肾结石附着于磷酸钙 (CaP) 晶体的上皮下斑块（称为兰德尔斑块）和/或由于结石形成晶体（兰德尔塞）阻塞贝里尼导管的开口而形成。

　　肾结石附着于磷酸钙 (CaP) 晶体的上皮下斑块（称为兰德尔斑块）和/或由于结石形成晶体（兰德尔塞）阻塞贝里尼导管的开口而形成。这些斑块和栓塞最终会挤入泌尿空间，成为晶体过度生长和结石形成的病灶。为了更好地了解这些调节机制和特发性钙结石病的病理生理学，本综述深入描述了这些斑块和栓子的形态和潜在起源，总结了现有的肾间质沉积动物模型，并描述了人们认为的因素调节斑块形成和钙过度生长。根据这篇综述和血管钙化文献中提供的证据，我们提出了一种斑块形成的“统一”理论——类似于在身体别的部位观察到的病理性生物矿化。异常的泌尿状况（高钙尿、高草酸尿、低柠檬酸尿）、肾脏压力或创伤，甚至有可能是正常的衰老过程导致肾上皮细胞转化为成骨细胞表型。随着这种去分化，骨特异性蛋白（即骨桥蛋白）的产生增加，结晶抑制剂（如胎球蛋白和基质-gla-蛋白）的减少，以及支持CaP晶体成核的基质囊泡的产生。这些小沉积物促进周围胶原蛋白的聚集和钙化。通过膜细胞降解产物和其他纤维的钙化继续矿化，直到斑块到达上皮。通过基质金属蛋白酶的活性或可能通过大的上皮下结晶团产生的强力物理力，通过有机基质相关的 CaOx 成核或通过将 CaP 晶体的外层转化为 CaOx，表面被破坏并发生进一步的结石生长晶体。 如果这一理论成立，那么了解与小型基本间质斑块发展为扩大的穿透斑块所涉及的细胞机制可能有助于开发预防结石的新疗法。关键词：兰德尔斑块，兰德尔塞，草酸钙，羟基磷灰石，肾结石，钙化 去：

　　肾结石是一种慢性疾病，在美国和国外都呈上涨的趋势。最近在全国健康和营养检查调查 (NHANES) 中对美国成年人的一项分析显示，肾结石患病率从 1988-1994期间的 5.2% 增加到 2007-2010 期间的 8.4%。结石病护理和治疗的成本也随之上升，从 2000 年估计的 20 亿美元增加到 2006 年的超过 100 亿美元（美国泌尿系统疾病，美国国立卫生研究院第 12-7865 号出版物，表 14，美国政府印刷办公室，华盛顿特区；2012 年）。此外，新的流行病学研究提供了将结石形成与高血压、慢性肾病甚至终末期肾病的发展联系起来的证据。越来越常见的疾病，如肥胖、糖尿病和代谢综合征，也被认为是成年人中结石形成的危险因素。最后，50% 的人在头 5 年内可能会复发结石病他们的第一次结石发作，随后的发作具有更高的复发率。[ 7 ] 显然，了解和预防结石形成对于减少复发和成本至关重要。 长期以来，结石形成一直被认为是一种被动的物理化学过程，是由于尿盐过饱和度增加和晶体抑制减少所致。尽管我们对这些结晶步骤知道，但医疗管理被认为充其量是适度有效的，可在短时间内将结石复发减少 30-50%。因此，为了更好地了解特发性钙结石病的调节过程和病理生理学，本综述对 Randall 斑块和栓塞的形态和潜在起源进行了深入的描述，总结了现有的肾间质沉积动物模型，并描述了已知的被认为能调节斑块形成和钙过度生长的因素。最后，基于血管钙化文献中的证据，我们提出了 Randall 斑块形成的统一理论，该理论涉及上皮细胞转化为成骨细胞样细胞，在肾小管上皮基底膜内形成 CaP 晶体，以及这些斑块的延伸和最终破坏。通过聚集和炎症形成钙化。如果这个理论成立，

　　1937 年，Randall 博士提出，肾结石发生在位于肾的两种类型的结石前病变上。间质上皮下的磷酸钙 (CaP) 和碳酸钙沉积物，由肾侵蚀到表面，形成 I 型结石前病变 [ 12]，目前称为“兰德尔斑块 (RP)”。他进一步建议，在过度尿过饱和和肾小管上皮细胞坏死的情况下，结石形成盐结晶并沉积在集合管中，形成 II 型病变，现在可以称为“兰德尔栓”。在这两种情况下，病变都充当进一步晶体沉积的肾小球，分别导致肾盂或管中形成结石。

　　图1 电子显微镜检查 CaP 肾间质沉积物（详情请参阅 [26]。A.与上皮细胞的基底膜 (B) 相关的膜结合囊泡 (E)。一些囊泡看起来是空的 (V) 而其他的包含电子致密材料，其外围有针状磷灰石晶体（箭头）。B. 致密磷酸钙沉积物的边缘显示两个大的磷灰石晶体层压球形（S）体。C，胶原蛋白。C.扫描电子显微镜观察到的磷酸钙沉积物。不一样的尺寸的球状磷灰石体 (S) 与不同厚度的纤维材料 (箭头) 聚集在一起。针状磷灰石晶体突出在球体表面，类似于透射电子显微镜在图 1B 中看到的情况。D.致密磷酸钙沉积物的另一个区域显示一个细长的钙化体，带有明显的条带（箭头）。附近的胶原纤维 (C) 显示出类似的条带。V、囊泡。

　　图 4CaOx 塞对肾的透射电子显微镜分析。A.存在于间质中的磷酸钙沉积物显示为磷灰石晶体 (S) 的球形内部叠层体。单个针状晶体排列在外围（箭头）。B.管状上皮的高度层压的基底膜。在上皮 (E) 层压基底膜 (B) 内能够正常的看到膜结合的囊泡和其他细胞降解产物（箭头）。

　　关于兰德尔斑块的起源有两种理论，这两种理论都是基于对各种结石形成者肾脏的形态学检查。Evan 及其同事得出结论，Randall 的斑块始于亨利环细肢的基底膜。Stoller 等人。另一方面，据报道斑块深入进入直肠血管基底膜，并提出了一条涉及血管系统的通路，有点类似于在动脉和毛细血管中形成钙化斑块。他们都以为，斑块形成的血管理论得到肾生理学的支持，以及结石形成与肾脏受累的血管疾病之间的关联。层状血流在肾尖端变为湍流。渗透压增加 10 倍以上，肾皮质和尖端之间的携氧能力降低。流行病学研究的结果也为结石形成与心血管疾病（包括高血压、心肌梗塞、糖尿病、慢性肾病、代谢综合征）之间的关联提供了证据。许多合并症不仅会导致结石病，还会由它引发。结石形成是高血压发展的危险因素，结石形成者糖尿病患病率较高。一些高血压和糖尿病患者形成肾结石的风险更大。所有与肾脏有关的血管疾病都会引发活性氧的产生和氧化应激的发展。

　　Randall 栓是 Bellini 导管中的结晶沉积物，会堵塞导管及其通向肾盂的开口。堵塞是一种管状事件，通常认为堵塞是由于尿液中的石盐过饱和而形成的。尿液 pH 值似乎起着及其重要的作用。[17 ] 胱氨酸尿症会在胱氨酸栓上形成胱氨酸结石。[ 35] 同样，原发性高草酸尿症患者除了 CaOx 栓外还会出现 CaOx 结石。尿液相对于过饱和的情况下除了一种以上的盐，栓子和结石都含有一种以上的矿物质。 直观地说，堵塞还应取决于导管的内径以及通过它们的尿流。内髓集合管的内径在 35–60 µm 之间，Bellini 管的内径在 60 到 100 µm 之间。因此，单晶太小而无法阻塞小管，因此就需要附着在管壁上 然后生长和/或与其他晶体聚集。有人建议，在收集管中，尿液在蠕动波推动下以谨慎的丸剂流动。这样的运动会导致明显的湍流，增加晶体接触和聚集的可能性。Bellini 导管进入肾盂的开口比导管的管腔直径更窄，这也有助于保留用于堵塞的晶体。

　　除了作为 Randall 斑块的成分外，羟基磷灰石是大多数特发性 CaOx 结石的常见成分，经常在结石深处的 CaOx 晶体成核部位发现，并且在体外作为 CaOx 的合适成核剂。类似地，已发现 CaOx 晶体支持 CaP 晶体的成核。体内动物模型以及体外研究提供了证据，表明从一种晶体类型到另一种晶体类型的转变取决于泌尿环境。羟基磷灰石和鸟粪石 (St) 晶体覆盖在正常饮食下植入大鼠膀胱的异物表面。在这些大鼠中诱导高草酸尿，这与较低的尿液 pH 值有关，在 CaP/St 上产生一层 CaOx 晶体。逆转高草酸尿导致 CaOx 上沉积一层 CaP/St。当肾小管通过肾小管时，CaOx 和 CaP 的 pH 值和过饱和/活性产物都可能会发生变化。CaP 沉淀的驱动力存在于 Henle 的细环中，而 CaOx 沉淀的驱动力存在于集合管和盆腔尿液中。间质内 CaP 的沉淀需要髓质碱化，包括 K +消耗和 H+/K+ATP 酶的激活。在肾盏和盆腔尿液中存在的较低尿液 pH 值下，斑块 HA 的溶解会产生局部区域更高的钙浓度和因此 CaOx 过饱和促进 CaOx 在 CaP 上生长。 在尿液和肾结石中发现的 CaOx 和 CaP 晶体被磷脂、Tamm Horsfall 蛋白、白蛋白和有机基质大分子（如骨桥蛋白、α 间抑制剂和尿凝血酶原片段 1）的混合物所包裹。这些大分子存在于矿物的外部和内部，以同心树轮状结晶沉积层的形式存在于结石中，并存在于结石附着部位的兰德尔斑块中，使得一个晶体的外延成核不太可能超过另一个晶体。尽管它们由上皮细胞产生以帮助清除晶体，但这些大分子本身可能会促进 CaOx 的成核，如在体外已显示的那样。并且可能抑制 CaP 溶解。进行了体外研究以确定用 CaOx 一水合物替代 HA 的可能性。在 0.25 mM、0.5 mM 和 1.00 mM 草酸盐溶液中孵育大的单个 HA 晶体和骨片（模拟 Randall 斑块），pH 值在 4.5 到 7.5 之间，假设 HA 溶解会释放钙，钙会与可用草酸盐形成 CaOx 晶体。在 HA 晶体上沉淀 CaOx 一水合物需要非常酸性的 pH 值和/或高草酸盐。即使在 0.25 mM 草酸盐的生理草酸盐浓度和 5.0 的 pH 值下，也能够正常的看到 CaOx 在骨骼上沉淀。在 6.00 的 pH 值下沉淀需要 0.5 mM 的更高草酸盐浓度。骨的脱矿质在表面产生凝胶状层。

　　多年前，血管钙化或磷灰石沉积在血管壁的内侧或内膜层中，被认为是一种不可逆的退化过程，它是由一种被动的、不受调节的物理化学机制发生的。在过去的 10-15 年中，大量文献已将这种被动理论取代为中心理论，该理论将血管钙化描述为血管平滑细胞 (VSMC) 获得成骨表型的主动、调节过程。曝光VSMC 到钙和磷酸盐水平升高会触发 VSMC 的成骨转化，这涉及成骨细胞特异性基因的表达增加和平滑肌细胞标志物的减少。骨形态发生蛋白、BMP 2 和 BMP 4 以及 Wnt 信号通路通过转录因子 Runt 相关转录因子 2 (RUNX2)/msh 同源框 2 (MSX-2) 的上调被激活。然后细胞产生基质蛋白，结晶开始于由存活的转化血管平滑肌细胞或死亡时产生的凋亡小体产生的膜结合基质囊泡。囊泡的组成与衍生的基质囊泡相似来自软骨细胞，并为磷酸钙 (CaP) 晶体的成核提供位点。一旦矿化，晶体通过囊泡的限制膜挤出，并帮助矿化附近维持钙化的细胞外基质。除了异常的矿物质代谢，氧化应激、炎症和异常结晶抑制在血管钙化中起及其重要的作用。活性氧可能通过调节 RUNX-2 转录因子参与 VSMC 向成骨表型的转化。糖尿病患者和老年人血液和动脉中常见的晚期糖基化终产物能够在一定程度上促进 NADPH 介导的血管钙化氧化酶诱导的活性氧。巨噬细胞产生的细胞因子如 IL（白细胞介素）-1β、IL-6、IL-8、(TNF) 肿瘤坏死因子-α、TGF（转化生长因子）-β 诱导 VSMC 转化。炎症细胞也产生蛋白水解酶，如金属蛋白酶 (MMP)-2 和 -9，它们会降解基质并促进钙化。 VSMC 的钙化受到基质 Gla 蛋白 (MGP)、焦磷酸盐、骨桥蛋白 (OPN) 和胎球蛋白-A 的抑制。[ 80] MGP 是一种维生素 K 依赖性蛋白，主要起血管钙化抑制剂的作用。MGP 还调节 BMP-2 活性。MGP 基因突变导致 Keutel 综合征，这是一种与广泛的软组织和血管钙化相关的疾病。MGP 基因敲除小鼠在两个月内死于动脉钙化和血管破裂，而在这些小鼠中恢复 MGP 可防止动脉钙化。MGP 的多态性可能在血管钙化中发挥作用，并显示与心肌梗塞有关。胎球蛋白 A 是蛋白酶抑制剂胱抑素家族的成员，是一种血清蛋白，由肝脏产生，并特别富含矿化组织。无论其来源如何在体内，慢性肾病患者的血清胎球蛋白 A 水平较低并且在胎球蛋白 A -/-小鼠中观察到异位钙化。

　　多项临床和实验研究根据结果得出，活性氧 (ROS) 可能与特发性结石病的发病机制有关 ，并且可能与结石形成与高血压、糖尿病、代谢综合征有关和慢性肾脏疾病 。CaOx 结石患者的尿液中 N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶 (NAG)、β-半乳糖苷酶、α-谷胱甘肽 S-转移酶 (α-GST)、丙二醛 (MDA) 和硫代巴比妥酸反应物质 (TBARS) 显着升高，损伤和 ROS 产生的生物标志物。尿 8-羟基脱氧鸟苷 (8-OHdG) 是 DNA 氧化损伤的标志物，在结石患者中也增加，并且与通过尿 NAG 排泄评估的肾小管损伤呈正相关。抗氧化缺乏在复发性特发性结石形成者中很常见，并且与结石的存在与否无关。 肾上皮细胞暴露于草酸盐和/或 CaOx/CaP 晶体会导致活性氧物质的产生，通过肾素血管紧张素醛固酮途径的参与激活 NADPH 氧化酶。氧化应激下的肾上皮细胞有几率会成为成骨细胞 ，就像血管钙化过程中血管平滑肌细胞发生的那样。OPN、MGP、、胶原蛋白的产生, 纤连蛋白, 骨连蛋白和胎球蛋白, 由实验性诱导的 CaOx 肾结石大鼠的肾上皮细胞引起的，表明这种转变。结石基质中 OPN、骨钙素、纤连蛋白和胶原蛋白的存在也表明它们的产生和排泄到尿液中的增加。CaOx 结石患者的肾结晶也与骨唾液酸蛋白 (BSP) 相关。上皮向间质转化以及内皮向间质转化常常会出现在患病的肾脏中。间充质基质细胞具有分化成成骨细胞的能力。有趣的是，在高草酸大鼠的肾脏中，血管周围细胞或周细胞显示出重度 MGP 染色。结石患者排泄较少量的胎球蛋白-A、和更多的 BMP-2。MGP 基因的单核苷酸多态性与日本和中国人群的 CaOx 肾结石疾病有关。 上皮细胞成骨的进一步证据来自动物模型和体外组织培养研究。在产生肾内 CaP 沉积的遗传性高钙尿大鼠中，骨相关因子的基础水平，例如骨形态发生蛋白 2 (BMP2)、Runx2、Osterix 和 OPN，高于正常对照大鼠。敲低维生素 D 受体在遗传性高钙尿症大鼠中，大鼠肾脏中的骨相关因子以及 CaP 沉积量减少。维生素 D 处理来自遗传性高钙尿症大鼠肾脏的肾小管上皮细胞的原代培养物增加了骨相关因子的基因和蛋白质表达以及细胞内磷酸钙沉积物。 MDCK 细胞直接在塑料盘或涂有胶原蛋白凝胶的盘上单层生长长达 60 天。21 天后，小水泡或圆顶慢慢的出现在单层中。30 天后，圆顶变得更明显。显微镜检查表明存在结晶材料，其表现为具有针状晶体的熔合球晶。使用 X 射线微量分析和微红外光谱法将晶体鉴定为磷酸钙。在另一项实验中，在琼脂中生长的 MDCK 细胞产生球形集落，其中顶端表面位于外侧的上皮细胞层将 CaP 晶体包裹在内部。在琼脂中形成的 MDCK 菌落中的 CaP 沉积被阿仑膦酸盐抑制。 生理和异位钙化都通过所谓的基质囊泡或类似实体中晶体的异质成核开始，并在胶原纤维的支架中传播。[83 , 143 , 144 ] 在 AIN-76（一种半纯化的饮食）上，雌性小鼠管内 CaP 沉积物的形成始于从近端肾小管上皮细胞出芽的囊泡。Npt2a 缺失小鼠的管内 CaP 沉积物也是如此与从肾上皮细胞出芽的膜结合囊泡 (MV) 紧密关联。咱们提供的证据说明，膜碎片和膜结合的囊泡也可能与肾结石的形成有关。脂质和膜存在于 CaOx 肾结石的基质中。从肾小管刷状缘获得的膜状囊泡的磷脂是极佳的晶体成核剂，即使在生理浓度下也是如此。在体外诱导的人尿中 CaOx 晶体的基质也含有膜碎片和脂质。兰德尔斑块中的晶体被发现与胶原纤维和 MV 相关。胶原纤维出现钙化，囊泡内含有晶体。得出的结论是，肾中的晶体沉积可能始于膜囊泡诱导的成核，并通过在胶原框架内的外围添加晶体而生长。

　　基于目前描述的临床和实验数据，我们提出了斑块和栓子形成的“统一”理论（图 5）。结石形成者的肾上皮细胞在受到尿中钙/草酸盐/磷酸盐排泄增加和/或功能性结晶抑制剂产生减少或肾损伤、创伤甚至正常衰老的挑战时会受到压力。较高过饱和度和较低结晶抑制潜力的异常泌尿条件产生氧化应激，导致肾上皮细胞去分化为成骨细胞样细胞，并在肾小管上皮基底膜中形成CaP晶体。转化涉及成骨细胞特异性基因的表达增加和上皮细胞标志物的减少。信号通路通过转录因子 RUNX2/MSX-2 的上调而被激活。骨相关蛋白，如骨形态发生蛋白 (BMP)，骨唾液酸蛋白（BSP）、碱性磷酸酶均有表达。最初的晶体形成开始于由转化的上皮细胞产生的膜结合囊泡内。CaP 的小球形单元的直径从不到一微米长到几微米，并扩散到基底膜之外。它们开始聚集并形成较大的沉积物或斑块，这些沉积物或斑块通过在外围进一步添加晶体而增大。额外的膨胀导致聚集的球形单元融合并在沉积物内部失去它们的个体身份，而球形单元在生长斑块的外围仍然可见。在向外生长期间，晶体与胶原纤维和也钙化的膜降解产物接触。因此，斑块延伸到间质和超出间质是通过在外周添加晶体通过胶原和膜囊泡的聚集和钙化而向外生长。间质晶体沉积可能会产生局部炎症和纤维化，为进一步钙化提供基质，直到前端到达表面上皮。状表面上皮最大有可能通过基质金属蛋白酶的活性和由下面的大结晶块沉积产生的物理力破坏。一旦表面上皮失去其完整性，斑块就会暴露于肾盂尿液中，肾盂尿液通常对 CaOx 是亚稳定的，并且还含有尿蛋白，例如 THP，而这些蛋白在肾间质中是不可用的。尿大分子沉积在斑块表面。通过 CaP 的脱矿和 CaOx 的矿化，HA 的表层被 CaOx 取代。替代地或除此之外，CaOx 晶体直接在覆盖斑块的有机基质上成核。结石的生长是通过 CaOx 晶体在外围的聚集沉积。 如上所述，兰德尔栓的形成似乎取决于肾小管液和肾盂尿液的过饱和度。一旦栓子开始发育，通过管道进入肾盂的尿液运动将受到干扰，从而在发育中的栓子后面提供更长的保留时间。这应该会促进晶体的形成、聚集和保留，并且可能是在集合管中形成游离的未附着结石的原因，这有点类似于在膀胱中形成的结石。

　　图 7如文中所述，开发兰德尔牌匾的潜在步骤。RUNX2，runt 相关转录因子 2；cbf-a1，核心结合因子亚基 alpha-1；MSX-2，Msh homebox 2；MGP，基质 gla 蛋白；OPN，骨桥蛋白；BMP，骨形态发生蛋白；BSP，骨唾液酸蛋白。