水通道蛋白2可能影響體外循環(huán)術(shù)后急性腎損傷的發(fā)生

肖英杰，林敏

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，安徽 合肥 230000）

0 背景資料

自從水通道蛋白被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其在不同組織細(xì)胞中運(yùn)輸水的功能受到人們廣泛的關(guān)注。水通道蛋白是一個(gè)膜蛋白家族，負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外水和其他一些小分子物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)。它可以增加細(xì)胞膜的透水性，從而在滲透壓的作用下推動(dòng)水的運(yùn)輸。在哺乳動(dòng)物中共發(fā)現(xiàn)13種水通道蛋白(水通道蛋白0-水通道蛋白12)。它廣泛分布于紅細(xì)胞、腎、肺、腦、眼等器官中[1]。

腎臟是維持體內(nèi)水分平衡的器官。其主要功能是調(diào)節(jié)尿液的濃度和稀釋，并通過(guò)不同的水通道蛋白來(lái)調(diào)節(jié)水的重吸收。在目前發(fā)現(xiàn)的13種水通道蛋白中，有9種水通道蛋白（水通道蛋白1-8和水通道蛋白11）在人體腎臟中被檢測(cè)到。尤其是水通道蛋白1-4的功能障礙，可引起水平衡紊亂。其中，水通道蛋白2是研究最多的水通道蛋白，主要表達(dá)于集合小管的主細(xì)胞中，是參與調(diào)節(jié)尿液濃度最重要的水通道蛋白之一。Rojek A等[2]經(jīng)過(guò)基因研究發(fā)現(xiàn)，與野生小鼠相比，水通道蛋白2缺失的小鼠成年后體重減輕，尿量增加10倍。而且，脫水后尿量明顯減少，尿滲透壓無(wú)明顯變化。在限制入水的條件下，大鼠水通道蛋白2的表達(dá)量增加，而在水分充裕的條件下，水通道蛋白2的表達(dá)量減少[3]。

水通道蛋白2的水分重吸收功能主要受精氨酸血管加壓素調(diào)節(jié)[7]。水通道蛋白2的分泌沒(méi)有晝夜節(jié)律[4]。精氨酸血管加壓素是垂體后葉釋放的一種激素，可刺激水通道蛋白2在頂端漿膜的表達(dá)[5-6]。當(dāng)去除精氨酸血管加壓素刺激后，水通道蛋白2回到細(xì)胞質(zhì)中，降低細(xì)胞對(duì)水的通透性[7]。在正常動(dòng)物中，通過(guò)使用精氨酸血管加壓素拮抗劑可以觀察到相反的效果[8]。

除精氨酸血管加壓素外，還有一些因素包括滲透壓、炎癥、胰島素、醛固酮/前列腺素等也會(huì)影響水通道蛋白2的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯[9]。20世紀(jì)的一項(xiàng)研究表明，較高的胰島素水平可以減少尿液排泄[10]。胰島素輸注后，離體髓質(zhì)收集管的水通透性增加[11]，有實(shí)驗(yàn)證明胰島素可誘導(dǎo)細(xì)胞中水通道蛋白2豐度輕微增加[13]。

急性腎損傷是心臟手術(shù)后最重要的并發(fā)癥之一，盡管術(shù)后腎功能完全恢復(fù)，但急性腎損傷與術(shù)后10年內(nèi)的高死亡率獨(dú)立相關(guān)[14]。在缺血再灌注引起的急性腎損傷中，水通道蛋白2在急性腎損傷后下降[15]。最近的一項(xiàng)研究表明，腎移植術(shù)后患者尿液細(xì)胞外小泡中含有的水通道蛋白2在術(shù)后第一天明顯減少，同時(shí)伴有多尿和低滲透壓。此后，水通道蛋白2在第六天逐漸恢復(fù)到正常水平[16].但也有研究指出，體外循環(huán)后尿液中水通道蛋白的含量明顯增加[17]。因此，本研究旨在進(jìn)一步確定水通道蛋白2與體外循環(huán)術(shù)后急性腎損傷的關(guān)系，為我們進(jìn)一步預(yù)防和治療急性腎損傷提供方向。

雖然有研究發(fā)現(xiàn)，一些指標(biāo)如胱抑素C[18]、中性粒細(xì)胞[19]、尿調(diào)蛋白[20]、α 1-抗胰蛋白酶[21]和尿IL-18[22]等可以預(yù)測(cè)急性腎損傷的發(fā)生，但肌酐仍是金標(biāo)準(zhǔn)。目前我們沒(méi)有公認(rèn)的指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)急性腎損傷的發(fā)生。也沒(méi)有找到有效的方法來(lái)干預(yù)急性腎損傷。在這種情況下，我們選擇了水通道蛋白進(jìn)行進(jìn)一步研究。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，水通道蛋白在尿液中以可溶性和膜結(jié)合形式存在[23]。膜結(jié)合的水通道蛋白2主要位于外泌體結(jié)構(gòu)中[24]。然而，由于外泌體分離的復(fù)雜性，不易應(yīng)用于臨床實(shí)踐。因此，本文首先采用普通離心后直接檢測(cè)尿液中水通道蛋白2的含量。

1 方法

1.1 患者和協(xié)議

我們納入了2019年12月至2020年2月期間接受體外循環(huán)的所有患者。排除具有以下特征之一的患者：嚴(yán)重的全身感染或炎癥、終末期腎功能衰竭或血液透析、心源性休克、糖尿病 ,以及在術(shù)前和術(shù)后臨床程序中使用托伐普坦。

手記患者術(shù)前及術(shù)后的尿液樣本，所有樣品立即以3000轉(zhuǎn)/分離心10分鐘，取上清液保存在-80℃冰箱中。水通道蛋白2采用ELISA試劑盒(上海江來(lái)生物公司)測(cè)定，檢測(cè)步驟按照說(shuō)明書(shū)步驟進(jìn)行，所有檢測(cè)均由一名不了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員進(jìn)行。記錄每位患者的術(shù)前、術(shù)中、術(shù)后的基本數(shù)據(jù)，包括人口學(xué)和臨床資料、年齡、體重、性別、術(shù)前用藥情況。記錄體外循環(huán)、主動(dòng)脈夾層時(shí)間和腎功能。

1.2 手術(shù)技術(shù)和管理

所有患者按照標(biāo)準(zhǔn)方案均采用七氟醚（1%）、丙泊酚（2.0mg/kg）、咪 達(dá) 唑 侖（0.1mg/kg）、羅 庫(kù) 銨（1mg/kg）、舒芬太尼（10μg/kg）誘導(dǎo)麻醉。持續(xù)靜脈注射丙泊酚（4～12mg/kg/h）、間歇性靜脈輸注枸櫞酸舒芬太尼（總量不超過(guò)8～30μg/kg）、間歇性靜脈注射羅庫(kù)溴銨（0.2～0.5mg/kg）維持麻醉。

所有患者采取胸骨正中切口，在室溫下（35℃-36℃）建立體外循環(huán)。體外循環(huán)使用滾輪泵（Sarns，3M，美國(guó)）、膜氧合器（Medtronics，美國(guó)）、超濾器（Solin，意大利）和動(dòng)脈過(guò)濾器（Senko醫(yī)療設(shè)備有限公司，日本東京）。用生理鹽水（1000 mL）、羥乙基淀粉（500 mL）、呋塞米（1 mL）、肝素（1 mL）和烏利司他?。?00 000 U）預(yù)充。ACT≥400 s后，開(kāi)始轉(zhuǎn)運(yùn)。根據(jù)手術(shù)時(shí)間的長(zhǎng)短，選取不同德?tīng)柲岫嘈呐K停搏液（每1000mL基質(zhì)液含20%甘露醇16.3mL，50%硫酸鎂4mL，4%碳酸氫鈉13mL，15%氯化鉀13mL，利多卡因13mL，以上晶體與自體血4：1混合）或HTK停搏液（含組氨酸、色氨酸和酮戊二酸）。主動(dòng)脈開(kāi)放后心臟自動(dòng)復(fù)跳。

1.3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

使用IBM SPSS 26版進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。一共納入了52名患者進(jìn)行分析。通過(guò)K-S正態(tài)檢驗(yàn)后，所有數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)比較組間差異。所有統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)均為雙尾檢驗(yàn)，P＜0.05，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。二元logistics回歸篩選急性腎損傷相關(guān)危險(xiǎn)因素。

1.4 結(jié)果

研究組包括52名接受體外循環(huán)的患者。急性腎損傷的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基于KDIGO標(biāo)準(zhǔn)，包括：a)：48 h內(nèi)血清肌酐增加≥0.3 mg/dl(≥26.5 μmol/l)；b)：前7天內(nèi)血清肌酐增加至基線的≥1.5倍；c)：尿量≤0.5 mL/kg/h，持續(xù)6 h，其中20例患者發(fā)生了急性腎損傷。

各組的基線特征和手術(shù)及術(shù)后參數(shù)見(jiàn)表1。我們根據(jù)患者是否發(fā)生急性腎損傷分為兩組。我們將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。結(jié)果顯示，與非急性腎損傷組相比，急性腎損傷組年齡較大，男性患者較多，體外循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，水通道蛋白2呈現(xiàn)不同趨勢(shì)。年齡和高血壓病史也被認(rèn)為是術(shù)后急性腎損傷的危險(xiǎn)因素。有趣的是，性別也可能影響急性腎損傷的發(fā)生。我們采用二元logistic回歸分析，將所有因素納入分析范圍，最終篩選出與術(shù)后急性腎損傷相關(guān)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素：術(shù)前水通道蛋白水平和術(shù)中水通道蛋白差異,見(jiàn)表3。

表1 研究中的基線特征、手術(shù)及術(shù)后參數(shù)

表2 兩組水通道蛋白2比較，按急性腎損傷劃分。

表3 logistics回歸分析篩選急性腎損傷獨(dú)立危險(xiǎn)因素

2 討論

我們的研究評(píng)估了手術(shù)前后水通道蛋白2的變化情況，與以往的研究結(jié)果不同[17]，我們發(fā)現(xiàn)手術(shù)過(guò)程中水通道蛋白2的變化趨勢(shì)并不相同。未發(fā)生急性腎損傷的患者水通道蛋白2會(huì)增加，而發(fā)生了急性腎損傷患者術(shù)后水通道蛋白2的含量減少。我們分析了患者術(shù)前的水通道蛋白2水平，發(fā)現(xiàn)未發(fā)生急性腎損傷患者的水通道蛋白2水平低于急性腎損傷患者。

同時(shí)，我們的結(jié)果還顯示，性別也可能影響急性腎損傷的發(fā)生。男性患者似乎比女性患者更容易發(fā)生急性腎損傷。我們的數(shù)據(jù)結(jié)果并沒(méi)有顯示男性患者和女性患者的體外循環(huán)時(shí)間有明顯的差異。我們調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水通道蛋白2確實(shí)受到雌激素的影響。但是，不同學(xué)者給出的研究結(jié)果并不一樣。Tingskov SJ等人的研究結(jié)果顯示，雌激素拮抗劑他莫昔芬可以減少水通道蛋白2的下調(diào)[26]。然而，Kim SO等人的研究表明，雌激素可以增加膀胱中水通道蛋白2的表達(dá)[27]。我們的研究似乎支持前者。

因此，男性比女性更容易發(fā)生急性腎損傷。這種現(xiàn)象的原因尚不清楚，但如果確實(shí)是雌激素引起的，將為我們今后的研究和手術(shù)提供思路。我們可以在手術(shù)前給患者服用雌激素藥物，降低患者腎水通道蛋白的含量，以減少或避免術(shù)后急性腎損傷的發(fā)生。

另外，當(dāng)傳統(tǒng)的利尿劑對(duì)術(shù)后患者效果較差時(shí)，我們常使用托伐坦來(lái)保證患者的尿量。托伐坦是一種血管加壓素2型受體拮抗劑，具有利尿作用，在不增加電解質(zhì)丟失的情況下，抑制腎集合管對(duì)水的重吸收。因此，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，除了使用雌激素外，我們或許可以在術(shù)前使用托伐坦降低腎臟水通道蛋白2含量，以降低急性腎損傷的發(fā)生率。

3 結(jié)論

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)水通道蛋白2在術(shù)中和術(shù)后的腎功能中起著重要作用。在心肺分流術(shù)初期，由于灌注壓降低，腎臟通過(guò)增加水通道蛋白2的含量來(lái)減少水分的排出。隨著腎臟損害的加重，腎臟通過(guò)減少水通道蛋白2來(lái)保護(hù)自己的功能。我們可以用水通道蛋白2來(lái)預(yù)測(cè)患者術(shù)后是否會(huì)出現(xiàn)急性腎損傷。更重要的是，我們可以通過(guò)控制水通道蛋白2的變化來(lái)預(yù)防術(shù)后急性腎損傷的發(fā)生。在手術(shù)前降低水通道蛋白2的水平可以降低急性腎損傷的發(fā)生率。這些結(jié)果為我們提供了預(yù)防術(shù)后急性腎損傷發(fā)生的思路：術(shù)前通過(guò)雌激素藥物或托伐坦降低水通道蛋白2的術(shù)前水平。同時(shí)也為我們提供了新的研究方向：改進(jìn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，明確雌激素和托伐坦對(duì)預(yù)防術(shù)后急性腎損傷的作用。

本文的局限性在于，這是一項(xiàng)單中心研究，樣本量較小。需要采用多中心設(shè)計(jì)，對(duì)接受不同類型心臟手術(shù)（包括高危或復(fù)雜手術(shù)病例）的連續(xù)患者進(jìn)行適當(dāng)樣本量的進(jìn)一步調(diào)查。需要進(jìn)一步研究比較不同的插管方法、不同的體外循環(huán)機(jī)和術(shù)中護(hù)理。而且我們?cè)谑中g(shù)過(guò)程中沒(méi)有持續(xù)監(jiān)測(cè)患者的水通道蛋白2。我們只比較了術(shù)前和術(shù)后水通道蛋白2的變化。另外，由于技術(shù)的限制，我們目前的實(shí)驗(yàn)無(wú)法證明水通道蛋白2是由腎細(xì)胞分泌還是來(lái)源于破裂壞死的腎細(xì)胞。

聲明：倫理學(xué)批準(zhǔn)和參與同意：本研究經(jīng)安徽醫(yī)科大學(xué)地方倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)(Quick-PJ 2020-10-08)。

作者的貢獻(xiàn)：肖英杰設(shè)計(jì)并撰寫(xiě)稿件，林敏設(shè)計(jì)并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，撰寫(xiě)稿件。

致謝：感謝安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心外科、大血管外科全體人員對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的支持。