慢性肾脏病肌萎缩的发病机制及诊疗进展

王蕤婷 黄新忠

CKD是指在尿液分析、活组织检查(简称活检)或影像学检查中发现的肾脏结构或功能异常[1]，以肾小球滤过率持续降低、肾脏排泄和内分泌功能丧失为特征的慢性疾病，在进展过程中会伴有肌肉体积缩小、肌肉力量下降等[2]。肌萎缩(myoatrophy)是指骨骼肌体积与同龄人或自身肌肉以前状态相比出现下降，导致肉眼或影像学检查可见的肌肉体积缩小的疾病[3]。近年来，CKD已经发展为全球性公共卫生问题。流行病学研究[4-5]显示，18%～75%的终末期肾病(end-stage renal disease，ESRD)患者会发生肌萎缩。本文就目前CKD肌萎缩的发病机制及诊疗进展进行综述。

1 CKD肌萎缩的发病机制

既往国内外学者对CKD肌萎缩发病机制的研究主要集中在卫星细胞、泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system，UPS)、炎症因子等，近年来学者们发现了一些新的发病机制，包括核磷酸酶小羧基(C)端结构域磷酸酶(small C-terminal domain phosphatase，SCP)4活性增加、萎缩相关长链非编码RNA-1(atrophy-related long noncoding RNA-1，Atrolnc-1)表达增加、甲状旁腺激素水平升高、肌肉生长抑制素激活、自噬-溶酶体途径激活及尿毒症代谢产物增加等。

1.1 核磷酸酶SCP4活性增加 随着病情进展，CKD患者体内增加的分解代谢产物会导致代谢性酸中毒及大量炎症因子等产生，使得胰岛素样生长因子-1(insulin like growth factor-1，IGF-1)和胰岛素信号通路受损，启动胱天蛋白酶3(caspase 3)-Rho相关蛋白激酶1(Rho-associated protein kinase 1, ROCK1)-10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)形成负反馈环，抑制蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)的活性[6]。Akt活性下降会抑制下游叉头框蛋白O(forkhead box O，FoxO)家族成员(如FoxO1或FoxO3a)的磷酸化。FoxO1在Thr24或FoxO3a在Thr32处的去磷酸化会增加E3泛素连接酶[Atrogin-1和肌肉环指蛋白-1(muscle ring finger-1，MuRF-1)]表达并触发其在核内的聚集，从而激活UPS，增加蛋白质分解，导致肌萎缩[7]。SCP是一种核磷酸酶，可使RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ，PolⅡ)的CTD结构域脱磷酸，并调控转录周期和基因表达；同时SCP还可改变转录因子的磷酸化状态，影响其转录活性。Liu等[8]在小鼠成肌细胞中发现SCP4过表达会诱导FoxO1及FoxO3a的核积聚，增加肌肉生长抑制素、Atrogin-1和MuRF-1的表达，诱导溶酶体介导的蛋白质水解，导致肌萎缩；同时在CKD患者骨骼肌中也证实了相关研究结果。因此，SCP4是一种新型的FoxO转录因子的调节因子，通过改变FoxO的磷酸化，增加其核内聚集，上调Atrogin-1和MuRF-1的表达，激活UPS，促进细胞蛋白水解，导致CKD肌萎缩。

1.2 Atrolnc-1表达增加 CKD患者体内炎症因子增加是导致肌萎缩发生的重要原因。研究[9-10]结果表明，促炎因子如TNF-α、IL-6及IFN-α均可促进肌肉蛋白质水解。NF-κB作为介导炎症反应的关键转录因子在CKD患者体内表达增加，增加的NF-κB通过UPS上调MuRF-1表达，引起蛋白质水解，导致肌萎缩[11]。Sun等[12]对小鼠股四头肌进行了基于PCR的长链非编码RNA(lncRNA)阵列分析，发现CKD小鼠肌肉中有8种lncRNA表达上调，9种lncRNA表达下调，其中1110038B12RIK在骨骼肌中大量表达且在CKD小鼠肌肉中表达更明显，故将其命名为Atrolnc-1。在C2C12细胞分化的肌管中，Atrolnc-1过表达增加了蛋白质降解，而Atrolnc-1敲除显著降低了蛋白质降解率；进一步分析发现，Atrolnc-1可与NF-κB-1的A20结合抑制剂相互作用，使NF-κB活性增强、MuRF-1转录增加，进而导致肌萎缩。

1.3 甲状旁腺激素水平升高 CKD患者因长期受低血钙、低血镁和高血磷的刺激而分泌过量甲状旁腺激素，可伴有不同程度的甲状旁腺增生，甚至发生继发性甲状旁腺功能亢进(secondary hyperparathyroidism，SHPT)。在CKD小鼠模型中，甲状旁腺激素和甲状旁腺激素相关肽会导致体内白色脂肪组织“褐变”，增加O2消耗，加速肌萎缩[13]。Kir等[14]研究发现，CKD小鼠体内甲状旁腺激素水平明显升高，小鼠体重显著下降，且耗氧量、能量消耗增加，而白色脂肪、棕色脂肪和肌肉质量下降。另一方面，CKD患者的白色脂肪细胞、棕色脂肪细胞及肌肉中常存在炎症反应，而炎症会诱发胰岛素抵抗，这也是CKD患者脂肪和肌肉组织受损的原因[15]，但具体机制需进一步研究。

1.4 肌肉生长抑制素激活 肌肉生长抑制素由前肌生长抑制素原产生，然后在细胞间隙和血液中分泌，对骨骼肌生长呈负性调节。当CKD患者出现炎症、氧化应激、代谢性酸中毒等会刺激肌肉生长抑制素表达，通过不同途径诱导肌萎缩发生。①肌肉生长抑制素可与其受体细胞膜上的激活素受体IIB结合，使下游Smad2与Smad3磷酸化，随后与Smad4形成复合物并转移至细胞核，阻断肌生成的基因转录；②肌肉生长抑制素可降低Akt活性，减少下游FoxO磷酸化，去磷酸化的FoxO进入核内激活MuRF-1和Atrogin-1的转录，通过蛋白酶体和自噬降解蛋白质；③肌肉生长抑制素可激活p38/caspase通路，增加细胞凋亡；④肌肉生长抑制素还可抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白C1(mammalian target of rapamycin C1,mTORC1)途径及蛋白质合成[16]。有学者在CKD患者的活检肌肉组织中发现与IL-6直接相关的肌肉生长抑制素表达明显上调，表明其与骨骼肌炎症发生有关[17]。因此，在CKD患者中肌肉生长抑制素表达增加会诱导肌萎缩，这可能是体内炎症因子增加所致，但具体机制尚待进一步研究。

1.5 自噬-溶酶体系统激活 自噬在肌肉蛋白质代谢中具有重要作用，也是溶酶体依赖性降解途径，可在多种应激状态(如CKD)下激活，形成自噬小体，并将细胞质内损伤的蛋白质、细胞器等包裹吞噬转运至溶酶体降解，称为自噬-溶酶体系统。Zhao等[18]发现，活化的FoxO3通过激活自噬促进肌肉中的溶酶体蛋白水解，并且FoxO可直接与LC3b、Ganarapl1和自噬相关基因12(autophagy-related gene 12,Atg12)的启动子结合并刺激其mRNA表达。Lecker等[19]发现，CKD大鼠肌肉中自噬相关基因(如LC3B、Beclin-1、Bnip3)的mRNA表达量明显增高。黄娟等[20]研究结果表明，CKD患者肌纤维横截面积明显缩小，并且自噬相关基因的mRNA及蛋白质表达量明显增高；同时电镜下发现CKD患者肌肉中具有自噬小体，增加的自噬小体可将蛋白质转运至溶酶体内分解，诱导肌萎缩。因此，自噬-溶酶体系统激活在CKD患者肌萎缩的发生中具有重要作用。

1.6 尿毒症代谢产物增多 硫酸吲哚酚是一种与蛋白质结合的尿毒症代谢产物，来源于色氨酸，与各种CKD并发症发生相关，如心血管疾病、脑血管疾病及肌萎缩等。Enoki等[21]发现，硫酸吲哚酚可降低线粒体生物自噬的主要调节剂过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ co-activator-1，PGC-1α)的表达，同时还可降低成肌细胞线粒体膜电位，但对线粒体量无影响，加入抗氧化剂后可恢复线粒体膜电位，表明氧化应激在硫酸吲哚酚诱导的线粒体功能障碍中具有重要作用。因此，硫酸吲哚酚可通过诱导氧化应激来加速线粒体功能障碍，诱导肌萎缩。

此外，CKD肌萎缩的发病机制还涉及营养不良、钙磷代谢紊乱、维生素D缺乏、酸碱平衡紊乱、激素缺乏、运动减少等，对CKD肌萎缩的发病机制进行研究，可为其治疗提供理论依据和靶点。

2 CKD肌萎缩的诊断

2.1 CKD肌萎缩的诊断标准 2018年欧洲老年肌少症工作组(European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP)更新了肌萎缩的诊断标准(EWGSOP2，表1)，认为骨骼肌力量能更好地预测患者预后，而身体活动能力指标可评估肌萎缩的严重程度[22]。EWGSOP2认为满足以下两个标准即可诊断为肌萎缩：①男性握力<27 kg，女性握力<16 kg；②男性四肢骨骼肌量指数<7.0 kg/m2，女性四肢骨骼肌量指数<5.5 kg/m2。若合并步态速度≤0.8 m/s，可诊断为严重肌萎缩。

表1 EWGSOP2的肌萎缩诊断标准[22]

2.2 CKD肌萎缩的诊断方法 诊断CKD肌萎缩的方法包括骨骼肌力量、骨骼肌量及骨骼肌功能的测定。骨骼肌力量及骨骼肌量可评估是否存在肌萎缩，骨骼肌功能可评估肌萎缩的严重程度。

2.2.1 骨骼肌力量测定 骨骼肌力量对诊断患者肌萎缩具有重要意义。握力测试(grip strength test)和椅立测试(chair rise test)因便利、费用少及易实现的特点，是评估骨骼肌力量的常用方法。握力测试是让患者使用手持式电子测力计进行测定，经济且有效；不足之处为涉及的肌群少，主观性强，不同性别患者可能存在差异。椅立测试是让患者先坐在椅子上，听到命令后不借助外力反复站立坐下5次，记录所需总时间，常用于评估患者腿部骨骼肌力量[23]。

2.2.2 骨骼肌量测定 骨骼肌量也是评估患者肌萎缩的重要指标，测定方法包括生物电阻抗分析(bioelectrical impedance analysis, BIA)、双能X射线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)、超声(ultrasound)、CT、MRI检查及血清学检测等。

BIA通过人体电导率进行骨骼肌量测定，DXA通过测量患者四肢瘦软组织量来估计骨骼肌量，两种方法均较为经济，在CKD患者中使用率高。但DXA测量的软组织为含水组织，故通过脂肪量和骨量估算的瘦软组织量可能存在误差；且BIA和DXA无法区分细胞外与细胞内水，使得在水合作用不断变化的人群(如CKD患者)中更易出现错误[23]。超声检查通过测量患者坐位时大腿中部肌肉的厚度来计算骨骼肌量，在肌萎缩诊断的截断值、灵敏度和特异度：男性分别为36 mm、0.720和0.739，女性分别为34 mm、0.722和0.724[24]。CT和MRI仍为骨骼肌量测定的金标准，其能估算肌肉密度和肌肉脂肪含量，有助于评估患者生存质量及预后。在非透析的CKD患者中，血清肌酐与血清胱抑素C的比值也可评估骨骼肌量，血清肌酐与血清胱抑素C比值通常与骨骼肌量和骨骼肌力量呈正相关，但仅体现在CKD1至3期患者中，存在一定的局限性[25]。

2.2.3 骨骼肌功能测定 骨骼肌功能测定可评估CKD患者肌萎缩的严重程度，常用方法包括4 m步态速度、简单躯体能力、计时起立行走及400 m步行测试等。EWGSOP2考虑到便利性及预估肌萎缩的能力后，建议用4 m步态速度评估患者骨骼肌的功能[5]。

3 CKD肌萎缩的治疗

CKD肌萎缩会导致患者生活质量下降、预后变差及病死率增高，早期治疗尤为重要。目前的治疗方法包括营养支持、补充维生素D、维持酸碱平衡、药物治疗、体育锻炼及中医治疗等。

3.1 营养支持 终末期CKD患者体内蛋白质减少，存在营养不良及代谢紊乱，且常伴有低白蛋白血症。对于非透析患者，通常推荐蛋白质摄入量为0.6～0.8 g/(kg·d)(优质蛋白质>50%)、能量摄入量为30～35 kcal/(kg·d)(1 kcal=4.18 kJ)，可加用复方α-酮酸或必需氨基酸补充因蛋白质代谢失调引起的营养不良；对于长期透析患者，推荐蛋白质摄入量为1.2 g/(kg·d)(优质蛋白质>50%)，能量摄入量为30～35 kcal/(kg·d)，也可加用复方α-酮酸或必需氨基酸[26]。

3.2 补充活性维生素D 血清中维生素D缺乏可激活泛素蛋白酶、泛素连接酶及TGFβ等信号通路，抑制Notch通路，导致CKD患者肌萎缩[27]。补充活性维生素D可提高CKD患者血清中25羟维生素D水平，对骨骼肌强度和功能具有显著作用[28]。

3.4 药物治疗

3.4.1 激素 男性CKD患者体内尿毒症毒素增加会导致睾丸素缺乏，女性则会出现雌激素缺乏，这些激素的缺乏会导致生长激素抵抗发生。同时，CKD患者也可造成激素-胰岛素样生长因子信号通路紊乱。对性腺功能低下的患者予雄激素治疗可明显增加肌肉蛋白质的合成率、骨骼肌力量及肌肉体积，但长期激素治疗会产生许多不良反应，故激素治疗的时间、剂量及不良反应等问题均需要权衡[31]。

3.4.2 抗氧化剂 氧化剂与抗氧化剂之间的不平衡导致的氧化应激是造成CKD肌萎缩的重要原因。毛蕊花素是黄芪中的主要化学物质，具有抗炎、抗氧化和缓解肌萎缩的作用。研究[32]显示，毛蕊花素可调节AMPK/SKP2/CARM1信号通路，降低MuRF-1和MAFbx的表达，通过减少氧化应激来缓解肌萎缩；同时，毛蕊花素可减少自噬小体形成，抑制AMPK和FoxO3a下调，减少自噬标志物LC3A/B和ATG7表达，缓解肌萎缩。

3.4.3 肌肉生长抑制素抑制剂 熊果酸是一种五环三萜类化合物，存在于苹果皮、罗勒叶和蔓越莓中。研究[33]结果表明，熊果酸可通过抑制肌肉生长抑制素来激活蛋白质合成，低剂量的熊果酸可增加肌管中蛋白质的合成率，但当其浓度>10 μmol/L时具有细胞毒性，反而会增加肌肉细胞中的蛋白水解和减少蛋白质合成。

3.5 体育锻炼 长期运动可增加肌肉线粒体生成和线粒体氧化代谢效率，有助于改善腿部肌肉尺寸，维持肌肉力量，同时还可增强机体免疫功能，减少全身炎症反应。

KDOQI推荐血液透析患者每周应进行至少3次中等强度的运动，每次至少30 min。晚期CKD患者经过6个月中等强度的步行运动(每周5次，每次至少30 min)后，肌肉力量和耐力显著提高[34]。因此，CKD患者进行适当运动是预防肌萎缩发生最经济、便捷的方法。

3.6 中医治疗 Hu等[35]发现，低频电刺激(low frequency electrical stimulation，LFES)可有效缓解CKD小鼠肌萎缩。同时，LFES可抑制肌肉生长抑制素表达，增加肌肉蛋白质合成。Su等[36]研究结果表明，针刺加LFES可增加肌肉横截面积、肌源性标志物MyoD的表达及肌纤维中心核的数目，缓解肌萎缩。

改善CKD肌萎缩的研究还有一些新进展，如RAAS抑制剂，新型分子靶向治疗包括自噬调节剂、黑皮素4受体拮抗剂、mTORC1激活剂及线粒体保护剂等，但目前上述药物单用于治疗CKD肌萎缩仍存在争议，同时还需大样本量的临床试验为CKD肌萎缩的治疗提供依据。

4 结 语

肌萎缩是CKD患者的常见并发症，与患者生存质量及预后密切相关。但目前患者对CKD肌萎缩的知晓率较低，因此对CKD患者开展肌萎缩的宣传教育和早期筛查十分重要。CKD肌萎缩发病机制主要涉及核磷酸酶SCP4活性增加、Atrolnc-1表达增加、甲状旁腺激素水平升高、肌肉生长抑制素激活、自噬-溶酶体系统激活及尿毒症代谢产物增加等。治疗肌萎缩的措施包括营养支持、补充活性维生素D、维持酸碱平衡、药物治疗、体育锻炼、中医治疗等。早期识别CKD肌萎缩的危险信号，结合诊断标准尽早做出诊断并采取有效的治疗措施，对改善患者生存质量及预后具有积极作用。