【原】UPTF1与结石的生成

 

随着分子生物学的不断发展，尿内大分子蛋白在结石形成中的作用越来越受到重视，研究发现尿凝血酶原片段1(UPTF1)不仅在肾组织中表达而且与草酸钙结石的形成有密切关系。虽然尿凝血酶原片段1在尿中含量甚低，但在结石中含量却超过其它蛋白，表明尿凝血酶原片段1与尿结石间的紧密联系。研究显示UPTF1 在种晶系统和未稀释的人尿液中,均能显著抑制草酸钙结晶形成,且存在于所有的草酸钙结石和大多数磷酸钙结石基质中,参与了体内早期草酸钙结石的形成。作为维生素K依赖性蛋白，UPTF1 是草酸钙结石中含量最为丰富的晶体基质蛋白，也是正常人尿草酸钙结晶的主要生理抑制因子之一。

凝血酶原是一种维生素K依赖血液凝集和调节蛋白，需要通过一系列翻译后修饰才能变成具有生物学活性的蛋白形式：信号肽切除、前肽切除、二硫键形成、糖基化以及一种特有的在维生素K依赖γ羧基谷氨酸羧化酶参与下的将特异的谷氨酸转变为γ羧基谷氨酸的反应，并形成由10-12个γ羧基谷氨酸残基组成的凝血酶原分子γ羧基化谷氨酸（γ-carboxyglutamic acid，Gla）结构域。凝血酶原是一种与胰蛋白酶和糜蛋白酶有密切联系的酶原，血浆中凝血酶原主要在肝脏中合成，并降解为多种片段。

研究发现γ羧基谷氨酸对Ca²⁺离子有高度亲和力并能和Ca²⁺形成一种“羧化物钙”，进一步加强和Ca²⁺离子的连接，因此作为一种Ca²⁺离子竞争性结合物，从而抑制草酸钙结晶生长和聚集，抑制草酸钙结石的形成。

尿凝血酶原片段1在无机，水相及正常尿液条件下是草酸钙结晶强抑制剂，尤其对于其聚集更明显，其作用强于T-H蛋白、人血清蛋白(HSA)、a-微球蛋白等蛋白。尿凝血酶原片段1存在人肾集合系统远曲小管及髓襻内，在结石患者其水平显著升高。目前发现UPTF1 并不是简单地由肝脏合成再转运至肾脏排入尿中，而是由肾组织自身合成产生。

Stapleton研究发现尿液中存在的尿凝血酶原片段l与血浆中的PTFl之间存在微小差异，肾脏本身的代谢原因或尿中其它成分的作用可改变PTFl分子的结构，说明尿凝血酶原片段1不是简单地由肝脏合成再转运至肾脏排入尿中。进一步研究发现尿凝血酶原片段1基因不仅在小鼠肾中表达，在人肾脏中亦检测出其基因的表达，而且Friedman等已在肾皮质及髓质部的微粒体中检测出其活化酶即维生素K依赖羧化酶的活性.。

Angayarkanni在实验大鼠肾结石模型肾组织中发现维生素K依赖羧化酶的活性显著增高。由于维生素K依赖羧化酶及其蛋白尿凝血酶原片段1都在肾脏内存在，并在病理情况下有明显改变，显然其对维持肾内钙、磷内环境稳定具有相当重要作用，从而提示尿凝血酶原片段1在草酸钙结石形成中也起着重要的作用。在众多维生素K依赖性蛋白中，目前仅发现凝血酶原与尿石症形成有关。

正常人体内的UPTF1 借助其Gla 与钙离子结合，形成一种Ca²⁺羧化物网络，Gla 是唯一与Ca²⁺有高度亲和力的氨基酸，能够改变晶体表面的电荷分布并封闭晶体表面的生长位点，从而强烈的抑制草酸钙结晶的生长聚集，因此Gla 残基是UPTF1发挥其抑制作用的分子基础。尿凝血酶原片段l因含有与钙有高度亲合力的γ羧基谷氨酸，因而对结石的生长、聚集有明显的抑制作用。γ羧基谷氨酸结构域的尿凝血酶原片段1作为一种主要的尿结石基质结合蛋白因和钙有高度亲合力在抑制草酸钙石形成中发挥重要作用。研究显示尿石症患者与正常人尿液中的UPTF1 并无量上的差异而可能是在功能上存在缺陷，UPTF1活性与草酸钙结石的形成有着重要的联系，而草酸钙结石患者肾脏UPTF1 活性的降低可能源于UPTF1 功能上的缺陷。Grover比较凝血酶原及其片段在体外对草酸钙结石的生长、聚集抑制作用时发现PTF1作用最强：PTFl(44％)>PT(27％)>PTF2(7％)。

含Gla蛋白均为维生素K 依赖性蛋白，主要包括一些凝血因子和骨基质蛋白等，如凝血酶原、VII 因子、IX 因子、X 因子、蛋白C、蛋白S 和蛋白Z，它们氨基端的42 个氨基酸序列有明显的同源性，且都含有10～12个Gla 残基，但在这些VitK 依赖性蛋白中，目前仅发现凝血酶原与尿石症形成有关[7]。UPTF1 等维生素K 依赖性蛋白分子中的Gla 残基是翻译后谷氨酸羧基化而成，维生素K 依赖性羧化酶（VKDC）是其关键酶，此γ-羧基化是发生在胞浆内质网，在维生素K、CO₂ 与O₂ 的协同下完成的修饰反应，维生素K作为一个辅助因子参与此过程，由还原型的维生素K 转化为环氧化物型，维生素K环氧化物还原酶（VKOR）参与维生素K 循环过程，将环氧化型还原为还原型的维生素继续参与上述羧化过程，因此VKOR 是羧化过程的一个限速酶。聚集以及肾小管上皮的粘附，中VKDC 和VKOR在结晶聚集以及肾小管上皮的粘附发挥着重要的作用，他们可直接影响UPTF1 的谷氨酸残基的γ-羧基化程度，继而影响UPTF1 抑制草酸钙晶体的活性。