王文营北京友谊泌外今天
儿童肾结石病临床少见，常见于不发达国家和地区，其发病率地区差异较大。在发达国家发病率低，美国的儿童结石发病率约为57/，中东、南亚和北非地区相对高发，地中海东海岸的发病率可达到1/-1/。中国大陆地区缺少全国性的流行病学数据，新疆等地区高发。研究显示儿童结石发病率以每年6-10%的比例在增加，早期发病将影响患儿的身体发育，并造成肾脏积水、肾功能衰竭等严重并发症，甚至可导致患儿夭折，其早期诊断和治疗应受到重视。以往的观点认为结石病与基因和遗传相关性很小，但随着基因检测技术的应用，目前发现至少50%的肾结石病与遗传相关，而且约2-11%的成人结石和16.7-29.4%的儿童结石是单基因病。本文将对儿童单基因肾结石病的诊疗现状做一综述。
一.基因和儿童肾结石病
结石成因较为复杂，近些年来，基因、环境以及基因与环境的相互作用在结石形成中的作用越来越受到重视。成人结石病多受多基因的影响，而单基因引发的结石病在儿童及婴幼儿更为多见。人类基因组关联性研究发现了很多与结石病相关的基因和位点，Taguchi等通过对20多个基因，40多个单核苷酸多态性或变异进行网络关联性研究发现这些基因均与体内离子代谢以及炎症因子相关，这些基因发生变异以后可造成代谢通路异常、难溶物质的形成、离子转运失败以及肾小管酸中毒等，加上肾内局部炎症，从而引发和促进结石形成。
儿童肾结石病因复杂，多种因素包括饮食、先天发育畸形和基因均可导致和促进患儿的早期发病。单基因引发的儿童肾结石病要比想象的更多，基因检测发现一些特发性结石也是由单基因所致。Braun等发现1岁以下婴幼儿肾结石病或肾钙质沉着者致病基因为隐性遗传的单基因，表现为纯合或复合杂合，而1岁以上者致病基因多为显性。由于受到不同基因的作用，结石形成的病因存在差异，结石成份及患者预后均有不同。由于受到候选基因和关联性研究方法的限制，结石病基因型和表型的关系尚不完全明确。目前用于诊断单基因病的方法包括全外显子组测序和全基因组测序，外显子是直接参与蛋白质编码的DNA区域的总和，人类外显子组包括2多个基因，共多个外显子，占人类全基因组的1-2%，涵盖了85%的单基因病。目前已知单基因病有余种，儿童遗传性肾结石病也是一类单基因病。全基因组测序目前并不被广泛用于结石病的检测，但其可以检测更多的基因，发现更多的突变基因和位点。临床上对于儿童期发病、有明确家族史、双侧结石、结石多发或反复复发、广泛肾钙质沉着等患者应高度怀疑为遗传相关性结石，应行基因检测早期明确诊断。但仅从症状怀疑可能会漏诊或误诊部分病人，Daga等对结石患儿家系进行全基因组检测时发现，7个家系的患儿表现典型症状，临床生化检测也怀疑相应的基因病，基因检验结果也得到证实；8例家系的患儿症状轻微或不典型，行基因确诊前并未怀疑相应的疾病。因此，基因检测可在患儿出现全部临床症状前即可明确诊断，并可早期给予相应的治疗。
二.儿童单基因肾结石病
目前已报道32种基因可导致结石形成并引发相应的结石病伴/不伴肾钙质沉着。每种基因的基因型或突变方式不同，患者的临床症状表现也会有差异，基因长段缺失、密码子提前终止等可造成蛋白功能严重异常或功能缺失，单核苷酸多态性可表现为杂合或纯合突变，通常对蛋白功能影响相对要小。致病基因中70%为常染色体隐性遗传，17%为常染色体显性遗传伴不同外显率，其余的基因为常隐和常显两种遗传方式或X染色体性连锁遗传。例如SLC7A9、SLC34A1、SLC34A3、SLC2A9、SLC22A12和SLC4A1表现为常隐和常显两种遗传方式。多数临床症状较重的疾病通常表现为隐性遗传方式，如Batter综合征、Lowe综合征、Dent病、家族性低镁血症高钙尿症伴肾钙质沉着症和远曲小管酸中毒伴神经性耳聋病，症状较轻者通常与显性基因变异有关。
最常见的儿童单基因肾结石病为胱氨酸尿症1型和2型；原发性高草酸尿症1型、2型和3型；Dent病1型和2型；Bartter1型、2型、3型和5型；腺嘌呤磷酸核糖转移酶缺乏症(APRT)；家族性低镁血症高钙尿症伴肾钙质沉着症(FHHNC)；次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖激酶缺乏症(HPRT)等；特发性高钙尿症；肾小管酸中毒等等。不同的单基因病受到不同的致病基因作用，其结石形成的机制不同，其中一部分基因位于肾小管内，基因突变后影响了肾内的蛋白功能，例如SLC34A1、SLC34A3、SLC9A3R1主要编码肾内的转运蛋白，CLCN5影响氯离子通道蛋白，CLCN16/CLCN19影响紧密连接蛋白功能；一些肾外基因突变后同样可以引发结石病，例如AGXT、GRHPR和HOGA1基因影响肝脏代谢酶的功能，这三种基因突变后分别导致吡哆醛/吡哆醇依赖的肝脏特异AGT（丙氨酸-乙醛酸转氨酶）、乙醛酸/羟基丙酮酸还原酶和肝脏特异性线粒体酶4-羟基-2-酮戊二酸醛缩酶功能异常或缺失，从而体内乙醛酸代谢异常，血液中草酸浓度升高，尿液中草酸排泄增加，引起反复肾脏结石和肾钙质沉着，并引起肾功能不全或衰竭。
儿童单基因病的病种类型和致病基因可能存在人种差异，突变热点可能不同。在国外的文献报道中，原发性高草酸尿症1型、2型和3型的患者比例分别为80%、10%和10%，而在国内的基因检测结果中发现2型比例较低，3型和1型的比例接近；在致病基因上3型是由于HOGA1缺乏所导致，其编码基因HOGA1目前已报道发现了19个突变位点,其中c.+5G→T占据了所有突变等位基因的74%，但在亚洲人的检测结果中c.+5G→T不是突变热点。儿童单基因肾结石病较成人常见，研究发现40-80%的胱氨酸结石发生在20岁以前，尤其是儿童期，仅1-20%是在40岁之后表现出胱氨酸尿症和胱氨酸结石；有研究对例伴有单基因肾结石病/肾钙质沉着的患者的基因检测显示，部分基因在儿童期出现临床症状，而部分基因仅在成人期出现临床表型，也有部分基因既有儿童期发病，也可在成人后发病，其中最常见的基因是SLC7A9，更多的表现为成人胱氨酸尿症。同一个基因在不同时期发病可能与不同基因型的致病能力有关，但到目前为止，基因型与表型的关系尚不能完全确定，尽管有研究认为部分基因的突变类型和突变位点与早期发病有关，但报道的病例数均较少，其结论可靠性还有待于进一步研究。
三．儿童单基因肾结石病早期诊断的意义
单基因肾结石病的早期诊断是预防的关键。致病基因的检测对患者的诊断、治疗和预后的判断，以及对家族中其他成员结石风险预测都有重要的临床意义。结石可造成儿童及婴幼儿早期肾脏损害和相应的并发症，但临床医生对这类少见甚至罕见疾病并不完全了解从而导致患儿诊断和治疗上的延误。文献报道42%的单基因肾结石病诊断延误，患者已出现并发症，其中30%的患儿诊断时已发生终末期肾病，患儿需要肾脏透析或肾脏移植。原发性高草酸尿症患者肾脏无法有效地排除过量的草酸，血中草酸浓度将会上升之过饱和，产生系统性草酸盐沉积症，主要沉积于肾脏、血管壁和骨骼，也会累及关节、视网膜、皮肤、心脏及中枢神经系统，从而导致严重的多系统疾病甚至死亡。明确单基因病类型对部分患儿的治疗尤为关键，例如对于已发生肾功能衰竭的高草酸尿症1型的患者，由于AGXT基因突变导致肝脏特异丙氨酸-乙醛酸转氨酶功能异常或缺失，体内草酸持续维持在高水平，患者如果不接受肝脏移植而仅做肾脏移植是不够的，草酸会通过尿液排出在移植肾内形成结石，造成移植肾结石和钙质沉着，并最终导致移植肾失功。
四．儿童单基因肾结石病目前的治疗方法
基因诊断将可能改变现有的代谢评估模式和患者的治疗方式，从简单的基于尿液评估的治疗模式转化为基于蛋白缺陷的治疗方式，从而实现结石病的个体化治疗。基于现有的诊疗水平和基因技术发展的现状，目前遗传性肾结石的治疗主要包括以下几个方面，1.饮水饮食调节：结石患儿应增加每日的饮水量，ml/Kg/d的饮水量可稀释尿液中草酸和胱氨酸等浓度，从而减少难溶物质析出和结石形成。儿童正处于发育期需要生长发育所必需的营养物质，并不建议限制患儿的食物摄取，除了过度偏食的患儿，对于胱氨酸结石的患儿在以往试图通过限制蛋白摄入降低结石的复发，但结果并不理想，结石复发率并不降低，反而可能影响患儿的正常发育。2.药物治疗：除了感染性结石，多数结石是在酸性条件下形成，尤其是胱氨酸结石和尿酸结石，因此碱化尿液可明显降低结石的复发，临床上通常采用枸橼酸氢钾钠或碳酸氢钠等药物调节尿液的酸碱度，青霉胺、卡托普利等药物也可用于胱氨酸结石的预防，但通常其副作用大很少用于儿童。维生素B6有助于草酸的代谢，对于无法接受肝脏移植的1型原发性高草酸尿症患者，口服大剂量维生素B6，通常7-9mg/Kg/d，可一定程度帮助草酸的代谢，反应率为26.7%，可降低30%的草酸浓度。由SLC34A1基因变异导致的婴幼儿特发性高钙血症应补充磷剂。3.酶替代或补充疗法。目前还没有很好的外源性药物酶替代，对于1型高草酸尿症最好的治疗方法是肝脏移植补充缺乏的酶，如果患者已经出现肾功能衰竭可同期行肾脏移植；2型高草酸尿症的患者由于其缺乏的酶不完全产生于肝脏，因此行肝脏移植补充体内缺陷的酶效果不佳；3型高草酸尿症临床表现较1型和2型轻，极少引起肾功能不全等严重并发症，目前尚无3型患者行肝脏移植、肾脏移植的病例。
五．儿童单基因肾结石病诊疗展望
儿童遗传性肾结石主要为单基因病，但基因型与表型关系有待于进一步的深入研究。对于高度怀疑预后较差的单基因肾结石病应进行早期筛查和诊断，目前随着全外显子组和全基因组测序的广泛应用，单基因肾结石病的家族筛查和产前诊断将变得简单易行。儿童遗传性肾结石相关的致病基因虽然已发现很多，但随着研究的深入和新病例的出现，越来越多的突变位点不断被发现，但15%的病例采用目前的测序方法仍无法明确突变的基因或类型，例如复杂的插入缺失、拷贝数变异以及其他位于启动子或内含子的突变。结石病相关基因的全面认识还有待于未来检测技术上的再一次革命性的突破。未来最有效的治疗方法是早期诊断后的基因治疗(genetherapy)，但传统基因治疗是将含有正常基因的载体导入患者体内，以修正变异基因，其关键技术和方法仍不成熟，如外源性载体如何准确到达靶器官，如何避免排斥反应，外源基因在体内的表达调节，以及外源载体随机插入基因组引起突变的风险等问题尚未能圆满解决。基因编辑(geneediting)是利用核酸酶在基因靶点切断DNA双链，形成DNA双链断裂，经细胞内的非同源末端连接和同源重组机制进行修复，如CRISPR-cas9技术。但目前基因编辑的效率较低，还不能很好的应用于临床。未来基因编辑的技术突破将可能有助于包括结石病在内的种以上的单基因病的治疗。
总之，对于儿童单基因肾结石病应早期明确病因，根据其病变基因和病变类型早期进行个体化的治疗，从而避免或推迟肾功能不全、衰竭及相应并发症的发生。基因诊断技术的进步以及未来靶向药物的研发将从根本上有助于单基因结石病的治疗和复发的预防。
作者简介：王文营，医学博士，泌尿外科副主任医师，副教授，硕士研究生导师。美国维克森林大学(WakeForestUniversity)访问学者。中国中西医结合学会泌尿外科专业委员会结石组委员，北京中西医结合学会泌尿外科专业委员会委员，北京医学会泌尿外科专业委员会感染学组委员。CurrentOpinioninUrology中文版编委。从事泌尿系疾病的基础及临床工作，擅长泌尿外科疾病尤其是肿瘤、结石（含儿童及婴幼儿结石等）的微创治疗，包括腹腔镜膀胱全切术，腹腔镜前列腺癌根治术，儿童输尿管软镜等微创手术。对泌尿外科疑难病例诊断也有丰富的临床经验。多次在国内外学术会议上做学术报告，包括欧洲泌尿外科年会(EAU),世界腔道泌尿外科大会(WCE),欧洲小儿泌尿外科大会(ESPU),国际泌尿大会(SIU)等国际会议。目前以第一作者及通讯作者在国内外期刊上发表文章58篇，其中以第一作者/通讯作者在SciRep,JEndourol,JPediatrUrol,SexMed等期刊上发表SCI文章13篇,单篇最高影响因子5.,累计影响因子32分。在中华泌尿外科杂志、临床泌尿外科杂志等国内核心期刊发表论文40余篇。参与和主持国家自然科学基金、北京市科委、局级、院级课题5项。年获北京医学科技奖三等奖(第4);年获华夏医学科技二等奖(第6)。医院管理局首批青年人才培养计划。
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