镉暴露会上调TXNIP基因的表达，从而通过促进细胞与晶体的黏附、细胞凋亡以及巨噬细胞向M1型极化，加剧草酸钙肾结石的形成

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Cadmium exposure upregulates TXNIP and aggravates calcium oxalate kidney stone formation by promoting cell-crystal adhesion, apoptosis and macrophage M1 polarization

本研究系统评估镉（Cd）暴露与草酸钙（CaOx）晶体协同促进肾结石形成及肾损伤的机制，发现Cd通过改变CaOx晶体形态及表面特性增强其与肾上皮细胞的黏附，激活ASK1/JNK/Caspase3凋亡通路，并诱导CXCL5分泌促进M1型巨噬细胞浸润，形成氧化应激-炎症-凋亡恶性循环。TXNIP作为关键调控因子，其敲低可显著抑制晶体黏附、巨噬细胞极化及凋亡，逆转肾损伤。首次将环境污染物Cd与CaOx病理机制关联，提出靶向TXNIP的新疗法。

　　
本研究系统揭示了镉（Cd）暴露与草酸钙（CaOx）晶体协同作用诱导肾结石形成及肾损伤的分子机制，首次证实 Thioredoxin-Interacting Protein（TXNIP）作为核心调控因子在其中的枢纽作用。研究整合了临床样本分析、体外晶体合成、细胞生物学及动物模型等多维度实验体系，构建了从环境暴露到分子信号转导的完整证据链。

一、研究背景与核心问题
全球范围内肾结石发病率呈显著上升趋势，其中CaOx结石占比达65.9%。值得注意的是，工业污染区居民患病率是农村地区的2.15倍，且土壤镉污染指数与结石发病率呈显著正相关（r=0.73）。传统理论多聚焦于内源性代谢失衡，但现有研究无法解释为何工业发达地区结石高发。本研究的核心突破在于，首次建立环境污染物（Cd）与结石形成（CaOx）的协同致病模型，揭示镉通过调控TXNIP引发氧化应激-炎症-凋亡级联反应的致病机制。

二、关键发现与机制解析
（一）镉对CaOx晶体的结构重塑
1. 晶体形态学改变：镉暴露使CaOx晶体从规则四面体结构转变为表面粗糙、呈纺锤状的聚合形态。SEM和EDS分析显示，镉离子在晶体表面富集（原子占比1.22%），导致晶体表面能降低和zeta电位减弱（从-5.76mV降至-4.69mV），显著增强其与肾小管上皮细胞的黏附能力。
2. 晶体沉积动力学：XRD和ICP-MS临床样本检测发现，63%的结石样本检出镉元素（浓度范围35-630μg/kg）。体外实验证实，镉存在时CaOx晶体在HK-2细胞表面的黏附面积增加1.7倍，且晶体表面镉含量与细胞损伤程度呈正相关。

（二）TXNIP介导的病理级联反应
1. TXNIP作为上游调控因子：
- 转录组测序显示，Cd+CaOx组TXNIP基因表达量较单一干预组升高2.3倍
- Western blot证实TXNIP蛋白在Cd暴露组表达量达对照组的1.8倍
- 免疫荧光显示TXNIP在肾组织中的表达强度与损伤程度呈正相关

2. TXNIP调控网络：
（1）晶体-细胞黏附轴：TXNIP通过激活Annexin A1（ANXA1）的表达（qPCR显示上调2.2倍，WB显示1.375倍），增强CaOx晶体与上皮细胞的结合。ANXA1 knockdown使晶体黏附面积减少36%。
（2）炎症微环境构建：TXNIP通过调控CXCL5/CXCR2轴增强巨噬细胞浸润。敲低TXNIP后，CXCL5分泌量下降1.35倍，M1型巨噬细胞浸润减少43%。
（3）凋亡通路激活：Cd暴露组ASK1/JNK/Caspase3通路激活程度达对照组的2.1倍。TXNIP敲除使凋亡相关蛋白（P-ASK1、cleaved Caspase3）表达量分别降低81%、64%。

（三）动物模型验证
1. 肾损伤表型：
- Von Kossa染色显示CaOx+Cd组肾钙盐沉积面积增加33%
- Masson染色证实纤维化程度提升1.7倍（ANXA1阳性率62.7%）
- TUNEL染色显示凋亡细胞占比达15.4%（对照组3.5%）

2. TXNIP敲除干预效果：
- 肾钙盐沉积减少52.4%
- 纤维化程度降低34.7%
- 肾小球滤过率恢复至正常值的82%
- 血清肌酐（CRE）和尿素氮（BUN）分别下降41%和38%

（四）创新性机制发现
1. 多重调控网络：
- TXNIP通过双重机制调控ANXA1：一方面直接激活其转录，另一方面通过ROS信号放大效应
- 在CXCL5调控轴中，TXNIP通过NLRP3炎症小体激活影响IL-1β分泌量

2. 环境暴露-分子网络的转化：
- 镉暴露通过改变晶体表面特性（zeta电位降低18%）→诱导上皮细胞ANXA1表达（上调2.2倍）→增强晶体黏附→形成恶性循环
- 该循环包含至少5条平行通路：氧化应激（ROS↑）、炎症应答（CXCL5↑）、细胞凋亡（Caspase3↑）、纤维化（CollagenⅠ↑）、微环境重塑（pH↓）

三、临床转化价值
1. 治疗靶点开发：
- TXNIP抑制剂可同时干预晶体沉积（效果↑28%）、炎症反应（TNF-α↓62%）和细胞凋亡（Caspase3↓56%）
- 建议采用纳米递送系统（载药量达35%），通过CXCR2受体特异性靶向巨噬细胞

2. 环境健康评估：
- 建立土壤镉污染指数与肾结石发病的剂量效应模型（OR=2.15, 95%CI 1.82-2.54）
- 提出"晶体-细胞-免疫"三联损伤评估体系，可预警环境镉暴露风险

3. 现有治疗的优化：
- 针对TXNIP介导的氧化应激，可联合使用Nrf2激动剂（如DHA）与JNK抑制剂（如SP600125）
- 对已形成结石患者，建议采用ANXA1单抗联合CXCL5抑制剂

四、科学意义与展望
本研究突破传统结石发病机制认知，首次阐明：
1. 环境污染物（Cd）通过改变晶体物理化学性质（zeta电位↓18%，表面能↑23%）增强致病性
2. TXNIP作为环境暴露与结石形成的分子桥梁，调控至少3条信号通路（MAPK、PI3K-Akt、NF-κB）
3. 建立"环境暴露→晶体改变→细胞损伤→炎症微环境→纤维化"的完整致病模型

未来研究可聚焦于：
1. 开发基于TXNIP调控的纳米药物（如AAV载体递送siRNA）
2. 建立环境-遗传交互作用模型（G×E）
3. 探索txnip基因多态性与结石易感性的关联

本成果为工业污染区肾结石防治提供了新靶点，建议在镉污染严重的地区（如长三角、珠三角工业带）开展流行病学调查，并研发具有肾靶向性的TXNIP抑制剂。相关技术已申请国家发明专利（专利号：ZL2025XXXXXX.X），具备临床转化潜力。