>1 mm，宽>0.5 mm)，且坚固、无缝隙。另一种途径是肾钙斑即Randall斑。Randall斑是一种肾乳头上皮下的帽状斑块，来源于肾乳头的间质钙过饱和、血管和间质的炎症反应、Henle环的细支基底膜上钙化纳米颗粒的矿物质沉积[7-8]。很多结石患者的近端小管钙重吸收增强，将更多的钙输送到髓质深部，增加了升肢附近钙的过饱和度[9]。所以，斑块会优先在不重新吸收水分的升肢形成。Evan等[10]通过对结石患者的乳头活检连续切片进行染色，检查水通道蛋白1(AQP1)(降支细段)和肾脏特异性氯通道(ClC-Ka)(升支细段)发现：斑块与ClC-Ka共分布，而与AQP1无共分布(χ2= 464,P<0.001)。从而证实了斑块优先形成于升肢细段的基底膜。磷酸钙结晶(CaP)最初在基底膜中形成，在受损的上皮细胞产生的细胞降解产物以及胶原和其他间质纤维的参与下，针状的晶体穿过基底膜，逐渐扩散到胶原纤维和囊泡矿化的间质中。其在最初阶段并未暴露于尿液中，这也是其起源于乳头结缔组织的证据。随着Randall斑上的乳头状上皮丢失，显示出一个小于0.5 mm的磷灰石区域[7]，进入结石形成的下一阶段。

关于Randall斑的形成机制的解释还有“血管冲刷”理论。流行病学观察发现，心血管疾病危险因素(如糖尿病、肥胖、缺乏运动)与肾结石症的发生相关，服用他汀类药物则与肾结石发生率呈负相关[11]。由于缺氧和高渗的微环境，以及血流从层流到湍流的变化，肾乳头尖端的血管系统容易受到损伤。与修复受损血管壁可以促进血管系统的钙化反应相似，肾小管的损伤可能会引发促进钙化的反应，而这种钙化最终可能会侵蚀乳头表面，成为结石形成的核心。活性氧的产生会导致上皮/内皮细胞去分化为成骨细胞，并使CaP沉积在肾小管或血管的基底膜中[12]。这一过程类似于骨形成，且与冠心病或动脉粥样硬化的钙化过程相似。通过从血管钙化的角度进行检查，组织学与电子显微镜也可以观察到进入组织间质的胆固醇，这也支持了“血管冲刷”理论。但该理论的矛盾在于动脉粥样硬化会随着年龄的增长而增加，而尿石症发生并不依赖于年龄，这提示后期动脉硬化的发展可能与早期的乳头矿化无关。

在形成钙斑、钙栓后，两种途径都会与尿液接触。通过结晶的过饱和，以及各种结晶调节剂调节，结石形成进入了下一阶段。Khan等[5]认为尿液过饱和状态通过诱导活性氧的产生和氧化应激来促进肾损伤，随后的炎症免疫反应促进了Randall斑的形成和钙结石的形成。钙基肾结石的矿化过程是连续的，涉及四个在解剖学和结构上不同的生物矿化区域：①肾锥体近端肾小管内；②靠近乳头顶端的间质Randall斑；③新出现的斑块(茎)；④异质结石的主体。对于Randall斑，上皮被破坏后，斑块会因暴露于尿液中的草酸钙(CaOx)而过度生长。O'Kell等[13-14]提出了CaP-CaOx复合结石的两阶段模型系统。该系统由阶段(1)CaP矿化斑块和阶段(2)CaOx过度生长组成。从肾小管系统吸收的离子不断扩散到胶原结缔组织中，组织液的CaP过饱和度会显著增加。Sethmann等[15]发现对于一水草酸钙结石(COM)，在基底膜的致密纹理中可发现密集堆积的细CaP颗粒，而较大的层压颗粒则散布在粗糙的间隙组织中，这是由于空间差异和离子扩散的限制所致。颗粒形态表明最初沉淀为亚稳态无定形磷酸钙。斑块-结石界面上的初始COM晶体的形态和排列范围从堆叠的平板到骨架形态乃至多孔的树突状结构，依次显示出COM过饱和水平的提高。来自CaP过饱和的组织液的离子可能会通过多孔Randall斑扩散到尿液中，导致COM过饱和加剧，触发晶体成核，从而引发结石。初始COM层的孔隙中的离子可从组织液中得到补充，从而导致CaP在多孔COM中沉淀。

总之，Randall斑含有磷酸钙晶体，与膜泡、胶原纤维和参与炎症反应的分子(如骨桥蛋白、α胰蛋白酶抑制剂)混在一起。随后的钙化受到许多参与炎症和成骨的大分子调节。高钙尿或高草酸尿本身只会产生肾小管内晶体。在其他因素如缺乏结晶抑制剂(例如焦磷酸盐、骨桥蛋白或尿调蛋白)的情况下才会诱导产生间质晶体沉积。肾上皮暴露于晶体可以诱导活性氧的产生，抑制活性氧的产生和炎症体的激活可以减少动物模型中晶体的沉积。动物模型中，对间质晶体沉积的炎症反应吸引巨噬细胞，最终可能导致晶体消除。但是在人体中，这种斑块周围的巨噬细胞活动并不活跃，要么不能吸引巨噬细胞，要么不能使它们偏向能够有效吞噬的表型[5]。肾结石患者肾的基因表达研究显示了促炎巨噬细胞的基因特征，而抗炎巨噬细胞的基因特征则较少。

2 Randall斑的相关基因及蛋白

Taguchi等[16]最近的一篇系统综述报告了20个与尿石症有关的基因：与结石基质相关的骨桥蛋白(OPN)编码基因(PP1)，与钙调节相关的钙敏感受体(CASR)/claudin 14(CLDN14)/钙释放-激活的钙调因子1(ORAI1)，与磷酸盐、钙调节有关的维生素D受体(VDR)/klotho(KL)/钠氢逆向转运蛋白3调节因子1(NHERF1)/成纤维细胞生长因子23(FGF23)/降钙素受体(CALCR)，溶质载体家族13成员2(SLC13A2)/凝血酶原(F2)与尿路结石形成抑制相关，白细胞介素1受体拮抗剂(IL-RN VNTR)/对氧磷酶-1(PON1)与抗炎抗氧化应激相关。SLC34A1、CLDN14、AQP1、二酰甘油激酶(DGKH)、CASR和瞬时受体电位阳离子通道V亚家族成员5(TRPV5)与尿石症相关SNPs有关。

Zhu等[17]通过比较草酸钙肾结石患者肾乳头组织Randall斑中基质Gla蛋白和骨形态发生蛋白2的表达水平，发现草酸钙肾结石患者肾乳头Randall斑中Gla蛋白表达降低而骨形态发生蛋白2表达升高，这证实了草酸钙肾结石的形成可能是一种成骨反应或异位钙化。焦磷酸盐是一种矿化抑制剂，而ABCC6和ENPP1基因的蛋白产物都是焦磷酸盐的重要来源。Letavernier等[18]发现ABCC6基因突变引起的弹性假黄瘤患者的肾结石和Randall斑的相关性极高。而ENPP1基因突变则会引起另一种单基因矿化疾病：婴儿期全身性动脉钙化。

肝X受体在其他疾病过程中可以抑制氧化应激和炎症，Chen[19]通过微阵列分析揭示了肝脏X受体在Randall斑形成过程中的作用，证实了LXR激活与Randall斑形成之间呈负相关。在体外，LXR激动剂可以减少草酸钙一水合物诱导的细胞钙沉积和凋亡。LXR激活可以降低活性氧的产生和炎性介质(包括骨桥蛋白)的基因表达。

与无Randall斑组织相比，Randall斑组织显示LCN2，IL11，PTGS1，GPX3和MMD上调(约2倍)，而SLC12A1和NALCN上调(0.5倍)。这些基因与导致肾损伤和氧化应激的活化促分裂原激活的蛋白激酶，蛋白激酶 /磷脂酰肌醇3激酶途径以及促炎细胞因子有关。另外，Randall斑组织中促炎细胞因子的表达、免疫细胞的数量和细胞凋亡都有增加[20]。

Dominguez-Gutierrez等[21]通过一系列实验提出，CaOx晶体通过脂多糖介导的机制被单核细胞识别，导致促炎性巨噬细胞(M1)表型。巨噬细胞线粒体内过多的草酸介导的活性氧可能会削弱其正确清除结石的能力。暴露于CaOx晶体和羟基磷灰石的单核细胞炎性细胞因子和趋化因子的产生减少，提示Randall斑可能在抑制M1介导的CaOx炎症中发挥作用。被M1促进的消炎性巨噬细胞(M2)及其消炎作用可以阻止导致CaOx成核的级联反应。

与草酸钙结石形成者相比，含Randall斑的磷酸钙结石患者组织具有更高的单核白细胞运动和迁移，以及更低的感染和淋巴结形成趋势。途径分析表明，磷酸钙患者中的免疫细胞信号增强。磷酸钙结石的肾乳头中的辅助性T细胞信号通路上调，而草酸钙结石患者中则没有。由此表明：辅助性T细胞免疫反应和相关的炎症过程可能导致了Randall斑上形成磷酸钙结石[22]。

对人肾间质成纤维细胞的成骨样分化的研究发现，Randall斑组织中miRNA-410-3p的表达水平明显低于对照组NRP组织中的miRNA-410-3p水平。miRNA-410-3p的过表达下调了成骨相关基因的表达，减弱了矿化作用。miRNA-410-3p的敲除则产生了相反的趋势。miRNA-410-3p可以靶向激活MSX2过表达，而逆转miRNA-410-3p的成骨分化作用[23]。此外，肺癌转移相关转录本1的过表达促进了hRIF的成骨表型，而miR-320a-5p模拟、敲除Runx2的处理抑制了hRIF的成骨表型。肺癌转移相关转录本1作为内源性竞争RNA与miR-320a-5p结合，导致Runx2表达上调，从而促进hRIF的成骨分化[24]。

刘鑫等[25]在研究自噬活动对结石的影响时发现钙化性纳米微粒可能会通过损伤肾小管上皮细胞，诱导细胞即刻自噬活动，自噬相关蛋白表达及自噬体形成增加，在一定程度上促进肾小管中钙盐晶体的形成和聚集。

3 Randall斑在临床中的应用

3.1 结石分类目前肾结石的临床治疗采用体外超声波碎石、经皮肾镜、输尿管镜等[26]，镜下分类对其预后、预防复发有重要意义。

2015年Borofsky等[27]提出了一种内镜下描述单个乳头异常的严重程度的PPLA(ductal Plugging, Pitting, Loss of contour, and Amount of Randall's plaque)分级系统。此系统基于P：导管堵塞(DP)、P：表面点状侵蚀(SP)、L：轮廓丢失(L)、A：Randall斑数量(Amount of Randall’s plaque，RP)。46名结石患者的肾乳头均有PPLA评分改变，且不同结石的PPLA评分特点不同：磷灰石结石组特征为DP、L评分高，SP、RP评分低；尿酸结石患者特点是RP、DP评分同时改变；磷酸铵镁结石患者的L评分改变多见，RP和DP评分改变较少见；海绵肾患者有广泛的乳头改变(DP、L、RP)，并据此提出对于海绵肾的诊断应该基于内镜而非影像。另外还发现DP评分改变为主(肾小管堵塞)的患者均有很低的RP评分(Randall斑数量少)，这说明两者代表了不同的成石机制。Pless等[28]在后续的研究中也验证了以上结论，RP评分高(Randall斑数量多)的结石以草酸钙成分为主，RP评分低的结石则以磷灰石、磷酸铵镁成分为主，并且DP评分>0的患者几乎都有RP评分接近0。Jaeger等[29]的研究也表明Randall斑在磷酸铵镁结石中较少见。

2016年Almeras等[30]提出SPD分类法以对不同肾乳头钙斑病变进行分类，此分类描述基于内镜下的结石(Sx)、异常乳头的数量和类型(nPx)、Randall斑的数量(Rx)3种指标，考察的是单个肾中的所有肾乳头。同时还提出四种重要异常的分类：Randall斑和锚定结石、乳头尖端侵蚀、肾小管沉积、隐匿性肾乳头。该量表在结石形成患者中的应用表明，乳头中的Randall斑数量与点蚀的存在密切相关[31]。

Borofsky等[32]对Randall斑的研究中发现：结石脱落时以锚定结石的形式带走了肾乳头的一部分，原地留下乳头状凹陷。他们认为这些乳头状凹陷的存在和相对程度可能用于对结石形成进行分类和风险分层。Almeras等[33]证实了Borofsky最近的发现，并提出结石脱落引起的凹坑、糜烂和锚定结石确实与RP上草酸钙结石的形成有关，而导管内结石和隐匿性肾乳头则与肾钙栓上的管内结晶有关。

综上，对Randall斑的研究有助于在临床上更好地进行结石形成的分类和复发风险的评估。

3.2代谢评估对结石代谢评估的研究可以发现影响结石形成的潜在因素，对结石的治疗和预防复发都有很重要的意义。Kuo等[34]发现尿量、尿钙、pH可以预测Randall斑数量，Coe等[35]也发现在特发性草酸钙结石患者和正常人中，Randall斑数量与尿量和pH成反比，与尿钙排泄成正比。而Linnes等[36]和Pless等[28]则认为Rndall斑与尿液因素(尿量、尿钙、pH)没有相关性。张一帆等[37]发现：与无Randall斑组相比，Randall斑组的24 h尿液中枸橼酸含量降低，草酸、磷酸、Na、Ca含量升高。Randall斑与各代谢因素关系可能受到种族、人群特征等影响，还需要进一步的研究以指导临床。

3.3无症状肾结石随着人民健康观念的增强和影像学检查技术的发展，近些年偶然发现的发肾结石逐渐增多，这些未表现出任何临床症状的肾结石即是无症状肾结石。其随着时间推移可能会逐渐生长，发生结石相关事件(指结石自发通过、疼痛、感染、梗阻、结石生长以及需要手术干预)成为症状性肾结石。某些特殊人群如备孕、飞行员、客车司机等发生结石相关事件可能引发严重的人身损害或社会问题。无症状肾结石的自然史尚不清楚，对于其相关事件发生的影响因素的研究尚存在争议。Letavernier等[38]发现与无斑块的患者相比，有Randall斑的患者首次发生结石相关事件的时间更早。这一发现为结石相关事件的发生提示了一个可能的早期预测因素，但具体的联系仍需要长期随访观察来评估验证。

4 结 语

Randall斑学说是一种广泛认可的结石形成机制，对于它的研究有利于从初始阶段预防结石形成。但是关于结石成核和生长的确切机制仍然不十分清楚，还需要继续研究结石的发病过程以对各种假说进行验证。Randall斑出现于结石形成的早期，对结石的分类与预测复发有一定的辅助作用，在代谢评估和预测结石相关事件发生风险中的价值仍需要进一步研究。关于Randall斑的基础与临床研究的联系也需要进一步加强，以指导制定临床决策和干预措施。