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编号:10496249
泌尿系结石分子生物学研究进展
http://www.100md.com 《中国现代医学杂志》 2000年第6期
     作者:王沙燕 戴勇 李学朝

    单位:深圳市人民医院 518020

    关键词:

    中国现代医学杂志000612 近年来,分子生物学技术在各个领域得到广泛的应用,并在阐明一些疾病的病因及治疗方面取得了惊人的成果。泌尿系结石领域最近也开始运用分子生物学方法进行研究。有关胱氨胺酸尿症、APRT缺损症、Dent病等与遗传有关的疾病的责任基因已得到解明。除对占泌尿系结石90%的含钙成分进行研究外,将各种分子生物学方法应用于研究家族性尿石症的诊断,并对结石的基质成分进行解析,对泌尿系结石发病机理的阐明是一种有力的手段,运用反义法从基因水平对泌尿经石进行特异性的控制,已显示出在结石形成中的重要性。本文从分子生物学方面进行的基质研究及从基因方面对泌尿系结石的诊断探讨加以归纳。

    1 基质成分的分子生学研究
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    随着人民生活水平的提高,肾结石的发病率及住院治疗人数不断增加。虽然19世纪就出现了溶石疗法,近年来又出现了体外震波碎石(ESWL)、经皮肾镜取石(PCNL)等疗法,大大提高了疗效。但结石人数的增加,加上结石术后5年再发率高达40%,促使人们对结石的病因进行新的探索。尿结石90%以上是由无机物质,2~6%是由有机物质(基质成分)形成,关于无机成分的研究至今已有许多报道,而关于基质成分的研究,因其含量少,且容易变性等理由研究刚刚起步。对结石中的有机成分进行鉴定并加以研究是寻找新的病因及治疗方法的一种有效途径。

    一般来说,结石的形成经过了结晶的成核、凝集、生长的过程,在各个阶段中起促进、抑制因子作用的是基质。与含钙有关的基质成分有Tamm-Horsfall protein(THP)、osteopontin(OPN)、αlantitrypain、prothrombin-like crystal protein、neohrccalcin、calprotectin(CPT)几种。其中,运用分子生物学方法进行研究主要有OPN及CPT。其形态学观察表明,草酸钙结石的无机物质脱落后的基质形状呈放射状与树木年轮状,密布于结石组织的外缘[1]。OPN、CPT的分布与基质一致,并且是基质的主要成分。CPT为末梢血粒细胞质内占60%的蛋白,在炎性反应时由巨噬细胞分泌。其三级结构具有称为E-F手的能与钙强有务地结合的构造,与钙结合后形成较稳定的蛋白。利用免疫染色法对CPT的表达形成进行观察发现在远曲小管及结石原基的表达较强。梅川等对CPTmRNA是来源于肾还是来源于细胞用PT-PCR法进行了研究。他们分别从人肾及粒细胞中提取RNA,根据人CPT基因的碱基排列顺序,设定5′、3′引物进行RT-PCR。其结果表明,CPTmRNA仅在粒细胞发现其表达。这就证实结石内所含有的CPT是结石在某种程度形成以后,伴随着周围的炎症及出血,而从粒细胞释放出来的,而不是人肾由来的CPTmRNA[2]
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    OPN为44kDa的糖蛋白,是在成骨细胞与羟磷灰石形成过程中起架桥作用而被命名的蛋白,由巨噬细胞自身及受巨噬细胞刺激而分泌。OPN除骨、软骨之外,在肾、血管、耳等形成生理性或病理性钙化的组织和MDCK、BSC-1、NRK-52E等多种组织和细胞系都有表达。其结构中40%以上的氨基酸是含有易与钙结合的天门冬氨酸及谷氨酸,并存在易与细胞发生粘连的Arg-Gly-Asp(RGD)序列,是形成骨、牙齿等钙化中不可缺少的成分。1992年Kohri等首先从制备出结石基质成分的多克隆抗体,并以此对肾组织中的基因文库进行筛选,将基质中的cDNA克隆后进行测序,根据其碱基排列顺序鉴定为OPN[3]。体外试验表明富含天门冬氨酸磷酸化的OPN在草酸钙成核、凝集及附着于肾上皮细胞的过程中起抑制作用。有人发现OPNmRNA可从肾组织中提取,证实肾脏是合成OPN的脏器之一[4]。Yamato等从草酸钙结石中抽出基质成分后,制成多克隆抗体,用Sanger法,对肾组织中的cDNA文库进行克隆,通过测定碱基排列顺序,鉴定为OPN。同时,从结石内抽出的基质成分用stains-All染色,并进行SDS-PAGE凝胶电泳,确认仅含钙结石内存在OPN蛋白[5]。OPN在正常大鼠内也有表达,Kohri等运用原位杂交技术发现OPNmRNA在肾远曲小管有表达[6]。与国内姜学军等观察结果一致2[7]。将草酸钙的前驱物质乙醛投与给大鼠,诱发结石形成,在肾脏内进行原位杂交,发现被诱发的鼠肾结石中只有远曲小管OPN的表达极为强烈,OPNmRNA的量也在诱发的结石形成后有所增加[6]。OPN在肾脏远曲小管的表达,与尿结石最初形成的部位是在远曲小管的结果一致,提示OPN的表达与结石形成有关。在人肾组织中,OPN与从输尿管肿瘤中取出的肾组织的对照组相比,远曲小管及结石原基的表达较强。运用MDCK细胞对结石的形成过程进行观察,表明在结石形成的初级阶段,草酸钙附着于MDCK细胞,由微绒毛吞噬入细胞内,在结晶附着这一过程与基质有关[8,9]。藤田等为了探讨OPN在肾小管细胞与草酸钙结晶接着及其在结石形成过程中的作用,将OPN cDNA逆向插入基因表达载体(质粒)。然后采用阳离子脂质体方法利用电荷差异将其导入NRK-52E细胞内,选择被导入的细胞进行培养。用Westrnblot法测定OPN蛋白的表达。结果表明,反义寡核苷酸导入的细胞内与对照组比较,其结晶的附着被有意义地抑制。且其抑制程度与反义寡核苷酸导入的浓度成正比。提示OPN在草酸钙结晶与肾小管细胞的接着中起着促进作用,运用反义法有可能从基因水平(翻译水平)阻碍OPN的合成,从而抑制结晶的形成[10]。从以上推测OPN的作用可概括为:直接促进结石形成与在结石形成的高危时期作为抑制物质而起着防御作用这两种完全相反的作用。
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    目前,基因作为一种新的治疗手段为广大研究者们所应用,藤田等考虑从细胞外刺激-细胞内的信息传达-转录因子-基因表达各阶段进行抑制,观察其对OPN表达的影响。因从转录水平进行抑制与位于基因上流kB排列的20对碱基的双链DNA有关,通过核内活性型核因子kB(NFkB)竞争并阻碍与OPN基因上流kB排列的结合,可抑制其转录。他们使用“成人型核酸医药”NFkBdecoy,将其转染至大鼠肾小管由来的NEK-52E细胞,发现OPN的表达被抑制。另外将鼠OPNcDNA插入四环素浓度依存性表达调节载体质粒内,然后稳定地转染到NRK-52E细胞,合成OPN的义所表达的克隆。经Westernblot方法证实这一克隆对OPN表达有抑制作用[10]

    从以上可以看出,从基因水平抑制OPN已成为可能,由基因导入法有可能应用于结石治疗。但因正常肾组织中也存在着OPN的表达,结石形成的OPN是否发生结构上的变化及基因方面的突变还尚未所知。泌尿系结石患者有30%的人存在着家族史,有必要从正常对照组与家族发生结石患者的末梢血白血球中分离出OPN,进行SSCP检测,探讨有无基因方面的突变。
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    2 几种家族性尿石症的基因诊断研究

    腺嘌呤磷酸核糖转移酶Adenine phosphoribosyltrasferase(APRT)缺损症:是由于APRT的缺失,使2,8Dihydroxyadenire(DHA)产生过剩,导致结石,并引起肾功能不全的常染色体隐性遗传疾病。本疾病在全世界报道的200例中,约70%是来自于日本,分为Ⅰ型、Ⅱ型缺失。本病的诊断是根据结石结晶、DNA检出的APRT酶活性测定及基因解析方法而定。Ⅰ型缺失的红细胞APRT酶活性完全丧失,引起Ⅰ型缺失的基因称为APRTQ0基因。见表1所报告的基因的异常[10,11,12]。Ⅱ型缺失仅在日本有所报道,从患者外周血中提取的NA用PCR-SSCP法检测,发现在外显子4,编码136的Met突变为Thr,命名为APRT*J基因[10]。Ⅱ型患者根据APRT*J基因异常作出诊断。

    表1 Ⅰ型APRT缺失症的基因突变 部位
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    编码

    突变类型

    起始编码

    Met1-Val

    碱基置换

    外显子3

    Arg67-Val

    碱基置换

    外显子3

    Asp65-Val

    碱基置换

    外显子3

    Arg89-Gin
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    碱基置换

    外显子4

    Leu110-Pro

    碱基置换

    外显子4

    Iie112-Phe

    碱基置换

    外显子5

    Cys153-Arg

    碱基置换

    外显子3

    7对碱基

    碱基缺失
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    外显子2

    T插入

    碱基插入

    外显子3

    2对碱基

    碱基缺失

    外显子3

    4对碱基

    碱基插入

    内含子4

    G-T

    碱基置换

    内含子4
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    T插入

    碱基插入

    胺氨酸尿:是根据一些病例仅由于基因原因引起特异性的胱氨酸尿结石的常染色体隐性遗传疾病,约占肾结石的1%~3%。本病的病因是由于肠管、肾近曲小管的钠离子非依存性二碱基性氨基酸输送系统异常,使得本病患者对胱氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、精氨酸等数种基酸的再吸收有障碍,其中胱氨酸在正常pH范围尿中溶解度很低,故容易形成结石。这一系统的位于第二号染色体长臂原rBA(rabbit kidney cDNA clone)的责任基因已被克隆。本症的rBAT基因经SSCP解析发现有数种异常,但也有的病例因没有rBAT基因异常,考虑是否与别的基因有关。

    最近,有报道由高钙尿症、肾钙化引起肾功能不全的英国特有的Dent病,与日本特有的特发性输尿管性蛋白尿相似,作为Dent病的责任基因与远曲小管促进Ca重吸收的CNCL5基因已得到解明。五十岚等从特发性输尿管性蛋白尿症家系中抽出末梢血淋巴球基因组DNA分析CNCL5基因,用SSCP法对其变异进行了确认。其结果发现71%以上的病人CNCL5基因异常,因而报告了CNCL5基因的先天异常是形成尿结石的原因之一[13]
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    泌尿系结石的基因研及其在治疗方面不断取得新的进展,众多的研究者们进行着人体内的分子机能解析,期待在不远的将来基因诊断及治疗能应用于泌尿系结石的领域。 参考文献

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    2,山手贵诏,梅川彻,进口正典,et al.尿路结石症の分子生物学诊断.临泌,1998;52(3):213~221

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