鈣性結(jié)石病的遺傳學(xué)特性2024(全文)

腎結(jié)石的發(fā)病與遺傳因素具有相關(guān)性，曾有研究提出腎結(jié)石按照常染色體

顯性遺傳。但這種遺傳模式還未被完全證實，但是具有因果作用的基因可

能有助于增加對結(jié)石的易感性，對結(jié)石形成具有助推作用。近些年隨著高

通量基因測序技術(shù)的出現(xiàn)及推廣，結(jié)石病變異基因的檢出率日益增高?？?/p>

在16.7%-29.4%兒童結(jié)石病患者及11.4%-16.8%成人患者中發(fā)現(xiàn)相

關(guān)單基因的變異。同時，結(jié)石病的家族聚集性及單卵雙胞胎中患結(jié)石病的

一致性明顯高于雙卵雙胞胎等都揭示了基因遺傳在結(jié)石發(fā)病的重要作用。

約50%的含鈣腎結(jié)石患者有結(jié)石病家族史，其中一級親屬患結(jié)石病更為常

見。隨著遺傳學(xué)研究的深入，發(fā)現(xiàn)以下幾個基因單核甘酸多態(tài)性與含鈣結(jié)

石病及高鈣尿癥有關(guān)。

1、鈣敏感受體(CaSR)基因

鈣敏感受體(CaSR)在腎內(nèi)對鈣離子調(diào)節(jié)具有重要作用。且CaSR基因

的單核甘酸多態(tài)性(SNP)與結(jié)石形成者中的高鈣尿癥有關(guān)。CaSR表達

降低可改變鈣，磷酸鹽，PH和水分排泄之間的正常平衡。這種變化可能

引起鈣磷晶體在管內(nèi)沉淀，逐漸形成含鈣的鹽類結(jié)石

CaSR基因位于染色體3ql3.3-21,編碼鈣敏感受體。該基因包括兩個

啟動子、七個外顯子和若干個內(nèi)含子。CaSR是一種主要由細胞外Ca2+

激活并在人細胞中廣泛表達的G蛋白偶聯(lián)受體，其在甲狀旁腺、腎小管髓

絆升支粗段分布最多，分別調(diào)控甲狀旁腺激素分泌及腎小管鈣的重吸收，

維持機體鈣平衡。生理情況下，血鈣濃度增高會激活CaSR表達，進而抑

制Ca2+在腎小管的重吸收；而腎小管液中Ca2+濃度增高也會激活

CaSR,一方面促進腎小管閏細胞中的H+排泄到管腔，另一方面抑制頂端

膜上的水通道蛋白2(AQP2)表達進而減少管腔中水的再吸收，最終產(chǎn)

生稀釋的酸性尿液，從而降低腎結(jié)石形成的風(fēng)險］。此外，激活CaSR還

可以促進遠端腎小管對磷酸鹽的重吸收。

CaSR首次由Brown及同事在甲狀旁腺中克隆和鑒定，隨后在腎臟，胃

腸道和骨骼等其他器官中發(fā)現(xiàn)有表達。在腎臟內(nèi)，Riccardi等人報道

CaSRmRNA表達于腎小球和腎小管大部分節(jié)段，包括近曲小管，近直

腎小管，遠曲小管，集合管部分。CaSR是腎臟中維持鈣穩(wěn)態(tài)關(guān)鍵之一。

沿著腎單位不同部位的CaSR(例如，近端小管，髓祥升支粗段等)可具

有特定的功能。在髓祥升支粗段中，CaSR可激活緊密連接蛋白14

(CLDN14)轉(zhuǎn)錄來抑制細胞外Ca2+的再吸收，其阻斷由CLDN16和

CLDN19組成的細胞外陽離子通道完成，這對Ca2+和Mg2+重吸收是

相當(dāng)重要。遠端小管中，CaSR的減少可主動和被動引起鈣重吸收，并增

加近端小管中磷酸鹽的再吸收，刺激集合道中的H+和水分排泄。有研究

發(fā)現(xiàn)近端小管的頂端CaSR可以調(diào)節(jié)小管腔內(nèi)的二陵酸和檸檬酸鹽轉(zhuǎn)運

來防止結(jié)石形成。尿檸檬酸鹽，部分重新吸收為近端小管腔中的二粒酸鹽,

通過絡(luò)合鈣可以抑制結(jié)石形成。在近端小管CaSR調(diào)節(jié)頂端二竣酸轉(zhuǎn)運

是通過CaSR-Gq-PKC信號傳導(dǎo)途徑進行。

眾所周知，甲狀旁腺激索(PTH)的分泌可調(diào)節(jié)血液中Ca2+濃度。當(dāng)血

液中Ca2+濃度發(fā)生變化時,CaSR可感受細胞外Ca2+濃度。Ca2+濃

度持續(xù)升高到一定范圍時，可引起CaSR的激活，但這種激活受到甲狀

旁腺激素的調(diào)控］。另外當(dāng)尿鈣排泄率增高時，鈣可能誘導(dǎo)多尿癥的發(fā)生,

引起尿液稀釋，從而防止形成腎結(jié)石。但如果高鈣血癥伴有腎臟鹽和水的

損耗，則保持體內(nèi)物質(zhì)代謝平衡可能變得困難。家族性FHH是由CaSR

基因失活引起的突變引起的常染色體顯性疾病，表現(xiàn)為高鈣血癥。甲狀旁

腺增生和不正?？赡軐?dǎo)致低尿鈣。在一些基因敲除鼠中，如CaSR、PTH

敲除小鼠比PTH缺陷小鼠更容易發(fā)生高鈣血癥，這也表明CaSR有助于

防止高鈣血癥。Aexon3-Casr缺陷小鼠可表現(xiàn)出正常的血鈣，這和PTH

濃度與低尿鈣排泄相關(guān)

已有多項研究顯示，位于CaSR基因7號外顯子上的3個基因多態(tài)性：

rsl801725(也被稱為Ala986Ser,即突變后第986號位點Ala為Ser

所替代，下同)、rsl042636(Arg990Gly)^rs1801726(GlulOUGln)

與腎結(jié)石發(fā)生有關(guān)。其中，rsl042636基因多態(tài)性和特發(fā)性含鈣腎結(jié)石、

原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進、絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者的高鈣尿產(chǎn)生有關(guān)。體外

實驗表明，攜帶rsl042636突變基因個體CaSR表達上調(diào)，髓絆升支和

遠曲小管中鈣的再吸收受抑制，從而增加鈣的排泄和腎結(jié)石罹患風(fēng)險。此

外，位于4號內(nèi)含子上與上述rsl801725基因連鎖的rsl7251221基因、

位于1號啟動子上rs6776158基因、分別位于1號內(nèi)含子和5,-非翻譯

區(qū)但都與rs6776158連鎖rsl501899>rs7652589基因的多態(tài)性亦有

被報道與腎結(jié)石病相關(guān)。但是這些調(diào)控區(qū)基因變異主要引起CaSR表達下

調(diào)，進而可能引起濃縮、堿化尿液誘發(fā)結(jié)石形成。

不同地區(qū)，與結(jié)石相關(guān)性最顯著的基因各異，比如歐洲是rsl7251221,

E|J度是rsl801725,而東亞是rs13068893。而在我國rs6776158和

rs7652589基因多態(tài)性對含鈣腎結(jié)石的發(fā)病風(fēng)險有顯著影響?？傊?，

CaSR編碼區(qū)及調(diào)控區(qū)基因的多態(tài)性與含鈣腎結(jié)石有關(guān)，CaSR表達的失

調(diào)可能是導(dǎo)致結(jié)石的原因，但是具體機制尚待研究。

由于CaSR直接控制腎小管鈣重吸收，可能參與特發(fā)性高鈣尿癥的發(fā)生。

但是有研究發(fā)現(xiàn)CaSR位點與高鈣尿癥在腎結(jié)石的風(fēng)險之間沒有聯(lián)系。

然而在另外兩項研究發(fā)現(xiàn)，意大利人原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進患者中

Arg990Gly等位基因和結(jié)石形成存在明顯關(guān)聯(lián)。Arg990Gly也與原發(fā)性

高鈣尿有關(guān)，這是一種易于鈣腎結(jié)石的疾病，并且在結(jié)石形成患者和無結(jié)

石者中觀察到這種關(guān)聯(lián)］。Vezzoli等發(fā)現(xiàn)攜帶CaSR密碼子990處次要

G等位基因和CaSR密碼子986和1011處的主要等位基因患者患有腎

結(jié)石風(fēng)險機率增加。Arg990GlySNP與高鈣尿癥，腎結(jié)石之間的關(guān)聯(lián)也

在加拿大和伊朗兩國患者中觀察到，但在英國的白人女性雙胞胎中卻沒有

觀察到。Vezzoli等人還報道了位于CaSR啟動子區(qū)域的rs6776158的

次要G等位基因比在對照組中結(jié)石的形成中發(fā)生更加頻繁。體外研究表明,

rs67780158中的次要G等位基因可導(dǎo)致了兩個腎細胞系中第一個啟動

子的轉(zhuǎn)錄效率降低。但是這個等位基因發(fā)現(xiàn)可以減少CaSR的表達，而

不是增加CaSR的表達。此外rsl501899和Arg990Gly多態(tài)性在同時

存在情況下，可能增加原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進患者形成腎結(jié)石的風(fēng)險，

盡管它們對腎臟中的CaSR功能具有的相反作用。有研究應(yīng)用生物信息

學(xué)分析鑒定發(fā)現(xiàn)，在rs7652589^rs1501899SNP處存在變體等位基

因的情況下，八聚體可結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1的新位點。該轉(zhuǎn)錄因子可下調(diào)維生

素D依賴性基因的轉(zhuǎn)錄和CaSR表達。Ding等人在對615例腎結(jié)石患

者和315例無腎結(jié)石對照的中國人群研究發(fā)現(xiàn)，CaSRArg990GlyGG

基因型與腎結(jié)石發(fā)病風(fēng)險顯著增加。在對俄羅斯人群中尿石癥候選基因的

多態(tài)性的關(guān)聯(lián)中發(fā)現(xiàn)，鈣釋放激活鈣調(diào)節(jié)劑(ORAU,rs7135617)的

多態(tài)性變體可能影響俄羅斯人群中的腎結(jié)石形成。

2Claudins(CLDNs)基因

緊密連接蛋白claudins是構(gòu)成緊密連接復(fù)合物的主要成分，維持細胞間離

子和溶質(zhì)的選擇性滲透,claudins的調(diào)節(jié)主要通過蛋白激酶途徑實

現(xiàn).Claudins基因突變與許多疾病如家族性、伴發(fā)高尿鈣和腎臟鈣質(zhì)沉著

的低鎂血癥，常染色體隱性耳聾以及新生兒硬化性膽管炎和魚鱗病有直接

關(guān)系;Claudins表達水平的改變與許多腫瘤和神經(jīng)生殖系統(tǒng)疾病關(guān)系密切.

研究claudins在生理、病理狀態(tài)下的改變，有助于對相關(guān)疾病進行診斷、

針對性治療和判斷預(yù)后。

CLDN16和CLDN19基因突變會導(dǎo)致腎小管Ca2+、Mg2+重吸收通減

少，進而會引起一種常染色體隱性遺傳疾病一家族性低鎂血癥伴高鈣尿癥

和腎鈣沉著癥（FHHNC）,其致病基因位于染色體3q27上。CLDN是由

28個成員組成的四跨膜蛋白，存在于細胞緊密連接處，其作用介導(dǎo)陽離子

（包括Ca2+和Mg2+）選擇性通過。廣泛分布于腎小管髓絆升支粗段的

CLDN16和CLDN19相互作用保證了20%的Ca2+和70%的Mg2+被

重吸收。最新實驗顯示，磷酸化的CLDN16不局限于緊密連接處，還存

在于遠端小管細胞的管腔膜中，可以促進瞬時受體電位通道蛋白5

（TRPV5,功能見第7點）通道的跨細胞轉(zhuǎn)運Ca2+O相反，CLDN14

則抑制上述緊密連接對陽離子的通透性。生理狀態(tài)下，CLDN14被

microRNA-9>microRNA-374抑制。當(dāng)機體高鈣飲食時，游離鈣會激

活CaSR,通過抑制這兩種microRNA的轉(zhuǎn)錄而上調(diào)CLDN14基因的轉(zhuǎn)

錄和蛋白翻譯水平，最終抑制緊密連接對鈣的重吸收。

CLDN16及CLDN19基因錯義突變與高鈣尿及腎結(jié)石的相關(guān)性已被廣泛

報道。CLDN14在小鼠腎小管的強表達可以造成與血漿鈣濃度無關(guān)的高鈣

尿，相反CLDN14基因敲除動物即使在高鈣飲食條件下也表現(xiàn)為低鈣尿、

低鐵尿和高鐵血癥。兩項大型全基因組關(guān)聯(lián)研究都證明了成人腎結(jié)石和高

鈣尿癥與CLDN14基因多態(tài)性有很強的關(guān)聯(lián)。此外，作為促進CLDN14

基因表達的順式調(diào)節(jié)元件--胰島素瘤相關(guān)l（INSMl）轉(zhuǎn)錄基因也與兒童高

鈣尿和腎結(jié)石癥狀高度相關(guān)。CLDN16、19負責(zé)介導(dǎo)鈣在腎小管的重吸

收，而CLDN14作用相反，它們與CaSR相互調(diào)節(jié)，共同維持機體鈣穩(wěn)

o

3維生素D受體(VDR)基因

維生素D受體(VDR)為親核蛋白，是介導(dǎo)1,25(OH),D發(fā)揮生物效

應(yīng)的核內(nèi)生物大分子，屬于超家族成員。維生素D的許多生物學(xué)功能都是

通過VDR介導(dǎo)調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄來實現(xiàn)的1,25(OH),D激素信號分子在

靶細胞與VDR結(jié)合形成激素一受體復(fù)合物，該復(fù)合物作用于靶基因上的

特定DNA序列，對結(jié)構(gòu)基因的表達產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。VDR在本質(zhì)上是一種

配體依賴的核轉(zhuǎn)錄因子，它在維持機體鈣一磷代謝，調(diào)節(jié)細胞增殖、分化

等方面起重要作用。VDR分為細胞核受體(nVDR)和細胞膜受體(mVDR)

兩大類，其分子量分別為50KDa和60KDa°nVDR,是介導(dǎo)1,25(OH),

D來發(fā)揮生物效應(yīng)的主要途徑，nVDR屬于核受體超家族成員，核受體超

家族是由俗體類激素核受體、甲狀腺激素核受體和類視黃酥X受體組成I。

nVDR在人體中30個靶細胞內(nèi)存在。1,25(OH),D除了可以通過nVDR

產(chǎn)生基因效應(yīng)作用于靶細胞外，還存在由mVDR介導(dǎo)的快速非基因效應(yīng)，

該效應(yīng)的產(chǎn)生和完成所需要的時間僅為數(shù)秒到數(shù)分鐘，而基因效應(yīng)通常需

要數(shù)小時到數(shù)天才可以顯現(xiàn)出來。Norman等研究表明1,25(OH),D在

小腸對Ca快速吸收、胰島p細胞分泌胰島素、破骨細胞離子通道的開放、

內(nèi)皮細胞的快速遷移等方面均發(fā)揮了快速非基因效應(yīng)。研究表明VDR基

因從氨基端到竣基端一般可分為A、B、C、D、E、F6個功能區(qū)，每個功

能區(qū)分工不同但又相互協(xié)作。A/B區(qū)為N端短區(qū)，為轉(zhuǎn)錄激活自調(diào)門功

能區(qū)(AF—1),但其自主調(diào)節(jié)功能很弱。C區(qū)為DNA結(jié)合區(qū)(DBD),該區(qū)

高度保守，人、大鼠與雞的同源性高達98.5%o它由VDR外顯子H、

III編碼，主要參與DNA順序識別，可識別靶基因上的維生素D反應(yīng)元件，

此外也部分參與二聚體界面的形成。DBD由8個保守的半胱氨酸組成2

個鋅指結(jié)構(gòu)，每個鋅指形成一個A2螺旋，兩個A2螺旋相互垂直構(gòu)成DBD

的核心，從而與類視黃醉x受體(RXR)形成異二聚體。D區(qū)可能是一個錢

鏈區(qū)，具有很高的免疫原性，但其確切結(jié)構(gòu)和功能尚未闡明，可能與核定

位有關(guān)。E區(qū)為配體結(jié)合區(qū)，由VDR基因外顯子V-IX編碼，是VDR結(jié)

合1,25(OH)2D3的主要部位;其次,該區(qū)還介導(dǎo)與RXR形成異二聚體，

增強其與VDRE的結(jié)合能力；第三，在該區(qū)近c端處存在一個轉(zhuǎn)錄激活/

抑制功能區(qū)(AF-2),與AF—1協(xié)同作用，可促進VDR與協(xié)同激活因子/

協(xié)同抑制因子相結(jié)合，從而使VDR發(fā)揮調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄活性。另外，E

區(qū)對DNA識別也有協(xié)同作用。F區(qū)結(jié)構(gòu)和功能尚未闡明。

應(yīng)用限制性片斷長度多態(tài)性多聚酶鏈反應(yīng)技術(shù)(PCR?RFLP)研究發(fā)現(xiàn)，

VDR基因序列上存在多個內(nèi)切酶酶切位點，證實了VDR基因具有明顯的

多態(tài)性，到目前為止，至少有25個VDR多態(tài)性位點被發(fā)現(xiàn)，其中研究

較多的為BsmI、ApaLTaqLFokI這四個位點，是參與骨代謝的主

要位點。不同區(qū)域的多態(tài)性位點對VDR基因表達產(chǎn)生的影響不同，

BsmI和Apa1酶切位點位于第VIII內(nèi)含子上，其多態(tài)性不影響VDR的

氨基酸序列；TaqI位于第IX外顯子，雖然在編碼區(qū)上，但其多態(tài)性是

由同義突變造成，也不會使VDR的氨基酸序列改變；FokI酶切位點位

轉(zhuǎn)錄起始部位，其多態(tài)性可導(dǎo)致氨基酸序列長度發(fā)生改變。

總體來說，C一端啟動子區(qū)內(nèi)的多態(tài)性位點影響mRNA的表達方式

和表達水平，而N一端非翻譯區(qū)的多態(tài)性位點則影響mRNA的穩(wěn)定性和

蛋白質(zhì)的翻譯效率，并且這種影響與其所在細胞的類型、分化階段和活性

狀態(tài)有關(guān)。VDR等位基因多態(tài)性與骨密度、骨轉(zhuǎn)換、腸道鈣吸收存在一

定關(guān)聯(lián)性，且與人骨生理參數(shù)正常變異相關(guān)，是骨代謝的遺傳標(biāo)記。

VDR不僅存在于成骨細胞中，也存在于破骨細胞中，故位于骨組織上的

VDR的作用是雙向的。位于成骨細胞上的VDR可影響遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過

程，促進骨橋蛋白、骨鈣蛋白的合成，促使成骨細胞分泌細胞因子，參與

骨的形成和礦化。而位于破骨細胞上的VDR可抑制其增殖并促進破骨細

胞的分化，促進骨Ca、P的釋放。因而，VDR對骨的合成和分解代謝起

著雙向調(diào)節(jié)作用，使得骨形成和骨吸收處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

VDR主要通過與配體1,25(OH)2D3結(jié)合，介導(dǎo)鈣在腸道及腎臟的吸

收，該基因變異后機體鈣失調(diào)是造成結(jié)石形成最重要的原因；另外VDR

還可能抑制磷酸烯醇式丙酮酸鍍激醐的轉(zhuǎn)錄，該激酚主導(dǎo)促進近端腎小管

細胞中枸檬酸的重吸收，因此VDR變異會導(dǎo)致尿中枸椽酸濃度降低，進

而促進結(jié)石形成。既往的研究顯示Apal、TaqI及Fokl基因多態(tài)性與亞

洲人腎結(jié)石的發(fā)生有關(guān)，但與白種人腎結(jié)石風(fēng)險無關(guān)［33］。在土耳其的嬰

兒群體中調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)石患者和對照者之間的BsmI、TaqI基因型分布有

顯著差異。一項meta分析表明：Apal基因多態(tài)性與腎結(jié)石無相關(guān)性；

BsmI多態(tài)性與白種人群結(jié)石病相關(guān)，而與亞洲人無關(guān)；TaqI影響結(jié)果卻

與BsmI恰恰相反；FokI多態(tài)性與白人及亞洲人群的腎結(jié)石病均相關(guān)。

4SLC34A基因一可溶性載體轉(zhuǎn)運蛋白（鈉磷協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白）

SLC34A基因位于染色體5q35上，其中SLC34AKSLC34A3分別編

碼表達于近端腎小管頂端刷狀緣的磷酸轉(zhuǎn)運體--NaPina、NaPiDc,介

導(dǎo)著磷酸鈉的重吸收。其失活突變是常染色體隱性遺傳性疾病，遺傳性低

磷性佝僂病伴高鈣尿癥（HHRH）的病因，突變后尿磷排泄增加導(dǎo)致低磷

血癥，繼發(fā)1,25-（OH）2-D3升高，進而增加腸道鈣吸收，最終導(dǎo)致機體

鈣超載，引發(fā)尿鈣增加、腎結(jié)石等一系列癥狀。因為癥狀與HH類似，所

以該基因變異導(dǎo)致的疾病也被稱為HH2型。研究表明SLC34A1和

SLC34A3的基因突變可致更高的患腎結(jié)石病的風(fēng)險。

一項產(chǎn)前超聲提示腎高回聲、產(chǎn)后超聲隨訪提示腎鈣質(zhì)沉著癥并伴有高鈣

尿癥的嬰幼兒基因測序顯示SLC34Al基因存在雙等位致病變異。最新研

究還發(fā)現(xiàn)，即使在雜合子SLC34A3單基因突變攜帶者中，腎結(jié)石的罹患

風(fēng)險也會顯著增加。位于SLC34A1上游的rsl1746443單核甘酸多態(tài)

性可以影響腎功能，在日本人群中該基因是腎結(jié)石新的突變位點，但是該

位點與中國漢族人群尿路結(jié)石風(fēng)險無相關(guān)性.這表明了除遺傳外，可能還存

在其他影響該疾病臨床特征因素。

5.瞬時受體電位通道蛋白5(TRPV5)基因

瞬時受體電位TRP(transientreceptorpotential)離子通道是一類在外周

和中樞神經(jīng)系統(tǒng)分布很廣泛的通道蛋白。到目前為止,有超過30個TRP

通道家族成員在哺乳動物中被克隆。TRP通道均為六次跨膜蛋白，其N末

端和C末端均在胞內(nèi)，由第五和第六跨膜結(jié)構(gòu)域共同構(gòu)成非選擇性陽離子

孔道。這些通道可被許多種因素調(diào)節(jié)，包括溫度、滲透壓、pH值、機械力,

以及一些內(nèi)、外源性配體和細胞內(nèi)信號分子。TRP通道家族包含七個亞族。

目前,它們最公認的功能是介導(dǎo)感覺信號的傳遞，其他功能包括調(diào)節(jié)細胞鈣

平衡和影響發(fā)育等。

TRPV5主要表達于腎遠曲小管和連接小管，對Ca2+具有高度選擇性，

被稱為是Ca2+重吸收的門衛(wèi)。動物實驗表明TRPV5基因敲除的小鼠會

產(chǎn)生嚴重的高鈣及高磷尿。兩份獨立的研究報道了TRPV5基因多態(tài)

性:RI54H(rs4236480)和L530R(rs757494578)分別與結(jié)石多發(fā)

性和復(fù)發(fā)性相關(guān)。尿調(diào)節(jié)蛋白(UMOD基因編碼)及粘蛋白一1(MUC-1

基因編碼)可以上調(diào)腎小管TRPV5豐度，增加鈣的重吸收，降低尿中Ca2+

濃度進而預(yù)防腎結(jié)石。含鈣腎結(jié)石患者的尿中MUC-1減少，UMOD基

因也被發(fā)現(xiàn)可能是腎結(jié)石的保護性因素］。因此TRPV5與腎結(jié)石關(guān)系密切。

6.骨橋蛋白(OPN)基因及其他基因

骨橋蛋白(osteopontin,OPN)是一種糖基化蛋白,廣泛存在于細胞外基

質(zhì)中.最初認為OPN是一種重要的骨基質(zhì)蛋白，