草酸钙肾结石相关遗传代谢紊乱的研究进展

涂 熹，张 能，罗 旭

(1.成都市第二人民医院 泌尿外科，四川 成都 610021；2.遵义医科大学附属医院 泌尿外科，贵州 遵义 563099)

肾结石是一种复杂的多因素疾病，是环境因素和遗传因素相互作用的结果，其发病率约15%～25%,治疗后的复发率仍有38.4%～50%[1]。研究表明成人及儿童结石患病率近年来有明显上升趋势，其中20%～50%的肾结石患者有阳性家族史，双胞胎和系谱研究也显示肾结石具有很强的遗传性[2]。因而除了饮食及环境因素，遗传因素在尿石症的发生发展中起着重要作用，有必要寻找尿石症的遗传因素和遗传诊断标准。人类基因组研究发现肾结石形成与遗传基因调控有关。目前已经发现大约30种单基因型肾结石，多基因型尿石症的病因十分复杂，受数十个基因的影响，当暴露在不利的环境因素时，它们可能成为疾病的原因[1-2]。草酸钙结石是尿结石中最主要的结石成分，占比85%～90%[3]。而高钙尿症、高草酸尿症、低枸橼酸尿症是主要的危险因素。尿液中草酸钙晶体过饱和、抑制因子减少、促进因子增加等机制导致草酸钙结石形成。基因遗传学及分子生物学的进步已经发现许多基因变异会引起钙、草酸、枸橼酸代谢障碍，促进草酸钙结石形成。现就国内外对草酸钙肾结石形成主要危险因素的遗传学研究进行综述，旨在对肾结石的早期诊断，筛查和保护易感人群，并采取有效的干预措施提供参考。

1 高钙尿症

含钙结石患者绝大部分患者合并高钙尿症，高钙尿症是泌尿系结石最常见的代谢异常，减少尿钙排泄可降低结石的复发率，因此对高钙尿症的研究具有重要意义，目前认为该病是多因素、多系统参与的钙代谢紊乱性疾病，主要表现为3种病理生理过程：①肠道钙吸收增加；②骨质再吸收增加；③肾小管钙重吸收障碍[4]。董安涛等[4]报道了47.5%患儿一级亲属中存在高钙尿症；单卵双胞胎比异卵双胞胎具有更高的高钙尿症患病率。这些研究表明高钙尿症是一种多基因变异的综合体，至今已经发现了多种基因与高钙尿症相关。

1.1 单基因遗传 特发性高钙尿是含钙肾结石常见的病因。高达50%的患者有阳性家族史[5-6]。主要表现与3种常染色体隐性遗传基因CYP24A1，SLC34A1和SLC34A3相关的肾钙质沉着病和肾结石病，并伴有1.25-(OH)2-VitD3水平升高。而24-羟化酶功能的丧失导致活性维生素D的降解减少(1.25-(OH)2-VitD3和25-(OH)2-VitD3)和伴连续性高钙尿的高钙血症。磷酸钠协同转运体SLC34A1 和SLC34A3功能的丧失通过低磷酸盐血症增加了1.25-(OH)2-VitD3的合成[6]。1.25-(OH)2-VitD3促进肠道对钙吸收及骨再吸收增强，增加了尿钙排泄。噻嗪类利尿剂通促进尿钙排泄、镁及枸橼酸制剂增加结石抑制物浓度是目前预防肾结石的治疗手段。

Bartter综合征是具有低钾代谢性碱中毒、肾素、醛固酮水平升高而无高血压、高钙尿、肾结石、肾钙质沉着病等特点的一种盐吸收障碍性家族遗传病。由SLCA12A1、KCNJ1、CLCNKB、BSND、CASR基因突变分别导致Bartter综合征I～V型，据报道III型被认为是最常见的类型。其中除了CASR显性激活突变导致的Bartter综合征V型外，其他类型都是隐性的功能缺失突变。在I～IV型Bartter综合征患者中均有不同比例的高钙尿症、肾结石，但均未有肾结石患病率及结石成分分析的报道[2]，目前主要是对症治疗，尚无根治方法。

常染色体隐性遗传病家族性低镁血症伴高钙尿症和肾钙化病(FHHNC)分别由CLDN16和CLDN19基因的纯合突变引起的。主要表现高钙尿症、低镁血症和肾钙质沉着病。据报道肾结石分别在CLDN16和CLDN19基因突变的患者中占25%和42%[2]。大剂量的镁制剂和噻嗪类利尿剂被认为可增加尿钙排泄来减少结石生成，终末期肾病的FHHNC患者最佳治疗是肾移植，移植肾可纠正其肾小管对镁和钙离子转运的缺陷，使FHHNC不复发[7]。

此外，原发性甲状旁腺功能亢进(pHPT)是成人高钙血症性高钙尿最常见的表现形式，但在儿童中却很少见。但对于大多数的pHPT患者，目前没有发现遗传原因。其他与高钙尿相关的遗传基因CLCN5、OCRL、WNK4亦被报道[6]。

1.2 基因多态性VDR基因编码维生素D受体，调节矿物质代谢和甲状旁腺激素分泌，影响体内钙和磷的稳态，并提供正常的骨组织矿化[8]。人类VDR基因定位位于常染色体12q13～14上，DNA全长45kb，由9个外显子和8个内含子组成。基因学研究已经证实VDR基因在高钙性肾结石中作用明显。但在许多关于该基因多态性与尿石症关系的研究中仅发现其中少数与肾结石形成有关:rs1544410(BsmI)及rs2228570 (Fok1)。这两种基因多态性中分别存在危险等位基因B、C使钙尿石症的概率增加了1.6倍[1]。

CASR基因是一种钙敏感受体,可以感知钙浓度的变化并控制甲状旁腺激素的分泌。甲状旁腺激素反过来又激活破骨细胞，刺激钙释放入血流，减少近端肾小管的磷酸盐和钙的再吸收，增加维生素D的作用[8]。人类CASR基因定位于染色体3q13.3-21长臂上，cDNA长度约为5.4 kb，是由1 079 个氨基酸组成的多肽,其在钙稳态调节中起重要的作用，Ca2+是CASR的主要激动剂，细胞外Ca2+能独立、快速地调节甲状旁腺激素的释放和肾小管细胞对钙的重吸收以维持机体钙平衡。CASR基因在甲状旁腺和肾小管周围的细胞中表达。许多研究表明CASR基因至少有7个增加肾结石形成风险的多态性:rs6776158、rs7652589、rs1501899、rs1801725、rs1042636、rs1801726和rs7627468[1，9]。

CTR基因定位于人类染色体7q21.3上，其编码降钙素受体，其功能局限于与激素降钙素的相互作用，而后者反过来又抑制骨组织中破骨细胞的活性，导致血浆中钙的释放减少，肾小管中钙和磷的再吸收也相应减少[10]。降钙素受体在肾内主要分布于皮质表层及髓质外层，参与调节钙代谢。来自印度及俄罗斯的一项病例对照研究发现了CTR基因单核苷酸多态性位点rs1801197与尿石症风险的增加显著相关[10-11]。

OPN基因编码骨组织成骨细胞在骨化三醇作用下合成的骨桥蛋白，这种蛋白通常是结缔组织弹性纤维的组成部分，并将钙离子与带负电荷的氨基酸结合，是组织钙化的重要物质，参与钙磷代谢[12]。该基因位于人第4q13号染色体，是一个独立编码基因。该基因有多个已知的多态位点，其中至少有8个位点与肾结石形成风险的增加相关:rs11439060、rs1126616、T-593A，rs4754,，-144G>T和-145T>G，rs2853749和rs2853750[13，16]。

Gla蛋白(MGP)基因编码基质γ羧谷氨酸，该蛋白的功能是抑制羟基磷灰石和草酸钙晶体的形成和生长，对肾脏内的结石形成产生保护作用，减少软组织的钙化。人MGP基因定位于第12p12.3-p13.1号染色体，DNA跨域3.9个kb，有4个外显子。两项病例对照研究显示rs4236多态性与含钙尿石症相关。患者基因型中的危险等位基因A，使尿石症的发病率增加了1.4倍[1]。

PLAU基因定位于10q22.2号人类染色体上，长度为7258bp，包含 11 个外显子和10 个内含子。其编码尿激酶型纤溶酶原激活物，催化纤溶酶原转化为纤溶酶刺激纤溶，通常尿激酶型纤溶酶原激活剂通过基质蛋白水解阻止肾结石的形成。基因多态性降低了尿酶型纤溶酶原激活物的功能[17]。研究发现，PLAU基因的rs4065多态性与肾钙石形成有关，与T等位基因相关的尿石症的OR值为3.09[18]。

AQP1基因编码1型水通道蛋白，该蛋白介导水分子通过肾近端小管上皮细胞的被动运动[19]。人类AQP1基因位于7p14号染色体上，基因全长为 17 kb，由 4个外显子及其中间的内含子组成。研究发现在AQP1基因中rs12669187和rs1000597与肾结石形成的可能性增加有关[20]。二酰基甘油激酶(DGKH)基因编码的二酰基甘油激酶参与调节细胞内两种生物活性脂类:二酰基甘油和磷脂酸的浓度，DGKH通过细胞膜提供钙离子流入[19]。人类DGKH基因定位于13p14.1号染色体。中国的一项病例对照研究发现，DGKH基因存在rs4142110多态性与草酸钙结石及高钙尿症有明显相关性[21]。

瞬时性受体电位通道(TRP)超家族成员TRPV5和TRPV6是钙通道家族的基因，二者具有高度的同源性和相似的功能特征，可调控钙离子转运及重吸收，与尿钙的重吸收有关。TRPV5基因位于人类7q35号染色体，由15个外显子构成。TRPV5和TRPV6分别调节钙离子在肾脏和肠的跨上皮转运[22]。一项在俄罗斯儿科人群研究发现，TRPV6基因多态性与高钙尿症儿童肾结石和肾钙质沉着的风险升高有关。易感因素是TRPV6基因的T等位基因(rs4987682)和AA基因型(rs4987667)纯合型。而TRPV5基因多态性rs4236480与多发性肾结石的形成有显著的相关性[23]。

紧密连接复合体14(CLDN14)基因定位于人类21q21号染色体上，编码的claudin-14蛋白在异常情况下表达于髓袢升支粗段，它属于调节Ca2+离子进行胞旁转移的膜蛋白基因家族，通过降低细胞旁途径的紧密连接蛋白-16和紧密连接蛋白-19构成的阳离子通道渗透性抑制肾小管对钙的被动重吸收，促进尿钙排泄。rs1801725、rs1042636、rs219778和rs21978单核苷酸多态性与印度东部患者患肾结石风险相关[24]。

KLOTHO基因编码Klotho蛋白，它是一种具有葡萄糖醛酸糖苷酶活性的1型跨膜蛋白，在负责钙稳态的组织(例如肾脏和甲状旁腺)中表达。人类定位在13号染色体(13q12)，全长50 KB，包含5个外显子，该基因的功能仅限于甲状旁腺激素合成和维生素D3产生的调节。与纯合子基因型AA和杂合子基因型GA相比，GG基因型G395A KLOTHO增加了两倍的尿石症形成风险[25]。另外，基于中国人群的一项研究也发现该基因rs3752472多态性位点与草酸钙结石的发病风险显著相关。然而在俄罗斯的一项研究并未发现二者间的相关性[26]。

ORAl1基因编码跨膜钙代谢所必需的钙释放酶激活的钙调质1型，定位在12号人染色体(12q24)上。据文献报道ORAl1基因的多态性位点(rs12313273、rs7135617和rs6486795)形成的危险单倍型C/T/C等位基因使尿石症的发生概率提高了2.5倍。另有研究揭示rs7135617多态性与尿石症患者多结石形成有关[27-28]。

此外，ALPL基因编码碱性磷酸酶和调节G蛋白信号的RGS14基因同样被发现与尿石症的关系[29]。VEGF基因编码的血管内皮生长因子主要位于肾小球脏层上皮，在肾脏细胞损伤中调节细胞生长、分化及凋亡。有人认为VEGF BstUl多态性是尿石症的一个基因标志[4]。

以上基因的功能几乎均参与了对机体钙代谢的调控。这是由于基因产物参与了某些维生素和激素(维生素D、甲状旁腺素等)的代谢，一些基因维持水盐代谢，另一些提供基质蛋白水解。而结石的形成是尿石症基因网络中各种基因相互作用的复杂结果，受到多种环境因素的影响。目前高钙尿症的形成机制尚不十分明确，所以对高钙尿症的防治仍然没有特效方法，噻嗪类利尿剂是目前治疗高钙尿症应用最广泛的药物，但其不良反应较多，相信随着对高钙尿症相关遗传代谢指标的深入研究，有效的治疗药物或基因治疗技术将会解决这一难题。

2 高草酸尿症

原发性高草酸尿症(Primary hyperoxaluria，PH)是一种罕见的、常染色体隐性遗传的肝脏乙醛代谢疾病，并导致草酸(在正常肾功能下)的排泄显著增加[30-31]。PH主要有3种类型，均由不同的酶缺陷所致。而调节肠道草酸吸收和分泌的基因变异同样会促进肠道草酸吸收[4]。过剩的草酸增加尿中草酸的排泄及草酸钙晶体的饱和度，促进草酸钙结石形成。

2.1 原发性高草酸尿I型 原发性高草酸尿I型(PHI)约占80%，定位于常染色体2q37.3，是由肝脏特异性过氧化物酶体丙氨酸乙醛酸氨基转移酶(AGT)活性低、完全缺失或线粒体定位错误引起的。PHI是已知类型中最严重的1种，具有起病早、反复发作的肾结石病、肾钙质沉着病，并且有相当比例的患者达到终末期肾病。终末期肾衰竭在生命过程中发生率很高，因此早期诊断和治疗是必须的[31]。有报道吡哆醇和维生素B6可减少患者尿草酸的排泄，而肝肾移植联合移植是最有效的方法[32]。

2.2 原发性高草酸尿II型 原发性高草酸尿II型(PH II)约占所有原发性高草酸尿病的10%。PH II的特征是缺乏乙醛酸还原酶/羟基丙酮酸还原酶(GRHPR)，它会导致尿中草酸和L-甘油酸的排泄增加[31]。PH II是由染色体9p11上的GRHPR基因突变引起的常染色体隐性遗传病。临床症状与PHI相当，较PH I更温和，但之前研究发现仍有超过50%的患者有慢性肾病[33],近来一项研究报道了36例PH II患者中有5例(14%)达到了终末期肾病[33]。GRHPR酶由于具有显著的肝外酶活性为肝移植来纠正代谢缺陷带来了不确定性。而近期有报道肝肾联合移植后尿草酸水平有明显的下降[34]。

2.3 原发性高草酸尿III型 原发性高草酸尿III型(PH III)由线粒体4-羟基-2-氧戊二酸醛缩酶1 (HOGA1)缺陷引起的[35-36]。是高草酸尿I型、II型、III型中第二常见的亚型，该临床通常在婴儿期早期表现为反复的尿石症，并进行反复的肾结石清除手术。尽管高草酸尿持续存在，患者常表现出“沉默”结石[37]。PHIII型似乎是3种类型中最温和的，迄今为止只有1名患者达到终末期肾病(ESRD),有症状的结石往往发病年龄普遍偏小，而且很难控制[32]。目前原位肝移植和吡哆醇一直是减少肝脏草酸生成的唯一方法。虽然肝移植已被证明对PHI有效，对PHII可能有类似的结果，但它对受者的健康有很大的风险和成本。吡哆醇非常安全且耐受性好，但仅对PHI的部分患者有效，而在PHII或PHIII中没有价值。近年来分子技术可操纵酶生成途径，通过干扰RNA在转录后降解mRNA来干扰互补核苷酸序列中特定基因的表达，从而阻止翻译，有望成为治疗PH的新型药物。

此外，有证据表明饮食中草酸盐的显著吸收是通过细胞旁途径发生的，因此影响肠上皮紧密连接蛋白的遗传变异也可能发挥作用。而SLC26家族的转运蛋白中有可能参与草酸盐的吸收和分泌，尤其是SLC26A1,SLC26A2、SLCA26A3、SLC26A6 4种表型[38]。

3 低枸橼酸尿症

此外，二羧酸转运蛋白1(Na+/dicarboxylate cotransporter 1，NaDC1)是枸橼酸盐的转运蛋白，是基因SLC13家族中的成员，可调节肾小管对尿枸橼酸的转运。研究发现NaDC1缺陷可能与尿pH正常的结石患者发生IH有关[39]。有学者通过对复发性尿结石患者NaCD1的I550V多态性进行分析，发现受试者中BB基因型比bb基因型尿枸橼酸盐水平更低[4,40]，I550V多态性的B等位基因可能与复发性尿结石患者的IH有关。在我国云南彝族的一项病例对照研究发现VDR基因单核苷酸多态性位点FokI (rs2228570)的TT型以及ApaI (rs7975232)的AA型与特发性IH密切相关[41]。

4 展望

尿石症遗传原因必须尽早发现。遗传性肾结石的危险信号有:发病早、家族史阳性、父母血亲、进展性肾衰竭、肾钙质沉着、肾小管功能障碍或肾外表现。基因检测技术的进步提高了基因遗传病诊断及对高危家庭成员的筛查能力，也打开了识别疾病修饰基因的可能性，从而通过在基因和分子水平干预上来改变治疗肾结石的方式。但高价格及高成本、条件技术限制等因素暂时成为将其引入临床实践的阻碍。遗传性或代谢性结石疾病可引起血清和尿液成分、尿液中结石促进及抑制因子的异常的变化，所以，首次发现肾结石或肾钙质沉着的患者都应接受适当的代谢评估，包括结石分析及24 h尿液分析。这对临床医生为实现患者的个体化治疗及预防措施至关重要。基因易感性检测、不良外源性因素识别、预后判断、有效治疗和疾病预防将是未来高质量医疗服务的目标。