乙二醇中毒会导致大鼠出现肾结石，并伴有补体-纤维蛋白原相关的肾小管损伤

《Toxicology》：Ethylene glycol poisoning induces nephrolithiasis including complement-fibrinogen-related renal tubular injury in rats

　　

Kana Unuma|Shintaro Isa|Kanako Noritake|Atsushi Yamada|Toshihiko Aki|Akihiro Tojo

日本东京理化学研究所（ST）医学与牙科科学研究生院法医学系

摘要

肾小管损伤是乙二醇（EG）中毒的典型特征，与肾脏中的草酸钙晶体有关。我们首先进行了转录组分析，以探索EG中毒期间（口服剂量为8克/千克体重，分别在给药后2天和5天）肾脏毒性的新机制。尿液和血浆中的生化参数显示肾脏损伤呈短暂性，在给药后2天达到峰值，并在5天内恢复。转录组分析表明，在给药后第2天和第5天，所有纤维蛋白原基因（Fga、Fgb和Fgg）以及几种补体成分均被诱导，这表明补体-纤维蛋白原可能在肾小管损伤中起作用。免疫染色显示，在EG中毒后的第2天，肾小管中的C3c和纤维蛋白原水平升高，证实补体-纤维蛋白原轴可能在EG相关的肾结石形成中发挥作用。近端肾小管的透射电子显微镜（TEM）观察显示，第2至5天期间存在可能包含EG代谢物草酸的液体积聚，以及含有核糖体的自噬体。TEM还显示近端肾小管存在刷状缘损伤，进一步证实了EG给药后的肾脏损伤。这些结果揭示了补体成分和纤维蛋白原的增加会导致这些产物的异常沉积。这些发现有助于理解EG诱导的肾结石的发病机制。

引言

乙二醇（EG）是一种无色无味的化合物，广泛用于工业领域，如防冻剂，同时也是溶剂和原材料的成分（Fowles等人，2017年；Jacobsen和McMartin，1986年；Leth和Gregersen，2005年）。由于EG具有甜味且易于获取，全球各地不断有因误食EG而导致中毒死亡的报道（Fraser，2002年；Porter，2012年；Ross等人，2022年）。由于EG可与水混溶（Fowles等人，2017年；Litovitz，1986年），它通过口服容易被胃肠道吸收，然后广泛分布到全身。虽然EG本身对人类健康相对安全，但其在肝脏中的代谢会产生多种有毒化合物，如乙酸、乙二醇酸和草酸，这些都可能导致代谢性酸中毒（Fowles等人，2017年）。EG中毒通常分为三个阶段：1）摄入后4-8小时内出现代谢性酸中毒；2）8-24小时后出现低钙血症和随后的心力衰竭；3）24-72小时后出现常伴有肾结石的肾功能衰竭。除了引起代谢性酸中毒外，肝脏产生的草酸会进入肾脏并形成草酸钙（CaOx）晶体，这被认为是导致肾结石疾病的主要原因（Khan等人，2016年）。与其他肾结石疾病一样，EG中毒不仅会损害肾小管，还会损害血管。事实上，已有报道指出EG中毒甚至会导致脑部血栓形成（Takahashi等人，2008年）。

补体和凝血系统在免疫反应（Kemper等人，2023年）和止血（Madhusudhan等人，2016年）中起着关键作用，它们是由相互密切关联的蛋白水解级联反应组成的系统（Liu等人，2025年；Markiewski等人，2007年；Pryzdial等人，2022年）。补体系统可分为经典途径、替代途径和凝集素途径（Kemper等人，2023年）。尽管这三条途径都会激活补体成分3（C3）转化酶，从而在补体系统激活过程中将C3裂解为C3a和C3b（Kemper等人，2023年），但在替代途径中C3也可以通过C3的自发分解产生C3b（Kemper等人，2023年）。C3b进一步通过补体因子I（一种C3b失活剂）的作用被裂解为C3c和C3d（Seya和Nagasawa，1985年）。C3在肾小球中的积聚会导致一种称为C3肾小球病的肾病，这是一种罕见疾病，通常由补体因子H的缺乏引起，从而导致C3的异常激活（Smith等人，2019年）。C3c的存在可用于C3肾小球病的免疫组化诊断，因为C3c是补体系统的最终产物，因此是一种稳定的分子（Smith等人，2019年）。此外，免疫细胞表面的补体受体在补体系统中起调节作用（Puri和Quigg，2007年）。

凝血系统是通过纤维蛋白原形成纤维蛋白凝块来防止血管出血的机制（Madhusudhan等人，2016年）。尽管补体和凝血系统在维持体内平衡方面扮演不同角色，但已有研究表明两者之间存在相互调节。例如，C3与纤维蛋白原结合，从而抑制纤维蛋白溶解并增加血栓形成的风险（King等人，2021年）。最近的研究表明，慢性肾病患者的纤维蛋白原β（Fgb）和C3水平之间存在相关性（Kin等人，2025年）。然而，据我们所知，目前尚无报道指出这两种系统可能在EG中毒期间的肾功能障碍中发挥作用。

在这项研究中，我们旨在确定大鼠在EG给药前后肾脏转录组的主要变化。我们发现补体-纤维蛋白原轴的表达增加，这可能与EG中毒期间的肾脏损伤有关。

章节摘录

ARRIVE指南

所有方法均遵循《动物研究：体内实验报告》（ARRIVE）指南和规定进行。

动物

所有实验方案均获得了东京理化学研究所机构动物护理和使用委员会的批准（A2023–080C），并按照美国国家研究委员会的《实验室动物护理和使用指南》进行。实验所用的大鼠（8周龄，雄性，Wistar品系）被分为三组（对照组、EG2组和EG5组；每组3-5只大鼠）

EG处理后大鼠的体重减轻及肾脏内的晶体形成

本研究的实验设计如图1A所示。EG处理后，大鼠的肾脏重量减轻，在给药后5天观察到了统计学上的显著下降（EG5组），证实了EG对肾脏的毒性（图1B）。肾脏的超声检查显示，EG2组大鼠的皮质和实质组织交界处有一个高回声斑点（图1C）。EG5组大鼠的肾脏中可见多个高回声斑点

讨论

一般认为，EG中毒引起的肾脏损伤是由于其代谢物草酸在肾脏中形成草酸钙结石，从而导致急性肾脏损伤。许多研究表明，草酸钙晶体在肾小管中形成，并与上皮细胞相互作用（Kunii等人，2025年；Lieske等人，1994年）。偏振暗场显微镜观察显示，大多数晶体为双折射的草酸钙（CaOx）和非双折射的磷酸钙（CaP）

CRediT作者贡献声明

Akihiro Tojo：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、项目管理、研究、概念构思。Toshihiko Aki：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、项目管理、研究、资金获取、概念构思。Shintaro Isa：撰写——审阅与编辑、研究。Kana Unuma：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、项目管理、研究、资金获取、概念构思。Atsushi

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Toshihiko Aki表示获得了文部科学省的财政支持；Kana Unuma也表示获得了文部科学省的财政支持；Toshihiko Aki还与文部科学省存在某种关系

致谢

本研究由文部科学省资助（22K10606用于KU，以及20H03955用于TA）。