尿氨基酸与成石

　　一、尿氨基酸的分类

　　正常尿液中存在丰富的氨基酸，大多数尿中氨基酸是结石形成的抑制因素，但有一些特定的氨基酸可促进结石的形成因素。根据氨基酸的等电点(PI)不同，可将其分为三类：酸性氨基酸(天冬氨酸、谷氨酸)、碱性氨基酸(组氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、精氨酸)和中性氨基酸(苯丙氨酸、色氨酸等)。

　　氨基酸对尿石的作用不是单一的，酸性氨基酸在抑制尿石形成过程中常常起着更重要的作用。研究氨基酸对含钙尿石晶体生长的影响，对探索氨基酸及富含酸性氨基酸残基的蛋白质在尿石形成过程中的作用以及合成肽在尿石治疗的潜在应用方面有着重要意义。对于氨基酸是否影响草酸钙结石的形成一直存在争议。大多情况下,尿中氨基酸可以作为络合剂与钙离子形成络合物，降低溶液过饱和度和尿石形成危险因子，从而达到抑制含钙尿石生长的效果。Cody等研究了16种氨基酸，其结论是这些氨基酸对一水草酸钙(COM)的生长影响较小。Fleming等在pH值5～8的水溶液中，测定了20种氨基酸在COM晶体表面的吸附。结果表明，随着pH值增大，吸附强度逐渐减弱。当pH=5时，氨基酸在COM晶体表面的吸附强度最大，且酸性氨基酸的吸附强度明显大于中性和碱性氨基酸，因而酸性氨基酸抑制晶体生长能力最强。尿氨基酸对结石形成的影响主要有三方面

　　①以酸性氨基酸为主，对尿液中结石形成有抑制作用

　　②以碱性氨基酸为主，对尿液中结石形成有促进作用

　　③以二碱基代谢紊乱为主，胱氨基酸结石的形成。

　　二、与结石成石相关的常见氨基酸

　　1.DL-赖氨酸

　　正常尿液中，氨基酸可以作为配合剂与钙离子形成配合物，降低溶液过饱和度和尿石形成危险因子，从而达到抑制含钙尿石生长的效果。氨基酸可抑制尿中草酸钙的生长过程，如赖氨酸可以溶解草酸钙，尽管这个过程较慢；在模拟体液中，DL-赖氨酸是草酸钙结石的有效溶剂。25℃时，纯水中CaOxa的溶解度为4mg/L(5.5×10.5mol/l)，然而在外加10mmol/l(相当于正常人尿液的30倍)的DL-赖氨酸时，CaOxa的溶解度明显增大，达到33mg／L(18×10.5mol／L)。DL-赖氨酸在尿液中与Ca2+离子的络合能力能够与经典的络合剂柠檬酸根等离子相媲美，这对于DL一赖氨酸在抑制尿石形成方面有着重要的意义。

　　2.γ羧基谷氨酸(Gla)与谷氨酸

　　尿结石患者和健康人尿中的γ羧基谷氨酸的量和活性都有明显差异。结石患者和健康对照组尿液中游离型Gla含量分别为(50.76±14.48)umol/L和(40.87±8.15)umol/L。Njshio等在研究生理浓度范围内的Gla对草酸钙结晶的影响，发现Gla能明显改变草酸钙结晶动力学，且对草酸钙晶体的影响依赖于钙离子浓度。钙离子浓度为4mmol/L时，Gla降低晶体生长速率而增大其成核速率；钙离子浓度为12mmol/L时，Gla的作用正好相反。据此推测，在一定的钙离子浓度条件下，Gla可能会促进草酸钙成核，诱导体内尿石形成。Fleming等用x射线同步加速衍射方法研究了尿石基质中所含的氨基酸对COM生长的影响，其中γ羧基谷氨酸(Gla)抑制COM晶体生长的能力最强，其次是谷氨酸(Glu)。但与尿液中存在的蛋白质比较，氨基酸的抑制能力相对较弱。研究还发现，这些蛋白和氨基酸能够抑制肾内晶体的成核和聚集，修复晶体对肾细胞的损伤。

　　成核是晶体形成的第一步，尿液过饱和是晶体成核的必要条件而非充分条件。Skrtic等报道酸性谷氨酸、碱性的鸟氨酸及中性的色氨酸对CaOxa晶体成核的影响。结果表明，谷氨酸对晶体成核速率没有影响；而鸟氨酸和色氨酸的影响依赖于其浓度，低浓度条件下，对晶体成核没有影响或有微弱的抑制成核作用，而高浓度时则促进晶体成核。但是，Markovic等研究认为谷氨酸能促进COM成核。Markovic等研究了酸性氨基酸谷氨酸对CaOxa结晶过程的影响。在没有谷氨酸存在时,不同种类CaOxa结晶水合物同时生成，其中主要为一水草酸钙和二水草酸钙(COD)；添加谷氨酸后，COM的含量增大，这表明谷氨酸能促进COM成核。Brecevic等用热重分析法研究亦表明，谷氨酸、鸟氨酸和丝氨酸能够促进COM成核；而组氨酸和色氨酸促进COD成核，且组氨酸还能诱导少量的COT生成。

　　聚集是固体颗粒增大所呈现的另一种形式。在尿石形成过程中，聚集是关键的步骤之一。在低过饱和度甚至在未饱和尿液中都可发生晶体的聚集。尿液中晶体颗粒聚集有两种方式：一是在没有基质的作用下其自身发生聚集；另一种是在基质的粘附作用下聚集。提高尿液抑制晶体聚集的活性对防治尿石复发有重要作用。Skrtic等报道谷氨酸、鸟氨酸及色氨酸对CaOxa晶体聚集的作用。结果表明，上述三种氨基酸并不能明显改变晶体聚集发生的初始时间及溶液过饱和度。但相对于空白实验而言，谷氨酸能够减小晶体的聚集速率常数忌，并且这种作用随着其浓度的增大而增强。

　　3.天冬氨酸

　　晶体生长总是与固液界面结构及表面动力学有关。溶液中晶体生长要经历两个阶段，(1)结晶物质向生长界面的扩散过程，(2)聚集在生长界面处的结晶物质进入晶格。研究表明，如果氨基酸能在尿石生长的初始晶核表面发生有效的吸附，就能有效的抑制CaOxa尿石的生长。电导和电位法研究表明，天冬氨酸抑制晶体生长，而半胱氨酸和苏氨酸没有抑制力，其原因可能是带有较多负电荷的天冬氨酸根阴离子能有效地吸附在CaOxa晶体中的阳离子位点上，从而有效地阻隔CaOxa晶体的生长活性位点。

　　4.组氨酸、丝氨酸和色氨酸

　　尿石形成过程中，在一定的条件下，尿石的成分和结构可能会发生变化，并出现固相转化现象。从热力学上看，COM比COD稳定，然而尿液中，特别是正常人尿液中，COD更为常见，这归因于尿液中的COM生长抑制剂如焦磷酸盐、柠檬酸盐等能够促进COD形成并增强了其热力学稳定性。由于COD与细胞膜间的亲合力较COM弱，更容易随尿液排至体外；因此如果能够有效抑制COD向COM的转变，就有可能会减小尿石形成的几率，这类物质也有可能成为CaOxa尿石的有效抑制剂。组氨酸、丝氨酸和色氨酸能够影响COD的固相转化动力学，但不同类型的氨基酸的影响不同。在组氨酸存在下COD向COM的转化是扩散控制过程；而在色氨酸和丝氨酸存在下，COD的转化为表面控制过程，这可能是色氨酸和丝氨酸在晶体表面上发生吸附的结果。

　　5.蛋氨酸

　　早在20世纪70年代，Chow等就进行了氨基酸治疗尿石症的动物实验。发现蛋氨酸能够有效的抑制由乙二醇诱导的草酸钙结石形成。大鼠经喂食10％蛋氨酸后，尿液中的蛋氨酸的浓度增大，大部分已生成的尿石可被溶解，并减少尿中的结晶的形成。Singh等以豚鼠作为动物模型研究了蛋氨酸对尿中钙离子浓度的影响。喂食蛋氨酸后，豚鼠尿中钙离子排泄量减小，这可能是由于蛋氨酸增大了肠内钙离子的吸附，柠檬酸的排泄量增大，增大了尿液抑制尿石形成的活性。

　　6.4-羟基L-脯氨酸

　　摄入某些氨基酸也可能会诱发CaOxa尿石生长。Bushinsky等给已诱导成石的大鼠喂食一定浓度的4-羟基L-脯氨酸后，发现大鼠尿液中的草酸排泄量、CaOxa的过饱和度、CaOxa与磷酸钙过饱和度之问比值均增大，导致CaOxa尿石更易形成，其中，在喂食4-羟基L-脯氨酸的大鼠中，尿石成分全部为CaOxa。

　　7.L-半胱氨酸

　　L-半胱氨酸可能是一种有效的CaOxa尿石抑制剂。给雄性Wistar大鼠喂食含有3％乙醇酸的草酸类尿石诱导剂(CPD)4星期后，发现输尿管、膀胱以及肾小管内都有尿石形成；而在喂食添加有丙氨酸的CPD后，大鼠的肾小管和膀胱内却没有尿石形成。大鼠经喂食L-半胱氨酸后能有效的减少尿草酸的排泄量。在无L-半胱氨酸时，2mmol/L的乙醇酸诱导肝细胞分泌的草酸量明显增多，然而在分别添加有1.0、2．5和5.0mmol/L的L-半胱氨酸条件下，肝细胞分泌出的草酸量分别减少了14±2％、25±3％(p<0．05)和38±3％(P<0.01)，且大鼠经过喂食L-半胱氨酸治疗后，尿液中Ca2+、Oxa2一、P034一、乙醇酸和水合乙醛酸的排泄量均明显降低，而柠檬酸的排泄量却增大。由于尿液中草酸是CaOxa尿石形成的主要原因之一，而增强尿液抑制物如柠檬酸和镁的浓度则是防治尿石复发的有效手段。

　　8.胱氨酸

　　胱氨酸尿发生于胃肠和肾小管对二碱基氨基酸(胱氨酸、鸟氨酸、精氨酸和赖氨酸)转运障碍，是一种常染色体隐性遗传性疾病，在这些氨基酸中，胱氨酸在酸性尿液中的溶解度最低，因而最容易沉淀结晶形成结石。胱氨酸在儿童的泌尿系结石中约占5%，在成人结石中只占1-2%，此类结石多发于儿童期或成年之前，平均年龄在12岁左右。尿中胱氨酸的排泄量与遗传的类型和纯合子或杂合子有关，纯合子的排泄量明显要高于杂合子。因为是遗传性疾病，患者在年幼时就可能出现结石，同含钙性结石相比，这类结石往往更早在儿童中出现，因此对于儿童结石患者，要引起关注并针对性进行相关检查。胱氨酸尿盐浓度在不同患者间变化很大，并且结石的形成可能和环境及基因等均有关。尿中胱氨酸盐浓度低的患者可能比浓度高的患者更容易形成结石。此外，肾小管除了胱氨酸结晶外，磷酸钙晶体也很常见,这更加速了结石的形成。