研究人员已确定草酸钙肾结石内部嵌入了细菌和细菌生物膜，挑战了以往认为这种最常见的结石类型仅通过化学和物理过程形成的主流观点。
加州大学洛杉矶分校领衔的研究团队报告了细菌可以存在于草酸钙肾结石内部的证据——这是该疾病的最常见形式——这一发现可能会重塑科学界对这些疼痛性沉积物如何发展的理解。
该研究提出，微生物可能直接促成结石形成，而不仅仅是在尿路中共存。作者认为，这一发现可能指向旨在干扰结石内部微生物群落的治疗途径，对预防和治疗都具有潜在意义。
“这一突破挑战了长期以来认为这些结石仅通过化学和物理过程发展的假设，而是表明细菌可以存在于结石内部，并可能积极参与其形成，”加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院(David Geffen School of Medicine at UCLA)泌尿学助理教授、该研究的共同高级作者凯莫拉·苏格兰(Kymora Scotland)博士表示。
“通过揭示这一新机制，该研究为针对肾结石微生物环境的新型治疗策略打开了大门，”她说。
肾结石形成时，尿液中的矿物质结晶并聚集成可在尿路中滞留的固体团块。这些沉积物可能无症状，但常引起剧烈疼痛、恶心、血尿(haematuria)和尿路梗阻(urinary obstruction)。在某些情况下，结石会导致感染，更罕见的情况下会导致肾脏损伤。该疾病在许多地区日益普遍，风险受遗传和可改变因素如水合状态与饮食的影响。
研究人员将肾结石描述为小晶体的团块，一旦达到尿流无法从肾脏冲走的大小，就会扩大。他们指出，风险因素包括结石家族史、代谢综合征(metabolic syndrome)和液体摄入量低。虽然结石疾病包括几种不同的化学类型，但草酸钙(calcium oxalate)占病例的近80%，这使其成为临床管理和机制研究的主要焦点。
微生物参与肾结石疾病本身并非完全未知。临床医生长期以来认识到，鸟粪石(struvite)结石可在与产脲酶(urease-producing)细菌引起的尿路感染相关的情况下出现。然而，草酸钙结石通常被视为不同的实体，其模型强调尿液中矿物质的过饱和(supersaturation)、晶体对肾组织的粘附(adhesion)以及随后通过物理化学过程的生长。加州大学洛杉矶分校领衔的团队认为，这种概念上的分离可能忽略了即使在明显"非感染性"结石中也运作的微生物过程。
在这项研究中，团队使用高分辨率显微镜方法（包括电子显微镜和荧光显微镜）分析了草酸钙结石样本。在检查这些数据集时，他们报告了一个意外观察：活细菌位于结石材料内部。存在似乎整合到晶体层中的细菌生物膜(bacterial biofilms)。生物膜是产生保护性基质的结构化微生物群落，可使生物体在恶劣环境中持续存在并抵抗根除。
作者表示，生物膜嵌入晶体结构中表明，微生物可能影响早期成核(nucleation)事件、促进晶体聚集(aggregation)或以有利于矿物沉积的方式改变局部微环境。这些过程可能有助于解释为何草酸钙肾结石如此普遍，以及为何即使患者采取常规预防措施，复发仍然常见。
“我们发现了一种新的结石形成机制，可能有助于解释为何这些结石如此常见。”
“这些结果也可能有助于解释复发性尿路感染与复发性肾结石形成之间的联系，并为这些状况的潜在未来治疗提供见解，”苏格兰说。
研究人员将这项工作描述为多机构合作，并将其定位为理解微生物群落如何与尿路中矿物表面相互作用的新兴努力的一部分。加州大学洛杉矶分校生物工程与化学系以及加州纳米系统研究所(California NanoSystems Institute at UCLA)的杰拉德·王(Gerard Wong)教授是该研究的合著者。
这些发现为该领域提出了几个紧迫问题。首先，因果关系：细菌是启动结石形成、在晶体形成后加速生长，还是在结石扩大时被包裹其中。其次，特异性：哪些细菌物种出现在草酸钙结石中，这些生物体如何到达矿物沉积部位，以及哪些特性使它们能够在看似不适宜、矿物质丰富的环境中持续存在。
团队还建议，微生物包裹(entombment)可能不仅限于草酸钙结石。苏格兰指出，细菌可能合理地促成其他结石类型，这一想法将把这项工作的潜在临床影响扩展到最常见亚型之外。同时，作者强调，该研究侧重于钙基结石，并指出较不常见结石类型的机制仍不确定。
更广泛地说，该报告强化了一种日益增长的观点，即肾结石疾病可能代表尿液化学、宿主生理学和微生物生态学之间的复杂相互作用。如果微生物影响结石成核或生长，那么仅针对尿液过饱和的策略对某些患者可能不完整。
因此，未来的干预措施可能结合常规措施（如改善水合和饮食调整）与旨在改变尿液微生物组或破坏生物膜完整性的方法。
研究人员表示，未来工作需要明确定义细菌如何与钙基结石相互作用，以及为何某些患者特别容易反复发作。他们还描述了正在进行的研究，旨在确定特定细菌物种如何促成结石形成，这可能有助于优先考虑预防目标。
“我们希望确切了解是什么使某些患者特别容易反复形成结石，以及这些特定细菌种类的哪些特性使它们能够促成结石的形成，”苏格兰总结道。
【全文结束】
