肾结石的个性化治疗或精准治疗？
尿结石的精准医疗
Hill F , Sayer J A . Precision medicine in renal stone-formers[J]. Urolithiasis, 2018, 47(1).
此文，定义什么是精准医学方法，并讨论如何将精准医学应用于肾结石患者，以优化诊断和治疗。以单基因结石疾病的基因发现为例，讨论了肾结石患者个性化治疗的好处，以提供更好的预防和治疗这些疾病。
前言
肾结石，因其能造成严重的痛苦，而臭名昭著。据估计，世界人口中有1-5%的人会在生命中的某个时刻患上肾结石，许多人曾感受到继发于肾结石之肾绞痛的恐怖。寻找易致肾结石形成的基因(通常在单基因内)和基因组因素(在一个人的整个DNA序列内)是一种更加复杂且很少被探索的途径[27,28]。
为了讨论“精准医学”（或有时称为“个性化医学”）方法如何帮助结石形成者病因的识别和管理，需要很好的理解其定义。NHS 将个性化医疗定义为“将治疗和护理特定病症患者的'一刀切’方法，转变为使用新方法更好地管理患者健康和靶向治疗，以达到最佳效果的方法”。管理患者疾病或疾病倾向的结果。” 。同样，美国国立卫生研究院将“精准医学”描述为一种疾病治疗和预防方法，它考虑到每个人的基因、环境和生活方式的个体差异。因此，可以采用这种一般观点来包括利用现代调查和更传统的方法来更准确地了解和根据患者水平在个人或患者身上定制肾结石疾病的治疗。将遗传和基因组信息与其他临床和生化参数相结合，可以确定风险模式和疾病易感性，从而更早发现疾病，并采取更有效的干预措施。
此外，在考虑基因组对疾病的影响时，必须同时考虑宿主基因组的影响，即患者基因组的影响以及宿主微生物组的影响 [22]，即大量定植于宿主体内的微生物.在这个微生物组中，细菌细胞的数量是宿主细胞数量的十倍以上 [4]。操纵这种明显独立，但密切相关的基因组的方法正在应用于肾结石形成者，并且必须包含在与精准医学方法相关的讨论中。
关于肾结石病因通常会考虑可能导致结石形成的环境、地理和饮食因素 [33]，并且通常基于人群研究。此外，肾结石的遗传性也早已确立。使用双胞胎研究，估计肾结石的遗传率为 56% [9]，其他评估结石家族模式的研究也证实了这一点 [5, 17]。最近，使用选定的结石形成人群详细搜索了肾结石的罕见单基因原因 [3, 6, 12]。虽然罕见的单基因形式的结石病最初可能看起来是一个小问题，仅供专家使用，但漏诊肾结石的单基因原因可能导致治疗效果欠佳，出现并发症，包括进展为终末期肾病，以及未能筛查有风险的家庭成员 [7]。
通过高通量遗传分析（例如现代下一代测序技术允许的基因组和全外显子组测序）检测已知致病突变正迅速成为一种易于使用的诊断工具 [3, 12]。存在的问题仍然是这种方法在一般性钙性结石人群中是否值得检查和富有成效。事实上，在对高钙尿症和低钙尿症患者的研究中，单基因原因和罕见的等位基因并不容易识别 [32]。CLCN5 变异是特发性高钙尿症的一个合理原因，但发现很少见 [29]。因此，在考虑对肾结石形成者进行基因调查时，需要在能够发现少量但显著的单基因疾病（表 1）与此类调查所需的成本和资源之间取得平衡。可以说，只有当我们在诊断中获得分子精度时，我们才能期望为患者实现准确、个性化的治疗。对于少数具有单基因原因肾结石的患者，正确的诊断可能至关重要。这种单基因疾病很可能导致结石负担增加和慢性肾病。缺乏基因调查可能会导致诊断延迟，未筛查出有风险的家庭成员 [3, 12]。重要的是要注意结石的单基因原因，例如胱氨酸尿症，通常会产生复发性结石，可能在生命早期出现，并经常导致长期严重并发症，包括终末期肾病 [24]。
发现肾结石疾病的遗传病例：不容错过的诊断
治疗肾绞痛患者的医生的当务之急是确认临床诊断、减轻疼痛和治疗出现的问题。在这个阶段，潜在的原因和诱发因素可能不是最重要的考虑因素，即使是复发性结石，也可能被反复忽视。成功地为结石形成者提供个性化的方法首先是结石分析，然后是对可能导致肾结石形成的生活方式和生化参数的个体评估。在医学领域，无论是经济方面，还是在实现良好的长期健康状态方面，忽视预防性干预的往往会会出的代价高昂。从预后和治疗的角度来看，准确诊断肾结石的根本原因至关重要 [7]。草酸钙肾结石的常见原因必须从罕见原因中划定，因为后者通常预后较差，具有进展为终末期肾功能衰竭的显着风险 [7]。胱氨酸尿症 [24]、原发性高草酸尿症 [13] 和腺嘌呤磷酸核糖基转移酶 (APRT) 缺乏症（产生 2,8-二羟基腺嘌呤结石）[26] 等结石形成条件也与进展为终末期肾病的风险有关，强调对及时诊断和预防措施的迫切需要。最近发布的肾结石和输尿管结石 NICE 指南 提倡对成年结石患者进行结石分析。
尽管听起来很极端，但对单基因结石形成病症（如原发性高草酸尿症或 APRT 缺乏症）的漏诊可能会造成破坏性后果。漏诊 1 型原发性高草酸尿症可能会导致移植肾的疾病复发和草酸中毒 [7]，并且会忽略治疗性肝移植的考虑。未被发现的 APRT 缺乏有时会导致 ESRD，并且还与肾移植中结石病的复发有关，如果未经治疗会导致移植物功能丧失 [2]。
在这种情况下做出诊断最终依赖于多种方式的组合，包括结石分析、尿液生物化学和基因调查。虽然用作极端例子，但它们还应指出这样一个事实，即针对结石形成者的精准医学方法并非纯粹是遗传性的，而是利用了广泛的可用表型信息。
促进对结石形成者的个性化方法
24 小时尿液收集的作用在之前已经详细讨论过 [15]，并且在 Goldfarb 对这场辩论的随附讨论中也进行了讨论。虽然被认为是专家并且非专家难以解释测试，但 24 小时尿液收集提供了有价值的患者特定数据，允许采用精准医学方法 [21]。在 24 小时内准确评估尿量通常非常具有启发性，不同的尿生化特征可导致特定的危险因素和诊断。，除了结石分析外，24 小时尿液收集及其需要的所有注意事项将患者推向更加个性化的管理途径，并且基于其结果也为基因调查铺平了道路经过考虑的。
一种务实的观点是，只有在结石类型异常、生化特征异常或明显的肾结石疾病或 ESRD 家族史时，才可能需要进行基因组调查。因此，有人可能会争辩说，虽然 24 小时尿液可能不切实际且有时无法提供信息，但它提供了个性化诊断途径的动力，这将推动对基因调查的考虑。24 小时尿液收集或胱氨酸尿评估（胱氨酸/肌酐比值）仍然是结石形成患者的一项有价值的筛查测试，以识别胱氨酸尿症。胱氨酸尿症患者也可以在结石分析和尿液显微镜检查后检测到 [10]。胱氨酸尿症占儿科人群结石的 6-8%，成人结石的 1% 左右 [10] 因此，这是一个重要的诊断，因为对结石的易感性是终生的。传统上，一直试图通过胱氨酸浓度来区分胱氨酸尿症患者和携带者 [11]。然而，至少有两个基因与胱氨酸尿症有关，标记为 A 型的 SLC3A1 和标记为 B 型的 SLC7A9。遗传模式与常染色体隐性和显性模式混合，部分外显。有可能具有双基因形式的病症，例如 AB 型，其中两个杂合变体（每个基因一个）结合 [24]。事实上，SLC7A9 和 SLC3A1 的测序可以精确确定基因型（并可能揭示复杂的基因型，如 AAB 和 ABB 等），并允许识别有风险的家族成员 [24]。
之前已经详细讨论了在肾脏病诊所记录家族史的重要性 [18]。除此之外，肾结石疾病的发病年龄尤其具有启发性。出现早发性结石病的儿科患者应引起对遗传原因的怀疑，并引导临床医生寻找这些。然而，在评估患有肾结石的成年患者时，临床医生可能不太重视家族史，因为他们不希望该年龄组出现遗传性疾病的指标表现。然而，一项使用基因测序分析当时没有基因诊断的 272 例已知结石形成者的研究表明，几乎三分之一的 SLC7A9 突变（导致 B 型胱氨酸尿症）的结石发病年龄在 18 至 30 岁之间年，中位年龄为 26 岁 [12]。因此，引出仔细的家族史至关重要，同时寻找可能指向统一潜在遗传疾病的任何线索，例如肾外表现（感音神经性听力损失、神经系统疾病）[7]。病史中的其他因素，例如疾病的严重程度或肾钙质沉着症等相关特征，也可能提醒临床医生寻找遗传原因[7]。由于肾结石的临床表现和病程各不相同，不能完全依靠没有家族史来排除潜在的遗传原因；临床医生必须保持警惕，以发现基因检测可以在早期解决诊断并促进精确、个性化治疗的病例。
肾结石的复发频率很高。生化特征和结石成分分析可以成为确定患者病因诊断的有用工具。然而，对单个肾结石的分析提供了一个单一的时间点参考，可能会产生误导。例如，已经发现一些胱氨酸尿症患者在形成/识别胱氨酸结石之前形成草酸钙结石（作为他们的结石事件）[25]。因此，分析单个结石（当时是钙基结石）可能会导致错误的结论，即这是一名患有常见钙质肾结石的患者，缺少潜在的遗传原因，如此则没有机会适当地调整他们的治疗。
因此，精准医学依赖于在正确的时间为正确的患者进行有针对性的研究。肾结石发病年龄较早的患者更有可能具有潜在的单基因原因，因此全基因组方法，如全外显子组测序 (WES) 可能是确定年龄在 5 岁之前就诊的患者的潜在诊断的有效方法 [6]。WES 相对于基因组测序的优势在于可以测试比已知的肾结石基因更多的基因，从而可以检测新的候选基因 [3]。
肾结石疾病的遗传病例：你应该区别对待它们吗？
在治疗选择方面，准确诊断肾结石的潜在易感性至关重要。虽然保持足够的水化作用等通用治疗策略可能会减少结石形成者的结石发生的可能性，但这是一种基本方法，它忽略了解在特定结石病因中会更成功的靶向治疗。
例如，低盐饮食通常可能有帮助，但对于胱氨酸尿症患者，应优先鼓励素食或纯素饮食（动物蛋白含量低），以碱性尿液为目标，以减少胱氨酸结石形成的可能性。实现尿液碱化的另一种非饮食方法是通过补充柠檬酸钾。可以教育患者监测他们的尿液 pH 值，使他们能够有个性化治疗计划。对于腺嘌呤磷酸核糖基转移酶 (APRT) 缺乏症的患者，别嘌呤醇与一般的液体和饮食建议一起是一种有效的治疗方法。这些有效、廉价、简单的治疗只有在做出正确诊断的情况下才会开始。
减少结石负荷至关重要；无论您是想逃避难以忍受的肾绞痛，还是避免手术干预或长期肾损伤，每一块结石都意义重大。对已知的单基因原因进行精确治疗（表 1 中显示了一些示例），优于经验性治疗，因为经验性治疗很可能不针对潜在问题。最近发表了一篇关于这些单基因疾病如何为特定干预措施提供机会的详细综述 [23]。
基因调查和基因发现
随着基因研究的日益简便和成本的降低，值得注意的是，已经描述了与肾结石相关的 30 多个基因的突变。使用新一代测序方法，最近在草酸钙结石患者的 SLC26A1 中发现了突变 [8]。对于 SLC26A1 突变，目前尚不清楚确切的潜在病理生理机制是什么，但这个例子提醒我们，除了已知的肾炎病因外，还有其他原因尚待发现。事实上，最近对弹性假黄瘤患者结石形成的描述（继发于 ABCC6 突变）为我们提供了建模和理解肾结石形成的新方法 [16]，并且可能重新发现了先前假定的精确疗法，包括焦磷酸盐 [19， 20]。
遗传性肾结石疾病：一切都是为了精确
虽然肾结石会给个体带来严重的疼痛，但在人群水平上只有 10% 的个体受到影响，单基因肾结石病例甚至更少 [12]。然而，对肾结石病因进行早期准确诊断对个人（通常是其他家庭成员）有巨大影响，可以使他们的治疗个性化，并旨在最大限度地降低进展，为终末期肾病的风险。分子遗传学检测在临床而不是研究环境中变得越来越容易获得，并且应该在必要时使用，以促进对患者及其家人的精确诊断。作为临床医生，应该致力于最大限度地采取预防性干预措施，适当利用患者病史、家族史和临床特征（如肾外表现）来识别可能是典型单基因疾病的病例。进行 24 小时尿液分析后，将增加诊断途径并可能揭示意外发现。这些方法一起应该将临床医生指向可能揭示重要诊断信息的基因检测。优先考虑的应该是尝试同时针对疾病过程而不是对结石负荷做出次要的反应，并针对个体患者给予量身定制方法。
微生物组和结石病的影响
定植于人体的微生物统称为微生物组。在相对最近的研究中，我们开始了解微生物组作用的重要性以及它如何与人体交流和影响。具体而言，肠道微生物组可能会影响与肾结石形成有关的化合物的吸收和分泌。与健康对照相比，肾结石形成者的微生物组存在明显差异 [30, 31]。Oxalobactor formigenes [1] 是一种促进肠道中草酸盐分解的细菌，它的鉴定导致了使用 O. formigenes 对肠道菌群进行操作的临床试验 [14]。这些研究导致更深入地考虑个体结石形成者如何受到其自身肠道微生物组的影响，并指导疗法（例如益生菌）来操纵这一点必须成为未来肾结石精准医学讨论的一部分 -前任。
结论
肾结石疾病是世界卫生系统的巨大负担，应采取任何旨在确定潜在和可逆原因的努力。我们提倡对每个结石形成者使用精准医学方法，其中必须包括仔细的表型分析，包括结石分析和 24 小时尿液收集，其结果可能会提示基因检测。经验性建议虽然受欢迎，但还不足以应用于许多已知的结石形成的病理生理机制。
Table 1 Monogenic causes of kidney stones, clinical features and suggested precision medicine treatments
| Monogenetic condition | Inheritance pattern | Gene affected (MIM number) | Clinical features | Diagnostic implication and steps towards precision medicine |
|---|---|---|---|---|
| Infantile hypercalcaemia | Autosomal recessive; incomplete autosomal dominant | CYP24A1 (126065) | Hypercalcaemia, elevated 1,25 (OH)2D, suppressed PTH, nephrolithiasis, nephrocalcinosis | Restrict excess vitamin D, avoid sun exposure and tanning beds Fluconazole treatment Rifampin treatment |
| Hypophosphataemic nephrolithiasis with osteoporosis | Autosomal dominant | SLC34A1 (612286) | Renal phosphate wasting, nephrolithiasis | Familial screening Bone densitometry |
| Hypophosphataemic rickets with hypercalciuria | Autosomal recessive | SLC34A3 (241530) | Hypophosphataemia Elevated 1,25 (OH)2D |
Phosphate supplement Restrict Vitamin D |
| Autosomal-dominant hypocalcaemic hypercalciuria | Autosomal dominant | CASR (601198) | Basal ganglia calcifications, seizures, cramps, tetany nephrolithiasis | Familial screening, judicious calcium replacement, thiazide diuretics |
| Distal renal tubular acidosis | Autosomal dominant (and recessive) | SLC4A1 (109270) | Acidosis, hypokalaemia. Growth impairment, nephrocalcinosis, nephrolithiasis. Haemolytic anaemia, spherocytosis/elliptocytosis | Bicarbonate and potassium replacement, familial screening. Monitor for CKD |
| Distal renal tubular acidosis | Autosomal recessive | ATP6V1B1 (267300) ATP6V0A4 (602722) FOXI1 (601093) |
Acidosis, sensorineural hearing loss, rickets, osteomalacia | Bicarbonate and potassium replacement, familial screening Referral for audiometry Monitor for CKD |
| Cystinuria | Autosomal recessive and autosomal dominant with incomplete penetrance | SLC3A1 (104614) SLC7A9 (604144) | Elevated urine cysteine Recurrent stones—cysteine ± calcium stones, obstructive uropathy, pyelonephritis, chronic kidney disease |
Family screening, urine alkalinisation, cysteine binding drugs, low animal protein diet, low sodium diet Stones may be resistant to shock wave lithotripsy Monitor for CKD |
| Xanthine oxidase deficiency (xanthinuria) | Autosomal recessive | XDH (278300) | Xanthine stones, low uric acid, myopathy | Avoid high purine foods Hydration Radiolucent stones |
| Primary hyperoxaluria type 1 | Autosomal recessive | AGXT (604285) | Urinary oxalate raised, calcium oxalate stones, nephrocalcinosis, ESRD | Pyridoxine therapy (for certain mutations) Liver transplantation to prevent disease recurrence Monitor for CKD |
| Primary hyperoxaluria type 2 | Autosomal recessive | GRHPR (260000) | Urinary oxalate raised, calcium oxalate stones, nephrocalcinosis, ESRD | Monitor for CKD |
| Primary hyperoxaluria type 3 | Autosomal recessive | HOGA1 (613597) | Urinary oxalate raised, calcium oxalate stones | Limit hydroxyproline intake |
| Adenine phosphoribosyltransferase deficiency | Autosomal recessive | APRT (614723) | Excess urinary 2,8-dihydroxyadenine (DHA) 2,8-DHA kidney stones Intratubular and interstitial precipitation of DHA crystals leading to chronic kidney disease, ESRD |
Allopurinol (xanthine dehydrogenase inhibitor) can prevent and dissolve kidney stones and improve kidney function Purine restriction Radiolucent stones Beware ESRD of unknown cause, may recur in renal transplant |
| Hypophosphataemic rickets with hypercalciuria | Autosomal recessive | SLC34A3 (241530) | Hypophosphataemia Elevated 1,25 (OH)2D |
Phosphate supplement Restrict Vitamin D |
| Familial hypomagnesaemia with hypercalciuria and nephrocalcinosis | Autosomal recessive | CLDN16 (248250) | Myopia, hypercalciuria, nephrocalcinosis and nephrolithiasis ESRD may occur in second and third decade of life |
Difficult to treat Thiazides may be tried Familial screening Monitor for CKD |
| Phosphoribosyl pyrophosphate synthase (PRPPS) hyperactivity | X-linked recessive | PRPS1 (311850) | Hyperuricaemia, uric acid stones | Allopurinol (xanthine dehydrogenase inhibitor) Purine restriction |
| Dent’s disease type 1 and 2 (Lowe syndrome) | X-linked recessive | CLCN5 (300008) OCRL (300535) |
Low molecular weight proteinuria Hypercalciuria, Nephrolithiasis, nephrocalcinosis, ESRD |
Thiazides may be tried Ophthalmologic screening Monitor for seizures Monitor for CKD |
CKD chronic kidney disease, ESRD end-stage renal disease