兰德尔斑块和栓塞发病机制的理论

2022
06/04

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肾结石附着于磷酸钙 (CaP) 晶体的上皮下斑块(称为兰德尔斑块)和/或由于结石形成晶体(兰德尔塞)阻塞贝里尼导管的开口而形成。

Urolithiasis. 2015 Jan;43 Suppl 1(0 1):109-23.

 doi: 10.1007/s00240-014-0705-9. Epub 2014 Aug 14.

Unified theory on the pathogenesis of Randall's plaques and plugs

Saeed R Khan 1, Benjamin K Canales

PMID: 25119506 PMCID: PMC4373525  

DOI: 10.1007/s00240-014-0705-9

兰德尔斑块和栓塞发病机制的统一理论

抽象的

肾结石附着于磷酸钙 (CaP) 晶体的上皮下斑块(称为兰德尔斑块)和/或由于结石形成晶体(兰德尔塞)阻塞贝里尼导管的开口而形成。这些斑块和栓塞最终会挤入泌尿空间,成为晶体过度生长和结石形成的病灶。为了更好地了解这些调节机制和特发性钙结石病的病理生理学,本综述深入描述了这些斑块和栓子的形态和潜在起源,总结了现有的肾乳头间质沉积动物模型,并描述了人们认为的因素调节斑块形成和钙过度生长。根据这篇综述和血管钙化文献中提供的证据,我们提出了一种斑块形成的“统一”理论——类似于在身体其他部位观察到的病理性生物矿化。异常的泌尿状况(高钙尿、高草酸尿、低柠檬酸尿)、肾脏压力或创伤,甚至可能是正常的衰老过程导致肾上皮细胞转化为成骨细胞表型。随着这种去分化,骨特异性蛋白(即骨桥蛋白)的产生增加,结晶抑制剂(如胎球蛋白和基质-gla-蛋白)的减少,以及支持CaP晶体成核的基质囊泡的产生。这些小沉积物促进周围胶原蛋白的聚集和钙化。通过膜细胞降解产物和其他纤维的钙化继续矿化,直到斑块到达乳头上皮。通过基质金属蛋白酶的活性或可能通过大的上皮下结晶团产生的强力物理力,通过有机基质相关的 CaOx 成核或通过将 CaP 晶体的外层转化为 CaOx,表面被破坏并发生进一步的结石生长晶体。 如果这一理论成立,那么了解与小型基本间质斑块发展为扩大的穿透斑块所涉及的细胞机制可能有助于开发预防结石的新疗法。 关键词:兰德尔斑块,兰德尔塞,草酸钙,羟基磷灰石,肾结石,钙化 去:

介绍

肾结石是一种慢性疾病,在美国和国外都呈上升趋势。最近在全国健康和营养检查调查 (NHANES) 中对美国成年人的一项分析显示,肾结石患病率从 1988-1994期间的 5.2% 增加到 2007-2010 期间的 8.4% 。结石病护理和治疗的成本也随之上升,从 2000 年估计的 20 亿美元增加到 2006 年的超过 100 亿美元(美国泌尿系统疾病,美国国立卫生研究院第 12-7865 号出版物,表 14,美国政府印刷办公室,华盛顿特区;2012 年)。此外,新的流行病学研究提供了将结石形成与高血压、慢性肾病甚至终末期肾病的发展联系起来的证据。 越来越常见的疾病,如肥胖、糖尿病和代谢综合征,也被认为是成年人中结石形成的危险因素。最后,50% 的人在头 5 年内可能会复发结石病他们的第一次结石发作,随后的发作具有更高的复发率。[ 7 ] 显然,了解和预防结石形成对于减少复发和成本至关重要。 长期以来,结石形成一直被认为是一种被动的物理化学过程,是由于尿盐过饱和度增加和晶体抑制减少所致。尽管我们对这些结晶步骤有所了解,但医疗管理被认为充其量是适度有效的,可在短时间内将结石复发减少 30-50%。因此,为了更好地了解特发性钙结石病的调节过程和病理生理学,本综述对 Randall 斑块和栓塞的形态和潜在起源进行了深入的描述,总结了现有的肾乳头间质沉积动物模型,并描述了已知的被认为可以调节斑块形成和钙过度生长的因素。最后,基于血管钙化文献中的证据,我们提出了 Randall 斑块形成的统一理论,该理论涉及上皮细胞转化为成骨细胞样细胞,在肾小管上皮基底膜内形成 CaP 晶体,以及这些斑块的延伸和最终破坏。通过聚集和炎症形成钙化。如果这个理论成立,

兰德尔的结石形成理论

1937 年,Randall 博士提出,肾结石发生在位于肾乳头的两种类型的结石前病变上。 间质上皮下的磷酸钙 (CaP) 和碳酸钙沉积物,由肾乳头侵蚀到乳头表面,形成 I 型结石前病变 [ 12 ],目前称为“兰德尔斑块 (RP)”。他进一步建议,在过度尿过饱和和肾小管上皮细胞坏死的情况下,结石形成盐结晶并沉积在集合管中,形成 II 型病变,现在可以称为“兰德尔栓”。在这两种情况下,病变都充当进一步晶体沉积的肾小球,分别导致肾盂或乳头管中形成结石。

兰德尔的斑块

自从 Randall 提出他的乳头间质病变引发结石形成的理论以来,已经对取自结石形成者和非结石形成者的肾脏的肾乳头进行了许多形态学研究。Haggitt 和 Pitcock 从 100 个随机选择的尸检中检查了肾脏,并对选定的标本进行了光学和透射电子显微镜 (TEM)。他们在间质中发现了茜素红阳性层压小球,通过 TEM 仔细检查发现,这些小球与间质中的胶原纤维以及集合管的基底膜有关。库克及其同事 研究了 62 个正常肾脏,发现 4 个有钙化,钙化总是位于 Henle 袢的基底膜上,从那里延伸到髓质间质。一些集合管和血管也受累。 Stoller 等人对尸体肾脏进行了高分辨率 X 线摄影。他们报告说,57% 的肾脏有上皮下的 Randall 斑块,这些斑块延伸到乳头深处,与集合管和直肠血管密切相关。通过 von Kossa 染色,发现散在间质以及集合管和血管周围的球形 CaP 沉积物。Evan 及其同事检查了患有各种原因的结石患者的肾乳头。他们得出结论,所有特发性钙结石都附着在上皮下的 Randall 斑块上 并证实了 Cooke 早期关于 Henle 环基底膜参与 Randall 斑块发展的观察。同样在他们的报告中,他们描述了在特发性结石形成者的所有肾活检中没有细胞损伤、炎症、间质纤维化和管内晶体沉积。Evan 等人进一步假设,特发性结石形成的间质晶体沉积物从 Henle 环的基底膜迁移到周围的间质中,并与 1 型胶原蛋白结合,融合成一个合胞体,其中矿物岛似乎漂浮在有机体中海。骨桥蛋白 (OPN),间α-抑制剂的重链,  胶原蛋白,和锌,已在间质斑块的有机基质中鉴定。有趣的是,并非所有 RP 都发展成结石,因为许多非结石形成者的肾脏也受到斑块的困扰。 我们对结石附着部位肾乳头组织的电子显微镜检查显示,间质 CaP 沉积物与膜结合的囊泡、胶原蛋白和一些未识别的纤维状物质有关。一‍‍‍‍‍‍‍‍些囊泡含有针状电子致密物体,很可能是成核的 CaP 晶体(图 1A)。有两种不同类型的钙化。在肾小管基底膜和间质中可见直径为 0.5 µm 至 2 µm 的同心叠层球形沉积物。图 1B)。另一方面,黑色和致密的细长链沉积物与聚集的球晶混合,通常位于间质和乳头状上皮下方。图 1C、D)。这些沉积物的外表面显示出单独的钙化线,其带状图案类似于附近的胶原纤维(图 1D)。电子衍射显示晶体是羟基磷灰石 (HA),沉积物的中心比外围更结晶。 82831653866279600 77401653866279795 

图1 电子显微镜检查 CaP 肾间质沉积物(详情请参阅 [ 26 ]  。A. 与上皮细胞的基底膜 (B) 相关的膜结合囊泡 (E)。一些囊泡看起来是空的 (V) 而其他的包含电子致密材料,其外围有针状磷灰石晶体(箭头) 。B  . 致密磷酸钙沉积物的边缘显示两个大的磷灰石晶体层压球形(S)体。C,胶原蛋白 。C. 扫描电子显微镜观察到的磷酸钙沉积物。不同尺寸的球状磷灰石体 (S) 与不同厚度的纤维材料 (箭头) 聚集在一起。针状磷灰石晶体突出在球体表面,类似于透射电子显微镜在图 1B 中看到的情况。 D. 致密磷酸钙沉积物的另一个区域显示一个细长的钙化体,带有明显的条带(箭头)。附近的胶原纤维 (C) 显示出类似的条带。V、囊泡。

兰德尔的栓

已发现原发性甲状旁腺功能亢进症中的胱氨酸、透钙石、CaP 结石以及原发性高草酸尿症和减肥手术后的 CaOx 结石都附着在 Randall 栓上。栓的形成部分是由于较高的过饱和度造成的关于沉淀盐 [ 10 , 12 , 13 ] 并且通常与 Randall 所指出的肾小管损伤和局灶性炎症有关。 最近的一项研究提供了更新的证据,表明即使是一些特发性 CaOx 结石也可能发生由于 CaP 的管内沉积而形成的 Randall 栓。 在患有原发性高草酸尿症和双侧肾结石的患者的末端集合管中发现了由 CaOx 晶体组成的 Randall 栓。从肾盂和肾盏中取出几块结石后,通过光、扫描 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 技术切除、处理和检查带有结石的乳头。通过 X 射线衍射和能量色散 X 射线微量分析确定结石成分。所有石头都由 CaOx 和少量磷灰石混合而成。从收集管中提取了七颗结石。发现一块大石头完全卡在乳头内,在贝里尼的导管中,长出手指状的延伸物进入集合导管。结石在乳头尖端呈凸起状(图 2A)。贝里尼导管的开口变形(图 2B)。乳头表面上皮大部分脱落,露出基底膜和下面的结石(图 2C、D)。从管道中取出结石留下了暴露的基底膜。结石本身被上皮降解产物覆盖。对从集合管中提取的碎石进行的检查显示,在中心核周围有同心层的 CaOx 一水合物板状晶体。图 3A)。然而,其中一枚结石显示了源自位于外围的核的同心环(图 3B) 表示石头可能已经发展到附着在管状表面上。 66431653866279929 

图 2 通过扫描电子显微镜检查的原发性高草酸尿症患者的肾乳头(根据 Khan、Finlayson 和 Hackett [ 28 ] 修改)。 A. 内有草酸钙结石的乳头状尖端。结石在乳头表面 (S) 上表现为突起。乳头大部分被剥落的表面上皮,可以看到从下面的基底膜上脱落(粗箭头)。贝里尼导管的开口(细箭头)完全消失。 B. 闭塞开口、PE、乳头状上皮的高倍放大视图。 C. 脱落的乳头状上皮 (PE) 的高放大倍数暴露下方的凸出结石 (S)。 D. 底层结石的表面仍然覆盖着有机材料。板状一水草酸钙晶体的尖端清晰可见(箭头)。碎石 (S) 表面位于左下角,而受损的集合管上皮 (CD) 表面位于右上角。 50401653866280024 图 3 导管结石断裂表面的扫描电子显微镜检查。 A. 斯通正在堵住贝里尼导管的开口。附近的终端收集管 (CD) 位于右侧。结石展示了围绕无心核 (N) 的同心排列的一水草酸钙晶体层。结石似乎已经附着在管状表面上。 B. 在集合管中发现游离的一水草酸钙结石。晶体围绕中心核 (N) 排列成同心层。 用 CaOx 栓对肾脏进行光学显微镜检查发现间质纤维化、局灶性肾小管上皮增生、间质钙化和双折射 CaOx 晶体的肾小管内沉积。CaOx晶体基质呈PAS和阿新蓝阳性[ 28 ]。透射电镜显示间质扩大,有肌成纤维细胞、丰富的胶原蛋白、纤维状物质以及CaP的电子致密沉积物。膜泡和层状球晶(图 4A) 针状磷灰石晶体存在于大间隙 CaP 沉积物的外围。管状上皮基底膜增厚、分层(图 4B)。 94851653866280123 

图 4CaOx 塞对肾乳头的透射电子显微镜分析。A.存在于间质中的磷酸钙沉积物显示为磷灰石晶体 (S) 的球形内部叠层体。单个针状晶体排列在外围(箭头)。B.管状上皮的高度层压的基底膜。在上皮 (E) 层压基底膜 (B) 内可以看到膜结合的囊泡和其他细胞降解产物(箭头)。

关于兰德尔斑块和栓子起源的当前理论

兰德尔的斑块

关于兰德尔斑块的起源有两种理论,这两种理论都是基于对各种结石形成者肾脏的形态学检查。Evan 及其同事得出结论,Randall 的斑块始于亨利环细肢的基底膜。 Stoller 等人。另一方面,据报道斑块深入乳头进入直肠血管基底膜,并提出了一条涉及血管系统的通路, 有点类似于在动脉和毛细血管中形成钙化斑块。他们认为,斑块形成的血管理论得到肾乳头生理学的支持,以及结石形成与肾脏受累的血管疾病之间的关联。层状血流在肾乳头尖端变为湍流。渗透压增加 10 倍以上,肾皮质和乳头尖端之间的携氧能力降低。流行病学研究的结果也为结石形成与心血管疾病(包括高血压、心肌梗塞、糖尿病、慢性肾病、代谢综合征)之间的关联提供了证据。许多合并症不仅会导致结石病,还会由它引发。结石形成是高血压发展的危险因素,结石形成者糖尿病患病率较高。一些高血压和糖尿病患者形成肾结石的风险更大。所有与肾脏有关的血管疾病都会引发活性氧的产生和氧化应激的发展。

兰德尔栓

Randall 栓是 Bellini 导管中的结晶沉积物,会堵塞导管及其通向肾盂的开口。堵塞是一种管状事件,通常认为堵塞是由于尿液中的石盐过饱和而形成的。尿液 pH 值似乎起着重要作用。[ 17 ] 胱氨酸尿症会在胱氨酸栓上形成胱氨酸结石。[ 35 ] 同样,原发性高草酸尿症患者除了 CaOx 栓外还会出现 CaOx 结石。尿液相对于过饱和的情况下除了一种以上的盐,栓子和结石都含有一种以上的矿物质。 直观地说,堵塞还应取决于导管的内径以及通过它们的尿流。内髓集合管的内径在 35–60 µm 之间,Bellini 管的内径在 60 到 100 µm 之间。因此,单晶太小而无法阻塞小管,因此需要附着在管壁上 然后生长和/或与其他晶体聚集。有人建议,在收集管中,尿液在蠕动波推动下以谨慎的丸剂流动。这样的运动会导致明显的湍流,增加晶体接触和聚集的可能性。 Bellini 导管进入肾盂的开口比导管的管腔直径更窄,这也有助于保留用于堵塞的晶体。

动物模型

据我们所知,没有任何一种动物模型表明 CaOx 结石附着在 Randall 斑块上。然而,NHERF-1(钠氢交换调节因子-1)和 THP(Tamm Horsfall 蛋白)缺失小鼠在肾乳头中产生间质磷灰石斑块,类似于人类斑块。NHERF 缺失小鼠是高钙尿和高磷尿,产生与 Henle 环和内集合管相关的小间质 CaP 沉积物。在Henle环的基底膜中也可以看到较小的晶体。15 个月大的 THP 缺失小鼠中有 88% 在肾乳头间质中产生大量大的沉积物。沉积物由 HA 组成,围绕着 Henle 的细环以及内部髓质集合管,但与它们的基底膜无关。这些小鼠是高钙尿和低柠檬酸的,它们的尿液中钙磷矿过饱和,钙磷矿是一种 CaP。在 NHERF-1 或 THP 缺失小鼠中,较高的尿钙和/或磷酸盐排泄似乎不是 CaP 间质沉积的直接原因。如果是这种情况,晶体将主要在管腔中形成,正如在大鼠实验诱导的高钙尿症和高草酸尿症中所见。 IIa 型钠依赖性磷酸盐协同转运蛋白 (Npt2a) 缺失小鼠也是高钙尿症和高磷酸盐血症。它们会产生 CaP 晶体的管内和间质沉积物。[ 48 – 50 ] 然而,这些间质沉积物与在结石患者中看到的间质斑块不同,因为它们似乎开始于肾小管腔内并最终重新定位到间质中( 图 5 ). 19141653866280484 

图 5Npt2a 缺失小鼠肾脏中的 CaP 晶体沉积物。A.肾小管横截面的透射电子显微照片。直径约 1µm 的 CaP 晶体小球 (C) 存在于被肾上皮 (E) 包围的管腔中。B.扫描电子显微镜显示大的、同心叠层的 CaP 晶体沉积,完全阻塞管腔并重新定位到间质中(详细信息请参阅 Khan 和 Glenton。 实验诱发的高钙尿症和高草酸尿症会导致 CaP 和/或CaOx在管腔中沉积,包括末端集合管和 Bellini 管。[ 44 – 46、48、52 ]堵塞管道的沉积物类似于 Randall 栓。一些导管沉积物似乎已在管腔中自由形成,而其他导管沉积物则附着在管状上皮上。有时,CaOx 晶体沉积物完全阻塞高草酸大鼠的 Bellini 导管,其肾乳头尖端呈结节状。显微镜分析显示,附着在基底膜上的 CaOx 晶体层完全没有管状上皮的覆盖。脱矿质晶体的透射电子显微镜显示晶体基质与基底膜相互作用,有助于晶体附着。我们已经确定骨桥蛋白是 CaOx 晶体和结石有机基质的主要成分。 结石形成者和正常人的肾脏都会产生 Randall 斑块,但这些斑块中只有一些会突破表面上皮并发育成结石形成的病灶。肾结石的动物模型可能会为这种现象提供一些见解。如上所述,存在于乳头尖端的上皮下集合管中的 CaOx 管内沉积物会穿透上皮并将其内容物暴露于盆腔尿液中。沉积物在乳头表面呈结节或凸起(图 6)。仔细检查显示小结节具有完整但拉伸的上皮在细胞连接处分离,而大结节的上皮脱落暴露基底膜。贝里尼导管开口周围的乳头状上皮与 CaOx 晶体塞也出现机械破坏,细胞彼此分离。CaP 的上皮下沉积物,Randall 斑块,可能会类似地暴露于骨盆尿液中,这对于 CaOx 通常是亚稳态的,并且会促进 CaOx 在相容表面上的异质成核。CaOx 晶体的进一步沉积和过度生长最终会导致形成 CaOx 结石,附着在肾乳头尖端。[ 38 , 39 , 44 ] 40221653866280918 图 6CaOx 晶体在雄性大鼠的乳头集合管中沉积,其在饮食中接受了羟基-L-脯氨酸(详见 Khan 和 Glenton [ 44 ] 。A . 乳头集合管中 CaOx 晶体沉积的光镜检查。双折射晶体,存在于外乳头集合管中,呈凸起状,突出到肾盂中,并覆盖有一层薄的上皮层(箭头) . 沉积物伸入肾盂内沉积物表面上的乳头状上皮似乎被拉伸并显示出出现裂缝的迹象(箭头)。

磷酸钙作为草酸钙病灶和过渡

除了作为 Randall 斑块的成分外,羟基磷灰石是大多数特发性 CaOx 结石的常见成分,经常在结石深处的 CaOx 晶体成核部位发现,并且在体外作为 CaOx 的合适成核剂。类似地,已发现 CaOx 晶体支持 CaP 晶体的成核。体内动物模型以及体外研究提供了证据,表明从一种晶体类型到另一种晶体类型的转变取决于泌尿环境。羟基磷灰石和鸟粪石 (St) 晶体覆盖在正常饮食下植入大鼠膀胱的异物表面。在这些大鼠中诱导高草酸尿,这与较低的尿液 pH 值有关,在 CaP/St 上产生一层 CaOx 晶体。逆转高草酸尿导致 CaOx 上沉积一层 CaP/St。当肾小管通过肾小管时,CaOx 和 CaP 的 pH 值和过饱和/活性产物都会发生变化。 CaP 沉淀的驱动力存在于 Henle 的细环中,而 CaOx 沉淀的驱动力存在于集合管和盆腔尿液中。间质内 CaP 的沉淀需要髓质碱化,包括 K +消耗和 H + /K + ATP 酶的激活。在肾盏和盆腔尿液中存在的较低尿液 pH 值下,斑块 HA 的溶解会产生局部区域更高的钙浓度和因此 CaOx 过饱和促进 CaOx 在 CaP 上生长。 在尿液和肾结石中发现的 CaOx 和 CaP 晶体被磷脂、Tamm Horsfall 蛋白、白蛋白和有机基质大分子(如骨桥蛋白、α 间抑制剂和尿凝血酶原片段 1)的混合物所包裹。这些大分子存在于矿物的外部和内部,以同心树轮状结晶沉积层的形式存在于结石中,并存在于结石附着部位的兰德尔斑块中,使得一个晶体的外延成核不太可能超过另一个晶体。尽管它们由上皮细胞产生以帮助清除晶体,但这些大分子本身可能会促进 CaOx 的成核,如在体外已显示的那样。并且可能抑制 CaP 溶解。进行了体外研究以确定用 CaOx 一水合物替代 HA 的可能性。在 0.25 mM、0.5 mM 和 1.00 mM 草酸盐溶液中孵育大的单个 HA 晶体和骨片(模拟 Randall 斑块),pH 值在 4.5 到 7.5 之间,假设 HA 溶解会释放钙,钙会与可用草酸盐形成 CaOx 晶体。在 HA 晶体上沉淀 CaOx 一水合物需要非常酸性的 pH 值和/或高草酸盐。即使在 0.25 mM 草酸盐的生理草酸盐浓度和 5.0 的 pH 值下,也可以看到 CaOx 在骨骼上沉淀。在 6.00 的 pH 值下沉淀需要 0.5 mM 的更高草酸盐浓度。骨的脱矿质在表面产生凝胶状层。

血管钙化

多年前,血管钙化或磷灰石沉积在血管壁的内侧或内膜层中,被认为是一种不可逆的退化过程,它是由一种被动的、不受调节的物理化学机制发生的。在过去的 10-15 年中,大量文献已将这种被动理论取代为中心理论,该理论将血管钙化描述为血管平滑细胞 (VSMC) 获得成骨表型的主动、调节过程。 曝光VSMC 到钙和磷酸盐水平升高会触发 VSMC 的成骨转化, 这涉及成骨细胞特异性基因的表达增加和平滑肌细胞标志物的减少。骨形态发生蛋白、BMP 2 和 BMP 4 以及 Wnt 信号通路通过转录因子 Runt 相关转录因子 2 (RUNX2)/msh 同源框 2 (MSX-2) 的上调被激活。然后细胞产生基质蛋白,结晶开始于由存活的转化血管平滑肌细胞或死亡时产生的凋亡小体产生的膜结合基质囊泡。囊泡的组成与衍生的基质囊泡相似来自软骨细胞,并为磷酸钙 (CaP) 晶体的成核提供位点。 一旦矿化,晶体通过囊泡的限制膜挤出,并帮助矿化附近维持钙化的细胞外基质。除了异常的矿物质代谢,氧化应激、炎症和异常结晶抑制在血管钙化中起重要作用。活性氧可能通过调节 RUNX-2 转录因子参与 VSMC 向成骨表型的转化。糖尿病患者和老年人血液和动脉中常见的晚期糖基化终产物可以促进 NADPH 介导的血管钙化氧化酶诱导的活性氧。巨噬细胞产生的细胞因子如 IL(白细胞介素)-1β、IL-6、IL-8、(TNF) 肿瘤坏死因子-α、TGF(转化生长因子)-β 诱导 VSMC 转化。炎症细胞也产生蛋白水解酶,如金属蛋白酶 (MMP)-2 和 -9,它们会降解基质并促进钙化。 VSMC 的钙化受到基质 Gla 蛋白 (MGP)、焦磷酸盐、骨桥蛋白 (OPN) 和胎球蛋白-A 的抑制。[ 80 ] MGP 是一种维生素 K 依赖性蛋白,主要起血管钙化抑制剂的作用。 MGP 还调节 BMP-2 活性。MGP 基因突变导致 Keutel 综合征,这是一种与广泛的软组织和血管钙化相关的疾病。MGP 基因敲除小鼠在两个月内死于动脉钙化和血管破裂, 而在这些小鼠中恢复 MGP 可防止动脉钙化。MGP 的多态性可能在血管钙化中发挥作用, 并显示与心肌梗塞有关。胎球蛋白 A 是蛋白酶抑制剂胱抑素家族的成员,是一种血清蛋白,由肝脏产生,并特别富含矿化组织。无论其来源如何在体内,慢性肾病患者的血清胎球蛋白 A 水平较低 并且在胎球蛋白 A -/-小鼠中观察到异位钙化。

兰德尔斑块形成的调节

多项临床和实验研究结果表明,活性氧 (ROS) 可能与特发性结石病的发病机制有关 ,并且可能与结石形成与高血压、糖尿病、代谢综合征有关和慢性肾脏疾病 。CaOx 结石患者的尿液中 N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶 (NAG)、β-半乳糖苷酶、α-谷胱甘肽 S-转移酶 (α-GST)、丙二醛 (MDA) 和硫代巴比妥酸反应物质 (TBARS) 显着升高,损伤和 ROS 产生的生物标志物。尿 8-羟基脱氧鸟苷 (8-OHdG) 是 DNA 氧化损伤的标志物,在结石患者中也增加,并且与通过尿 NAG 排泄评估的肾小管损伤呈正相关。抗氧化缺乏在复发性特发性结石形成者中很常见,并且与结石的存在与否无关。 肾上皮细胞暴露于草酸盐和/或 CaOx/CaP 晶体会导致活性氧物质的产生,通过肾素血管紧张素醛固酮途径的参与激活 NADPH 氧化酶。 氧化应激下的肾上皮细胞可能成为成骨细胞 ,就像血管钙化过程中血管平滑肌细胞发生的那样。 OPN、 MGP、、胶原蛋白的产生, 纤连蛋白, 骨连蛋白和胎球蛋白, 由实验性诱导的 CaOx 肾结石大鼠的肾上皮细胞引起的,表明这种转变。结石基质中 OPN、骨钙素、纤连蛋白和胶原蛋白 的存在也表明它们的产生和排泄到尿液中的增加。CaOx 结石患者的肾结晶也与骨唾液酸蛋白 (BSP) 相关。上皮向间质转化以及内皮向间质转化经常出现在患病的肾脏中。间充质基质细胞具有分化成成骨细胞的能力。有趣的是,在高草酸大鼠的肾脏中,血管周围细胞或周细胞显示出重度 MGP 染色。 结石患者排泄较少量的胎球蛋白-A、和更多的 BMP-2。MGP 基因的单核苷酸多态性与日本和中国人群的 CaOx 肾结石疾病有关。 上皮细胞成骨的进一步证据来自动物模型和体外组织培养研究。在产生肾内 CaP 沉积的遗传性高钙尿大鼠中,骨相关因子的基础水平,例如骨形态发生蛋白 2 (BMP2)、Runx2、Osterix 和 OPN,高于正常对照大鼠。 敲低维生素 D 受体在遗传性高钙尿症大鼠中,大鼠肾脏中的骨相关因子以及 CaP 沉积量减少。维生素 D 处理来自遗传性高钙尿症大鼠肾脏的肾小管上皮细胞的原代培养物增加了骨相关因子的基因和蛋白质表达以及细胞内磷酸钙沉积物。 MDCK 细胞直接在塑料盘或涂有胶原蛋白凝胶的盘上单层生长长达 60 天。 21 天后,小水泡或圆顶开始出现在单层中。30 天后,圆顶变得更加明显。显微镜检查表明存在结晶材料,其表现为具有针状晶体的熔合球晶。使用 X 射线微量分析和微红外光谱法将晶体鉴定为磷酸钙。在另一项实验中,在琼脂中生长的 MDCK 细胞产生球形集落,其中顶端表面位于外侧的上皮细胞层将 CaP 晶体包裹在内部。在琼脂中形成的 MDCK 菌落中的 CaP 沉积被阿仑膦酸盐抑制。 生理和异位钙化都通过所谓的基质囊泡或类似实体中晶体的异质成核开始,并在胶原纤维的支架中传播。[ 83 , 143 , 144 ] 在 AIN-76(一种半纯化的饮食)上,雌性小鼠管内 CaP 沉积物的形成始于从近端肾小管上皮细胞出芽的囊泡。Npt2a 缺失小鼠的管内 CaP 沉积物也是如此与从肾上皮细胞出芽的膜结合囊泡 (MV) 密切相关。我们提供的证据表明,膜碎片和膜结合的囊泡也可能与肾结石的形成有关。脂质和膜存在于 CaOx 肾结石的基质中。 从肾小管刷状缘获得的膜状囊泡的磷脂是极佳的晶体成核剂,即使在生理浓度下也是如此。在体外诱导的人尿中 CaOx 晶体的基质也含有膜碎片和脂质。兰德尔斑块中的晶体被发现与胶原纤维和 MV 相关。胶原纤维出现钙化,囊泡内含有晶体。得出的结论是,肾乳头中的晶体沉积可能始于膜囊泡诱导的成核,并通过在胶原框架内的外围添加晶体而生长。

兰德尔斑块和栓塞形成发病机制的统一理论

基于目前描述的临床和实验数据,我们提出了斑块和栓子形成的“统一”理论(图 5)。结石形成者的肾上皮细胞在受到尿中钙/草酸盐/磷酸盐排泄增加和/或功能性结晶抑制剂产生减少或肾损伤、创伤甚至正常衰老的挑战时会受到压力。较高过饱和度和较低结晶抑制潜力的异常泌尿条件产生氧化应激,导致肾上皮细胞去分化为成骨细胞样细胞,并在肾小管上皮基底膜中形成CaP晶体。转化涉及成骨细胞特异性基因的表达增加和上皮细胞标志物的减少。信号通路通过转录因子 RUNX2/MSX-2 的上调而被激活。骨相关蛋白,如骨形态发生蛋白 (BMP),骨唾液酸蛋白(BSP)、碱性磷酸酶均有表达。最初的晶体形成开始于由转化的上皮细胞产生的膜结合囊泡内。CaP 的小球形单元的直径从不到一微米长到几微米,并扩散到基底膜之外。它们开始聚集并形成较大的沉积物或斑块,这些沉积物或斑块通过在外围进一步添加晶体而增大。额外的膨胀导致聚集的球形单元融合并在沉积物内部失去它们的个体身份,而球形单元在生长斑块的外围仍然可见。在向外生长期间,晶体与胶原纤维和也钙化的膜降解产物接触。因此,斑块延伸到间质和超出间质是通过在外周添加晶体通过胶原和膜囊泡的聚集和钙化而向外生长。间质晶体沉积可能会产生局部炎症和纤维化,为进一步钙化提供基质,直到前端到达乳头表面上皮。乳头状表面上皮最有可能通过基质金属蛋白酶的活性和由下面的大结晶块沉积产生的物理力破坏。一旦表面上皮失去其完整性,斑块就会暴露于肾盂尿液中,肾盂尿液通常对 CaOx 是亚稳定的,并且还含有尿蛋白,例如 THP,而这些蛋白在肾间质中是不可用的。尿大分子沉积在斑块表面。通过 CaP 的脱矿和 CaOx 的矿化,HA 的表层被 CaOx 取代。替代地或除此之外,CaOx 晶体直接在覆盖斑块的有机基质上成核。结石的生长是通过 CaOx 晶体在外围的聚集沉积。 如上所述,兰德尔栓的形成似乎取决于肾小管液和肾盂尿液的过饱和度。一旦栓子开始发育,通过管道进入肾盂的尿液运动将受到干扰,从而在发育中的栓子后面提供更长的保留时间。这应该会促进晶体的形成、聚集和保留,并且可能是在集合管中形成游离的未附着结石的原因,这有点类似于在膀胱中形成的结石。

结束语

大多数关于斑块和栓塞的信息是在结石形成过程完成很久之后通过检查带有肾的结石获得的。因此,我们对结石形成结束时肾脏的样子比结石如何发育有更好的了解。斑块、栓塞和结石的形成会随着时间的推移在多个阶段发生。实验动物模型和组织培养研究为发病机制提供了重要信息和洞察力。但是,由于没有一种动物模型,其中结石附着在斑块或栓上,结石的形成和生长可以随着时间的推移进行检查,并且可以进行实验测试,因此很难确定确切的事件顺序。例如,只能假设乳头状间质中晶体形成的初始位置的确切位置。仅仅因为羟基磷灰石出现在集合管或 Henle 环的基底膜或直小血管附近,并不一定表明晶体沉积开始于那里。钙化可能从乳头间质的其他地方开始,并从那里开始扩展并消耗可用的基质。一些间质钙化,特别是在 Randall 栓的情况下,很可能是肾小管闭塞的结果,而不是促成因素。仅仅因为羟基磷灰石出现在集合管或 Henle 环的基底膜或直小血管附近,并不一定表明晶体沉积开始于那里。钙化可能从乳头间质的其他地方开始,并从那里开始扩展并消耗可用的基质。一些间质钙化,特别是在 Randall 栓的情况下,很可能是肾小管闭塞的结果,而不是促成因素。仅仅因为羟基磷灰石出现在集合管或 Henle 环的基底膜或直肠血管附近,并不一定表明晶体沉积开始于那里。钙化可能从乳头间质的其他地方开始,并从那里开始扩展并消耗可用的基质。一些间质钙化,特别是在 Randall 栓的情况下,很可能是肾小管闭塞的结果,而不是促成因素。 Randall 的斑块形成及其向结石病灶的转变至少发生在四个不同的阶段。首先是乳头状间质中的初始晶体沉积,随后是第二阶段的生长和扩张。在第 3阶段,覆盖斑块的上皮被破坏,随后是第 4阶段其中羟基磷灰石的外层被晶体相关的有机基质上的 CaOx 或 CaOx 成核取代。斑块和间质钙化在肾乳头中很常见。但只有少数斑块会进入下一步暴露于肾盂尿液并促进结石形成。这种情况有点类似于动脉粥样硬化,其中只有一些动脉粥样硬化病变转化为危险的易损斑块。因此,了解基本间质斑块发展为向肾盂尿液开放的易损和危险斑块所涉及的机制应该是研究人员的目标,以便开发新的疗法来预防结石复发。据推测,软组织矿化可通过矿物质溶解和吞噬作用逆转,[ 101 ] 与斑块相关肾结石的形成同样如此。 49651653866281084

图 7如文中所述,开发兰德尔牌匾的潜在步骤。RUNX2,runt 相关转录因子 2;cbf-a1,核心结合因子亚基 alpha-1;MSX-2,Msh homebox 2;MGP,基质 gla 蛋白;OPN,骨桥蛋白;BMP,骨形态发生蛋白;BSP,骨唾液酸蛋白。

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关键词:
斑块,钙化,间质,晶体,形成

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