慢性肾脏病患者由于肾脏功能受损，大量蛋白结合毒素（PBUTs）潴留，PBUTs积蓄会对机体造成很多危害。同时PBUTs较高的蛋白结合率使得游离部分较低，常规血液透析清除率很低，因此PBUTs的清除是血液净化中的研究热点，本文就蛋白结合毒素在血液净化中的清除做一综述。

蛋白结合毒素 血液净化 吸附 游离分数

尿毒症毒素可分为三大类：小分子水溶性化合物、中分子毒素和蛋白结合毒素（PBUTs）。PBUTs多来自肠道中的细菌对食物中蛋白质的腐败，而后与白蛋白（分子质量68000Da）结合后成为大分子质量毒素，不容易被常规血液透析（HD）清除，因此被称为蛋白结合毒素。常见的蛋白结合毒素有硫酸吲哚酚（IS）和硫酸对甲酚（PCS）、马尿酸（HA）等。硫酸吲哚酚和硫酸对甲酚研究较多且有代表性，二者的蛋白质结合率分别为97% 和95%，相对分子质量分别为212 Da和187 Da。在健康肾脏中PBUTs清除很大程度上依赖于肾小管分泌，而常规血液透析主要模拟肾脏的过滤功能，并且只清除毒素的游离部分，PBUTs难清除和PBUTs与白蛋白高结合率有关。因此目前增加PBUTs吸附和增加其游离分数是可以提高其清除率的方法。吸附是清除PBUTs的主要方式，新型吸附材料的研究是目前的热点。同时增加PBUTs的解离，也可以增加其清除；有研究表明改变透析参数，如透析频率和时间，透析液流速和方式可能增加PBUTs清除，下面我们将详细介绍PBUTs在血液净化中的清除。

一、 PBUTs在机体的清除和对机体影响

在机体中PBUTs的清除肾小管起主要作用，PBUTs的游离态和蛋白质结合态被输送到肾脏，游离的溶质从肾小管周围毛细血管经由基底外侧膜上的有机阴离子转运体分泌到近端小管细胞，然后通过顶膜上的膜基蛋白从近端小管细胞转运到小管腔内，近端肾小管细胞内部的电位比管腔低，这一途径由电驱动，最后从尿液中排出。肾小管功能受损时， PBUTs在血液中堆积，同时常规血液透析，多模拟肾小球的滤过功能，毒素结合蛋白后分子质量大，清除效果较差。研究表明传统的低通量血液透析不能清除色氨酸相关PBUTs，有研究显示在HD患者中，IS和PCS被发现比年龄匹配的健康对照组分别高116倍和41倍，而尿素和肌酐的浓度分别只高5倍和13倍。

PBUTs体内积蓄会对机体产生很多影响，Shafi等研究发现血清白蛋白水平低的患者中，PCS、IS水平越高，发生心脏性死亡和心脏性猝死的风险越高。Sun等以B-6小鼠半肾切除的小鼠和体外培养的人肾小管上皮细胞为研究对象，发现IS和PCS在体内和体外均损害有氧和无氧代谢，与慢性肾脏疾病及其并发症有关。除氧化应激外，PBUTs还引起炎症反应并激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，增加肾纤维化，同时还和血管钙化和动脉粥样硬化、认知功能下降、残余肾功能下降、凝血功能异常相关，甚至PBUTs血清浓度升高直接与心血管、肾脏疾病的进展以及肾脏病患者的高死亡率相关。

二、血液净化清除作用

吸附原理的应用在蛋白结合毒素的清除中起十分重要的作用，新型吸附材料的研究、制备、验证是目前的热点。Meyer等从模型研究中预测，吸附可以增加PBUTs清除的驱动力，提高清除率。Pavlenko等研究开发了集透析和吸附于一体的新一代混合基质膜（MMMs），与第一代MMMs以及商用透析膜相比，它具有更小的直径和优化的特性，研发的M6膜对IS和PCS的清除率分别为367 mg/m²和380 mg/m²，能更好地去除IS和PCS。IS和PCS的游离部分通过内选择膜层，迅速被外层内的颗粒吸附，增加了PBUTs的浓度梯度，并刺激游离部分的毒素从蛋白质释放到血浆中，从而导致更高的清除率。Geremia等通过干湿法纺丝技术制备了含有活性炭(AC)颗粒的双层中空纤维混合基质膜，既可以不降低活性炭吸附能力，又同时完全去除透析液中的内毒素以及高效去除人体血浆中的尿毒症毒素。MMMs是由聚醚砜(PES)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混物组成的内选择层和嵌在PES/PVP基体中的AC微粒组成的外层组成的双层中空纤维膜，它同时结合弥散和对流以及AC颗粒的吸附能力。内部无颗粒层避免了AC与患者血液的直接接触，有较好的血液相容性。只需要0.15m²的MMMs即可完全除去蛋白质结合毒素吲哚硫酸盐和马尿酸每日产量，同时应用在可穿戴人工肾装置中可去除内毒素。Fu等用活性炭、ZSM-5沸石和氧化石墨烯为吸附剂，采用非溶剂诱导相转化法制备了多孔PES混合基膜，同时提出制备多孔膜的最佳条件，以提高PCS和IS高清除率的同时还保证足够的机械强度，延长溶液与膜基体的接触，且有一定PES膜的亲水性，同时体外细胞验证混合基质膜对成纤维细胞的细胞活性和血液相容性均无明显影响。Suguru等研究了活性炭通过体外直接血液灌流吸附循环PBUTs的效果，活性炭对牛血中PBUTs水平的降低呈剂量依赖性，并且活性炭能在体外有效吸附血液中的PBUTs。活性炭DHP可以从慢性肾病患者血液中清除循环PBUTs，可能是一种很有前途的策略。Sternkopf等以多孔活性炭为芯材，亲水性聚乙烯吡咯烷酮为表面涂层，制备了一种双功能体外全血吸附器颗粒，该颗粒对疏水性、蛋白质结合的尿毒症毒素具有很高的吸附能力，对白蛋白结合或血液相容性无不良影响，对慢性肾功能不全（CKD）5期患者血液中的疏水性、蛋白结合性毒性具有很高的疗效。这种方法产生了一种对疏水性尿毒症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体都提高了PBUTs的清除率，有望降低CKD患者的发病率和死亡率。

有机金属也在PBUTs的清除中起作用，Kato等研究了9种基于锆的金属有机骨架（MOF）中PBUTs，PCS、IS和HA的吸附行为。基于苯并芘的金属有机框架，NU-1000提供了所有金属有机框架中最高的PBUTs清除效率，他们确定NU-1000的高吸附容量可以归因于被两个芘连接体和Zr6节点上的羟基和水分子夹在中间的高度疏水的吸附位，这些吸附位能够与客体分子的极性官能团发生氢键作用。此外，Nu-1000几乎完全去除了人血清白蛋白中的PCS。

体外肝脏支持吸附透析装置，即分馏法血浆分离、吸附和血浆分离、吸附和透析（FPAD）系统，在去除蛋白结合的疏水性尿毒症毒素方面比传统的高通量血液透析更有效。Sternkopf等发现与传统的高通量血液透析相比，使用FPAD技术治疗CKD透析患者5小时后，疏水性尿毒症毒素的去除率增加，苯乙酸的去除率增加了130%，PCS的去除率增加了127%，IS为187%。但血浆分离方法成本高，常规开展存在难度。不管是研制的新型材料还是FPAD，在临床中使用都还需要进一步的研究。 

PBUTs在常规血液透析中清除率低，主要因为其结合白蛋白后分子量大，常规血液透析只能清除游离部分，因此增加PBUTs的游离分数可以增加清除率，目前可以通过电离或者竞争剂与其竞争结合白蛋白位点增加其游离分数。

增加血液中PBUTs的毒素电离提高游离分数，可增加PBUTs的清除率，Yen等采用静电纺丝法制备了导电的四元复合纳米纤维垫，碳纳米管/导电聚合物杂化纳米纤维，将碳纳米管结合到传统的PES透析膜上，实现了PBUTs电解离，这种系统的透析设备可以增加PBUTs的清除的同时还可将蛋白质损失降至最低，并且耐水性长，有良好的抗凝能力，还可降低的补体激活，降低血小板吸附，并且很少产生红细胞溶血。它们在开发生物电子药物具有潜在前景。

竞争剂竞争结合白蛋白位点同样可以增加PBUTs游离从而提高清除率。白蛋白结合配体可通过直接竞争结合位点或通过变构机制影响白蛋白与其他配体的结合，特定配体与白蛋白的结合可能改变结合位点附近的构象。使用与PBUTs具有相同结合位点的化合物来阻止其结合是增加这些尿毒症毒素的游离分数的直接方法。而竞争剂需要安全、有效，不仅能够竞争白蛋白上的毒素结合位点，还需有较短的半衰期，能被肾脏以外的器官清除，同样重要的是要避免竞争剂的使用导致具有相同白蛋白结合位点的自身有益物质的损失。TAO等进行体外和离体研究表明，通过布洛芬可与白蛋白的Sudlow位点2结合，而IS和PCS被布洛芬取代，通过体外输注PBUTs结合竞争物质，可以显著提高PBUTs的透析清除率。同样地，Madero等研究在常规血液透析中，通过向体外循环注入布洛芬，可以有效且可逆地将IS和PCS从它们的白蛋白结合位点置换出来，显著增加IS和PCS清除率，透析后IS和PCS血清水平显著下降。Maheshwari等在计算机上比较血液透析、血液透析滤过、膜吸附和结合竞争去除PBUTs之间的差异，在透析中使用了PBUTs/置换器动力学的数学模型，该模型包括一个三室患者模型，一个动脉/静脉管段模型和一个透析器模型，模型表明HD体外回路中的结合竞争比传统的HD，血液透析滤过（hemodiafiltration, HDF）和膜吸附大大提高了PBUTs的清除，最终显示竞争性结合是提高PBUT清除率的实用方法。 

3.1 增加透析时间和频率

由于PBUTs的蛋白结合率高，而常规血液透析只能清除游离部分，因此提高频率和透析时长可能会对其清除率有提高。Eloot等建立数学动力模型研究发现PBUTs的清除模式与其他尿毒症毒素明显不同，对于蛋白结合率高的PBUTs，充分性主要取决于每周处理血液量，而这由透析频率和透析时间决定。对于固定类型的透析器，无论是延长透析还是频繁透析，在保持与标准透析相同的处理血量的情况下，对于高蛋白结合的化合物来说，只会导致有限的溶质浓度下降。同样的，Sirich等研究发现在频繁血液透析网络（PHN）中随着透析频率和时间的增加，尿毒素溶质浓度的降低幅度较小。每周接受6次（平均14.6小时）治疗的PHN患者溶质的平均浓度仅比接受每周3次常规治疗（平均每周10.9小时）的受试者平均浓度低15%，定量测量证实，IS和PCS的浓度并没有显著降低，溶质浓度相对于提高透析时间和频率的工作量而言，没有下降到预期的程度。Maheshwari等建立了一个综合的PBUTs动力学模型，显示增加透析液的流速可以提高PCS和IS的清除率，然而随着透析器性能的提高，PCS和IS的清除率提高幅度有限，考虑清除动力是由血浆和透析液之间游离毒素浓度差驱动的，PBUTs导致的较小扩散梯度是清除率的限制因素。由此可得，提高透析的频率、时间和透析液的流量对于PBUTs的清除率提升效果较工作量而言性价比不高。

3.2 提高透析液流速

Meyer等人建立了高蛋白结合率的PBUTs的动力学模型，PBUTs的透析清除表达式是由游离毒素分数决定，他们预测增加透析液流量并伴随透析器表面积的增加将改善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，对PCS和IS血浆浓度水平的影响很小。

3.3调整透析液成分

Nerusu等研究人血清白蛋白结构域，发现PBUTs均可与白蛋白结构域D2、D3和D2-3相互作用，亲和力显著，与其他结构域相比，D3亲和力较高。人血清白蛋白结构域的Kd值与完全人血清白蛋白的Kd值有显著差异。Kd值决定了配体的游离态和蛋白质结合态浓度。他们认为提高透析液对PBUTs的亲和力和特异性可以提高透析液的效率，透析液对PBUTs的特异性可以通过使用两个结构域(即D2和D3)的组合作为透析液并通过调整D2和D3的比例来实现。

3.4 透析方式改变

目前的常规的血液透析方式原理多为弥散和对流，而PBUTs分子量大的前提限制了其清除，不同透析方式对PBUTs清除率差异不大。Maheshwari等发现HDF比标准HD稍微改善PBUTs的去除，但是HDF在很大程度上是为了增强中分子毒素的去除而制定的，长期来看，HDF中的PBUTs去除相对于传统HD而言没有显著改善。Van Gelde等研究发现与低通量HD相比，HDF治疗6个月后仅降低了IS的血浆浓度。对于PBUTs，膜的孔径及其超滤系数对结合白蛋白的物质的清除率几乎没有影响。

4.1 减少PBUTs的产生

通过肠道干预控制尿毒素产物在肠道的产生和吸收，Chen等对八项研究的系统回顾发现，口服含碳吸附剂AST120可以有效降低IS血清水平，但在减缓疾病进展和全因死亡率方面仍存在争议。

4.2 保护残余肾功能

PBUTs分子量很大，正常多不经过肾小球滤过，多认为肾小管分泌物是清除的主要途径。Leong等研究了每周两次透析有残余功能的患者和每周三次透析的无尿患者的HA、苯乙酰谷氨酰胺、IS和PCS的清除率，发现每周两次治疗的血浆尿素浓度并没有明显高于每周三次的患者，每周两次透析有残余肾功能患者的血浆IS和PCS并不高于每周三次类似透析清除的患者。在每周两次有残余功能的患者中，HA和苯乙酰谷氨酰胺的血浆水平低于每周三次无残余功能的患者，由此可知残余肾功能可能会限制尿毒症废物溶质的积累，对于清除由肾小管分泌物废物可能尤为重要，并且这种功能不能通过血液透析模拟。Van Gelde等研究发现残余肾功能与犬尿酸（p<0.001）、吲哚硫酸盐（p=0.001）、吲哚-3-乙酸（p=0.024）、对甲酚葡萄糖醛酸（p=0.004）和马尿酸（p<0.001）血浆浓度呈负相关。残余肾功能在HD患者中对减少PBUTs血浆浓度起重要作用。 

小结

综上，目前研究PBUTs在血液净化中的清除方式多样，尤其在新型吸附材料研制方面。鉴于PBUTs对心血管、肾脏方面的危害，研究清除最佳方式，对减少CKD患者并发症以及提高其生存率很重要，而这些都需要更进一步的研究。

来源：东部战区总医院供稿，摘自《肾脏病与透析肾移植杂志》