枸橼酸是一种三羧酸，为弱酸，又称为柠檬酸。枸橼酸可从胃肠道中吸收，也可以通过乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合在体内形成。从肾小球滤过的枸橼酸在近端肾小管重吸收，只有约10％—35％从尿液排出。尿液中的枸橼酸已被认识可以抑制尿液中的钙盐结晶。枸橼酸的排泄是经过滤过、重吸收、管周转运、肾小管上皮细胞合成的过程。正常人每天尿枸橼酸的平均排泄量是640mg。低枸橼酸尿是指尿中的枸橼酸含量较低，是尿结石形成的重要危险因素。低枸橼酸尿常见于肾结石，代谢性酸中毒，慢性腹泻综合征的患者。在尿液中，枸橼酸可与Ca2+离子形成含有1个五元环和1个六元环的螯合物。尿内枸橼酸主要由未被肾小管重吸收的枸橼酸组成，而由肾小管分泌的很少，它可经肾小球自由滤过，主要是在近端肾小管被重吸收。从1930s起就提出尿液枸橼酸盐排泄减少在钙性结石病因学中的作用，当时Sabatini证实了枸橼酸具有与钙结合的能力。1934年，Boothby and Adams发现两例结石患者的尿液枸橼酸盐排泄减少。但这些在此后的近50年内没有引起足够的重视，研究者认为低枸橼酸盐尿仅出现在尿路感染的患者，把低枸橼酸尿归结为细菌感染的结果。1983年Rudman等重新发现肾结石患者尿液的枸橼酸盐排泄减少。
美国达拉斯研究组曾将枸橼酸尿的正常低值定义为：无论年龄、男女，枸橼酸排泄量为220 mg/d，而1983年Menon and Mahle将低枸橼酸尿定义为：男性每天枸橼酸排泄量少于0.6 mmol (115 mg)，女性每天少于1.03 mmol (200 mg)。目前所公认的是把尿枸橼酸排泄量小于1.66mmol/ (320mg/24h) 时称为低枸橼酸尿。重度的低枸橼酸尿是指每天枸橼酸的排泄少于100 mg，轻度至中度低枸橼酸尿是指每天枸橼酸的排泄在100-320mg。但是这些定义都有其局限性，其局限性来自于其参考值所适用的统计学及人口学资料，这些定义值不能很好地反应尿结石成石所需的枸橼酸浓度。女性尿液枸橼酸盐通常比男性高，绝经前比绝经后要高。因为如此，在不同的实验室枸橼酸的正常范围有所不同。除了具有单纯二水草酸钙结石的男性，低枸橼酸尿在结石形成中的女性要比男性更常见。虽然每天枸橼酸的排泄少于320毫克被定义为低枸橼酸尿，但是大多数健康人每天尿枸橼酸的排泄超过600 mg。一些研究认为目前有关低枸橼酸尿的定义中忽略了尿中枸橼酸浓度，而侧重于24小时尿枸橼酸的排泄量。他们认为尿结石成石的合适枸橼酸浓度水平，应超过健康人尿枸橼酸浓度参考值范围的下限,更接近于统计学中参数组中的均值或接近于中位数的值。尿石形成的适合尿枸橼酸浓度水平可能会从每天500至800mg不等，并且有研究者将每日枸橼酸排泄的临界值定为男性450mg/24h，女性 550mg /24h。不同人群中肾结石的发病率是有差异的，Ramello等报导亚洲人群中的发病率为1-5％，欧洲为5-9％，北美为13％，在沙特阿拉伯为20％。但在这些地区低枸橼酸尿尚未见报道。在美国,伴有低枸橼酸尿的肾结石患者大约为15-63％。低枸橼酸尿是大约1/3肾结石患者结石发病的重要因素。低枸橼酸尿作为含钙肾结石形成的单独致病因素约为10％，与其它代谢紊乱合并存在的约占50％。在美国黑人结石的发病率较白人少，其比例约为1:4。然而，对1141例结石患者的调查显示白人，黑人，亚洲人之间低枸橼酸尿发病率相似。含钙结石的发生率有性别之差，男性为女性发病的3倍。在对非结石患者24h尿枸橼酸测定发现，女性较男性高，女性平均为710mg，男性平均为531mg，但是低枸橼酸尿在女性结石患者中要比在男性结石患者中更常见。尿结石的发病年龄多见于30-50岁。低枸橼酸尿更多见于绝经前的女性尿结石患，而不是绝经后的患者。老年结石病患者的低枸橼酸尿的发生率要比青年人要高，分别为29％和17％。一些研究发现正常女性尿液枸橼酸盐排泄比男性要多，但结石患者中女性枸橼酸盐下降程度比男性大。枸橼酸在尿结石形成的机制中扮演着重要的角色。首先，在尿液中，枸橼酸可与Ca2+离子形成含有1个五元环和1个六元环的螯合物，使钙离子的活性下降，从而降低磷酸钙和草酸钙在尿中的过饱和。目前并不完全清楚枸橼酸与钙的络合机制，但研究已证明其涉及钙-柠檬酸-磷酸盐复合物的形成。复合物的形成过程依赖于尿pH值，pH值的增加似乎要比尿枸橼酸本身的增加更重要。枸橼酸对尿中结晶的形成和钙盐的沉淀有着直接的抑制作用。正常人和尿石症患者的尿中大分子不仅在浓度上存在差异，而且在结构和性质上存在差异。大分子物质中有成石促进因子如骨桥蛋白，或成石抑制因子如Tamm-Horsfall蛋白，结石患者尿中成石抑制因子的抑制活性(而非浓度)比正常人低。枸橼酸可以增加尿中抑制草酸钙聚集的Tamm-Horsfall蛋白，同时抑制尿骨桥蛋白的表达，骨桥蛋白是尿结石基质蛋白的重要组成。此外尿枸橼酸的排泄可以提高尿pH值，以及上述的钙-柠檬酸-磷酸复合物的形成，低尿pH值是尿酸结晶和尿酸结石形成的重要因素。尿pH值的提高可以预防尿酸结石的形成。酸碱状态对枸橼酸的排泄影响很大。枸橼酸盐自身的抑制活性也随尿pH升高而增大，如在pH为7．4时，枸橼酸盐的抑制活性是pH为6．0时的2倍。碱中毒可以增加枸橼酸的排泄，酸中毒则降低其排泄。酸性状态可以增加线粒体内三羧酸循环对柠檬酸的利用。其结果是细胞内较低的柠檬酸促进胞外柠檬酸的重吸收，从而减少枸橼酸排泄。枸橼酸的排泄障碍可因酸中毒，低血钾(导致细胞内酸中毒)，高动物蛋白饮食，尿路感染（UTI）所引起。低枸橼酸尿可以促进尿中钙盐的饱和，降低枸橼酸对钙结晶形成的抑制，从而有利于结石的形成。此外,低枸橼酸尿也与尿酸的溶解性和尿酸结石的形成有关。继发于低枸橼酸尿的结石通常形成典型的羟基磷灰石（磷酸钙），并伴有草酸钙结石。枸橼酸及其盐可以同时抑制尿石主要矿物CaOx a晶体的成核和生长。1994年Cody等研究表明，枸橼酸根可与各型草酸钙晶体发生吸附，与晶体中的钙更好的配位抑制晶体的生长。同时，在膜模拟体系中发现随着枸橼酸浓度的增大，不但一水草酸钙晶体的密度减小，而且它的尺寸也变小了。枸橼酸及其盐与尿液中的Ca2+形成难于离解的高度可溶的枸橼酸钙后，可以随着尿液排出体外，从而降低尿钙的浓度和尿中草酸钙及磷酸钙的饱和度。在模拟递质中，添加1.49 mmol/L的枸橼酸，对草酸钙自发沉淀的抑制活性可以提高76％；当枸橼酸的浓度为0．285 mmol/L时氯化钙和草酸钠溶液中一水草酸钙晶体的生长速度降低50％。此外，枸橼酸及其盐还可以封闭尿石矿物生长的活性部位。枸橼酸可以在草酸钙(CaOxa)的2种水合物COM和COD表面上发生吸附。枸橼酸根离子由于其特殊的空间结构，不但能同钙离子强烈地配位，抑制尿石矿物的成核和生长，而且还能影响尿液环境，使其不利于泌尿系结石形成。因此，能够防止钙性结石的生成。
