Tamm-Horsfall蛋白在急性肾损伤中的作用

许怡文，李清初,2*

(1.桂林医学院，广西 桂林 541199； 2.山东省立第三医院 肾内科，山东 济南 250031)

急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是以血清肌酐迅速升高，尿量减少，或两者均有为主要特征的临床综合征。临床上常由多种病因(缺血、脓毒症、外科大手术、肾毒性药物及其他脏器功能不全)引起，具有发病率高、病死率高的特点，治疗不及时可转变为慢性肾脏病或需要永久透析，成为严重的社会经济问题。Tamm-Horsfall蛋白(Tamm-Horsfall protein，THP)，也被称为尿调节素(uromodulin，UMOD)，为肾小管髓袢升支粗段及远曲小管产生的一种糖蛋白，是正常尿液中最丰富的蛋白质[1]。近年来有许多研究提示THP与急性肾损伤的发生有明显的相关性，现就THP在急性肾损伤中的作用综述如下。

1 Tamm-Horsfall蛋白的概述

Tamm-Horsfall蛋白是1950年用盐析的方法首次在人体尿液中分离沉淀出的一种抑制病毒血凝的蛋白质[2]。不久之后，在孕妇尿液中又发现了一种对T细胞增殖和单核细胞毒性具有体外免疫抑制作用的蛋白，并命名为尿调节素[3]。但通过对互补DNA和基因组克隆的分离和鉴定发现，UMOD和THP实为同一种糖蛋白[4]。THP是一种多功能蛋白，对调节肾脏离子通道活性、肾脏和全身炎症反应、肾小管间联系、矿物结晶和细菌黏附至关重要。

THP是一种由肾小管髓袢升支(thick ascend-ing limb, TAL)与远曲小管的上皮细胞(distal convoluted tubule，DCT)粗面内质网中合成分泌的蛋白质，经过高尔基复合体加工成熟后，然后被运送到送到顶端细胞膜作为糖基磷脂酰肌醇(glycosyl-phosphatidyl-inositol，GPI)的连接分子，最后通过蛋白酶水解切割释放到尿液中[5]。其位于染色体16p12.3～16p13.11上，由11个外显子(第一个外显子是非编码的)组成，基因组区域约20 kb[6]。免疫组织化学染色显示，仅可在髓袢升支粗段细胞中检测到THP，其分泌进入到间质和血液中，人类和小鼠的研究中均检测到了该蛋白的存在[7]。电镜下发现，THP可聚集成长为1 mm直径10 μm的不对称无分支的丝状，此丝状进一步形成有规则的锯齿状螺旋结构[8]。

2 Tamm-Horsfall蛋白与急性肾损伤

THP产生减少是肾小管损伤的一种重要的生物标志物，它与血肌酐、尿素氮和肾小球滤过率等肾功能指标显著相关，具有评价肾功能的重要作用。除此之外，该蛋白可能在急性肾损伤中起保护作用，研究发现血清和尿液中较高的THP水平与肾脏疾病和死亡率结果的改善密切相关[2]。

2.1 Tamm-Horsfall蛋白在急性肾损伤中的肾功能评估作用

THP作为一种双向释放在尿液和血液中的肾源性蛋白，在健康人群血清中检测到的浓度为30～540 ng/mL[9]。 而健康人群在24 h内尿液排泄的THP浓度水平为9～66 mg，也有其他一些研究报告表明24 h尿液中THP会高达70～113 mg[9]。血清中THP的水平明显低于尿液中THP的水平。科学研究表明：血清THP和尿液中THP水平与血肌酐、尿素氮和胱抑素C呈负相关，而与肾小球滤过率呈正相关[10]，这提示可将THP水平作为评估肾功能的指标之一。

2.1.1 血THP在AKI中的早期诊断作用：目前，临床上多使用血肌酐和尿素氮等常规肾功能检测指标来判断肾脏的损伤情况，但这些指标通常在肾功能损伤>50%时才出现异常，且这些指标易受到肌肉总量和每日蛋白质摄取量等多种因素的干扰，不能达到早期预警的作用。在一项妊娠期合并高血压的AKI患者的研究中，分析血清THP及其他诊断指标发现，血清THP在预测妊娠期高血压患者住院期间发生AKI的灵敏度和特异度明显优于血肌酐、尿素氮、胱抑素C和NGAL，因此，推测THP具有较好的临床应用前景[11]。另一项急性胰腺炎患者合并AKI的研究中也发现，THP可早期预警患者发生AKI，且在72 h内的提示作用更为明显[12]。血THP在不仅可以作为患者入院后发生急性肾损伤的早期生物标志物，还可以判断急性肾损伤病情的严重程度。例如，脓毒症 AKI患者血清THP会随着 AKI 分期的升高逐渐降低[13]。

2.1.2 尿THP在AKI中的早期诊断作用：不仅血THP可以预测AKI的发生，尿THP也可以。在接受了体外循环心脏手术的成年人中，较低的术前尿THP与术后血肌酐峰值呈负相关，且尿中THP与肌酐的比值越低，发生AKI的风险越高[14]。这表明尿THP对肾脏损伤有一定的预警作用。然而由于某些条件的限制，该研究未能评估尿 THP 与AKI 分期之间的关系。同样，在接受了相同手术的儿童患者尿中进行THP测定，术后无AKI儿童的平均尿THP水平明显高于发生AKI的儿童，这一结论与上述成人也基本一致[15]。基于这两项研究发现：术前尿THP的浓度可作为心脏手术相关AKI的预测因子，使医生提前采取临床措施将AKI的发生率降至最低。另有研究则是分别比较了血和尿THP在造影剂急性肾损伤(contrast-associated acute kidney injury，CA-AKI)中的作用，结果显示只有经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention, PCI)术后的尿THP与尿肌酐比值的水平变化可以区分出PCI术后发生CA-AKI的患者，而PCI术后的血THP并没有明显的差异[16]。

综上所述，THP在预判患者发生AKI方面的的早期预警作用方面效果显著，但对肾功能损伤程度方面进行分析的研究还较少，仍需大量研究来对其证明。

2.2 Tamm-Horsfall蛋白在急性肾损伤中的保护作用

之前认为THP在AKI管型的形成起着至关重要的作用，推测该蛋白可能在肾脏中主要起损伤作用。然而，通过缺血再灌注性肾损伤的造模实验发现，与野生型小鼠相比缺乏umod基因的小鼠，出现更多的炎性反应、管型和细胞凋亡坏死等现象，肾功能损害更严重[17]。这一研究提示该蛋白可能在急性肾损伤中起保护作用，其保护机制可能与抑制活性氧积聚、抗炎性反应和调节巨噬细胞等有关。

2.2.1 抑制活性氧积聚：氧化应激是AKI期间肾组织细胞凋亡的主要机制之一，活性氧(reactive oxygen species，ROS)过量会引发脂质过氧化反应、内皮细胞受损、抗氧化酶类失活和细胞DNA损伤，这些又进一步加重肾脏的损伤。瞬时受体电位M2型(transient receptor potential melastatin 2，TRPM2)离子通道是瞬时受体单位(transient receptor potential，TRP)通道超家族成员之一，现已有多项研究表明，TRPM2通道可促进ROS诱导的氧化应激与Ca2+之间的信号转化[18]。ROS诱导的氧化应激可以说是TRPM2最重要的激活剂，在肾脏中，TRPM2通道多表达于肾脏近端小管中，它被认为会加重肾缺血再灌注损伤和 ROS 的产生[19]。通过敲除umod基因的小鼠和HK-2 细胞研究发现THP是抑制TRPM2活性调节系统性氧化应激的关键因子，并通过抑制TRPM2来减轻AKI期间全身活性氧(ROS)的增加，其机制可能与RAC1/JNK信号通路有关[20]。

2.2.2 抑制炎性反应：缺血性、脓毒性和肾毒性AKI均会出现肾脏内中性粒细胞浸润的显著增加，促炎物质的表达和生物活性物质产生，会引起炎性级联反应，进一步加重肾脏的损伤[21]。研究发现：THP的缺失会增加缺血后小鼠基底侧TLR4的表达，其机制可能与TLR4表达增强从而激活和诱导炎性细胞、释放炎性因子，直接或间接的加重肾损伤有关[17]。此外， THP的缺乏会导致全身中性粒细胞增多，这很有可能是肾脏IL-23/IL-17失调导致的结果，而通过THP的生成，肾脏可以调节骨髓中的粒细胞生成和全身中性粒细胞稳态[22]。

2.2.3 调节巨噬细胞: THP具有在体内调节肾脏单核吞噬细胞数量和活性的功能，之后通过实验证实了敲除umod基因的小鼠发生缺血性AKI后给予THP治疗可减轻肾功能的持续恶化，其机制可能与细胞增殖信号通路Akt有关[23]。这对使用THP作为治疗AKI的药物具有重大影响。之后通过敲除umod基因的脓毒症小鼠模型中发现THP缺乏会显著增加其死亡率，并将此项结果延伸至临床上发生脓毒血症的患者[24]。其实验表明THP可通过增强巨噬细胞功能来减少脓毒症带来的损害，而THP的减少也可解释脓毒症AKI造成的不良后果。

2.3 Tamm-Horsfall蛋白在急性肾损伤中的恢复作用

THP于损伤高峰(缺血性AKI后24 h)时在TAL中的表达减少[25]，但在损伤后48 h内THP表达增加，且没有伴随THP在尿液中的排泄增加。这一结果提示AKI的恢复与THP的过度产生有关，THP从TAL细胞转向基外侧膜和肾间质。其再分配可能转化为其血清浓度的升高，这可能被用作评估AKI恢复的预后指标。通过建立单侧缺血/再灌注对侧肾切除的肾脏修复模型发现[26]，THP在小鼠(肾脏修复)模型中的TAL/DCT(远曲小管)细胞中的表达明显升高；同样在他们的临床研究数据中也表明：较高水平的THP与eGFR下降的较低和肾功能持续恶化风险降低独立相关。结合上述文献中所述的THP具有维持肾功能的重要保护因素的作用，推测THP也可作为适应性肾小管修复的标志之一。

4 问题与展望

近年来，人们对THP在肾脏损伤中的作用有了新的认识。THP作为一种多功能蛋白，在肾脏和系统稳态中有着不可或缺的重要性。从上所述，血和尿中的THP有希望成为早期预测诊断AKI的标志物，还可能作为判断AKI严重程度的指标之一。同时Tamm-Horsfall蛋白可通过抑制活性氧积聚、抗炎性反应和调节巨噬细胞等机制发挥保护急性肾损伤中肾功能的作用，甚至有可能成为一种新的治疗急性肾损伤的药物。但这需要更多的医学研究者对此进行更深入的研究。