Osteopontin蛋白在泌尿系結(jié)石中形成機制的研究進展

張前進 王耀 吳志平（通訊作者）

（1貴州醫(yī)科大學(xué) 貴州 貴陽 550004）

（2貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 貴州 貴陽 550004）

泌尿系結(jié)石是泌尿外科最常見的疾病之一，全世界尿路結(jié)石患病率呈明顯升高趨勢，世界范圍內(nèi)發(fā)病率為2%～20%[2]，我國為尿路結(jié)石高發(fā)區(qū)，平均發(fā)病率6.5%，一般人群中發(fā)病率可達到1%～10%[3]左右，尿路結(jié)石發(fā)病與性別、年齡、種族、飲食、經(jīng)濟水平、社會文化等多種因素有關(guān)，近些年來，隨著科技進步，醫(yī)療水平的提高，對泌尿系結(jié)石發(fā)病因素、結(jié)石成分分析研究的深入，形成了以ESEL、PCNL、URS等多元化、系統(tǒng)的治療方案，但尿路結(jié)石治愈后復(fù)發(fā)率高也是全世界范圍泌尿外科醫(yī)師面臨的挑戰(zhàn)。因此，我們需要更加深入的去研究結(jié)石的發(fā)病機制，從源頭解決問題。最新研究發(fā)現(xiàn)，骨橋蛋白（Osteopontin）在結(jié)石患者腎臟組織中的表達明顯增高，提示骨橋蛋白與泌尿系結(jié)石有很大的關(guān)系。骨橋蛋白是一種多組織分泌型磷酸化 多功能糖蛋白，Osteopontin蛋白能夠通過其特殊結(jié)構(gòu)與鈣離子結(jié)合進而抑制尿路結(jié)石的形成，同時能參與細胞遷移擾亂草酸鈣晶體的形成進程。尿路結(jié)石發(fā)病機制復(fù)雜，目前骨橋蛋白與尿路結(jié)石發(fā)病機制的影響尚未明確，但目前的研究也肯定了二者之間存在必然的關(guān)聯(lián)。本文就尿液中Osteopontin蛋白與尿路結(jié)石形成的關(guān)系的相關(guān)性研究做了總結(jié)，以便此后更加深入的研究尿路結(jié)石的病因及發(fā)病機制等。

1.骨橋蛋白（Osteopontin）生物學(xué)特性

20世紀(jì)70年代，Senger等首次報道了這種磷酸化蛋白，20世紀(jì)80年代，Oldberg等人[4]發(fā)現(xiàn)了具有相同結(jié)構(gòu)的蛋白，正式命名為Osteopontin蛋白。Shirage[5]在尿液中分離出Osteopontin蛋白，并且后續(xù)研究證實在鼠類、人的腎臟中都存在Osteopontin蛋白。Osteopontin蛋白來源廣泛，是由多種細胞分泌的分子量為44kd的高酸性磷酸化糖蛋白，人類Osteopontin蛋白，由314個氨基酸組成。人類Osteopontin蛋白基因定位在4q13，長大概5.4～8.2kb，由6個內(nèi)含子和7個外顯子組合而成，為獨立編碼蛋白基因。骨橋蛋白的功能域[6]包括RGD序列、鄰近的凝血酶裂解位點、凝血酶裂解后呈現(xiàn)的整聯(lián)蛋白結(jié)合序列、鈣結(jié)合序列、兩個肝磷脂結(jié)合區(qū)域、基質(zhì)金屬蛋白酶家族的3個裂解位點以及許多磷酸化與糖基化結(jié)合位點和礦物結(jié)合多聚天冬氨酸區(qū)域。其中RGD序列在不同物種的骨橋蛋白中都普遍存在,這對于骨橋蛋白的粘附功能起著重要作用。骨橋蛋白在人體內(nèi)各個系統(tǒng)組織內(nèi)分布廣泛[7]，研究發(fā)現(xiàn)其大量分布在骨骼、腎臟、子宮、乳腺、胃腸中，由于分布部位不同，其表達不同生物學(xué)功能，Osteopontin蛋白本身是一種高度酸性磷酸化糖蛋白，可夠誘導(dǎo)細胞的信號蛋白磷酸化，利于調(diào)節(jié)細胞的黏附、信號傳導(dǎo)、遷移、炎癥反應(yīng)等，另外,研究發(fā)現(xiàn),目前有多種細胞因子和生長因子也能促進骨橋蛋白的表達,如-1(IL-1)、-1(ET-1)、-α(TNF-α)、(PDGF)、β1(TGF-β1)、(EGF)等等。我們主要探討尿液中Osteopontin蛋白在泌尿系統(tǒng)中對尿路結(jié)石的影響。

2.Osteopontin蛋白在尿路結(jié)石行成中的機制

Shirage在尿液中分離出Osteopontin蛋白，并且后續(xù)研究證實在鼠類、人的腎臟中都存在Osteopontin蛋白。骨橋蛋白是血管腎小管細胞和腎乳頭表面細胞均可分泌Osteopontin蛋白,在體外可抑制草酸鈣晶體的聚集,成年人尿液中的骨橋蛋白的濃度為6×108mol·L-1[8],足以抑制草酸鈣結(jié)晶,其在尿中濃度可以反映尿抑制結(jié)石形成的能力。Merchant等專家通過用蛋白質(zhì)組學(xué)也在腎臟結(jié)石中檢測出了骨橋蛋白。在腎臟,骨橋蛋白參與新月體的形成,通過抑制誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(iNOS)的生成從而抑制了一氧化氮的產(chǎn)生，并且同時對腎間質(zhì)和小管細胞的凋亡同樣有抑制作用，骨橋蛋白同時對腎小管細胞有修復(fù)作用；骨橋蛋白參與了結(jié)石的形成,但其在結(jié)石形成中的具體作用機制仍有爭議[9]。骨橋蛋白介導(dǎo)草酸鈣晶體在腎小管上皮的附著和沉積，但是對于其具體作用機制目前仍存在不同見解。Yasui等科研人員用反義的骨橋蛋白cDNA序列在翻譯水平抑制了NRK-52E細胞骨橋蛋白的表達，然后將在翻譯水平被抑制的細胞骨橋蛋白與草酸鈣晶體混合在一起培養(yǎng)，觀察到草酸鈣晶體與這種細胞的黏附明顯降低，從側(cè)面也可表現(xiàn)出骨橋蛋白有促進草酸鈣晶體與細胞黏附的作用[10]?，F(xiàn)有科研結(jié)果顯示，尿液中的骨橋蛋白可通過其特征的由精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸構(gòu)成的RGD序列與草酸鈣晶體結(jié)合,從而促進了草酸鈣晶體在腎小管上皮細胞腔表面的黏附和沉積，這個結(jié)果對腎結(jié)石的形成有著最初的促進作用[11]。另外，Kumar等[12]人研究發(fā)現(xiàn)，在人類尿液中的骨橋蛋白可包裹在草酸鈣晶體的外面，并且形成了蛋白質(zhì)外殼，通過這么一種機制抑制草酸鈣結(jié)晶與腎小管上皮細胞的結(jié)合。還有人報道，草酸鈣晶體可在一定的條件下與腎上皮細胞迅速結(jié)合，并且在這種條件下的結(jié)合呈濃度依賴性，其具體機制有可能是骨橋蛋白通過與草酸鈣晶體表面的一些相關(guān)黏附位點結(jié)合，從而可以抑制草酸鈣晶體與腎小管上皮細胞的結(jié)合[13]。

Osteopontin蛋白是一種獨特酸性大分子，具有抑制結(jié)晶的重要生物學(xué)功能，可能減少草酸鈣晶體的生長和聚集，并直接抑制草酸鈣晶體對腎小管上皮細胞的束縛[14]。然而,骨橋蛋白可能是鈣石基質(zhì)中最重要的成分之一,它暗示了它在尿路結(jié)石中的潛在作用。Wang等人報道[15],他們選取骨橋蛋白中保守并富含天冬氨酸殘基的片段進行研究，發(fā)現(xiàn)磷酸化的骨橋蛋白天冬氨酸殘基片段在濃度小于44nmol/L時，可明顯加速單水草酸鈣成核的誘導(dǎo)時間，同時可使晶體的生長速度減慢一半；但是非磷酸化的骨橋蛋白片段沒有上述作用，而是隨著濃度增長而表現(xiàn)出有促進成核的作用。Langdond等一些人報道，磷酸化的骨橋蛋白能和單水草酸鈣晶體中富含鈣離子的晶體面相結(jié)合，通過這種機制抑制晶體的生長[16]。Chien等人研究發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白以其多聚天冬氨酸序列與二水草酸鈣晶體的結(jié)合，可抑制二水草酸鈣晶體的生長，從而能降低結(jié)石的發(fā)生率。骨橋蛋白能使單水草酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槎菟徕}，而二水草酸鈣則不容易在腎小管上皮表面黏附等，更容易隨尿液排出體外[17]。因此，尿液中骨橋蛋白含量降低，則易引起尿路結(jié)石。

3.結(jié)語

泌尿系結(jié)石是全世界所有種族和人口范圍內(nèi)泌尿外科最常見疾病之一，作為多因素疾病，尿路結(jié)石不僅僅受生活方式和環(huán)境的影響。尿路結(jié)石與酸性大分子有關(guān)，骨橋蛋白是一種獨特的酸性大分子，具有抑制尿結(jié)晶的重要生物學(xué)功能,它暗示了骨橋蛋白在尿路結(jié)石中的潛在作用.尿液中骨橋蛋白與泌尿系結(jié)石形成之間存在關(guān)聯(lián)性，但仍需要進一步科學(xué)研究去證實。相信，隨著對骨橋蛋白等可能與泌尿系結(jié)石發(fā)病有關(guān)的因素加強更深入的研究，泌尿系結(jié)石的診療將會得到進一步的發(fā)展。