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--> --> --> 慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)是全球性常见疾病之一。大多数CKD患者都是缘于已知疾病，但在各国仍有3%~50%的CKD患者发病原因不明[1]。发病原因未知致使这些患者无法得到有效的治疗，进而发展为尿毒症。这部分病症称为不明原因慢性肾病(chronic kidney disease of unknown etiology, CKDu)。最早报道的CKDu来自1956年欧洲巴尔干地区的多瑙河流域。该地区CKDu主要患病人群是成年人。患者会出现贫血、手掌及脚掌黄染，但并无高血压及蛋白尿等慢性肾病常见的病因及症状，肾功能衰竭进展缓慢[2]。此后，多个位于赤道附近的国家相继报道了大量CKDu病例，这些国家大都为农业型国家。目前，CKDu的确切病因和发病机制已成为亟待解决的全球性科学难题，困扰着这些国家的人民和全球的科学家。斯里兰卡的CKDu于20世纪90年代中期在旱区的北中省(North Central Province，NCP)首次被发现，已成为当地最严重的公共卫生问题。受该病影响的地区占斯里兰卡陆地面积的1/3，人群标化患病率最高达15.1%~22.9%[3-4]。CKDu最大的特点是罹患人群主要为低收入中青年男性。他们患病并非由糖尿病、高血压和肾小球肾炎等常见病因所致，且在初期无明显临床症状，后期会快速发展为终末期肾衰阶段，进而丧失劳动能力。当地每年约有2万例肾衰竭患者入院/再入院，其中约有2 000例死亡病例，累计死亡病例约5万[5]，严重影响了当地的农业劳动人口。世界卫生组织(World Health Organization，WHO)2012年的数据显示，包括CKDu在内的肾脏病排在该国成人死因的第7位。近年来，CKDu有从中部旱区向周边地区蔓延的趋势。病人病程进展快，透析率和致死率高，治疗费用给患者家庭和卫生机构带来沉重负担。CKDu的暴发已成为影响斯里兰卡社会安定的民生问题，并上升为几届政府都希望解决的政治议题，受到国际社会高度关注。
斯里兰卡是“一带一路”沿线重要节点国家。“慢性肾病追因研究”已列入了中斯两国政府于2016年4月发布的《中国-斯里兰卡联合声明》。对于斯里兰卡的CKDu问题，全球医学、环境和卫生专家组近年来多次赴斯里兰卡开展追因研究，对相关问题已取得了初步认识。本文对现有文献报道进行梳理总结，系统回顾CKDu的国际研究进展，分析即有研究中亟待解决的核心问题，阐明中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心(CAS-TWAS Centre of Excellence for Water and Environment, CEWE)团队追因工作的主要布局和初步成果，为中方更多力量进一步开展CKDu追因研究提供参考。
1.1. 自然地理因素
根据生态气候差异，斯里兰卡可划分为2个主要区域：位于西南区域的湿润区和位于北部和东部的干燥区，即北中省(NCP)。CKDu大多发生在干旱的NCP及邻近地区。1948年，斯里兰卡独立后不久，大量斯里兰卡南部居民移居至NCP及周边地区，使当地人口快速增加。但当地经济水平与社会发展程度均较低，居民饮用水大多来自附近的水井与灌溉工程。且人们饮用井水时，除煮沸外，无其他任何处理方式。该地区水质较差，水中的氟化物、铵离子、钙离子存在超标情况。同时，CKDu多发生于从事农业生产的农民或生活在农业地区的人群中，以30~60岁男性患者为主，比例远高于女性与儿童。尽管大多数病例缺乏精确的流行病学数据，但结合其特殊的地理特征、组织病理学研究及近期的改水研究，推测该区域独特的环境条件、农业生产中的职业暴露与较差的饮用水水质是当地CKDu流行的潜在环境诱因。2010—2011年开展的针对NCP地区4 957名CKDu病例的流行病学调查研究[4]发现，该地区男性患者(23.2%)比例明显高于与女性患者(7.4%)，且集中于30~60岁的青壮年群体，尤其是在干旱地区中从事农业生产的人群。这可能是由于当地稻田耕作的农民主要为青壮年男性，他们在高热环境下劳作，反复脱水造成了肾的长期损伤，最终发展为CKDu[8]。这个观点与中美洲肾病综合征(Mesoamerican nephropathy)的热胁迫假说类似：当地甘蔗工人长时间在高温下劳动，反复脱水导致了肾脏的急性损伤，最后发展为慢性肾病。然而，WHO调查[22]发现，斯里兰卡世世代代的农耕生活方式并没有发生改变，且近30年来当地气候并未发生巨变；加上斯里兰卡一些CKDu低发病地区气候与之类似，有的甚至日常气温更高，却并没有发生地区性CKDu的流行。因此，可以判断高温、反复脱水产生的生理效应可能是导致CKDu的一个重要诱因，而非主要原因。
1.2. 毒性物质因素
主要疑似肇因中，有机磷农药、重金属等因素被认为是可能性最大的风险因子。NCP是斯里兰卡CKDu发病率最高区域，病例多发生在干区的农耕地带。农药滥用且施药时缺乏有效防护措施的现象在当地屡见不鲜。喷洒过草甘膦的个体比未接触过该农药的个体发生CKDu的风险升高了4倍[23]。草甘膦可以激活与人体内的转化生长因子-β(TGF-β)受体、破坏肾脏水通道蛋白导致肾毒性效应。虽然草甘膦本体在环境中的半衰期较短，但其与金属(如钙等)结合形成络合物会降低草甘膦的生物降解性。使用放射性的14C-草甘膦进行研究表明，土壤中草甘膦络合物的半衰期可以延长至7年，甚至22年。另外，草甘膦还可能与其他重金属发生螯合作用，展现出复合毒性。含草甘膦的农药“农达”本身还含有高浓度砷(高达1.9 mg·kg?1)，JAYASUMANA等[23]利用当地卫生部门制定的CKDu诊断标准确定病例及对照人群，以草甘膦为主要研究因素在农业人口中开展病例对照研究，结果显示CKDu患者头发及尿液中的砷含量明显高于非患者人群，尿液中每日排泄砷的浓度在35 μg·L?1以上的个体发生CKDu的风险升高了5.58倍。田天琪等[24]对斯里兰卡地区土壤进行环境调查时发现，尽管当时CKDu疾病高发区并未处于耕作季，而其土壤中草甘膦的含量依旧高于非病区耕种季的土壤，这表明疾病高发区稻田中草甘膦的喷洒使用量大大高于非病区。这可能是由于草甘膦会与土壤中的钙、镁离子形成络合物，导致农药部分失效，达不到喷洒效果，故病区农民增大了草甘膦的喷洒剂量。除农药因素外，重金属也是研究者们重点关注的危险因素之一，但已有的研究结论尚存在争议。NANAYAKKARA等[25]在NCP地区僧伽罗族男性人群中开展了病例对照研究，以肾活检资料以及部分患者临床检验数据作为病例筛选的标准。研究发现：病例与对照组人群尿液中的砷、镉和铅等重金属含量差异并无统计学意义，且均低于产生肾毒性的浓度阈值；对CKDu高发地区人群的饮用水样本进行分析，表明具有肾毒性的镉、砷、铅在的浓度均未超过WHO、日本水质标准限量[19]。然而，JAYATILAKE等[4]开展的横断面研究结果截然不同。他们分别分析了人群的生物样本、环境样本及除草剂和杀虫剂等样本中的镉、铅、砷等有害元素，发现患者尿镉浓度高于对照人群；同时，尿镉浓度同CKDu疾病分期之间还存在着剂量反应关系。但由于该研究为横断面调查，因CKDu患者的肾脏功能损伤会对结果产生影响，所以尚无法阐明高尿镉浓度与疾病之间的因果关联。
1.3. 行为与遗传因素
近期斯里兰卡康提教学医院开展前瞻性研究[26]，对600名新病人里的87人进行了肾活检，其中43人(49%)被诊断为原发性肾小管间质性疾病。活检结果表明：肾小管间质性疾病的患者全部出生在疾病流行区；91%的人一生中的大部分时间都在流行区度过；男性农民(风险倍数2.0，95%置信区间：1.2~2.9)、吸烟(风险倍数1.7，95%置信区间：1.0~2.3)、饮用井水(风险倍数1.5，95%置信区间：1.1~2.0)是3个最关键的因素，具备这3个特征更容易患病。在研究外环境危险因素时，许多研究者还发现遗传因素也可能在CKDu的发展过程中起到促进作用[4]。在病例对照研究中，研究者们发现了SLC13A3基因中的单核苷酸多态性位点rs6066043[19]、HNF1B基因[27]、可编码电压门控K离子通道的CNA10基因中的单核苷酸多态性位点rs34970857[28]可能与CKDu之间存在关联关系。CKDu很可能为多因素造成的复杂疾病，基因与环境的交互作用可能在其中发挥了重要的作用。现有研究以遗传因素分析为主，且纳入的样本量较小，对于遗传因素在CKDu中的作用探索还未全面展开。
1.4. 水源因素
饮用水源的水质是CKDu病因研究的关注热点[6]。饮用不同水源的人群CKDu发病情况存在差异，多位研究者试图从水源分布、水质硬度、氟化物、电离度等方面寻找CKDu的发病原因。有研究者利用GIS绘制地图发现只有水库供水的村民会发生CKDu，而由泉水水系供水的居民未受到疾病的影响[29]。JAYASUMANA等[3]对7 604名来自NCP高发地区的个体调查结果与之类似，但上述研究并未明确水源中的致病因子。饮用硬度较高的水是与CKDu发病密切相关的一个因素。WHO的研究表明，该地区以地下水作为主要饮用水源，水中含有高浓度的氟及硬度，以及一定浓度的除草剂(如草甘膦)等，这些污染物的联合作用可能是导致CKDu的重要原因。斯里兰卡当地水质偏硬，水的硬度由南到北递增；北部地区的井水大部分为硬水与高硬水，硬水的分布与CKDu病区有一定重叠。在CKDu疾病高发区有部分地区的饮用水来源于水质较软的天然泉水，在NCP经济状况较好的地区(如Anuradhapura、Polonnaruwa)人们主要饮用经过净化处理的水，以上人群虽然生活在疾病高发区，却没有患病，由此可推断，水中的硬度在CKDu的发生中起着重要作用。田天琪[30]对当地井水进行了调查研究，发现NCP病区的井水属于微硬水，水中钙镁离子浓度都高于非病区；病区井水中的钠离子浓度明显高于非病区，常见肾毒性金属铅、砷与铬检出浓度较低或无检出，且无地区差异。以上结果表明，CKDu高发区的井水属于微硬高钠盐水质，水中重金属浓度较低，并不是CKDu的主要诱因。
虽然地下水资源硬度与CKDu患者分布存在正向关联[9]，但并非所有高硬度饮用水的人群都会受到CKDu影响，关于水中氟化物的影响研究结果与之类似。农民在高温高强度的工作状态下，高硬度饮用水可能会造成肾功能损伤[10]，但水质硬度与氟化物含量导致CKDu发生的具体原因仍然尚未明确。WHO在斯里兰卡CKDu高发区井水中检测出了高浓度氟离子，也是诱发CKDu的重要环境因子。氟广泛存在于许多地质环境中，是电负性和化学反应性最强的元素。动物实验表明：急性大剂量氟暴露时，氟化物将干扰近曲小管处的体液及离子的重吸收，损伤肾小管并导致急性肾功能衰竭；低剂量长期暴露下，氟化物将引发氧化应激并干扰肾小管功能，降低肾小管细胞的寿命；另有流行病调查表明，儿童长期饮用氟含量超过2.0 mg·L?1的高氟水后可导致肾脏损伤。F?在斯里兰卡的饮用水中的浓度高于世界上其他地区所报道的水平，在NCP地区，地下水氟化物浓度最高可达5 mg·L?1。Girandurukotte、Nikawewa、Medawachchiya和Padaviya这4个CKDu高发地区的地下水中，氟化物的最高水平分别为2.14、5.30、4.90和1.33 mg·L?1，超过WHO的标准(1.5 mg·L?1)。田天琪[30]对这些地区井水中阴离子进行了调查，发现除了F?浓度超过WHO健康建议值之外，水中Br?的浓度也很高，并且F?与Br?在CKDu病区与非病区的浓度分布具有显著性差异，这些都是CKDu的潜在诱发因素。
CKDu可能是多种危险因素的共同促发，或致病因素协同作用引起的临床和病理表现相似的一类疾病。但目前各危险因素与疾病之间的关联尚无明确结论，还需要进一步开展环境调查和毒理学实验。特别是开展人群流行病学研究，将毒理学实验结果和发病人群的症状和指标相结合，识别出诱发CKDu的环境因子。目前，追因工作尚未得出清晰结论，还需要在以下3个方面做出努力。
1)人群危险因素暴露水平的全面系统评估。现有的关于CKDu病因的流行病学研究主要是采用靶标方法对可能引起肾脏损伤的一种或有限几种化学危害进行定性定量分析，统计病例组和对照组人群接触相关化学危害的含量差异，存在目标单一、评估不全面的弊端。现有研究大多样本量较小，对研究结论进行外推的信服力不高。此外，选取的研究人群往往集中在某一高发地区，但不同发病水平地区可能关联着不同暴露水平的危险因素。因此，选取更具代表性的大样本人群开展调查，尤其是针对社区的流行病学研究，才能为病因探索奠定更加坚实的基础。
2) 致病因子的作用途径尚需明确。一般认为，慢性非传染性疾病主要由环境因素导致，或者是遗传与环境因素交互作用所导致[33]，致病因子中饮用水硬度与氟化物受到了多方关注，另外还存在多种水源水质影响 CKDu 发生风险的机制假说，目前需要锁定致病因子的作用途径。在摄入途径评估中，既往研究对于膳食中危险因素暴露评估也较为匮乏，通常是基于24 h膳食问卷等回顾性调查，缺少对人群长期的每日饮水量和膳食摄入量的精确评估。双份饭法等开展污染物膳食暴露评估的金标准，已被世界卫生组织等权威机构用于重金属等膳食污染物人群摄入量的精准评价[34]，能够为疾病危险因素的研究提供更系统、更科学的暴露水平数据。
致病因子的致病机制对于疾病的控制和治疗具有重要的意义，在研究方法学上，实验室开展的体外细胞实验和模型动物实验中，通过多组分分析等手段评估个体危险因素的内、外暴露水平，将为进一步确定CKDu的致病因子和发病机制奠定基础。在现场进行评价和追因中，近年来基于生物样本 (血液、尿液) 的内暴露监测逐渐受到人们的重视，通过内外暴露过程中尿蛋白组学等手段系统分析，筛选到合适的暴露标志物具有重要价值。在探索斯里兰卡地区 CKDu 复杂环境暴露成因过程中，采用非靶向方法对内源(血、尿、头发等) 和外源暴露 (膳食、饮水等) 进行全谱扫描，借助先进的仪器分析手段和化学计量学分析疾病发生的潜在机制，可为全面评估人群暴露提供系统、科学的依据。
3)对现有的病因假说进行大规模干预验证。现有研究结果表明，该地区以地下水作为主要饮用水源，水中含有高浓度的氟和硬度、一定剂量除草剂(如草甘膦)等农药，这些污染物的联合作用可能是导致CKDu发生的重要原因。因此，改善水质和供应可能会减少重金属的身体负担，并减少氟化物、硬度、钙、钠等元素摄入，在环境要素(包括社会因素)以及宿主要素难以短期内进行改变条件下，如果控制饮用水这一关键致病途径，有可能明显改善CKDu发病状况，但该假设有待进行验证。小规模(15例)病人使用瓶装水替代的对照研究表明，改水对于CKDu三期病人病程的发展起到缓解作用[35]，但是如果恢复使用原有水源，病情就快速恶化。这项工作为通过改水方式破解CKDu防治难题带来了希望，但是村落尺度的改水工程是否能预防 CKDu 发病仍属未知，改水工程对居民健康情况改善效果也需要进行综合评估。
基于上述原则，CEWE 组建了一支跨部门多学科团队，主要包括北京大学、北京大学第一医院、复旦大学、北京市疾病预防控制中心等院外机构，合肥物质研究院、重庆绿色智能技术研究院、地球与地质研究所等院内机构以及力合科技(湖南)股份有限公司等企业，拟通过改水工程干预、流行病学调查和环境毒理学研究这3方面工作，开展全方位的研究，解决多因子协同作用致病追因的核心科学问题，从而揭示斯里兰卡CKDu的环境成因(见图2)，为解决CKDu这一世界性高危疾病提供科学基础。
1)以硬度和氟离子选择性去除为核心的改水工程。CEWE近年来已经开展大量改善斯里兰卡供水条件的工作，助力斯里兰卡实现联合国17个可持续发展目标中的第6项(清洁饮水和卫生设施)，这也为CKDu追因工作提供了良好的支持条件。自2017年9月以来，由RCEES研发、北京京润生产的电渗析水处理装置(日处理能力300 t)已在斯里兰卡Anuradhapura地区的Kahatagasdigeliya村实现稳定运行，为当地1 500名居民提供了安全饮用水。2018年9月，日处理能力20 t的纳滤饮用水站在斯里兰卡西北部CKDu病区Rajanganaya村正式投入运行，为164户居民(约750人)稳定提供优质饮用水。自2017年5月以来，RCEES与泰宁科创合作研发的雨水饮用水化设备已在Anuradhapura、Puttalam和Trincomalee等地区的20余处进行应用，包括CKDu农户、农技推广站、学校等，为斯里兰卡CKDu病区及农村地区分散型简易供水提供了良好示范。中方在斯里兰卡开发建设的低成本高效率水处理项目供水水质全部达到斯里兰卡饮用水标准 (SLS 614-2013)，受到当地政府和民众好评。斯里兰卡城市规划与供水部部长、驻华大使等均在不同场合对CEWE工作给予肯定，并愿意在斯里兰卡推广应用相关技术。我国驻斯里兰卡使馆两次使用大使基金采购多套雨水示范设备赠送给斯方。目前，相关供水工程已经稳定运行1年以上，为进行改水后的流行病学观察提供了基础。
2)改水区流行病学与CKDu病理学调查。水中污染物是CKDu的主要诱发因素，也是中方追因工作的主要假设前提。在下阶段，CEWE计划针对供水改善与未改善对照组中普通人群的环境及行为危险因素流行病学调查，研究导致人群CKDu发生的环境及行为生活方式危险因素，并描述对象调查人群危险因素暴露特征。调查基本流程为：首先在干预前后的人群中进行流行病调查，获得人群的生活习性；对该地区2个社区的普通人群开展改水干预前后肾脏敏感性指标及代谢组学研究，并对其血液尿液中肾损伤指标进行系统调查，揭示水质对肾脏的影响机制；再对这2个社区的临床病人进行肾脏损伤评估，以进一步明确CKDu的临床病理特征，验证安全饮用水为核心的疾病干预方案；最后，结合病史分析和流行病学研究结果进行病因解析，评估改水对病情进展的影响情况。在调查的同时，还要全面分析改水前后的水质指标，寻找诱发CKDu疾病的潜在环境因子，进而系统阐明斯里兰卡CKDu高发的主要原因，为斯里兰卡CKDu预防和控制提供科学基础。
3)CKDu高危致病因素的毒理学研究。针对水中硬度、F?以及流行病调查明确的差异性因子，开展体外细胞和小鼠等单因子和多因子动物实验，明确肾脏致毒因子与条件。CEWE研究团队就前期开展的环境调查数据结合老鼠等动物暴露实验结果分析发现，草甘膦和硬水的共暴露会对小鼠产生肾损伤的协同作用。下一步需要考察高温等条件下各种环境因子单独以及联合致病作用，通过切片、显微质谱、尿蛋白组学等手段分析肾脏损伤机制，阐明CKDu的环境成因。
CEWE聚集起一支跨部门多学科团队，围绕斯里兰卡CKDu的病因以及防控措施，开展通过大规模干预验证研究，以期解决多因子协同作用致病的核心科学问题。该团队已确立了以水处理干预为核心，结合干预人群跟踪调查和动物毒理研究的CKDu追因研究框架。CEWE开展的CKDu追因研究将成为环境与健康领域充分合作的一个典型案例。中斯相关机构开展的CKDu病因探索研究，不仅能够帮助斯方摆脱疾病带来的人群健康威胁，解决重大民生问题，支持斯里兰卡早日实现联合国可持续发展目标；还可为解决CKDu这一世界性高危疾病提供科学基础，并为中国的CKD防治提供宝贵的工作经验，为人类健康贡献中国智慧和中国方案，建成“一带一路”国际科技合作的标杆性项目。
参考文献
