致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的雙軌機(jī)制*

周虹 劉康棟 趙繼敏△

(1.鄭州大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系2015級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)；2.鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)系，河南 鄭州 450001)

腎小球入球小動脈的球旁細(xì)胞(Juxtaglomerular cell, JGC)又稱顆粒細(xì)胞，是入球小動脈靠近血管極處，由血管壁中膜平滑肌細(xì)胞特化而成的。球旁細(xì)胞內(nèi)含有分泌顆粒，能合成、儲存和釋放腎素。致密斑(Macula densa，MD)是髓袢升支粗段遠(yuǎn)端部近血管極一側(cè)的管壁上皮細(xì)胞特化而成的橢圓形結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為它是一種離子感受器，可感受遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度的變化，將信息傳遞給球旁細(xì)胞，調(diào)節(jié)球旁細(xì)胞釋放腎素和該腎單位腎小球的濾過率。但迄今為止，文獻(xiàn)和醫(yī)學(xué)相關(guān)教材中都沒有對致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的具體機(jī)制給予一個更系統(tǒng)、完整的解釋。因此，本文結(jié)合致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的相關(guān)研究文獻(xiàn)，主要從MD是如何感受遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度的變化，以及如何將信息傳遞給入球小動脈的JGC，遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度的升高或下降激活管-球反饋的調(diào)節(jié)是否依賴同一載體或通路，以及前列腺素、一氧化氮、腺苷、鈣離子等物質(zhì)參與管球反饋的具體作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 致密斑感受遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度變化的機(jī)制

經(jīng)腎小球濾過的NaCl約20%在髓袢被重吸收，位于髓袢升支粗段(Thick ascending limb of the loop of Henle，TAL)頂端膜上的Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體提供了NaCl的主要進(jìn)入途徑，其活性的變化可能是MD細(xì)胞感受遠(yuǎn)端小管管液中鹽濃度變化的主要機(jī)制[1]，當(dāng)腎血流量減少或GFR降低時，MD細(xì)胞感受到遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度的降低，可導(dǎo)致MD細(xì)胞表面Na+- K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體活性降低[2]，最終使JGC釋放腎素增多。而增加鹽向TAL的運(yùn)輸可增加Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性[3]，最終使JGC釋放腎素減少。

2 MD部位管液中NaCl濃度降低時，致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的機(jī)制

前列腺素在腎臟的代謝非常活躍，而前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)合成的限速酶：環(huán)氧合酶2(Cyclooxygenase-2，COX-2)則定位于腎皮質(zhì)致密斑及髓袢升支粗段，COX-2在正常生理條件下低表達(dá)，但在低鹽飲食、炎癥或生長因子的刺激下合成迅速增加。MD感受腎小管管腔內(nèi)NaCl濃度的降低來介導(dǎo)腎素的釋放需要COX-2介導(dǎo)[4-5]。當(dāng)MD部位管液中NaCl濃度降低時，MD細(xì)胞頂端膜上的Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體活性降低，進(jìn)入MD細(xì)胞內(nèi)的NaCl減少，但Cl-向基底側(cè)膜排出率基本不變，導(dǎo)致MD細(xì)胞去極化，電壓門控鈣通道被激活，使MD細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，鈣離子一方面激活磷脂酶A2，磷脂酶A2水解磷脂釋放花生四烯酸,進(jìn)而在COX-2的作用下，生成PGE2；另一方面可能通過鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ激活p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)，活化的p38MAPK通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié),主要通過使核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)轉(zhuǎn)位入核，結(jié)合在DNA相應(yīng)的核轉(zhuǎn)錄因子位點(diǎn)上，誘導(dǎo)COX-2基因轉(zhuǎn)錄，翻譯后合成COX-2[6-10]；合成的COX-2，作用于花生四烯酸，產(chǎn)生PGE2。PGE2通過作用于球旁細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)的E-脯氨酸受體(E-prostanoid，EP)而使腎素釋放，其中Gsα偶聯(lián)的EP4是刺激腎素釋放最重要的受體[11-13]，Gsα通過激活腺苷酸環(huán)化酶(Adenylyl cyclase，AC)，催化產(chǎn)生cAMP[11,13-14]，cAMP經(jīng)蛋白激酶A/CREB級聯(lián)激活腎素基因(蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)；環(huán)磷酸腺苷效應(yīng)原件結(jié)合蛋白(cAMP responsive element-binding protein，CREB))，穩(wěn)定腎素mRNA，增強(qiáng)含腎素囊泡的胞吐作用，最終導(dǎo)致活性腎素從JGC的儲存顆粒中釋放出來[14-16]。Gsα-cAMP-PKA信號級聯(lián)在基礎(chǔ)腎素釋放和調(diào)節(jié)性腎素釋放中起著絕對關(guān)鍵作用。

此外，低鹽可使致密斑處的神經(jīng)元型一氧化氮合酶(Neuronal nitric oxide synthase，nNOS)上調(diào)，經(jīng)nNOS-NO-cGMP途徑產(chǎn)生的內(nèi)源性cGMP可直接抑制PDE3(Phosphodiesterase 3，PDE3)，使cAMP降解減少，間接促進(jìn)cAMP的增加，從而進(jìn)一步刺激腎素釋放[17-18]。

3 MD部位管液中NaCl濃度增加時，致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的機(jī)制

MD部位管液中NaCl濃度增加時，腺苷的作用可能特別重要[19-20]。MD部位鹽濃度的增加，會促進(jìn)其通過Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)(該轉(zhuǎn)運(yùn)體屬于繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)，消耗ATP[1,21-22])，從而增加MD細(xì)胞內(nèi)ATP的消耗和腺苷的形成。另外，ATP本身也可能會隨著MD部位鹽濃度的增加而釋放至細(xì)胞外，細(xì)胞外ATP至少通過三種不同的核苷酸酶發(fā)生降解，這些核苷酸酶錨在細(xì)胞膜的外面，或分泌到間質(zhì)液中。細(xì)胞外-核苷三磷酸二磷酸水解酶(Ecto-nucleoside trisphosphate di-phosphohydrolases，E-NTPDase)能夠連續(xù)去除ATP和ADP中的磷酸；細(xì)胞外-核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶(Ecto-nucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases，E-NPPases)也能降解ATP，產(chǎn)生AMP和焦磷酸。細(xì)胞外-5′-核苷酸酶是通過從AMP中去除一個磷酸基團(tuán)而使AMP最終被降解成腺苷[22-24]。MD細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的腺苷以及經(jīng)細(xì)胞外ATP降解產(chǎn)生的腺苷，通過激活JGC上的腺苷A1受體(Adenosine A1 receptor，A1AR)來抑制腎素釋放。A1AR為Gi/o蛋白偶聯(lián)受體，可激活磷脂酶C(Phospholipase C，PLC)，產(chǎn)生第二信使肌醇-1,4,5-三磷酸(Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3)和二酰甘油(Diacylglycerol，DAG)，IP3誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子的釋放；DAG激活TRPC3，使TRPC3通道開放、細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流，從而使JGC內(nèi)鈣離子濃度升高來抑制腎素釋放[25-26]，具體機(jī)制見下文4。

4 鈣離子在致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放中的作用

鈣離子可在MD細(xì)胞以及JGC中發(fā)揮調(diào)節(jié)酶的活性的作用，從而間接影響腎素釋放。

MD細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加，可激活磷脂酶A2，釋放花生四烯酸，生成PGE2，而PGE2能有效刺激腎素釋放[9,27]。

刺激腎素釋放的信號主要由第二信使cAMP介導(dǎo)，其合成與降解由球旁細(xì)胞內(nèi)的AC、PDE調(diào)控[3,28]，而球旁細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的變化可以調(diào)節(jié)AC、PDE的活性。JGC內(nèi)鈣離子的減少，可以激活腺苷酸環(huán)化酶Ⅴ，促進(jìn)cAMP刺激的腎素的釋放[3,29]。JGC內(nèi)鈣離子的增加，通過使腺苷酸環(huán)化酶Ⅴ的活性降低[30,31]，以及經(jīng)鈣/鈣調(diào)素依賴的蛋白磷酸酶激活PDE1[32-33],從而減少cAMP的合成(通過AC)和促進(jìn)cAMP的降解(通過PDE)，最終放大抑制腎素釋放的信號。

而上述JGC內(nèi)鈣離子含量又是如何增加的呢？研究表明，JGC內(nèi)鈣離子含量的增加依賴于3種途徑，即激活儲存型鈣通道(或稱為受體操縱鈣離子進(jìn)入(Receptor-operated Ca2+entry，ROCE)，其組成部分之一為瞬時受體電位陽離子通道C亞族成員3[34-39](Transient receptor potential canonical 3，TRPC3)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum，ER)內(nèi)儲存鈣釋放、激活電壓門控L型鈣通道。JGC有鈣敏感受體(Calcium-sensing receptors，CaSR)，其為G蛋白偶聯(lián)受體，胞外鈣的增加，激活CaSR，通過Gq激活PLC而分解磷脂酰肌醇二磷酸(Phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2)產(chǎn)生IP3和DAG，IP3作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的IP3受體使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的鈣釋放，且與RYR受體(Ryanodine receptor))偶聯(lián)而放大IP3信號，以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣的釋放[3,28,31-32]；ER-Ca2+庫耗竭以及DAG可激活儲存型鈣通道，細(xì)胞外鈣經(jīng)TRPC3進(jìn)入胞內(nèi)[11,36]；JGC的去極化可激活電壓門控L型鈣通道，使胞外鈣進(jìn)入胞內(nèi)。

總之，在JGC中鈣離子通過直接影響控制球旁細(xì)胞內(nèi)第二信使cAMP合成和降解的酶的活性而發(fā)揮抑制性第二信使的作用[28]，從而影響腎素的釋放。

5 總結(jié)

致密斑主要通過MD細(xì)胞頂端膜上的Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體感受遠(yuǎn)端小管管液中NaCl濃度的變化，在此，根據(jù)NaCl濃度變化方向的不同，Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體具有“雙軌調(diào)節(jié)機(jī)制”：當(dāng)MD部位管液中NaCl濃度降低時，Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)降低，主要導(dǎo)致MD細(xì)胞內(nèi)的Ca2+增加，以依賴COX-2的方式產(chǎn)生PGE2，進(jìn)而使JGC增加腎素的釋放；當(dāng)MD部位管液中NaCl濃度升高時，Na+-K+-2Cl-共同轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)增加，主要通過腺苷增加JGC內(nèi)的Ca2+而使JGC減少腎素的釋放，見圖1。

圖1 致密斑調(diào)節(jié)腎素釋放的“雙軌”機(jī)制注：NKCC2：Na+-K+-2Cl- 共轉(zhuǎn)運(yùn)子