李衛(wèi)勝 何文強 靳瀟瀟 楊雄

1.河南中醫(yī)藥大學泌尿外科，河南鄭州 450003；2.河南中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院泌尿外科，河南鄭州 450003

腎結石是泌尿外科多發(fā)性疾病之一，根據其發(fā)病原因可分為代謝性結石和感染性結石。感染性結石通常指磷酸銨鎂結石，占腎結石的10%～15%。結石的主要成分是六水磷酸銨鎂和碳酸磷灰石。在腎結石的發(fā)生、發(fā)展過程中生物膜反復包裹解脲酶菌，使抗菌藥物難以殺死并清除細菌，常致患者發(fā)生復發(fā)性尿路感染，并引起相關并發(fā)癥如腎周膿腫和膿胸等。目前對感染性結石發(fā)生機制的研究主要集中在體外細胞培養(yǎng)模型和大鼠模型，但兩種模型均無法模擬正常尿流動力學特征或建立系統(tǒng)的腎臟感染性結石模型。本文通過對解脲酶菌引起感染性結石的相關因素及治療進行分析，以期探討新的研究方向及潛在的治療靶點。

1 解脲酶菌引起感染性結石的相關因素及發(fā)病機制

1.1 尿路感染與感染性結石的關系分析

尿路感染（urinary tract infections，UTIs）和感染性結石具有顯著相關性，可能存在因果關系或平行關系，但其具體機制仍不清楚。二者發(fā)病特點具有諸多相似之處，常因病原菌經尿道逆行感染膀胱、輸尿管、腎臟所致，女性患病風險和發(fā)病率皆明顯高于男性，且隨著年齡的不斷增加，男女患病比率降低。洪揚等使用不同計數的奇異變形桿菌建立大鼠腎臟感染性結石模型，只有10組大鼠形成感染性結石且均為膀胱結石，成石率為50%，試驗組并無腎結石形成，提示宿主免疫對感染性結石的形成有抑制作用，其形成是一個復雜過程。細菌感染尿路卻未形成結石，對感染性結石的預防、新治療靶點的研究、指導感染性結石的藥物治療具有重要意義。然而細菌生物膜的形成及抗生素的廣泛應用使泌尿系病原菌耐藥性增加，造成臨床治療策略的進一步復雜化，因此迫切需要新的生物學研究方法及建立試驗模型做為基礎，對尿路感染與感染性結石進行深入研究，明確它們的關系并建立有效的試驗模型是尋找新治療靶點的關鍵。

1.2 解脲酶菌及其毒力因子

了解病原菌感染及致病機制是預防疾病發(fā)生的關鍵，因此對病原菌感染、定植及繁殖機制的研究在疾病的預防與治療中意義重大。相關研究證實，感染性結石的形成以解脲酶菌感染尿路并產生脲酶為基礎，造成尿路上皮細胞損傷，并分解尿素產生CO和NH，使尿液pH 升高進而產生銨和碳酸氫鹽，最終形成鳥糞石（六水磷酸銨鎂結石）與碳酸磷灰石。見圖1。

圖1 感染性結石形成機制

蘇曉偉等研究顯示，94 例感染性結石中，感染大腸埃希菌49 例，感染奇異變形桿菌12 例，感染肺炎克雷伯菌6 例；211 例草酸鈣結石患者中，感染大腸埃希菌103 例，感染糞腸球菌20 例，感染無乳鏈球菌12 例；60 例尿酸結石患者中，感染大腸埃希菌24 例，感染糞腸球菌8 例，感染肺炎克雷伯菌5 例。結論是感染性結石UTIs 例數、尿菌培養(yǎng)陽性例數明顯高于其他組，感染性結石與UTIs 具有顯著相關性，尿路致病性大腸埃希菌（uropathogenic Escherichia coli，UPEC）是尿路感染的主要致病菌。

王冠博等對患者中段尿、腎盂尿、結石進行細菌培養(yǎng)，發(fā)現尿與結石的細菌培養(yǎng)結果不具一致性，結石菌株并非以UPEC 為主，與Walton–Diaz等的研究結論一致。造成上述差異的具體原因尚不明確，結石嵌頓造成腎盂感染的尿液無法流入膀胱可能只是一種相關因素。感染性結石的形成過程極具復雜性，單純尿培養(yǎng)無法準確反映結石內部及其周圍的病原學特征，不能精準指導抗生素的使用。對結石及其周圍尿液進行細菌培養(yǎng)并進行藥敏試驗更具臨床意義，以此作為預防感染性結石形成、防止術后感染的臨床用藥顯然更可靠。

細菌毒力因子是病原菌黏附于尿路上皮細胞發(fā)生尿路感染進而形成感染性結石的前提，與病原菌黏附、侵襲、抵抗或逃避宿主免疫、降低細菌藥物敏感性密切相關，細菌毒力主要包括侵襲力和毒素。侵襲力是細菌在體內發(fā)生黏附、定植、擴散、抵抗或逃避宿主免疫的能力；黏附功能是后續(xù)過程發(fā)生的基礎，因此在感染初期階段抑制病原菌黏附可有效控制感染發(fā)展。黏附素是主要的黏附相關毒力因子，它可使病原菌與細胞或組織表面受體結合發(fā)生黏附，包括菌毛和非菌毛黏附素，以革蘭陰性菌如UPEC、革蘭陽性球菌如屎腸球菌最常見。研究表明，使用菌毛抗體干擾細菌感染早期的黏附階段，抑制細菌–細菌或細菌–宿主之間的黏附，為疾病的預防與治療提供了潛在靶點。相同種屬菌群中不同亞型的細菌和菌毛使抗毒素疫苗與藥物研發(fā)面臨很大困難，如UPEC–Ⅰ型菌毛主要與膀胱上皮細胞上D–甘露糖受體結合，導致膀胱炎的發(fā)生，UPEC–P型菌毛結構和Ⅰ型菌毛相似，主要依靠菌毛頂端黏附分子PapG 與近段小管、遠端小管上皮細胞受體相結合，引起上行性尿路感染及腎盂腎炎。Davis研究表明，宿主–細菌相互作用可促進毒力因子表達并抵抗宿主反應，使其他細菌受益，推測感染性結石的形成與此模式有直接相關性，即大腸埃希菌抵抗宿主時，其毒力因子的表達為其他解脲酶菌發(fā)揮生物學功能提供了有利條件，促進感染性結石的發(fā)生發(fā)展，仍需要相關實驗驗證。張肖肖等報道，毒力基因esp、gel、agg 的攜帶與腸球菌生物膜的形成密切相關，提示細菌毒力基因與生物膜的相關性，而生物膜在促進結石形成、增強細菌耐藥性與毒力的同時，使感染性結石更易復發(fā)、治療方向更加復雜，如何降低生物膜的形成可作為新治療靶點，具體機制有待進一步研究。

1.3 細菌生物膜的形成

研究細菌生物膜的形成機制及生物學特點對指導臨床規(guī)范使用抗生素，減少菌株多重耐藥有重要意義。生物膜是細菌不可逆附著于實體表面、繁殖、分化并分泌一些多糖基質，將菌體包裹其中而形成的細菌聚集體膜狀物，其形成與細菌抵抗宿主免疫、降低抗生素敏感性、慢性持續(xù)性及難治性感染等密切相關。被生物膜包裹其中的休眠菌和滯留菌是導致復發(fā)性感染的關鍵因素，因此感染性結石的易復發(fā)性與此有關?；寄蚵犯腥径恍纬筛腥拘越Y石的原因可能與細菌計數少、不能達到形成生物膜的計數或不能表達足夠的毒力因子來逃避或抵抗宿主免疫、降低抗生素敏感性有關。不合理使用抗生素會增加菌株多重耐藥性，且細菌多重耐藥與生物膜形成呈正相關性，說明生物膜是不規(guī)范使用抗生素導致病原菌多重耐藥的關鍵因素。病原菌對抗生素敏感性降低，機體發(fā)生反復感染等與生物膜形成密切相關：①細胞外基質使宿主免疫和抗生素無法穿透生物膜屏障殺死內部細菌；②生物膜可使細菌培養(yǎng)結果呈假陰性，失去臨床指導意義；③生物膜反復包裹病原菌，為其躲避機體免疫與藥物攻擊提供了有利條件。另外，病原菌可通過基因調整產生多態(tài)性亞型，一旦宿主免疫功能下降或藥物濃度降低，就會引起復發(fā)性感染或持續(xù)性感染。

2 感染性結石的治療

感染性結石具有生長快、易復發(fā)的特點，若沒有及時采取合理的治療方案，患者可出現嚴重的并發(fā)癥如腎衰竭，甚至導致死亡。感染性結石的治療一般遵循3 個原則，即清除所有結石碎片、使用抗生素治療感染、防止復發(fā)。治療方法包括術前術后應用抗生素、外科及微創(chuàng)取石（如沖擊波碎石術）、輸尿管軟鏡、經皮腎鏡取石術（percutaneous nephrolithotomy，PCNL）、殘片處理（如解脲酶抑制劑的使用、結石溶解及尿液酸化等）。臨床醫(yī)師需綜合考慮患者的具體情況制定合理的治療方案，改善患者預后，防止疾病復發(fā)。

2.1 抗生素的應用

感染性結石常合并相關并發(fā)癥如腎積膿、腎周膿腫等。行腔鏡手術如激光腔鏡碎石等治療時，高灌注壓、局部溫度及腎盂內壓升高等是感染性結石碎裂后內部細菌入血發(fā)生感染擴散、感染性休克的高危因素，這些高危因素增加了感染性結石的治療復雜性，如何預防或降低并發(fā)癥的發(fā)生，仍是一道難題。對感染性結石患者術前和術后積極抗感染治療，可有效降低相關并發(fā)癥，預防術后發(fā)生膿毒血癥或發(fā)熱，以達到滿意的療效。Sierra–Diaz等進行了一項前瞻性研究，對尿培養(yǎng)陽性的暴露組分別在術前、術后7d 給予抗生素治療，非暴露組分別在術前8h、術后1h 經驗性靜脈注射抗生素，結果顯示暴露組并發(fā)癥占比大于非暴露組（27%16%），說明尿菌培養(yǎng)陽性是術后發(fā)熱的主要危險因素，標準化治療方案可降低手術相關并發(fā)癥發(fā)生率。上述研究證明，抗生素可提高感染性結石治療的安全性，術前使用敏感抗生素至尿菌培養(yǎng)陰性或尿白細胞下降，可降低術后患感染性并發(fā)癥的風險及其發(fā)生率。目前對圍手術期預防性應用抗生素的意見相對一致，但使用時間尚未達成統(tǒng)一。對于初始用藥或感染較輕的患者可根據經驗用藥，應注意的是抗生素的使用要符合菌群特點，用藥前需評估患者身體綜合情況如腎功能等及安全性。相關研究表明，合理使用抗生素可有效降低生物膜形成、控制細菌多重耐藥的發(fā)生及發(fā)展，因此抗生素的使用應參考最新指南，選擇合適的種類、劑量及療程，有針對性的進行用藥。目前臨床上采用抗生素治療尿路感染，主要根據尿細菌培養(yǎng)與藥敏試驗結果用藥。尿與結石細菌培養(yǎng)結果的差異性提示，結石及其周圍細菌培養(yǎng)結果對抗生素的臨床使用更具指導意義。

2.2 外科及微創(chuàng)取石術

2.2.1 體外沖擊波碎石（extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL）與Mini–經皮腎鏡取石術（mini–percutaneous nephrolithotomy，MPCNL）ESWL 是腎結石微創(chuàng)治療的主要方式之一，具有操作簡單、成本低等特點，常作為直徑<10mm 的輸尿管結石治療首選，但ESWL 的初始結石清除率相對輸尿管軟鏡、Mini–經皮腎鏡取石較低。由于感染性結石多為鹿角樣大結石，且結石內部有病原菌存在，采用ESWL 治療時易形成輸尿管石街，發(fā)生輸尿管堵塞、壓力升高、感染擴散等并發(fā)癥，安全性較差，因此對鹿角樣結石或感染性結石的治療，不宜使用此方法。與ESWL 相比，MPCNL 結石清除率高達90%以上，適用于經ESWL、輸尿管軟鏡碎石術治療失敗的患者，因此應用范圍廣泛，常作為復雜性、多發(fā)性腎結石、輸尿管結石的首選治療方案。李鐵等的研究顯示，盡管MPCNL 組與EWSL 組相比結石清除率更高（98%88%），但其并發(fā)癥如感染、發(fā)熱延遲出血等發(fā)生率也較高，且術后血清中與組織損傷相關的氧化應激指標內皮素–1（endothelin–1，ET–1）、血紅蛋白加氧酶1（heme oxygenase–1，HO–1）、皮質醇（cortist，COR）、血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，Ang–Ⅱ）皆顯著高于ESWL 組。另有研究表明，應用MPCNL 治療上尿路結石時，需使用經皮穿刺高壓泵灌注，此過程不但會升高腎內壓，還可能造成腎損傷，使結石內部病原菌逆行性入血而引起患者膿毒血癥的發(fā)生。因此輸尿管軟鏡技術應運而生，給腎結石的治療帶來了新方案。

2.2.2 輸尿管軟鏡 輸尿管軟鏡、ESWL、MPCNL是泌尿外科微創(chuàng)治療的主要方式，為直徑2cm 以內結石的首選治療方案。輸尿管軟鏡聯合激光治療泌尿系結石的安全性高于傳統(tǒng)術式，與ESWL 相比，具有適用范圍廣、微創(chuàng)、術后恢復快等優(yōu)點；與MPCNL 相比，結石清除率雖無明顯差異，但其并發(fā)癥少，安全性更高。研究發(fā)現，輸尿管軟鏡結石清除率受結石種類、數量、尿路復雜性等因素影響，聯合負壓吸引裝置治療尿路結石，可減少輸尿管軟鏡激光碎石過程中溫度及灌注壓升高引起的并發(fā)癥如細菌入血擴散，膿毒血癥等，提高尿路結石治療的安全性。

2.3 殘片處理

完全清除結石碎片是防止術后疾病復發(fā)的關鍵，感染性結石的治療更是如此，否則極易引起結石復發(fā)或腎絞痛、尿源性感染等并發(fā)癥，因此除術中取凈結石碎片外，術后殘片的處理也極為重要，包括解脲酶抑制劑的使用、結石溶解及尿液酸化等。根據上述探討推測，解脲酶抑制劑聯合抗生素可有效提高感染性結石手術治療的安全性，防止術后復發(fā)，降低并發(fā)癥發(fā)生率等。

3 總結與展望

上述討論表明，感染性結石的發(fā)生發(fā)展、預防和治療、手術的預后與UTIs 及病原菌的種類密切相關，大腸埃希菌感染尿路可能是結石相關病原菌在泌尿系統(tǒng)生存與繁殖并形成結石的基礎，尚需進一步實驗證實。選用哪種方案治療需綜合考慮結石的類型、性質、直徑、位置等，對于感染性結石或鹿角樣結石的治療應嚴格遵守相關治療原則，且術前和術后均應使用抗生素，以增加治療的安全性，降低發(fā)生并發(fā)癥的風險。與抗生素治療相比，毒力因子的抗毒素研究是一種新的治療靶點研究方向，它只針對毒力因子產生作用，目的是將病原菌轉化為無毒性細菌，不對細菌施加高選擇壓力，不殺死或抑制細菌生長，可有效降低細菌耐藥性的產生，緩解抗生素治療所帶來的細菌耐藥性壓力。通過毒力因子抗體或干擾細菌毒力基因的表達阻礙生物膜形成是潛在的治療靶點，如何建立系統(tǒng)的腎感染性結石實驗模型和毒力因子研究模型仍是當前面臨的研究難題。