氧自由基及抗氧化酶与慢性肾脏疾病的进展

　　[选定] 肾病科， 病理生理学，病理学

　　《国外医学》泌尿系统分册1999年第19卷4期

南京军区南京总医院肾脏科 解放军肾脏病研究所（210002） 唐政 黎磊石

　　摘要 氧自由基可由肾脏固有及浸润细胞所产生。由氧自由基因造成的肾损害，一方面取决于肾脏局部氧自由基的产生如何，另一方面氧自由的清除也起重要作用。在慢性肾脏病变的进展过程中，不但肾组织氧自由基产生过多，同时肾组织局部清除氧自由基过少，因而可造成肾组织的进一步损伤，最终导致肾小球硬化，肾小管萎缩及间质纤维化。肾脏局部组织氧自由基的产生及消除失衡是慢性肾脏病变发生发展众多因素中的一种重要致病机制。

　　关键词 氧自由基 抗氧化酶 慢性肾脏疾病

　　许多免疫及非免疫性的实验研究已证实氧自由基在急性肾脏损伤中的重要作用，它作为一个种致病介质参与急性肾炎，新月体肾炎及各种原因导致的急性肾功能衰竭发病过程^[1，2]，然而，对它在慢性进展性肾脏病变中的作用仍认识较少。本文就氧自由基在肾脏的产生部位及氧自由基在慢性肾脏疾病的进展中的可能致病机理作一综述。

　　1 氧自由基在肾组织中的来源

　　通过大量研究已证实在肾脏组织中氧自由基的主要来源为肾脏固有细胞和浸润细胞^[3]。

　　1.1肾脏固有细胞

　　①肾脏系膜细胞与巨噬细胞相似，具有吞噬功能，通过局部效应产生氧自由基发挥生物学功能；②内皮细胞直接与外界接触，最易受外周血压、血渗透压变化药物的影响，同时外周血单核、中性粒细胞等在肾小球内浸润，首先与内皮细胞接触，因而亦可产生氧自由基发挥生物学效应；③肾小管上皮细胞代谢旺盛，对缺血、缺氧反应极敏感，在缺血再灌注、药物，免疫复合物沉积、聚集的IgG等因素刺激下同样会产生氧自由基；④肾间质血管内皮细胞及平滑肌细胞亦易受血压，氧分压及药物影响导致氧自由基生成（见表1）^[3]。

　　表1 氧自由基在肾脏固有细胞中的产生

　　1.2浸润细胞

　　肾脏的血供丰富，来源于循环血中的细胞在肾脏浸润对肾脏病理作用很大，尤其是在通过氧自由基介导的肾损害中，在各种浸润细胞中，只有淋巴细胞不产生氧自由基，其余的如中性粒细胞、单核巨噬细胞和血小板都能产生大量氧自由基。其中中性粒细胞和单核巨噬细胞受到刺激后增加氧耗量专司吞噬异物功能，使其处于呼吸爆发状态而产生此类细胞静止时十倍多的氧自由基，对于这类细胞的刺激物有细菌、免疫复合物、抗体、C5a片段、白介素1（IL-1）、血小板活化因子（PAF）、肿瘤坏死因子（TNF）、抗中性粒细胞浆抗体（ANCA）等。另外，血小板膜上有丰富的磷酯，受到刺激后通过花生四烯酸代谢产生氧自由基，特别在凝血酶、ADP、纤维蛋白原、肾上腺素等因素的刺激下，所以血小板也是一个巨大的氧自由基库^[3]。

　　2 氧自由基与慢性肾脏疾病

　　2.1氧自由基导致的肾小球损伤

　　肾体积丧失后健存肾单位的代偿性改变可产生过多的氧自由基。Harris等运用离体肾灌注技术，在动物实验中发现，当部分功能肾单位丧失后，健存肾单位代偿性功能亢进，耗氧量明显增加，约是正常肾单位的三倍余，提出著名的高代谢学说^[4]。Kurnick等从临床非糖尿病的肾脏病患者也证实，病变肾组织的氧耗明显增加，其每单位GFR的氧耗量是正常的2倍多^[5]。Nath等建立大鼠5/6肾切除动物模型，给于正常蛋白饮食3～4周后，发现残余肾单位氧耗明显高于正常大鼠，尿中脂质过氧化物排出增多，而肾组织中脂质过氧化物水平并未升高。增加蛋白摄入（含30%蛋白质）后，残余肾单位氧耗增加更明显，同时表示氧化压力（oxidative stress）指数，谷胱甘肽（Glutathione）比值等亦明显增高。而低蛋白饮食（含6%蛋白质）大鼠，上述改变明显改善。因此，Schrier等曾提出设想，健存肾单位代偿性功能亢进，导致氧耗量增加，必然带来氧自由基的产生明显增多，当超出局部肾组织中和清除它的能力时，结果引起组织细胞的严重损伤^[6]。

　　氧自由基造成的肾损害，一方面取决于肾脏局部氧自由基的产生如何，另一方面氧自由基的清除也起重要作用^[1]。文献报道显示氧自由基活性增加可加重或使肾小球肾炎恶化，而提供氧自由基清除剂或抗氧化酶则可缓解这种肾脏病变^[7～9]。唐政等在5/6肾切除大鼠的动物模型中发现，在慢性肾功衰竭发展的同时，残余肾小球抗氧化酶活性低下，超氧岐化酶（Superoxide dismutase,SOD） 及谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathion peroxidase,GHS-Px）活性均明显低于正常大鼠，而代表氧自由基产生增多的脂质过氧化物-MDA却明显增加。这一结果提示在大鼠慢性肾功能不全的发生发展过程中，氧自由基的生成、中和及清除失去平衡^[7]。当给予丙丁酚（Probucol-一种降胆固醇药物，具有潜在的抗氧化酶活性）治疗后，在残余肾小球抗氧化酶-SOD和GSH-PX活性明显改善及MDA水平下降的同时，肾衰大鼠的尿蛋白排泄量减少，肾功能改善，肾小球体积缩小，肾小球硬化指数明显下降^[7]，Modi^[8]及Hirano^[9]等也有报道，运用丙丁酚治疗梗阻性肾病大鼠及Puromycin造成的局灶节段性肾小球硬化（FSGS）大鼠，结果在抗氧化酶得以改善的同时，肾功能及组织学病变均有缓解。此外，Vanden branden等给予5/6肾切除大鼠维生素E，11周后肾小球硬化明显缓解，同时检测到肾组织GSH及SOD活性的增加^[10]，以上这些现象提示氧自由基在慢性进行性的肾小球损伤中起重要作用，抗氧化酶缺乏可能为肾组织局部生成不足或氧自由基产生过度的结果；抗氧化剂-可改善残余肾小球抗氧化酶活性，进而使慢性肾脏病变大鼠的肾功能恶化及肾小球硬化均有所缓解。

　　现已表明葡萄糖氧化代谢产物是造成糖尿病并发症的主要原因^[11]。杨俊伟等动脉离体灌注技术发现STZ诱导的糖尿病大鼠肾组织氧耗量明显增加^[12]。Tomino^[13]及Morel^[14]等报道STZ诱导的糖尿病大鼠肾皮质MDA水平升高，提示糖尿病大鼠肾组织局部氧自由基产生过多。Tang等发现自发性高血压（SHR）糖尿病大鼠肾小球内在抗氧化酶缺乏伴随肾功能异常；与正常血压（WKY）大鼠比较，4周及16周时的尿白蛋白量，Ccr和肾小球面积均明显增高，而肾小球内在Mn-SOD,GSH-Px及过氧化氢酶的活性均明显低下，纠正高血压及糖代谢异常，能改善肾功能及组织学病变，同时肾小球内在抗氧化酶活性增加^[15]。Loven等观察到STZ诱导的糖尿病大鼠肾皮质Cr-SOD活力下降，补充GSH可改善这种异常现象^[16]。近来，Tada等报告糖尿病大鼠肾小球内总的过氧化氢酶和过氧化氢依赖的过氧化氢的酶活性均低于正常大鼠^[17]。以上结果均说明糖尿病大鼠同样存在氧自由基的生成，中和及清除失平衡，肾组织局部氧自由基的产生过多或抗氧化酶的生成过少均可在糖尿病的发生过程中起重要作用。

　　无论在动物实验，还是在人类临床研究中均已发现随着年龄的增长，可出现蛋白尿，肾小球基底膜（GBM）增厚，硬化性病变进行性增加^[18]。最近，Ruiz-Torres^[19]等证实年长实验动物系膜细胞培养上清液中GSH含量及H₂O₂合成均高于年轻实验动物：同样，从年长实验动物分离的肾小球中测定GSH及H₂O₂含量也均高于年轻实验动物。因而,Ruiz-Torres等推测与年龄相关的肾小球硬化可能与氧自由基的产生增多有关。从临床研究亦可间接证实氧自由基在慢性肾小球疾病中的致病作用。Wataya及Wang^[20，21]等报告运用免疫组织化学证实慢性肾炎患者，其肾小球SOD及黄嘌呤氧化酶的活性明显增加，这提示机体局部肾组织对持续氧自由基毒性作用的代偿反应。Chen^[22]等发现IgA肾病患者外周血白细胞经刺激后，产生H2O₂的能力明显增加。将IgA免疫复合物与人类系膜细胞一起培养可促进细胞增殖，增加IL-1、6、血小板活化因子超氧阴离子的产生。这种超氧阴离子生成的明显增多与IgA肾炎患者的尿蛋白程度呈正相关^[23，24]。近来，已有文献报道，在糖尿病患者系膜溶解程度及肾小球滤过功能的改变与血清脂质过氧化物浓度相关，给予维生素E可使血清脂质过氧化物浓度明显降低，另外发现，那些具有明显蛋白尿的患者，血浆过氧化物酶的活性增加^[25]。

　　实验研究发现氧自由基可导致透明质酸和胶原的降解，Stratta等通过向肾动脉内注射黄嘌呤氧化酶和黄嘌呤或直接注射H₂O₂均发现肾小球系膜溶解和内皮细胞损伤^[26]。氧自由基还可刺激化学趋化作用的形成及及从脂质释放细胞毒性物质，进而增强导致肾小球严重损伤之间的炎症病态^[27]。Stratta^[3]等认为氧自由基导致的肾小球损伤可通过以下机制：①氧自由基可直接损伤肾小球内皮，上皮及系膜细胞，造成内皮细胞脱落，上皮细胞空泡变性，足突融合，GBM暴露，系膜基质溶解；②氧自由基具有化学趋化作用，吸引中性粒细胞及单核巨细胞在血管周围及血管内浸润，造成肾小球血管炎及血管平滑肌细胞增生等血管病变；同时释放多种细胞因子及炎性介质，进一步加重肾小球固有细胞的损伤；③由于上述病变，改变肾小球毛细胞血管和GBM的通透性及肾小球内血流动力学，造成大量持续性蛋白尿，反之这些蛋白尿加重系膜细胞及肾小球的损伤；④系膜溶解，导致系膜基质代偿增生，可能是最终进展到肾小球硬化的前提；⑤新近的研究发现TGF-β，PDGF在CRF时产生增多，它们不仅在系膜基质导致肾小球硬化过程中发挥作用，而且在系膜细胞增生和分泌包括ROS、TNF、PAF等在内的炎性介质加重肾损害中起重要作用；因此，生长因子在引发系膜硬化的同时，通过ROS进一步损伤肾组织^[28]。

　　2.2氧自由基导致的肾小管损伤

　　1987年Schrier等在慢性肾衰发病机理的研究中发现，肾脏病变发展到一定程度均可出现明显的肾小管代谢亢进，组织学上表现为肾小管上皮细胞增生和肥大，功能上表现为肾小管滤过系数增加，代谢上表现为ATP酶活性增加，磷脂酶和蛋白激酶C活性增强，肾小管上皮细胞耗氧量明显增加，细胞内钙离子浓度升高，氧自由基和脂质过氧反应增强，进而导致肾组织的进行性损伤^[29]。Nath等亦认为氧自由基对小管间质的损害在急慢性肾脏病变中均占主导地位^[30]。

　　在小管间质病变中发生和发病过程中，氧自由基可直接来源于间质炎症细胞，亦可由健存肾小管代偿性代谢亢进所产生，或与肾小球损伤，或当时的病理状态相关。单核巨噬细胞是肾脏病变中间质浸润细胞最多的一类，已证实肾脏病变间质单核巨噬细胞数与肾功能下降有关。在实验性肾小球疾病中已观察到肾小球浸润的单核巨噬细胞可产生氧自由基，导致肾小球损伤；然而，目前尚无报告慢性肾脏病变中间质单核巨噬细胞是否能产生氧自由基导致肾脏损伤，但可以推测被激活的间质单核巨噬细胞可能通过与氧自由基相关的途径在进展性肾脏损伤中起重要作用^[31]。

　　为进一步证实氧自由基在进行性肾小管间质损伤中的致病作用，Trachtamn^[32]等使用Taurine,一种具有清除羟基（OH）和次氯酸（OCl）能力的抗氧化剂，治疗Puromycin慢性肾病大鼠，结果尿蛋白排泄量减少，肾功能改善，组织学上小管间质病变及肾小球硬化均有减轻。维生素E是膜脂质双层中主要的氧化剂，硒是GSH的辅基。Nath^[33]等通过减少外源性抗氧化剂供给造成大鼠体内抗氧化剂缺乏的动物实验来观察氧自由基对小管间质的作用，断奶三周的SD大鼠，持续14周给予缺乏维生素E和硒的食物，结果大鼠肾脏有如下病理改变：①在进食量无明显差异下，肾重量和体积增加；②大量蛋白尿，其中主要是蛋白、IgG和低分子量蛋白；③组织学检查间质小管炎性细胞浸润，肾小管扩张、管型的形成；④GFR下降，肾血流量下降。近来，Ricardo等^[34]将鼠单侧输尿管结扎造成肾积水动物模型，运用免疫组化及原位杂交技术观察近端肾小球抗氧化酶-SOD及过氧化氢酶在mRNA及蛋白质水平的表达；同时还观察体外加入TGF-β或IL-1对培养近端小管细胞产生抗氧化酶的影响。结果发现肾积水侧SOD及过氧化氢酶在mRNA及蛋白质水平的表达均明显下降，炎症细胞因子（入TGF-β和IL-1）可减少培养近端小管细胞产生抗氧化酶，提示随着氧张力的明显增加，这种肾积水后大鼠肾皮质抗氧化酶mRNA表达的下调可放大实验性肾积水大鼠的致炎症状态，结果导致小管间质损害及纤维化。

　　任何类型小球损伤均能破坏肾小球的通透性从而导致包括转铁蛋白等许多蛋白漏入尿液，转铁蛋白可提供铁源从而催化损伤性氧化产物。铁与转铁蛋白结合是依赖PH值的，当尿液沿肾单位形成过程中PH值降低，铁便从转铁蛋白中释放出来。如果铁蛋白一铁复合物被溶酶体吞噬降解，铁如此释放便于在上皮细胞或细胞间催化氧化反应。肾小球疾病可导致红细胞漏入尿液中；从损伤或降解的红细胞释放的血红蛋白是铁的第二来源，对表现有肉眼血尿或镜下血尿患者电镜研究证实小管腔内有红细胞，肾小管上皮内有红细胞碎片以及小管结构损害。通过微穿刺将红细胞注入大鼠近曲小管表面，随后便有近端小管吞噬红细胞，目前认为管细胞晶体沉积是血红蛋白的沉积最终导致小管坏死、间质水肿和纤维化，这很可能当红细胞降解血红蛋白释放入细胞暗隙从而引发小管损伤，已证实血红蛋白和含血红素蛋白通过依赖铁自由基机制诱发小管损伤^[30]。除些以外，肾小管上皮细胞处于高氧耗，高代谢状态，ROS生成明显增加的同时，氨（NH3）的产生也增多，后者可激活补体交替途径，导致小管间质的进一步损伤^[29]。

　　综上所述，氧自由基可由肾脏固有及浸润细胞所产生。由氧自由基造成的肾损害，一方面取决于肾脏局部氧自由基的产生如何，另一方面氧自由基的清除也起重要作用。在慢性肾脏病变的进展过程中，不但肾组织氧自由基产生过多，同时肾组织局部消除氧自由基过少，因而可造成肾组织的进一步损伤，最终导致肾小球硬化，肾小管萎缩及间质纤维化。肾脏局部组织中氧自由基的产生及消除失衡是慢性肾脏病变发生发展众多因素中的一种重要致病机制。

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校对时间:99-12-08 17:58 赵秀妮