草酸钙结晶与细胞反应

肾结石的形成包含了一系列的常见的病理学方面的严重紊乱，肾脏内的结石沉积物。一些风险因素有利于结石的形成和进展，这包括基因的变化、生化/代谢的紊乱、肾脏解剖的异常以及环境的因素，但是确定这些因素促成结石形成的原因是很困难的，这些复杂化的因素，促使人们通过简单的模型系统、肾上皮细胞的培养来评估细胞内结石形成的机制，重点在于细胞对草酸的反应，草酸盐是最常见的结石病的模式。

不管草酸盐是结晶状态，还是在溶解状态，都可在一定范围内触动细胞的反应，有利于结石的形成。这包括改变细胞膜的特性，从而促进结石的粘附，改变细胞的活性并提供碎片有利于结晶的成核。细胞液中PLA2的活性对草酸的形成起了一个很重要作用，触发了信号的传递，产生几种脂类调节物（花生四烯酸、氨基酸、卵磷脂、Lyso-PC、神经酰胺），这些调节物作用于细胞内的重要目标（线粒体、细胞核），作用的净效果是增加有活性氧分子的数量（反过来可以影响细胞内的其它过程），增加细胞的死亡，并且诱导继续存活细胞上的一定基因，一些基因可以促进细胞的增殖，从而代替死亡的细胞，或者促进尿路分泌大分子物质，可以调节结晶的形成。

一、膜磷脂的重分布

早期的细胞对草酸的反应是磷脂-磷脂酰丝氨酸（PS）重新分布于细胞的表面，指令巨噬细胞吞噬损伤的细胞，并且PS在细胞表面的重分布点成为草酸钙的粘附点。因为通过涉及到肌动蛋白细胞骨架的激活过程，磷脂通常被限制在细胞膜内的分叶中，PS在细胞表面的重分布的状态还可以引起与膜连接相关酶的激活，包括导致磷脂酶的激活。

二、脂类信号分子

在肾细胞中关于草酸盐活性研究中，关注最多的磷脂酶A2（CPLA2）。CPLA2是一种将磷脂Sｎ-2位上的酰基水解的酶，CPLA2作用后，可以产生一些活性物质，这些物质包括花生四烯酸、溶血磷脂，它们反过来还可以刺激细胞内的其它信息通道，这种酶还涉及于肾上皮细胞损伤的病理过程。事实上患有结石的患者其血液中的花生四烯酸是增高的，并且红细胞膜上的花生四烯酸也是增高的。有趣的是在肾上皮细胞的培养中CPLA2的活性可以决定草酸盐的时间和浓度的关系。CPLA2作用后的两种产物AA，溶血磷脂可以调节草酸的活性，引起线粒体功能的改变也可以引起基因的改变。草酸可诱导CPLA2的活性，并且对神经酰胺的产生是有一定作用，信号分子贯穿于多种细胞损伤中，从细胞增殖分化到细胞的毒性和死亡，所有三种脂类信号分子在调节草酸盐诱导的肾细胞损伤中起作用。

三、氧化应激

早期动物实验和细胞培养显示草酸盐增加肾的氧化。动物实验显示当增加尿中草酸负荷时，脂质过氧化物分泌增加，肾脏的抗氧化下降。肾细胞培养显示细胞接触草酸盐后可以增加自由基产物和脂质过氧化物的产生。在体内草酸诱导的毒性和自由基产物可以降低，在体外通过抗氧化、纠正线粒体电子转运的紊乱、通过基因操作，提高BCL-2的表达、通过对蛋白调节线粒体的通透性也可以降低草酸诱导的毒性和自由基。

在哺乳动物细胞中，线粒体是主要的氧化场所，线粒体紊乱可以引起细胞的程序性凋亡，一些研究探索了线粒体在草酸盐活性中的作用。在肾细胞培养中，可以发现草酸盐引起线粒体的功能改变，这其中包括膜的去极化引起多种细胞活性氧化物（ROS）的增加。草酸盐作用可以被花生四烯酸、Lyso-PC和神经酰胺所模拟，并且被PLA2所抑制。因此，线粒体膜似乎是细胞内调节草酸盐活性的靶点，进一步支持此点的可能性是通过离体线粒体接触草酸盐或脂类信号分子，可以增加ROS的产生，线粒体上硫醇的氧化和线粒体膜的过氧化物。

四、氧化应激和肾细胞损伤、死亡之间的关系

除了观察到ROS产物的增加，草酸盐影响细胞中的线粒体，可以明显增加线粒体膜的通透性，并且增加前凋亡因子。一项研究发现草酸可增加肾上皮细胞的凋亡和坏死。线粒体上草酸盐活性也可以继发于PLA2的活性。因为这种效果可以被PLA2抑制剂所抑制，以及可以被PLA2产生的脂类信号所模拟，这些数据延伸到早期关于草酸盐可以增加线粒体膜通透性的研究，并且进一步支持了线粒体ROS产物在草酸盐诱导肾脏毒性中的作用。

五、对草酸盐的适度反应

除了对肾脏的毒性反应，草酸盐还可以诱导适度反应，这种反应可以提高残留肾上皮细胞的生存。例如草酸盐激活通道可以导致肾细胞的增殖（是一个替代损伤/死亡细胞的过程）可以增加涉及到增殖的一些基因表达，增加DNA的合成，并且至少可以使草酸盐浓度降低（当细胞增殖超过细胞死亡时）、增加肾上皮细胞的数量。

此外，草酸盐可以增加尿中巨噬细胞表达，这些细胞通常限制结晶的形成。例如草酸盐不管是在体内还是在体外都可增加骨桥蛋白的表达，骨桥蛋白是尿中大分子物质，可以抑制草酸盐、结晶成核、生长、集聚和细胞对草酸钙的粘附作用。草酸盐的接触可增加这些蛋白的表达（以及尿中其它大分子物质），增加这些蛋白的表达可以产生适度的功能、进一步限制结晶的生长和沉淀。草酸盐的功能，如毒性作用可以被PLA2、以及随后的ROS产物调节。

六、细胞损伤和毒性作用与结石形成的关系

很多证据支持，肾细胞的损伤与结晶的黏附之间存在关系。肾细胞单分子层损伤可以为结晶黏附提供结合点，这些点正常情况下为紧密的上皮细胞所覆盖，结合点包括较多的PS、透明质酸、唾液酸类/基质蛋白。一但黏附这些结晶，结晶可以作为新结晶的核心，此过程有利于结石的形成。同时，细胞表面的结晶可以被肾细胞吞噬，一旦结晶被吞噬，结晶可以在溶酶体的作用下或者再次出现在基底外侧，这样在肾间质细胞内为结石生长提供了核心。

来自于损伤细胞的碎片，可以促使结石的生长，碎片为结晶不均匀成核提供了核心。人类肾细胞包含了一个有机核，它的组成与细胞膜相似，在人工尿液中肾细胞膜的片段可以促进结晶不均匀的成核。草酸盐可以激活细胞通道，促进结石的形成，其所产生变化的重点在于结晶对肾细胞的黏附性的增强。

图  草酸盐对肾脏的作用(Urol Clin N Am 34  xi)

（1）草酸盐可以诱导细胞膜的一些变化。

（2）PS重新分布，改变膜表面。有利于结晶的结合。

（3）草酸盐诱导膜功能紊乱，可以导致PLA2活性的增加，可以产生两种脂类（花生四烯酸，LYSO-PC）信号分子并且直接刺激神经酰胺的产生。

（4）脂类信号作用于线粒体，干扰线粒体膜的结构，导致线粒体的功能紊乱，并增加活性氧化产物（ROS）。

（5）ROS和/或LYSO-PC的增加。可以使一定功能的基因表达发生改变。

（6）也许还包括增殖（代替损伤细胞）或尿蛋白的分泌。（分之结晶的形成）。

（7）ROS也促进细胞损伤。

（8）显示其它的结晶结合位点。

（9）黏附的结晶可以或成为新结晶的成核的核心。这有利于结石的形成。

（10）结晶被内吞，可以加重细胞损伤，内吞结晶可以被溶酶体溶解，也可以出现在基底外侧。再一次成为肾间质细胞结石生长的核心。

（11）草酸盐引起细胞死亡。可以产生细胞碎片，有利于其它结晶的生成，也促进结石形成