腎胺酶的研究進展及其在臨床的應用

吳永東 汪華林

綜述

腎胺酶的研究進展及其在臨床的應用

吳永東 汪華林

腎胺酶是一種黃素蛋白，主要由腎小管近端上皮細胞合成和分泌，另外在心臟、骨骼肌和小腸等也有少量表達。腎胺酶曾被認為是一種能夠有效降解兒茶酚胺類的酶蛋白，并在人類疾病中起重要作用。隨著研究的深入，腎胺酶的晶體結構、功能、作用機制及其與人類疾病的關系逐漸被認識。該文對腎胺酶的結構、生物特性及與人類相關疾病的關系等進行了綜述，旨在為腎胺酶的進一步研究提供參考。

腎胺酶；胺氧化酶；心血管；腎臟

腎臟除了維持機體體液和電解質平衡以外，還是一個重要的內分泌器官。因為腎臟替代治療無法完全復制腎臟的內分泌功能，終末期腎病（ESRD）患者雖然進行了腎臟替代治療，但并未減少其心血管并發癥的危險因素［1］。最初發現由腎臟分泌的生物活性物質是腎素，然后是促紅細胞生成素，接著是活性維生素D。近年耶魯大學Xu等［2］通過哺乳動物基因采集計劃（MGCP）發現一種新的依賴黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的胺氧化酶，并定義為腎胺酶（Renalase），血液循環中的腎胺酶主要是來自腎臟合成和分泌。

一、腎胺酶的生物學特性及作用

腎胺酶主要在腎臟組織表達，人腎胺酶基因位于10號染色體（10q23～33），長度約311 kbp，共有10個外顯子。根據目前的研究顯示，腎胺酶蛋白有4種亞型，最常見的腎胺酶（腎胺酶1）是由外顯子1-4，6-7和9共同組成，是人體內腎胺酶的主要亞型［3］。腎胺酶2比腎胺酶1要短，缺乏2和3外顯子。腎胺酶3和腎胺酶4比腎胺酶2更短，均缺乏FAD結合域，因而無降解兒茶酚胺作用［4］。腎胺酶1由342個氨基酸構成，包括信號肽（氨基酸1-17）、FAD域（氨基酸4-45）和單胺氧化酶域（75-342）。腎臟切除的大鼠和ESRD患者的血漿中腎胺酶水平明顯下降，提示腎臟是循環中腎胺酶的主要來源［2，5］。

最初Xu等［2］認為，腎胺酶能夠降解血漿的兒茶酚胺類物質，如多巴胺、腎上腺和去甲腎上腺素，但是后來Desir等［3］發現，在5／6腎切除的大鼠實驗中發現，腎胺酶是依賴還原型輔酶Ⅰ（NADH）的氧化酶，能夠通過降解血漿的腎上腺素調節血壓（血壓下降約25%）、減慢心率和降低左心室收縮壓，且人腎胺酶1對多巴胺的活性較低，并不能代謝去甲腎上腺素。Milani等［4］發現，腎胺酶降解兒茶酚胺的機制可能是依賴NADH的氧化作用。

隨著研究的深入，越來越多學者認為盡管腎胺酶能夠降低心臟收縮力、心率和血壓，但是并不是通過降解兒茶酚胺的機制實現的。雖然腎胺酶的氨基酸序列與單胺氧化酶A和單胺氧化酶B有約13%相同，但是對FAD單胺氧化酶抑制物帕吉林和氯吉靈不敏感。此外，盡管Xu等在體外實驗中確實產生了H2O2，但是H2O2產生速度十分緩慢，而且其使用的兒茶酚胺水平遠比血漿兒茶酚胺水平高［6］。有學者用人重組腎胺酶蛋白研究，雖然在大鼠模型中有降低血壓的預期效果，但沒有胺氧化酶活性證據［7］。Wang等［8］發現，RP-220是腎胺酶亞型，但是缺乏胺氧化酶活性的結構域。令人驚訝的是，RP-220和完整結構的腎胺酶能同樣有效保護腎小管上皮細胞HK-2細胞免受毒性損傷和野生型小鼠的缺血性損傷，其炎癥因子和細胞壞死、凋亡均比空白對照組明顯減少。由此推測，腎胺酶蛋白在機體內可能不是通過降解兒茶酚胺或氧化作用來實現的，有可能是作為一種細胞因子或與靶細胞的一種未知受體結合起作用。另外，Wang等［9］發現，低鈉飲食時血漿腎胺酶基線水平較高，當從低鈉飲食到高鈉飲食轉變時，血漿腎胺酶水平下降；而補充鉀離子后能抑制高鈉飲食誘導的腎胺酶下降現象。

腎胺酶蛋白在血液和尿液的形式不同。Desir等［10］對血漿和尿腎胺酶的活性進行比較，尿腎胺酶具有活性，而血漿腎胺酶無酶活性，由此認為血漿腎胺酶是無活性的前體。盡管尿液腎胺酶水平比血漿低，其活性卻比血漿高。將血漿加入到尿液中，尿腎胺酶活性被抑制，說明血漿存在某種腎胺酶抑制物。血漿兒茶酚胺水平升高或者血壓升高時，血漿腎胺酶活性迅速大量激活。血漿腎胺酶是單體形式，相對分子量是30 kD，而在尿液中是以二聚體形式存在，相對分子量約72 kD。

二、腎胺酶與心腦血管疾病

1.心功能不全

心功能不全患者交感神經活性增加，血漿兒茶酚胺水平和腎胺酶水平呈負相關［11］。在動物實驗中，心力衰竭大鼠的腎臟血供下降，腎胺酶合成不足，導致循環中的兒茶酚胺水平上升；在新生大鼠5／6腎臟切除模型中，血漿腎胺酶水平下降，心肌肥厚［12］。臨床單核苷酸多態性（SNP）研究顯示，590名觀察對象的腎胺酶基因型不同，CC型的左心室肥厚和收縮功能不全風險增加，提示腎胺酶功能性錯義多形性和心功能不全相關［13］。此外，體外心臟灌注外源重組腎胺酶蛋白能夠改善左心室功能，降低左心室壓力［3］。

上述研究表明，腎胺酶可能通過降低交感神經系統活性和降解兒茶酚胺的病理生理機制參與心功能不全。然而，腎胺酶和心功能不全的具體關系需要進一步探討，腎胺酶是否能夠作為一種新的藥物用于改善心功能不全也值得關注。

2.高血壓病

慢性腎功能不全患者的血漿腎胺酶水平下降，兒茶酚胺水平升高，可能是由于腎功能下降后腎胺酶合成不足導致兒茶酚胺降解作用減少［3，10，14］。此外，腎功能不全者的兒茶酚胺排泄率下降，從而導致血壓升高，這從一定程度上解釋了高血壓病與慢性腎衰竭的聯系，但腎功能不全患者的尿腎胺酶水平尚未見文獻報道。另外，Zhao等［15］對1 317例原發性高血壓病患者進行基因篩查，發現原發性高血壓病和腎胺酶基因多型性相關，其中rs2576178 GG基因型和rs2296545 CC基因型的表達最高。上述發現為高血壓病的治療研究提供了一個新的視野。

3.缺血性心肌損傷

Wu等［16］發現，腎胺酶基因敲除的小鼠中血漿兒茶酚胺水平和血壓均比正常對照組升高，雖然2組間的血尿素氮、血清肌酐、醛固酮和心臟收縮功能相近，但是腎胺酶基因敲除小鼠出現輕度心肌肥厚，不能耐受心肌缺血、缺氧，并出現更嚴重的心肌壞死和炎癥。用外源性人重組腎胺酶灌注心肌后能夠減少心肌壞死和炎癥。研究表明，腎胺酶能夠減輕缺血引起的細胞損傷，提高細胞對缺血缺氧的耐受，減少心肌細胞的壞死和凋亡。

4.缺血性腦卒中

Zhang等［17］對507例缺血性腦卒中患者的腎胺酶基因SNP進行研究，發現rs10887800和rs2576178基因多態性與缺血性腦卒中呈正相關，說明腎胺酶可能與缺血性腦卒中有關。關于腎胺酶和缺血性腦卒中的關系尚需要更加深入的研究。

三、腎胺酶與腎臟疾病

循環系統中，腎胺酶主要由腎臟合成和分泌。Xu等［2］發現，慢性腎衰竭和ESRD患者循環中腎胺酶水平比正常人降低，說明循環中腎胺酶水平與腎功能相關。Wang等［8］認為腎胺酶水平和慢性腎臟疾病（CKD）分期相關：在CKD1～2期中血清腎胺酶水平和正常組無區別，在3～5期卻明顯上升，這與Xu等的報道矛盾。此外Baraka等［18］在動物實驗中也發現，在腎臟5／6切除動物模型中，血漿腎胺酶水平明顯下降。Lee等［19］發現，和野生型腎臟缺血再灌注的小鼠相比，腎胺酶基因敲除小鼠腎臟缺血再灌注損傷后腎小管的炎癥、壞死、凋亡更加嚴重，血漿兒茶酚胺水平更高。缺血性急性腎損傷野生型小鼠予人重組腎胺酶后兒茶酚胺水平明顯下降，由此推測腎胺酶是通過降解兒茶酚胺來減少腎小管壞死、凋亡、炎癥，血漿腎胺酶水平可能是急性腎損傷的一種標記物。但是后來該研究組用絲裂原活化蛋白激酶通路抑制物后，腎胺酶對腎臟保護作用消失，故該推論不成立，并懷疑腎胺酶可能是一種細胞因子，通過與靶細胞未知受體結合從而激活某些通路起到細胞保護作用［8］。另外，Wang等［20］發現，缺血預處理減輕缺血性急性腎損傷可能是通過調節腎胺酶表達的機制來實現，在缺血預處理后腎皮質的腎胺酶表達增加。Zhao等［21］也證實了腎胺酶在造影劑所致急性腎損傷大鼠模型中起到保護作用，但是其機制仍需要進一步探討。

四、腎胺酶與糖尿病

糖尿病是一種常見的疾病，其牽涉多基因和環境等因素。腎胺酶在分泌胰島素的細胞少量表達。Buraczynska等［22］分別對892例糖尿病患者和400名正常人腎胺酶的3種SNP遺傳型（rs2296545，rs2576178，rs10887800）進行研究，發現腎胺酶遺傳表型多態性和2型糖尿病相關，G型等位基因RNSL的糖尿病患發生卒中的風險增加。1型糖尿病采用全基因組關聯研究發現有18對基因SNP和1型糖尿病相關，其中之一就是腎胺酶基因［23］。

五、結 語

自從發現腎胺酶蛋白，相關研究從未停過，其在體內作用機制尚存在爭議，還有許多不確定性。目前主要研究均集中在人腎胺酶1亞型，關于另外3種亞型的文獻較少。另外，腎胺酶在人類疾病中是扮演著酶作用還是作為一種細胞因子，諸如促紅細胞生成素與一種未知受體結合從而啟動一系列反應，抑或兩者都有，這些問題還需要進一步研究。腎胺酶在心血管及腎臟疾病領域可能有廣闊的應用前景。

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Research progress and clinical application of renalase

Wu Yongdong，Wang Hualin.Department of Nephrology，the First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University，Guangzhou 510120，China

Renalase is a kind of flavoprotein，which is mainly synthesized and serected by the proximal renal tubular epithelial cells，and occasionally expresses in the heart，skeletal muscle and small intestine，etc.Renalase was known as an enzyme which could metabolize catecholamines effectively，and played an important role in human diseases.Along with in-depth studies，the crystal structure，function，mechanism of renalase and its association with human diseases have been gradually discovered.In this review，we summarized the structure，biological characteristics of renalase and its correlation with human diseases，aiming to provide evidence for further study of renalase.

Renalase；Amine oxidase；Cardiovascular；Kidney

2015-07-16）

（本文編輯：林燕薇）

10.3969／j.issn.0253-9802.2015.12.002

510120廣州，廣州醫科大學附屬第一醫院腎內科

，汪華林，E-mail：hualinwang＠126.com