肾结石和血管钙化之间的联系

Int J Mol Sci. 2021 Apr; 22(7): 3590.

Published online 2021 Mar 30. doi: 10.3390/ijms22073590

PMCID: PMC8036726

PMID: 33808324

Crosstalk between Renal and Vascular Calcium Signaling: The Link between Nephrolithiasis and Vascular Calcification

Chan-Jung Liu,1 Chia-Wei Cheng,1 Yau-Sheng Tsai,2,3 and Ho-Shiang Huang1,*

Lisa M. Harrison-Bernard, Academic Editor

Author information Article notes Copyright and License information Disclaimer

Go to:

Abstract

     钙 (Ca2+) 是多细胞稳态的重要介质，参与多种疾病。肾脏、骨骼、肠道和甲状旁腺在 Ca2+ 稳态中的相互作用受到多种激素和信号通路的严格调节。钙敏感受体 (CaSR) 是一种 G 蛋白偶联受体，在促钙组织（如甲状旁腺和肾脏）中表达，在 Ca2+ 调节中起关键作用。CaSR 对肾 Ca2+ 很重要，因为该受体的突变会导致高钙尿症和钙质肾结石。此外，CaSR还在血管系统中广泛表达，包括血管内皮细胞（VECs）和血管平滑肌细胞（VSMCs），并参与血管钙化过程。由于 CaSR 表达或功能的改变，肾脏和 VSMC 感知异常的 Ca2+ 与肾结石和血管钙化的形成有关。根据新出现的流行病学证据，肾结石患者发生血管钙化的风险较高，但将这两种情况联系起来的确切机制尚不清楚。然而，Ca2+ 稳态失调和 CaSR 功能障碍可能是两者之间的联系。本综述总结了血管系统中肾脏钙的处理和钙信号传导，特别关注肾结石和血管钙化之间的联系。

关键词：钙信号，钙稳态，肾结石，肾结石，血管钙化，钙敏感受体，高钙尿症，骨/软骨转分化

前言

一、简介

     钙（Ca2+）是人体内含量最丰富的矿物质。因此，它参与了几个生理和病理过程。全身超过 99% 的 Ca2+ 和 85% 的 PO43- 结合为羟基磷灰石并在严格调控下沉积在骨骼中 [1]。其余 1% 的 Ca2+ 可以在血液、细胞外液 (ECF) 和软组织中找到。在甲状旁腺激素 (PTH)、降钙素和 1,25-二羟基维生素 D (1,25(OH)2D3) [2] 的控制下，血清 Ca2+ 浓度严格保持在 8.5 至 10.5 mg/dL 之间。此外，PTH 和 1,25(OH)2D3 的血清水平受位于甲状旁腺和肾脏中的钙敏感受体 (CaSR) 的调节。CaSR可特异性检测血清Ca2+的轻微升高，可被Ca2+以低亲和力激活[3]。CaSR 激活后，PTH 分泌和肾 Ca2+ 重吸收将显着减少。PTH 水平降低直接导致肾脏对 Ca2+ 的重吸收减少，骨对 Ca2+ 的吸收减少，以及肠道对 Ca2+ 的吸收减少。因此，这种复杂而精确的调节机制是肾脏、骨骼、肠道和甲状旁腺之间的相互作用。Ca2+ 稳态与多细胞功能障碍有关，包括细胞凋亡、线粒体功能障碍和氧化应激 [4,5,6]。此外，Ca2+ 失调也可能导致多种疾病的发病机制，包括恶性肿瘤、糖尿病 (DM) 和高血压 (HTN) [7,8,9]。病理性矿化是 Ca2+ 失调的另一个后果，可发生在血管、肾脏和许多其他器官中。血管钙化与心血管相关的高发病率和死亡率有关，并且可能是衰老、慢性肾病 (CKD) 和 HTN 的结果 [10]。血管钙化的病理生理学可能主要与成骨/软骨分化有关，其部分受 CaSR 调节。肾脏钙化可导致肾结石（肾脏集合系统中存在固体结石）和肾钙质沉着症（Ca2+ 在肾实质中的沉积）。肾结石最常见的成分是草酸钙 (CaOx)，其次是磷酸钙 (CaP)。尽管肾结石形成的确切机制尚不清楚，但 Randall 的斑块理论是最被接受的假设之一 [11]。Randall 斑块是一种暴露的 CaP 病变，肾乳头上没有包被的尿路上皮，经常在结石形成者中观察到 [12]。这些斑块被认为是 CaOx 过度生长和尿路结石形成的病灶。结石形成过程通常与高钙尿症有关，后者与肾脏 Ca2+ 处理和肾脏 CaSR 相关 [13]。近年来，新兴的流行病学研究揭示了血管钙化与肾结石之间的密切联系。然而，确切的机制仍然在很大程度上不清楚[14]。由于 CaSR 在各种器官钙化的调节中起关键作用，因此 Ca2+ 信号的失调可被认为是血管钙化和肾结石之间的联系。因此，我们进行了这次叙述性审查，这是基于从在 Medline 和 PubMed 数据库中使用搜索词“钙信号传导”、“钙感应受体”、“血管钙化”、“肾结石”和“肾结石”作为主题。

在这篇综述中，我们首先简要回顾了肾脏中的 Ca2+ 信号通路和肾脏 CaSR 的作用。由于 CaSR 在控制生理和病理钙化方面的关键作用，我们还解决了 Ca 信号传导对血管钙化和肾结石的影响。最后，我们总结了关于血管钙化和肾结石之间联系的大量文献，并回顾了可以解释这种联系的可能假设以及 CaSR 在这方面发挥的作用。

2.肾脏Ca2+信号的生理途径

    由于 CaSR 的高表达，肾脏被认为是一个钙敏感器官，可以监测尿液和血清 Ca2+ 水平 [15]。升高的血清 Ca2+ 将直接导致尿 Ca2+ 升高，而与 PTH 水平无关 [3]。ECF 中 60% 的 Ca2+ 不与蛋白质结合，因此可以自由地被肾小球过滤 [16]。在尿液集合系统中，高达 98% 的过滤 Ca2+ 将通过各种跨上皮转运途径被重新吸收。因此，尿 Ca2+ 排泄量将低于 Ca2+ 每日过滤负荷的 2%。有两种主要类型的跨上皮 Ca2+ 转运途径 - 细胞旁和跨细胞 [15]。细胞旁转运主要由正跨上皮电位差驱动，并受紧密连接蛋白控制，而跨细胞转运途径主要发生在远曲小管 (DCT) 段，由瞬时受体电位阳离子通道亚家族 V 成员 5 的顶端进入组成(TRPV5) 和钠钙交换器和 Ca2+ ATPase 的基底外侧穿梭。下一节提供了更多详细信息。

      在探索 Ca2+ 的肾脏处理之前，必须首先建立 Ca2+ 稳态的一般概念。增加的血清 Ca2+ 可以激活 CaSR，它负责 PTH 分泌的生理调节。PTH 的下降导致肾脏对 Ca2+ 的重吸收、肠道对 Ca2+ 的吸收和骨对 Ca2+ 的吸收减少。CaSR 在整个肾小管系统中均有表达，细胞外 Ca2+ 升高也可刺激肾 CaSR，与 PTH 作用无关。不同节段肾 CaSR 的激活可能导致对 Ca2+ 重吸收的不同影响 [3]。在不同的肾段中，CaSR 可以位于细胞水平的顶端、基底外侧或两者。CaSR 的肾脏分布在人类、大鼠和小鼠物种中相似，尽管其整体表达存在显着差异。在肾袢 (TAL) 的粗升肢中观察到肾脏中 CaSR 的最高表达，而在肾小球中发现最低表达 [17]。然而，Ca2+ 信号在肾小球中更为独特。在其他管状系统中，CaSR 被认为具有以下功能 : 1.Ca2+ 和磷酸盐 (Pi) 稳态；2. 阳离子运输；3. 流体/NaCl 重吸收；4. 尿液酸化。

2.1.肾小球

      成熟的肾小球包含四种细胞类型——足细胞、内皮细胞、上皮细胞和系膜细胞。除了肾小管系统的其他部分，CaSR 的表达在肾小球的所有细胞类型中都相对较低 [17]。尽管表达量很低，但肾小球中的 CaSR 在细胞外 Ca2+ 进入中起着重要作用 [18,19]。系膜细胞和足细胞中钙内流的调节与肾小球功能密切相关。在健康条件下，细胞内Ca2+维持在低浓度；然而，在疾病状态下，其浓度会增加。细胞内钙的持续增加会对肾小球细胞产生有害影响，因为它会触发肌动蛋白细胞骨架的急性重组，导致肾小球硬化和肾病 [20]。在肾小球段，瞬时受体电位规范 (TRPC) 通道 TRPC1 到 TRPC7 主要负责 Ca2+ 处理 [21]。在这七个 TRPC 成员中，TRPC5 和 TRPC6 是调节肾小球细胞 Ca2+ 流入的有力介质。事实上，TRPC6 的功能获得性突变可导致局灶节段性肾小球硬化 (FSGS) [22]。然而，在正常生理条件下，TRPC6 保持沉默，直到病理刺激触发其激活。通过 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 信号机制激活 TRPC6，包括血管紧张素 II (Ang II)、三磷酸腺苷 (ATP) 和蛋白酶凝血酶，可诱导足细胞功能障碍和肾小球滤过屏障破坏，表现为蛋白尿恶化 [23]。然而，肾小球中 CaSR 的激活可能会防止上述肾小球损伤 [18,24,25,26]。用高细胞外 Ca2+ 或拟钙剂（CaSR 激动剂）激活 CaSR 可以以剂量依赖性方式诱导细胞内 Ca2+ 增加，并且激活对肌动蛋白细胞骨架产生稳定作用并通过不明机制减轻肾小球损伤。最近的一项研究表明，CaSR 的肾脏保护作用可能源于 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK) 的激活 [26]；然而，这需要进一步评估。

2.2.近端小管 (PT)

     CaSR 在 PT 的顶端表达，负责重吸收 60-70% 被肾小球过滤的 Ca2+ [27]。调节磷酸盐尿是该段的主要功能。PT 中的阳离子稳态主要受 PTH 调节。PTH 激活位于顶膜和基底外侧膜中的甲状旁腺激素受体 1 (PTH1R)，并抑制 Na+-H+ 协同转运蛋白 (SLC9A3) 和 Na+-Pi 协同转运蛋白 (SLC34A3)。这种抑制导致 Pi 排泄增加。然而，当 CaSR 被激活时，PTH 作用会减弱，导致磷酸尿减少和尿液酸化增加。

     在 PT 中，血清 1,25(OH)2D3（维生素 D 的生理活性形式）的调节是与肾 CaSR 相关的另一个主要功能。维生素 D 的非活性形式，即 25-羟基维生素 D (25(OH)D)，通过 1α-羟化酶 (CYP27B1) 转化为 1,25(OH)2D3。值得注意的是，CYP27B1 仅位于 PT 中。虽然 PTH 可以激活 CYP27B1，但 CaSR 的激活可以反向抑制 CYP27B1。因此，PT 中的肾 CaSR 会减少 1,25(OH)2D3 的转化。1,25(OH)2D3 的主要功能是促进肠道 Ca2+ 吸收和骨 Ca2+ 吸收 [28]。CaSR在PT中的抑制作用可以通过间接影响肾脏以外的器官来降低ECF Ca2+。

最终，Ca2+ 主要通过 PT 中的细胞旁跨上皮途径重吸收。CaSR 的激活导致 Na+ 重吸收和质子排泄。细胞内 Na+ 增加导致渗透压增加并提供细胞旁驱动力以加强 Ca2+ 和 H2O 的重吸收。

2.3. Henle 环iw粗升肢 (TAL)

      PT后， Henle 袢的细降支和升支都具有有限的Ca2+渗透性[27]。在动物和人类研究中，发现 TAL 具有最高水平的 CaSR 表达，其表达主要存在于基底外侧膜上。大约 20-30% 的过滤钙离子通过细胞旁跨上皮途径在 TAL 中被重吸收 [29]。要了解 TAL 中 Ca2+ 重吸收的机制，应考虑 Na+ 和 K+ 的作用。TAL 的顶膜上有两个重要的转运蛋白——肾外髓质钾 (ROMK) 和 Na+-K+-Cl− 协同转运蛋白 2 (NKCC2) [27]。ROMK 负责将 K+ 再循环到尿液中，并且是 NKCC2（由 SLC12A1 基因编码）的限速步骤。NKCC2 介导 TAL 中的跨上皮 NaCl 重吸收，并在尿浓度中起重要作用。这两种转运蛋白由细胞内 cAMP 通过 GPCR 途径激活。GPCR 通路可以被 PTH、降钙素和精氨酸加压素 (AVP) 激活。因此，PTH 可通过 K+ 循环产生电压差并促进细胞旁 Ca2+ 重吸收。相比之下，CaSR 激活可以同时抑制 cAMP 和 ROMK。这种效应导致管腔跨上皮电位差的降低并降低 Ca2+ 的细胞旁驱动力。因此，将出现典型的 Bartter 综合征临床表现，包括低钾血症、低氯血症和代谢性碱中毒 [30]。

     细胞旁 Ca2+ 流量受到紧密蛋白 (CLDN) 的严格调控，包括 CLDN14、CLDN16 和 CLDN19。CLDN 是由 27 个成员组成的紧密连接蛋白，它们起离子通道的作用以允许选择性渗透。CLDN16 和 CLDN19 在 TAL 中完全表达并形成异聚阳离子通道。这些阳离子通道的功能包括——

(1)促进Ca2+和Mg2+的渗透；(2) 在 TAL 后期产生流明正电压电位，并诱导 Ca2+ 和 Mg2+ 重吸收的电驱动力 [31]。

     然而，与 CLDN16 和 CLDN19 相比，CLDN14 在控制 Ca2+ 流入方面起着相反的作用。CLDN14 仅在 TAL 中表达，在基线时无法检测到。然而，高钙血症会激活基底外侧膜中表达的 CaSR 并增加 CLDN14 的表达 [32]。根据最近的研究，CLDN14 主要在也表达 CLDN16 的细胞中表达，并直接与 CLDN16 但不与 CLDN19 相互作用。CLDN14 过表达导致细胞旁 Ca2+ 通量的阻塞，从而促进尿 Ca2+ 排泄。根据越来越多的证据，CLDN14 功能障碍与肾结石形成高度相关 [33]。

2.4.远曲小管 (DCT)

    在 DCT 中，大约 10% 的过滤后的 Ca2+ 通过跨细胞跨上皮途径被重新吸收。CaSR 在顶膜和基底外侧膜上均有表达，其功能在两个位置之间有所不同。首先，在激活顶端 CaSR 后，通过 TRPV5 转运蛋白发生 Ca2+ 摄取。TRPV5 也可以被增加的 cAMP 激活，这是由 PTH 激活引起的。其次，Ca2+ 将与钙结合蛋白-d28k (CALB1) 结合并从顶端运输到基底外侧膜。第三，基底外侧膜上有两个 Ca2+ 转运系统——质膜钙 ATP 酶 4 (PMCA4) 和钙/钠交换器 (NCX1)。最近的证据表明 NCX1，而不是 PMCA4，是主要的调节转运蛋白 [34]。NCX1 的活性高度依赖于细胞内 Na+ 水平，这与顶端 SLC12A3 (NCC) 和基底外侧 Na+/K+ ATPase 密切相关。前者负责 NaCl 的重吸收，而后者将钠泵入基底外侧空间。基底外侧 CaSR 的激活将抑制 KCNJ10 和 PMCA4 转运蛋白。KCNJ10 和 PMCA4 分别允许 K+ 和 Ca2+ 流入基底外侧空间。因此，CaSR 的激活将直接促进 Ca2+ 重吸收并间接抑制 NaCl 重吸收。

2.5.集合管

      集合管是肾小管系统的最后一部分。这种结构通常允许水重吸收和质子排泄 [35]。整个集合管由两种不同类型的细胞组成——主细胞和嵌入细胞 (IC)。主细胞被认为在 Na+ 和水分调节中起关键作用，而 IC 主要调节酸碱平衡。在主细胞中，顶端表达的 CaSR 的激活抑制 AQP2，AQP2 负责从尿液中重吸收水分。AQP2 的机制始于与位于主细胞基底外侧膜上的 2 型加压素受体 (V2R) 结合的加压素。加压素与 AVP 结合后，cAMP/PKA 信号被激活，导致含有 AQP2 的囊泡与质膜融合。然后将 AQP2 插入细胞的顶端。结果，水渗透性增加，允许从尿液中重新吸收水分。最终，CaSR 的激活减少了水的重吸收并促进了尿液稀释。

    在集合管中发现了三种类型的 IC——A 型（A-IC）、B 型（B-IC）和非 A、非 B 型 IC [36]。A-ICs 主要在尿酸化中起作用，而 B-ICs 和 non-A、non-B ICs 在尿 HCO3− 分泌中起作用。ICs可以通过顶膜上的H+-ATPase将H+排泄到尿液中，CaSR的激活可以促进H+-ATPase的活性，诱导尿液酸化。

2.6.简要结论

    CaSR 激活后，PT 中 PTH 介导的 Pi 排泄将被抵消，导致磷酸尿减少。TAL 中 CaSR 的激活将首先通过抑制 NKCC2 和 ROMK 来减少 NaCl/Ca2+/Mg2+ 的转运，然后通过抑制 CLDN16 减少通过细胞旁途径的 Ca2+ 转运。这些影响与减少对 Ca2+ 的重吸收有关。在 DCT 中，顶端 CaSR 通过 TRPV5 增加 Ca2+ 重吸收，而与 NaCl 重吸收无关。最后，在集合管中，CaSR 的激活会导致尿液稀释，并通过 H+-ATPase 的促进诱导尿液酸化（图 1）。

图1 肾小球滤过后，尿液 Ca2+ 流经近端小管 (PT)，60-70% 的重吸收通过细胞旁途径发生。钙敏感受体（CaSR）主要表达在 PT 的基底外侧膜上。CaSR 在 PT 中的主要作用是抵消甲状旁腺激素 (PTH) 介导的 Pi 排泄，导致磷酸尿减少。紧密连接蛋白Claudin 2 (CLDN2) 是一种新型的细胞旁阳离子通道，可渗透 Ca2+ 和 Na+。PT 后，尿液通过 Henle 袢 (TAL) 的粗升支，其 CaSR 表达最高，并通过细胞旁途径引起 20-25% 的 Ca2+ 重吸收。当高钙血症激活 TAL 中的 CaSR 时，它会抑制肾外髓质钾 (ROMK)，从而阻止顶端 K+ 循环——Na+-K+-Cl− 协同转运蛋白 2 (NKCC2) 活性的限速步骤和降低细胞内环 AMP (cAMP) 水平。这种效应导致细胞旁 Ca2+ 重吸收驱动力的丧失。CaSR 的激活还可以增强 CLDN14，它负责控制 Ca2+ 流入。通过远曲小管 (DCT) 的部分，8-10% 的 Ca2+ 将通过跨细胞途径被重吸收。由 CaSR 激活的瞬时受体电位阳离子通道亚家族 V 成员 5 (TRPV5) 是再摄取 Ca2+ 的关键通道。质膜钙 ATP 酶 1b (PMCA1b) 和钙/钠交换器 (NCX1) 是位于基底外侧的 Ca2+ 通道，由 CaSR 介导。最后，在集合管中，顶端 CaSR 激活减少了加压素介导的水通道蛋白 2 (AQP2) 水通道的顶端插入，并减少了水的重吸收。此外，CaSR 激活还可抑制 H+-ATPase 并导致尿酸化。PT，近端小管；CaSR，钙敏感受体；PTH，甲状旁腺激素；Pi，磷酸盐；CLDN，克劳丁；TAL，Henle环的粗升支；DCT，远曲小管。

3. 血管钙化中的 Ca2+ 信号传导

3.1.血管钙化的分类

     血管钙化与心血管发病率和死亡率有关 [37]。各种生理病理状况都会导致血管钙化，包括衰老、DM、CKD。血管钙化可分为两种不同的形式，内膜钙化和中膜钙化。内膜钙化通常与动脉粥样硬化斑块有关，这可能导致血管阻塞，并最终破裂 [38]。另一方面，在 CKD 和 DM 患者中，内膜钙化更常见。血管钙化的机制复杂，取决于具体的形式和病因。通常，内膜钙化类似于骨形成的多步过程，并且会因炎症而加速 [39]。该过程始于动脉粥样硬化中的微钙化（0.5-50 μm），其源自血管平滑肌细胞 (VSMC) 和巨噬细胞在炎症刺激下产生凋亡小体和基质囊泡 [40]。这些微钙化被认为是脆弱和不稳定的。在修复过程中，巨噬细胞极化通过成骨细胞分化促进血管钙化[41]。内侧钙化通常与 VSMC 的骨/软骨形成转分化有关 [42]。这种转分化可以被高磷血症、高钙血症、高血糖症和炎症激活 [43]，并涉及各种成骨转录因子，包括核心结合因子 α-1 (CBFA1)、msh 同源框 2 (MSX2) 和 osterix (Osx)。此外，该过程与焦磷酸盐 (PPi)、基质 Gla 蛋白 (MGP) 和胎球蛋白 A 等钙化抑制剂的功能障碍有关 [44]。值得注意的是，对血管钙化机制的讨论不在本综述的范围内。在此，我们选择关注 Ca2+ 信号传导和 CaSR 在血管钙化中的作用。

3.2. CaSR 在血管钙化中的作用

      在血管系统中，CaSR 在血管内皮细胞 (VEC)、VSMC 和血管周围神经上表达，以调节血管弹性。这些细胞中CaSR的激活主要导致复杂通路下的血管舒张，这与血压控制密切相关。然而，在血管钙化中，CaSR主要参与Ca2+稳态的功能障碍。以前的研究发现，钙通道阻滞剂可以阻止 Ca2+ 进入 VSMC，减少血管钙化 [45,46]。Ca2+ 流出相关蛋白，包括 NCKX4、NCX1 和 PMCA1，被发现在血管钙化小鼠模型的主动脉中膜和暴露于高浓度 Pi 和 Ca2+ 的培养 VSMC 中减少 [47]。这些发现表明，流入 VSMC 的 Ca2+ 不平衡可能导致血管钙化。然而，VSMC CaSR 被认为是发生血管钙化的抑制者 [35,37]。这一概念源于对 VSMC 的研究，CKD 患者中 CaSR 表达降低导致血管钙化增加 [48]。这一发现也得到了最近许多使用拟钙剂增加 CaSR 表达并减少 VSMC 血管钙化的研究的支持 [49,50]。大量 CKD 队列研究反复证明了拟钙剂对血管钙化的保护作用 [51,52]。人们普遍认为 MGP 负责 CaSR 的保护作用 [53]。MGP是最重要的血管钙化抑制剂之一[54]，是一种维生素K依赖性蛋白，主要由血管平滑肌细胞和软骨细胞合成。由于广泛的动脉钙化和主动脉破裂，MGP 敲除小鼠在两个月内死亡 [55]。VSMC 中 CaSR 的激活直接导致 MGP 合成的增加 [53]。

去：

4. 肾结石中的 Ca2+ 信号传导

     肾结石是一种主要的泌尿系统疾病，终生患病率约为 10% [56]。含钙结石始终是最常见的尿路结石 [57]。草酸钙 (CaOx) 是最常见的结石类型，占 65-85%，其次是 CaP [58]。肾脏 Ca2+ 信号失调一直被认为是诱导肾结石形成的最关键因素。尽管对结石形成的机制已经研究了多年，但仍未完全了解。肾结石的形成是一个涉及物理化学变化和尿液过饱和的过程。理化变化意味着泌尿结石形成促进剂（例如 Ca2+、Pi、尿酸、草酸盐）和泌尿结石油形成的抑制剂（例如柠檬酸盐、骨桥蛋白 (OPN)）之间存在不平衡。发现高钙尿症是结石形成者中最常见的代谢危险因素 [59]。值得注意的是，当溶液中所含物质多于溶剂在正常情况下所能溶解的物质时，该溶液被认为是过饱和的。在过饱和状态下，尿液中的溶质沉淀导致成核，然后结晶。当两种离子的浓度超过其饱和点时，就会发生结晶 [60]。晶体聚集参与晶体保留并导致晶体-细胞相互作用。这种晶体聚集会损害肾小管细胞并导致肾结石。

      近年来，随着基因组测序技术的进步，研究强调了肾结石疾病遗传原因的重要性。过去的文献报道，在 10-15% 的成人肾结石患者和 15-20% 的 <18 岁个体中可以检测到单基因原因 [61,62,63,64]。然而，根据双胞胎研究的结果，遗传对特发性钙结石形成者的影响可能被低估了 [65]。大多数与肾结石相关的遗传性疾病都与高钙尿症有关 [61]。基于有关肾脏 Ca2+ 处理途径的知识，更容易理解肾结石形成的遗传影响。首先，CaSR 在肾脏 Ca2+ 处理中具有最重要和最复杂的作用。事实上，CaSR 的激活可导致 TAL 中钙重吸收减少和 DCT 中钙重吸收增加。在人类 CaSR 基因中发现了大约 200 个非同义单核苷酸多态性，其中一些与特发性钙肾结石有关 [66]。CaSR 基因表达的活性降低会促使钙质肾结石形成 [67]。因此，无法重新吸收 TAL 中的尿液 Ca2+ 和稀释尿液可能是原因；然而，确切的机制仍不清楚。有趣的是，CaSR 在钙性肾结石中的保护作用类似于其在血管钙化中的作用。其次，与 TAL 中钙稳态相关的基因突变导致一种综合征（Bartter 综合征），表现为低钾性碱中毒、高肾素血症性醛固酮增多症和高钙尿症 [30]。这些突变会影响 SLC12A1（I 型 Bartter 综合征）、ROMK（II 型）和 CaSR（V 型）的活性。上面提到的所有类型的 Bartter 综合征都可能导致高钙尿症和肾结石的风险增加。最后，肾脏 CLDN 与高钙尿症和肾结石密切相关 [68]。此外，CLDN14 表达导致血清 Ca2+ 水平升高期间尿 Ca2+ 重吸收减少，而 CLDN14 的失调有助于肾结石的发展 [69]。CLDN16 和 CLDN19 形成一个复合物，用于 Ca2+ 的细胞旁重吸收。CLDN16 或 CLDN19 基因突变的患者，其特征是肾镁和钙排泄过多，被诊断为家族性低镁血症伴高钙尿症和肾钙质沉着症 (FHHNC) [70]。最近的新研究表明 CLDN2 是PT 中钙重吸收的介质，在特发性高钙尿症和肾结石中起关键作用 [71]。发现 CLDN2 敲除小鼠出现高钙尿症，这归因于钙的肾渗漏和肠道净钙吸收增加。但是，仍然需要进一步调查。

5. 肾结石与血管钙化的关系

   近几十年来，越来越多的证据将肾结石与各种代谢疾病联系起来，包括 DM、肥胖、心血管疾病、CKD 和代谢综合征 [72,73,74]。这些全身性疾病都与血管钙化密切相关。因此，尽管潜在机制尚不清楚，但对结石形成者血管钙化的观察引起了极大的兴趣。

    首先，之前的动物研究表明，骨桥蛋白 (OPN) 在钙化血管中大量表达，敲除小鼠经常发生血管钙化，并且肾晶体沉积的风险也增加 [75,76,77]。与 OPN 缺失小鼠相比，高磷酸盐喂养的 OPN 基因敲除小鼠具有更严重的血管钙化和肾钙化，这表明 OPN 可以同时预防肾钙质沉着症和血管钙化 [78]。MGP 是最有效的组织钙化抑制剂，影响血管钙化和肾结石的形成，这已被大量动物研究证实 [55,79]。作为代谢综合征模型的 Otsuka Long-Evans Tokushima 脂肪 (OLETF) 大鼠形成了更多的肾晶体沉积物，并且还表现出更大的冠状血管狭窄。所有这些动物研究都暗示了这两种不同疾病之间的联系 [80,81]。

      其次，在此评估的先前人类研究主要基于大规模流行病学结果，以确定肾结石和血管钙化之间的关联。年轻人冠状动脉风险发展 (CARDIA) 研究是剖析这种关联的先驱研究 [82]。通过采用 20 年的随访回顾性队列，CARDIA 研究显示，年轻的肾结石形成者亚临床颈动脉粥样硬化的患病率高于非结石形成者（优势比 (OR)，1.67；95% 置信区间 (CI) ), 1.17–2.36)。在这项研究之后，两个不同的小组发现肾结石患者的动脉僵硬和血管钙化增加，这分别通过脉搏波速度和腹主动脉钙化进行评估 [10,83]。多种族动脉粥样硬化研究 (MESA) 研究招募了 3000 多名参与者，进一步证实复发性肾结石形成者冠状动脉钙化的风险高于非结石形成者（OR，1.80；95% CI，1.22– 2.67) [84]。在计算机断层扫描的帮助下，几项研究证明肾结石形成者腹主动脉钙化的发生率高于非结石形成者 [85,86]。最近，我们的小组发现，与无结石对照组相比，钙肾结石形成者的颈动脉内中膜厚度增加，与血脂异常无关[87]。总之，大量证据支持肾结石患者发生血管钙化的风险较高。

    尽管肾结石和血管钙化之间的关联已经确定，但其潜在机制仍不确定。尽管如此，可以考虑几种理论（图 2）。

    首先，生活方式和饮食习惯都会导致这两种截然不同的疾病。高脂肪饮食可引起血管钙化并诱导尿酸化，促进钙肾结石的形成[88]。此外，肥胖和代谢综合征是众所周知的肾结石和血管疾病的危险因素 [13]。

     其次，巨噬细胞极化和吞噬作用可导致肾结石和血管钙化的发展。人单核细胞可被 CaOx 肾结石激活并在局部产生炎性细胞因子。巨噬细胞 M1 极化可以促进肾结石的形成 [89] 并通过 Janus 激酶 3 信号转导和转录蛋白 3 激活剂 (JAK3-STAT3) 途径促进 VSMC 分化为成骨细胞表型 [90]。

     第三，基质囊泡存在于血管钙化部位和肾乳头区 [91,92]。基质囊泡是许多细胞类型分泌的细胞外膜结合囊泡，参与心血管钙化的进程。对于肾结石，肾乳头中的晶体沉积被认为是从基质囊泡开始的，这可能导致成核和结晶；该区域的大小然后随着沉积在胶原框架中的外围的额外晶体而增长[93]。

第四，在血管钙化和肾炎中观察到钙化抑制剂的表达降低，包括 OPN、MGP 和胎球蛋白 A。OPN 是肾结石形成的关键抑制剂；然而，这种抑制剂还可以通过阻止 CaP 晶体生长来改善血管钙化 [76,77]。无论是血管钙化患者，还是肾结石患者，OPN 的循环水平都会降低 [78,94]。胎球蛋白-A; 也是一种众所周知的钙化抑制剂。根据先前的文献，血管钙化和动脉僵硬与胎球蛋白 A 的低血清水平有关 [77]。已发现肾结石患者的血清和尿中胎球蛋白 A 水平显着低于非结石患者 [95]。与 OPN 和 胎球蛋白-A;  相比，MGP 可能是血管钙化和肾结石的最重要抑制剂 [77]。MGP 缺陷小鼠可自发地发生动脉钙化 [96]。同样，大量研究发现，具有 MGP 基因多态性的患者更可能患有肾结石 [97]。所有这些证据表明钙化抑制剂的减少可能是血管钙化和肾结石之间的联系。最后，如上所述，CaSR 功能障碍可能是血管钙化和肾结石的潜在机制。简而言之，CaSR 受损可导致肾钙处理失调和无法防止血管钙化。然而，血管钙化和肾结石形成的病理生理学尚不完全清楚。上述假设必须在未来的研究中得到验证。

Open in a separate window

图2 血管钙化和肾结石之间的关联。右图为血管钙化过程，左图为肾结石形成过程。这两种不同疾病共有的分子特征由相同颜色的块突出显示。

     血管钙化可分为内膜钙化和中膜钙化。

1. 内膜钙化常与动脉粥样硬化有关。巨噬细胞 (Mφ) 消化脂蛋白并将巨噬细胞转化为富含胆固醇的泡沫细胞。最初，泡沫细胞可以被相邻的血管平滑肌细胞 (VSMC) 吞噬并释放凋亡小体。除了凋亡小体数量增加外，还有凋亡小体碎片的积累，导致坏死核的形成。坏死核心中的囊泡释放磷酸钙的微钙化作为成核病灶。

2. 内侧钙化   在很大程度上与成骨/成软骨转分化有关，这表明 VSMC 的表型改变为成骨/成软骨细胞样细胞。高磷酸盐 (Pi) 或钙 (Ca2+) 水平可诱导转分化。骨/成软骨细胞样细胞通过降低钙化抑制剂（例如基质 Gla 蛋白 (MGP)、骨桥蛋白 (OPN) 和胎球蛋白 A）的活性、凋亡小体释放、钙化细胞外基质囊泡释放和炎症来积极促进培养基钙化细胞因子释放。VSMC 上 CaSR 的激活可刺激 MGP 释放，从而改善血管钙化。

    肾结石形成的机制在很大程度上仍然未知。然而，过饱和的泌尿系结石促进剂，例如Ca2+和草酸盐（Ox），会逐渐形成晶体，聚集的晶体会与肾小管上皮细胞相互作用而导致上皮损伤。在钙化抑制剂（例如 MGP、OPN 和胎球蛋白 A）活性降低的帮助下，细胞-晶体相互作用可导致钙化细胞外基质囊泡释放和炎性细胞因子释放。还发现 Mφ 募集和极化发生在晶体附着区域。最后，Ca2+ 和 Pi 结合形成羟基磷灰石，沉积在肾乳头上，称为 Randall 斑块。

6. 结论和观点

   由于更先进的动物和分子研究，多年来肾脏 Ca2+ 信号传导的过程变得更加清晰。此外，越来越多的证据进一步证实了血管钙化和肾结石之间的致病联系。由于钙是这两种不同情况的主要成分，钙稳态功能障碍可能是将两者联系起来的机制。尽管不能用钙失调来解释所有患者的机制，但了解 Ca2+ 信号传导有助于发现最佳药物靶点。目前，由于缺乏有效的药物作用于血管钙化或肾结石的发生。因此，针对 CaSR 的治疗策略可能会减少血管钙化和肾结石的进展。

缩写 

吕建林 教授

编著的《实用泌尿超声技术》