腎素原受體在腎臟集合管中的生理功能及其在腎臟相關(guān)疾病中作用研究進(jìn)展

王譽(yù)蓉，方輝

濰坊醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院 山東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，山東濰坊261053

機(jī)體內(nèi)存在系統(tǒng)性和局部性兩種腎素—血管緊張素系統(tǒng)(RAS)，系統(tǒng)性RAS即傳統(tǒng)意義上的RAS，局部RAS即存在于組織器官內(nèi)部的RAS。很多疾病與系統(tǒng)性RAS的激活相關(guān)，特別是高血壓、心肌梗死等心血管疾病。然而，在系統(tǒng)腎素活性水平不高甚至被抑制的情況下，RAS抑制劑仍然對(duì)心力衰竭和腎臟疾病有治療作用[1]，提示局部RAS介導(dǎo)了疾病進(jìn)展。腎素原受體(PRR)是RAS的一員，是水鹽代謝、血壓和腎臟局部RAS系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。PRR是一個(gè)高度保守的蛋白，在人、大鼠和小鼠間，其核苷酸序列相似度為95%，氨基酸序列相似度為80%。動(dòng)物體內(nèi)的PRR以3種形式存在：全長(zhǎng)的PRR，相對(duì)分子質(zhì)量為39 kDa；酶切后形成的可溶性PRR(sPRR)，分子量為28 kDa；C端跨膜區(qū)，分子量約8.9 kDa。PRR表達(dá)具有組織特異性，在哺乳動(dòng)物的腦、心臟、血管、腎臟等部位都有大量表達(dá)。PRR作為RAS的組分，一方面其生物學(xué)活性與RAS有關(guān)，另一方面其組織的表達(dá)特異性使其成為局部RAS研究不可或缺的關(guān)鍵分子?，F(xiàn)將PRR的生理功能及其與腎臟相關(guān)疾病的關(guān)系綜述如下。

1 PRR在腎臟集合管中的生理功能

在腎臟中，腎小管上皮細(xì)胞的主要功能是吸收水分和溶質(zhì)，遠(yuǎn)端腎單位包含了遠(yuǎn)端曲小管、連接管和集合管，它們負(fù)責(zé)調(diào)整最終的腎臟排泄，小管上皮細(xì)胞中的各種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和離子通道介導(dǎo)了這個(gè)生理過(guò)程。PRR在腎臟中的主要表達(dá)部位有血管、近端小管、髓袢升支粗段、遠(yuǎn)端小管和集合管[2]，特別是在集合管閏細(xì)胞中，PRR含量極為豐富，也提示了其潛在的作用和功能。

1.1 PRR對(duì)上皮鈉通道(ENaC)的調(diào)節(jié) 腎臟集合管中的ENaC是小管上皮細(xì)胞頂膜上重要的重吸收鈉離子的通道蛋白，它的活性是鈉離子重吸收的限速步驟[3]。

研究表明，AngⅡ孵育小鼠內(nèi)髓集合管細(xì)胞，PRR可通過(guò)SGK-1/Nedd4-2信號(hào)調(diào)節(jié)α-ENaC的表達(dá)[4]。而在腎臟PRR敲除的小鼠中，基礎(chǔ)狀態(tài)下腎髓質(zhì)α-ENaC的表達(dá)顯著低于相應(yīng)的野生型WT小鼠，同時(shí)伴有尿鈉排泄相對(duì)增加的表現(xiàn)[5]。另外，BURCKLE等[6]發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)人PRR的轉(zhuǎn)基因小鼠中，其血漿醛固酮含量顯著升高，而醛固酮是調(diào)節(jié)體內(nèi)電解質(zhì)平衡的關(guān)鍵因子。以上研究均表明，PRR介導(dǎo)了ENaC的表達(dá)調(diào)控。

高鹽處理動(dòng)物可誘導(dǎo)血壓升高，在高鹽動(dòng)物模型中腎臟PRR表達(dá)上調(diào)；然而對(duì)腎臟缺血再灌注損傷動(dòng)物模型給予高鹽飲食后，PRR表達(dá)卻受到抑制[7]。這提示PRR對(duì)鈉離子重吸收的調(diào)控還與腎臟的生理病理狀態(tài)相關(guān)。低鹽飲食可以刺激腎臟PRR表達(dá)[8]，低鹽同時(shí)給予AngⅡ灌注可進(jìn)一步上調(diào)髓質(zhì)部位PRR表達(dá)，但對(duì)腎皮質(zhì)PRR則沒(méi)有明顯影響，提示局部RAS激活[9]。以上研究直接或間接地表明PRR在腎臟鈉平衡調(diào)控中的重要作用。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，S1P切割PRR產(chǎn)生的sPRR可通過(guò)Nox-4快速激活醛固酮誘導(dǎo)的ENaC活性；另外，在醛固酮長(zhǎng)期刺激培養(yǎng)的集合管細(xì)胞中，sPRR可通過(guò)β-catenin調(diào)控醛固酮誘導(dǎo)的ENaC表達(dá)[10]。這一現(xiàn)象提示，sPRR對(duì)ENaC的調(diào)控可能有不同的機(jī)制，同時(shí)說(shuō)明S1P來(lái)源的sPRR在醛固酮誘導(dǎo)的ENaC激活中起關(guān)鍵作用。該發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步理解sPRR在水鈉平衡和血壓調(diào)節(jié)中的作用,以及醛固酮在遠(yuǎn)端腎單位中的保鈉作用提供了新的依據(jù)。

1.2 PRR對(duì)水通道蛋白(AQP)和抗利尿激素加壓素2型受體(V2R)的調(diào)節(jié) 腎臟集合管水重吸收對(duì)于維持機(jī)體的體液平衡非常關(guān)鍵，執(zhí)行水重吸收的是AQP。腎臟中有8種不同類型的AQP，分布于不同的腎小管，其中起主要作用的是AQP2。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，敲除小鼠腎臟集合管中的PRR后，小鼠出現(xiàn)腎臟發(fā)育異常和集合管畸形，并伴有多尿和低尿液滲透壓的表型[11]，提示集合管中的PRR在尿濃縮功能方面的重要性。RAMKUMAR等[5]研究顯示，全腎臟誘導(dǎo)性敲除PRR的小鼠出現(xiàn)嚴(yán)重尿崩，腎內(nèi)AQP2的表達(dá)也受到明顯抑制，AVP/cAMP信號(hào)通路出現(xiàn)異常。在另外一項(xiàng)關(guān)于集合管特異PRR敲除小鼠的研究中，同樣發(fā)現(xiàn)小鼠多尿低滲透壓的表型，并且該過(guò)程與AVP/PGE2/EP4相關(guān)[12]。顯然，PRR敲除小鼠直接表明了PRR在集合管尿濃縮功能方面的作用。

在禁水動(dòng)物模型中，腎內(nèi)PRR和AQP2表達(dá)均顯著增加，并且PRR抑制劑PRO20顯示了部分逆轉(zhuǎn)該增加的效果，表現(xiàn)為尿量部分恢復(fù)，尿滲透壓相對(duì)下降等，表明PRR可調(diào)控集合管的水重吸收過(guò)程。在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，采用siRNA干擾沉默PRR的表達(dá)可以顯著抑制血管加壓素所刺激的cAMP聚集[13]。這表明PRR介導(dǎo)了血管加壓素下游通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并參與調(diào)控水重吸收的過(guò)程。

抗利尿激素加壓素(AVP)通過(guò)其在集合管中的受體V2R發(fā)揮控制尿液濃縮能力的作用。WANG等[14]報(bào)道，S1P來(lái)源的sPRR可通過(guò)靶向V2R參與調(diào)節(jié)體液穩(wěn)態(tài)，在原代培養(yǎng)的內(nèi)髓集合管細(xì)胞中，AVP誘導(dǎo)的V2R表達(dá)被PRR拮抗劑PRO20、PRR中和抗體及S1P抑制劑PF-429242所抑制；同時(shí)，AVP可增加sPRR的釋放，PF-429242可降低sPRR的釋放。使用組氨酸標(biāo)記的sPRR(即sPRR-His)可以刺激V2R表達(dá)，也可以逆轉(zhuǎn)PF-429242對(duì)AVP誘導(dǎo)表達(dá)的抑制作用。以上研究表明，S1P來(lái)源的sPRR在決定腎臟V2R表達(dá)以及尿濃縮能力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2 PRR在腎臟相關(guān)疾病中的作用

2.1 PRR與高血壓 高血壓的發(fā)病機(jī)制目前尚未十分明確，一般認(rèn)為是神經(jīng)、體液激素及腎臟功能等共同調(diào)節(jié)導(dǎo)致了高血壓的發(fā)生發(fā)展。隨著對(duì)PRR研究的深入，PRR與高血壓的關(guān)系也逐漸得到人們的認(rèn)識(shí)。

轉(zhuǎn)基因大鼠在集合管或血管平滑肌細(xì)胞特異性過(guò)表達(dá)人PRR基因后均出現(xiàn)血壓上升，這些過(guò)程所涉及的分子機(jī)制包括AngⅡ依賴的RAS信號(hào)途徑[15]，以及AngⅡ非依賴的核因子κB(NF-κB)激活所引發(fā)的炎癥因子相關(guān)信號(hào)通路[16]。研究發(fā)現(xiàn)，COX-2/PEG2/EP4/PRR通路的激活在高血壓的發(fā)生發(fā)展中非常關(guān)鍵，并且使用PRR拮抗劑PRO20腎內(nèi)灌注能夠顯著抑制高血壓[17]。

研究表明，抑制S1P以減少體內(nèi)sPRR的產(chǎn)生可顯著降低AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓，同時(shí)抑制尿液腎素水平和腎髓質(zhì)腎素表達(dá)，但不影響腎皮質(zhì)α-ENaC的表達(dá)，上述現(xiàn)象可被外源性sPRR-His重組蛋白所逆轉(zhuǎn)。在小鼠皮質(zhì)集合管細(xì)胞中，S1P抑制劑PF429242可阻斷AngⅡ誘導(dǎo)的ENaC活性，而sPRR-His可逆轉(zhuǎn)PF429242的ENaC活性。這些結(jié)果支持了S1P來(lái)源的sPRR通過(guò)增強(qiáng)腎內(nèi)腎素水平和激活ENaC介導(dǎo)Ang Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓[18]。

ELA是位于腎元遠(yuǎn)端腎單位的一種Apelin受體新的內(nèi)源性配體，其在腎遠(yuǎn)端腎單位和腎內(nèi)RAS，尤其是PRR之間的相互作用可能對(duì)血壓調(diào)節(jié)有重大作用[19]。在培養(yǎng)的腎臟皮質(zhì)集合管來(lái)源的M1細(xì)胞中，外源性ELA顯著誘導(dǎo)fPRR、sPRR和原腎素/腎素蛋白表達(dá)的下調(diào)，而8-溴腺苷3′，5′-環(huán)磷酸腺苷可逆轉(zhuǎn)上述現(xiàn)象。相反，小鼠集合管或腎單位中PRR的敲除可上調(diào)Apela、Apln mRNA的表達(dá)，以及尿ELA和Apelin的排泄，支持了這兩個(gè)系統(tǒng)之間的拮抗關(guān)系。高鹽上調(diào)DahlSS大鼠腎髓蛋白fPRR、sPRR、prorenin、renin表達(dá)，增加炎癥因子和纖維化因子表達(dá)，腎損傷指標(biāo)Kim-1、尿白蛋白、尿NGAL也顯著升高，這些蛋白在外源性注入ELA-32后均明顯受到抑制。因此，從目前的研究結(jié)果來(lái)看，PRR與其相關(guān)信號(hào)分子可能成為治療高血壓的重要靶點(diǎn)。

2.2 PRR與糖尿病腎病 在糖尿病腎病引起的終末期腎病中，腎臟小管細(xì)胞和集合管細(xì)胞中的PRR表達(dá)顯著增強(qiáng)[20]。糖尿病的慢性腎臟病(CKD)患者的血漿sPRR水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非糖尿病的CKD患者[21]，這些均說(shuō)明sPRR與糖尿病腎病密切相關(guān)。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，糖尿病大鼠腎臟組織中PRR表達(dá)上調(diào)，并且該過(guò)程與AngⅡ受體1(AT1R)和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)相關(guān)[22]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，PRR的上調(diào)與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)、NF-κB和c-Jun氨基末端激酶(JNK)等相關(guān)信號(hào)通路密切相關(guān)[23]。與此同時(shí)，這些信號(hào)通路的下游炎癥因子[包括TNF-α、IL-1β、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)]對(duì)糖尿病腎病的發(fā)展具有顯著的促進(jìn)作用。SIRAGY等[24]研究認(rèn)為，腎臟PRR在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中必不可少，并且可通過(guò)激活TGF-β1/CTGF信號(hào)通路和增強(qiáng)腎臟炎癥反應(yīng)促進(jìn)糖尿病腎病的發(fā)展。

在體外，高糖處理的腎小球系膜細(xì)胞可出現(xiàn)PRR表達(dá)增加，且促纖維化分子表達(dá)上調(diào)。在高糖處理的足細(xì)胞模型中，PRR通過(guò)Wnt/β-Catenin/Snail信號(hào)通路誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷，并通過(guò)激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，誘導(dǎo)足細(xì)胞的自噬和凋亡[25]。此外，高糖處理的過(guò)表達(dá)COX-2的足細(xì)胞模型中，敲除PRR能夠緩解高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷，給予COX-2抑制劑也可下調(diào)PRR的表達(dá)[26]，表明PRR介導(dǎo)了高糖和COX-2高表達(dá)引起的腎小球損傷。

然而，PRR在糖尿病腎病中的作用還存在爭(zhēng)議。研究表明，PRR對(duì)于維持足細(xì)胞活性具有重要作用[27]。在足細(xì)胞特異敲除PRR的小鼠中，足細(xì)胞的生理學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著變化，Neohrin和podocin蛋白的表達(dá)位置改變，出現(xiàn)自噬，小鼠最終死于腎功能衰竭，提示PRR的存在對(duì)維持足細(xì)胞形態(tài)和腎小球功能發(fā)揮關(guān)鍵作用。另有研究顯示，在STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中，腎臟PRR mRNA表達(dá)水平降低，而且高果糖處理系膜細(xì)胞后PRR表達(dá)下調(diào)[28]，這些結(jié)果并不支持PRR介導(dǎo)了糖尿病的發(fā)生發(fā)展。出現(xiàn)以上結(jié)果的原因可能是由于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟町悓?dǎo)致了相反或不一致的結(jié)果，但也可能說(shuō)明PRR在糖尿病中具有雙面性。

2.3 PRR與蛋白尿 蛋白尿不僅是腎小球損傷嚴(yán)重程度的指標(biāo)，而且是腎臟損傷尤其是腎間質(zhì)纖維化的重要原因。研究發(fā)現(xiàn)，在人腎臟近端小管上皮細(xì)胞中，白蛋白超載可引起全長(zhǎng)PRR被切割，產(chǎn)生可溶性sPRR分泌到細(xì)胞上清中，同時(shí)sPRR參與白蛋白超載對(duì)IL-6、IL-8等炎癥因子的刺激作用[29]。

蛋白負(fù)荷CKD大鼠模型表現(xiàn)為嚴(yán)重的蛋白尿、腎小管壞死、間質(zhì)纖維化、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)，并伴有尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性升高和尿β2微球蛋白分泌增多，所有這些都可以被PRR拮抗劑PRO20顯著抑制。尿液和腎臟中的腎素、血管緊張素原、AngⅡ顯著提高并且被PRO20抑制，但循環(huán)RAS系統(tǒng)的血漿水平基本沒(méi)有改變[30]。這說(shuō)明PRR拮抗劑PRO20是通過(guò)抑制腎內(nèi)RAS的激活來(lái)減輕AO誘導(dǎo)的蛋白負(fù)荷CKD。在阿霉素誘導(dǎo)的蛋白尿腎病中，PRO20可以通過(guò)阻止腎內(nèi)RAS系統(tǒng)的激活和Nox4和TRPC6表達(dá)的上調(diào)來(lái)防止阿霉素腎病中的足細(xì)胞損傷和腎間質(zhì)纖維化[31]。上述結(jié)果說(shuō)明，PRR在蛋白尿誘導(dǎo)的腎臟炎癥及纖維化等損傷中發(fā)揮重要作用。

PRR表達(dá)具有組織特異性，其介導(dǎo)的信號(hào)通路復(fù)雜多樣，與RAS的活化和腎臟疾病的發(fā)展、維持個(gè)體腎臟發(fā)育密切相關(guān)，PRR的功能研究有助于尋找高血壓、糖尿病等疾病的藥物治療靶點(diǎn)。雖然對(duì)于PRR的結(jié)構(gòu)、表達(dá)、功能及其在疾病病理生理過(guò)程作用等方面的研究已經(jīng)取得眾多突破，但是仍然存在爭(zhēng)議和許多未知。特別是其在水鹽代謝方面的研究多集中在腎臟集合管部位，而其他部位如近曲小管、髓袢升支等部位的PRR功能還沒(méi)有相應(yīng)的進(jìn)展。另外，對(duì)于PRR敲除后出現(xiàn)細(xì)胞自噬現(xiàn)象也引發(fā)許多對(duì)PRR敲除模型所證明的功能研究的質(zhì)疑。因此，對(duì)于PRR的全面性研究還需要投入更多的努力。