古曉燕 綜述 龔德華 審校

尿毒癥毒素可分為小分子水溶性化合物、中分子毒素和蛋白結(jié)合毒素(protein bound uremic toxins，PBUTs)三大類。PBUTs多為腸道細(xì)菌分解食物蛋白質(zhì)的產(chǎn)物，其與白蛋白(分子質(zhì)量68 000 D)結(jié)合后成為大分子質(zhì)量毒素，不易被常規(guī)血液透析(hemodialysis,HD)清除，因此被稱為蛋白結(jié)合毒素。常見的蛋白結(jié)合毒素有硫酸吲哚酚(indoxyl sulphate,IS)和硫酸對(duì)甲酚(p-cresyl sulphate,PCS)、馬尿酸(hippuric acid,HA)等。IS和PCS研究較多且有代表性，兩者的蛋白質(zhì)結(jié)合率分別為97% 和95%[1]，相對(duì)分子質(zhì)量分別為212 D和187 D。在健康腎臟中PBUTs的清除很大程度依賴于腎小管分泌，而常規(guī)HD主要模擬腎臟的濾過功能，只能清除游離的毒素部分，因此增加PBUTs吸附和增加游離分?jǐn)?shù)可提高清除率。吸附是清除PBUTs的主要方式，同時(shí)增加PBUTs的解離和改變透析參數(shù)，也可以增加其清除。本文擬就血液凈化清除PBUTs的研究進(jìn)展進(jìn)行簡述。

PBUTs的清除機(jī)制及其對(duì)機(jī)體影響

正常腎臟中PBUTs主要在腎小管清除。游離和蛋白質(zhì)結(jié)合的PBUTs被輸送到腎臟，游離的PBUTs從腎小管周圍毛細(xì)血管經(jīng)由基底外側(cè)膜上的有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體分泌到近端小管細(xì)胞，然后通過頂膜上的膜基蛋白從近端小管細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)到小管腔內(nèi)，近端腎小管細(xì)胞內(nèi)部的電位比管腔低，這一途徑由電驅(qū)動(dòng)，最后從尿液中排出。腎小管功能受損時(shí)， PBUTs在血液蓄積[2]，而常規(guī)HD只能模擬腎小球的濾過功能，與蛋白后結(jié)合的毒素分子質(zhì)量大，清除效果較差。研究表明，傳統(tǒng)的低通量HD不能清除色氨酸相關(guān)PBUTs[3]；與年齡匹配的健康對(duì)照組相比，HD患者IS和PCS水平分別高116倍和41倍，而尿素和肌酐的濃度分別僅高5倍和13倍[4]。

PBUTs潴留會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生很多影響。Shafi等[5]研究發(fā)現(xiàn)血清白蛋白水平越低的患者，PCS、IS水平越高，發(fā)生心源性死亡和心源性猝死的風(fēng)險(xiǎn)越高。Sun等[6]以B-6小鼠半腎切除的小鼠和體外培養(yǎng)的人腎小管上皮細(xì)胞為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)IS和PCS在體內(nèi)和體外均損害有氧和無氧代謝，與慢性腎臟病(CKD)及其并發(fā)癥有關(guān)。除氧化應(yīng)激外，PBUTs還引起炎癥反應(yīng)并激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，增加腎纖維化[7]，同時(shí)還和血管鈣化和動(dòng)脈粥樣硬化[8]、認(rèn)知功能下降[9]、殘余腎功能下降[10]、凝血功能異常[11]相關(guān)，甚至PBUTs血清濃度升高直接與心血管、腎臟疾病的進(jìn)展及腎臟病患者的高死亡率相關(guān)[12]。

增加PBUTs血液凈化清除的方法

新型吸附材料吸附是清除蛋白結(jié)合毒素的重要的方式，新型吸附材料的研究、制備、驗(yàn)證是目前的熱點(diǎn)。Meyer等[13]從模型研究中預(yù)測(cè)，吸附可以增加PBUTs清除的驅(qū)動(dòng)力，提高清除率。Pavlenko等[14]研究開發(fā)了集透析和吸附于一體的新一代混合基質(zhì)膜(mixed matrix membranes,MMMs)，與第一代MMMs以及商用透析膜相比，它具有更小的直徑和優(yōu)化的特性，研發(fā)的M6膜對(duì)IS和PCS的清除率分別為367 mg/m2和380 mg/m2，能更好地去除IS和PCS。IS和PCS的游離部分通過內(nèi)選擇膜層，迅速被外層內(nèi)的顆粒吸附，增加了PBUTs的濃度梯度，并刺激游離部分的毒素從蛋白質(zhì)釋放至血漿，從而清除率更高。Geremia等[15]通過干濕法紡絲技術(shù)制備了含有活性炭顆粒的雙層中空纖維混合基質(zhì)膜，既不降低活性炭吸附能力，又同時(shí)完全去除透析液中的內(nèi)毒素以及高效去除血漿中的尿毒癥毒素。MMMs是由聚醚砜(polyethersulfone,PES)和聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)共混物組成的內(nèi)選擇層和嵌在PES/PVP基體中的活性炭微粒組成的外層組成的雙層中空纖維膜，具有同時(shí)結(jié)合彌散和對(duì)流以及AC顆粒的吸附能力。內(nèi)部無顆粒層避免了AC與患者血液的直接接觸，有較好的血液相容性。只需要0.15 m2的MMMs即可完全除去與每日產(chǎn)量相當(dāng)吲哚硫酸鹽和HA，同時(shí)應(yīng)用在可穿戴人工腎裝置中可去除內(nèi)毒素。Fu等[16]用活性炭、ZSM-5沸石和氧化石墨烯為吸附劑，采用非溶劑誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化法制備了多孔PES混合基膜，同時(shí)提出制備多孔膜的最佳條件，以提高PCS和IS高清除率的同時(shí)還保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度，延長溶液與膜基體的接觸，且PES膜有一定的親水性，同時(shí)體外細(xì)胞驗(yàn)證混合基質(zhì)膜對(duì)成纖維細(xì)胞的細(xì)胞活性和血液相容性均無明顯影響。Yamamoto等[17]研究了活性炭通過體外直接血液灌流吸附循環(huán)PBUTs的效果，活性炭可劑量依賴性降低血液中PBUTs水平，并在體外有效吸附血液中的PBUTs?；钚蕴垦汗嗔骺汕宄颊哐褐械腜BUTs，可能是一種很有前景的治療策略。Sternkopf等[18]以多孔活性炭為芯材，親水性聚乙烯吡咯烷酮為表面涂層，制備了一種雙功能體外全血吸附器顆粒，該顆粒對(duì)疏水性、蛋白質(zhì)結(jié)合的尿毒癥毒素具有很高的吸附能力，對(duì)白蛋白結(jié)合或血液相容性無不良影響，對(duì) CKD 5期患者血液中的疏水性、蛋白結(jié)合性毒性具有很高的清除率。這種方法產(chǎn)生了一種對(duì)疏水性尿毒癥毒素具有很高吸附能力的血液相容性吸附器。目前很多新型吸附材料體都提高了PBUTs的清除率，有望降低CKD患者的發(fā)病率和死亡率。

有機(jī)金屬也可用于清除PBUTs。Kato等[19]發(fā)現(xiàn)9種基于鋯的金屬有機(jī)骨架(metal-organic frameworks,MOF)對(duì)PCS、IS和HA等PBUTs具有吸附作用。NU-1000是一種基于苯并芘的金屬有機(jī)框架，在所有金屬有機(jī)框架中對(duì)PBUTs清除效率最高，NU-1000的高吸附容量可歸因于被兩個(gè)芘連接體和Zr6節(jié)點(diǎn)上的羥基和水分子夾在中間的高度疏水的吸附位，這些吸附位能夠與配體分子的極性官能團(tuán)發(fā)生氫鍵作用。NU-1000幾乎可以完全去除人血清白蛋白結(jié)合的PCS。

體外肝臟支持吸附透析裝置，即血漿分離、吸附和透析(fractionated plasma separation,adsorption,and dialysis,FPAD)系統(tǒng)，其清除蛋白結(jié)合的疏水性尿毒癥毒素的效能優(yōu)于傳統(tǒng)的高通量HD[20]。Sternkopf等[18]發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的高通量HD相比，F(xiàn)PAD治療5h顯著增加疏水性尿毒癥毒素的清除，苯乙酸、PCS和IS清除率分別增加130%、127%和187%。但FPAD成本高，難以常規(guī)開展。

增加PBUTs游離分?jǐn)?shù)常規(guī)HD中PBUTs清除率低，主要與其結(jié)合白蛋白后分子量大、游離分?jǐn)?shù)低有關(guān)。增加PBUTs的游離分?jǐn)?shù)可增加清除率，目前可以通過電離或者競爭劑與其競爭結(jié)合白蛋白位點(diǎn)增加其游離分?jǐn)?shù)。

增加血液中PBUTs的電離度可提高游離分?jǐn)?shù)。Yen等[21]采用靜電紡絲法制備了導(dǎo)電的四元復(fù)合納米纖維墊，碳納米管/導(dǎo)電聚合物雜化納米纖維，將碳納米管結(jié)合到傳統(tǒng)的PES透析膜上，實(shí)現(xiàn)了PBUTs電解離，這種系統(tǒng)的透析設(shè)備可增加PBUTs清除的同時(shí)將蛋白質(zhì)損失降至最低，并且耐水性良好，有良好的抗凝能力，還可降低的補(bǔ)體激活，減少血小板吸附，并且很少產(chǎn)生紅細(xì)胞溶血。它們?cè)陂_發(fā)生物電子藥物具有潛在前景。

競爭結(jié)合白蛋白位點(diǎn)同樣可以增加PBUTs游離，從而提高清除率。白蛋白結(jié)合配體可通過直接競爭結(jié)合位點(diǎn)或通過變構(gòu)機(jī)制影響白蛋白與其他配體的結(jié)合，特定配體與白蛋白的結(jié)合可能改變結(jié)合位點(diǎn)附近的構(gòu)象。使用具有與PBUTs相同結(jié)合位點(diǎn)的化合物來阻止其結(jié)合是增加這些尿毒癥毒素的游離分?jǐn)?shù)的直接方法。競爭劑必須安全、有效，不僅能夠競爭白蛋白上的毒素結(jié)合位點(diǎn)，還需有較短的半衰期，能被腎臟以外的器官清除，同樣重要的是要避免競爭劑導(dǎo)致具有相同白蛋白結(jié)合位點(diǎn)的自身有益物質(zhì)的損失。Tao等[22]進(jìn)行體外和離體研究表明，布洛芬可與白蛋白的Sudlow位點(diǎn)2結(jié)合，而IS和PCS被布洛芬取代，通過體外輸注PBUTs結(jié)合競爭物質(zhì)，可以顯著提高PBUTs的透析清除率。同樣地，Madero等[23]研究在常規(guī)HD中，通過向體外循環(huán)注入布洛芬，可以有效且可逆地將IS和PCS從它們的白蛋白結(jié)合位點(diǎn)置換出來，顯著增加IS和PCS清除率，透析后IS和PCS血清水平顯著下降。Maheshwari等[24]在計(jì)算機(jī)上比較HD、血液透析濾過(hemodiafiltration,HDF)、膜吸附和結(jié)合競爭去除PBUTs之間的差異，在透析中使用了PBUTs/置換器動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，該模型包括一個(gè)三室患者模型，一個(gè)動(dòng)脈/靜脈管段模型和一個(gè)透析器模型，模型表明HD體外回路中的結(jié)合競爭比傳統(tǒng)的HD，HDF和膜吸附大大提高了PBUTs的清除，最終顯示競爭性結(jié)合是提高PBUT清除率的實(shí)用方法[24]。

改變透析參數(shù)

增加透析時(shí)間和頻率 由于PBUTs的蛋白結(jié)合率高，而常規(guī)HD只能清除游離部分，因此提高頻率和透析時(shí)長可能會(huì)提高其清除率。Eloot等[25]建立數(shù)學(xué)動(dòng)力模型研究發(fā)現(xiàn)，PBUTs的清除模式與其他尿毒癥毒素明顯不同，對(duì)于蛋白結(jié)合率高的PBUTs，透析充分性主要取決于每周處理血液量，而這由透析頻率和透析時(shí)間決定。對(duì)于固定類型的透析器，無論是延長透析時(shí)間還是頻繁透析，在保持與標(biāo)準(zhǔn)透析相同的處理血量的情況下，對(duì)于高蛋白結(jié)合的化合物來說，只會(huì)導(dǎo)致有限的溶質(zhì)濃度下降。同樣的，Sirich等[26]研究發(fā)現(xiàn)在高頻HD網(wǎng)絡(luò)(FHN)中隨著透析頻率和時(shí)間的增加，尿毒素溶質(zhì)濃度的降低的增幅較小。每周接受6次(平均14.6 h/周)治療的FHN患者溶質(zhì)的平均濃度僅比接受每周3次常規(guī)治療(平均10.9 h/周)的受試者平均濃度低15%，定量測(cè)量證實(shí)，IS和PCS的濃度并沒有顯著降低，溶質(zhì)濃度相對(duì)于提高透析時(shí)間和頻率的工作量而言，沒有下降到預(yù)期的程度。Maheshwari等[27]建立了一個(gè)綜合的PBUTs動(dòng)力學(xué)模型，顯示增加透析液的流速可以提高PCS和IS的清除率，然而隨著透析器性能的提高，PCS和IS的清除率增幅有限，考慮清除動(dòng)力是由血漿和透析液之間游離毒素濃度差驅(qū)動(dòng)的，PBUTs導(dǎo)致的較小擴(kuò)散梯度是清除率的限制因素。由此可得，提高透析的頻率、時(shí)間和透析液的流量對(duì)于PBUTs的清除率提升效果較工作量而言性價(jià)比不高。

提高透析液流速 Meyer等[28]建立了高蛋白結(jié)合率的PBUTs的動(dòng)力學(xué)模型，PBUTs的透析清除表達(dá)式是由游離毒素分?jǐn)?shù)決定，他們預(yù)測(cè)增加透析液流量并伴隨透析器表面積的增加將改善PBUTs的清除。然而有研究表明，增加了透析器的大小以及血液和透析液的流量，對(duì)PCS和IS血漿濃度水平的影響很小[29]。

調(diào)整透析液成分 Nerusu等[30]研究人血清白蛋白結(jié)構(gòu)域，發(fā)現(xiàn)PBUTs均可與白蛋白結(jié)構(gòu)域D2、D3和D2-3相互作用，親和力顯著，與其他結(jié)構(gòu)域相比，D3親和力較高。人血清白蛋白結(jié)構(gòu)域的解離常數(shù)(Kd值)與完全人血清白蛋白的Kd值有顯著差異。Kd值決定了配體的游離態(tài)和蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)濃度。提高透析液對(duì)PBUTs的親和力和特異性可以提高透析液的效率，透析液對(duì)PBUTs的特異性可以通過使用兩個(gè)結(jié)構(gòu)域(即D2和D3)的組合作為透析液并通過調(diào)整D2和D3的比例來實(shí)現(xiàn)。

改變透析方式 目前的常規(guī)的HD方式原理多為彌散和對(duì)流，而PBUTs分子量大限制了其清除，不同透析方式對(duì)PBUTs清除率差異不大。Maheshwari等[24]發(fā)現(xiàn)與常規(guī)HD相比，HDF僅稍增加PBUTs的清除。van Gelde等[31]研究發(fā)現(xiàn)與低通量HD相比，HDF治療6個(gè)月僅降低了IS的血漿濃度，而PCS、HA濃度無顯著改變。膜的孔徑及其超濾系數(shù)對(duì)與白蛋白結(jié)合的PBUTs的清除率幾乎沒有影響[32]。

降低PBUTs的其他方法

減少PBUTs產(chǎn)生通過腸道干預(yù)可控制尿毒素產(chǎn)物在腸道的產(chǎn)生和吸收，Chen等[33]對(duì)八項(xiàng)研究的系統(tǒng)回顧發(fā)現(xiàn)，口服含碳吸附劑AST120可有效降低IS血清水平，但在減緩疾病進(jìn)展和全因死亡率方面仍存在爭議。

保護(hù)殘余腎功能PBUTs分子量很大，正常多不能經(jīng)過腎小球?yàn)V過，主要以腎小管分泌方式清除[34]。Leong等[35]發(fā)現(xiàn)了有殘余功能每周兩次透析的患者的HA、苯乙酰谷氨酰胺、IS和PCS濃度，并不顯著高于無尿每周三次透析的患者，前組患者血漿HA和苯乙酰谷氨酰胺的水平低于后組患者，由此可知?dú)堄嗄I功能可有助于減少尿毒癥毒素的積累，對(duì)于經(jīng)腎小管分泌清除的毒素可能尤為重要，這種功能不能被HD模擬。van Gelde等[31]研究發(fā)現(xiàn)，殘余腎功能與犬尿酸(P<0.001)、吲哚硫酸鹽(P=0.001)、吲哚-3-乙酸(P=0.024)、對(duì)甲酚葡萄糖醛酸(P=0.004)和HA(P<0.001)血漿濃度呈負(fù)相關(guān)。故保護(hù)HD患者殘余腎功能對(duì)減少PBUTs血漿濃度起重要作用。

小結(jié):PBUTs對(duì)心血管和腎臟具有多種危害， 降低PBUTs對(duì)減少CKD患者并發(fā)癥以及提高其生存率具有重要意義。提高血液凈化對(duì)PBUTs的清除能力是目前的研究熱點(diǎn)，尤其是新型吸附材料的研制及開發(fā)，仍需深入開展相關(guān)臨床研究。