水通道蛋白2可能影響體外循環術后急性腎損傷的發生

肖英杰，林敏

（安徽醫科大學第一附屬醫院，安徽 合肥 230000）

0 背景資料

自從水通道蛋白被發現以來，其在不同組織細胞中運輸水的功能受到人們廣泛的關注。水通道蛋白是一個膜蛋白家族，負責細胞內外水和其他一些小分子物質的旋轉。它可以增加細胞膜的透水性，從而在滲透壓的作用下推動水的運輸。在哺乳動物中共發現13種水通道蛋白(水通道蛋白0-水通道蛋白12)。它廣泛分布于紅細胞、腎、肺、腦、眼等器官中[1]。

腎臟是維持體內水分平衡的器官。其主要功能是調節尿液的濃度和稀釋，并通過不同的水通道蛋白來調節水的重吸收。在目前發現的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，主要表達于集合小管的主細胞中，是參與調節尿液濃度最重要的水通道蛋白之一。Rojek A等[2]經過基因研究發現，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，尿滲透壓無明顯變化。在限制入水的條件下，大鼠水通道蛋白2的表達量增加，而在水分充裕的條件下，水通道蛋白2的表達量減少[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節[7]。水通道蛋白2的分泌沒有晝夜節律[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[5-6]。當去除精氨酸血管加壓素刺激后，水通道蛋白2回到細胞質中，降低細胞對水的通透性[7]。在正常動物中，通過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/前列腺素等也會影響水通道蛋白2的轉錄、轉運和翻譯[9]。20世紀的一項研究表明，較高的胰島素水平可以減少尿液排泄[10]。胰島素輸注后，離體髓質收集管的水通透性增加[11]，有實驗證明胰島素可誘導細胞中水通道蛋白2豐度輕微增加[13]。

急性腎損傷是心臟手術后最重要的并發癥之一，盡管術后腎功能完全恢復，但急性腎損傷與術后10年內的高死亡率獨立相關[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]。最近的一項研究表明，腎移植術后患者尿液細胞外小泡中含有的水通道蛋白2在術后第一天明顯減少，同時伴有多尿和低滲透壓。此后，水通道蛋白2在第六天逐漸恢復到正常水平[16].但也有研究指出，體外循環后尿液中水通道蛋白的含量明顯增加[17]。因此，本研究旨在進一步確定水通道蛋白2與體外循環術后急性腎損傷的關系，為我們進一步預防和治療急性腎損傷提供方向。

雖然有研究發現，一些指標如胱抑素C[18]、中性粒細胞[19]、尿調蛋白[20]、α 1-抗胰蛋白酶[21]和尿IL-18[22]等可以預測急性腎損傷的發生，但肌酐仍是金標準。目前我們沒有公認的指標來預測急性腎損傷的發生。也沒有找到有效的方法來干預急性腎損傷。在這種情況下，我們選擇了水通道蛋白進行進一步研究。

根據相關文獻報道，水通道蛋白在尿液中以可溶性和膜結合形式存在[23]。膜結合的水通道蛋白2主要位于外泌體結構中[24]。然而，由于外泌體分離的復雜性，不易應用于臨床實踐。因此，本文首先采用普通離心后直接檢測尿液中水通道蛋白2的含量。

1 方法

1.1 患者和協議

我們納入了2019年12月至2020年2月期間接受體外循環的所有患者。排除具有以下特征之一的患者：嚴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 ,以及在術前和術后臨床程序中使用托伐普坦。

手記患者術前及術后的尿液樣本，所有樣品立即以3000轉/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(上海江來生物公司)測定，檢測步驟按照說明書步驟進行，所有檢測均由一名不了解實驗設計的技術人員進行。記錄每位患者的術前、術中、術后的基本數據，包括人口學和臨床資料、年齡、體重、性別、術前用藥情況。記錄體外循環、主動脈夾層時間和腎功能。

1.2 手術技術和管理

所有患者按照標準方案均采用七氟醚（1%）、丙泊酚（2.0mg/kg）、咪 達 唑 侖（0.1mg/kg）、羅 庫 銨（1mg/kg）、舒芬太尼（10μg/kg）誘導麻醉。持續靜脈注射丙泊酚（4～12mg/kg/h）、間歇性靜脈輸注枸櫞酸舒芬太尼（總量不超過8～30μg/kg）、間歇性靜脈注射羅庫溴銨（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。體外循環使用滾輪泵（Sarns，3M，美國）、膜氧合器（Medtronics，美國）、超濾器（Solin，意大利）和動脈過濾器（Senko醫療設備有限公司，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）和烏利司他丁（500 000 U）預充。ACT≥400 s后，開始轉運。根據手術時間的長短，選取不同德爾尼多心臟停搏液（每1000mL基質液含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）。主動脈開放后心臟自動復跳。

1.3 統計數據

使用IBM SPSS 26版進行統計分析。一共納入了52名患者進行分析。通過K-S正態檢驗后，所有數據均符合正態分布。采用Mann-Whitney U檢驗比較組間差異。所有統計學檢驗均為雙尾檢驗，P＜0.05，有統計學意義。二元logistics回歸篩選急性腎損傷相關危險因素。

1.4 結果

研究組包括52名接受體外循環的患者。急性腎損傷的評價標準基于KDIGO標準，包括：a)：48 h內血清肌酐增加≥0.3 mg/dl(≥26.5 μmol/l)；b)：前7天內血清肌酐增加至基線的≥1.5倍；c)：尿量≤0.5 mL/kg/h，持續6 h，其中20例患者發生了急性腎損傷。

各組的基線特征和手術及術后參數見表1。我們根據患者是否發生急性腎損傷分為兩組。我們將兩組數據進行比較，見表2。結果顯示，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，體外循環時間較長，水通道蛋白2呈現不同趨勢。年齡和高血壓病史也被認為是術后急性腎損傷的危險因素。有趣的是，性別也可能影響急性腎損傷的發生。我們采用二元logistic回歸分析，將所有因素納入分析范圍，最終篩選出與術后急性腎損傷相關的獨立危險因素：術前水通道蛋白水平和術中水通道蛋白差異,見表3。

表1 研究中的基線特征、手術及術后參數

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立危險因素

2 討論

我們的研究評估了手術前后水通道蛋白2的變化情況，與以往的研究結果不同[17]，我們發現手術過程中水通道蛋白2的變化趨勢并不相同。未發生急性腎損傷的患者水通道蛋白2會增加，而發生了急性腎損傷患者術后水通道蛋白2的含量減少。我們分析了患者術前的水通道蛋白2水平，發現未發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，我們的結果還顯示，性別也可能影響急性腎損傷的發生。男性患者似乎比女性患者更容易發生急性腎損傷。我們的數據結果并沒有顯示男性患者和女性患者的體外循環時間有明顯的差異。我們調查數據發現，水通道蛋白2確實受到雌激素的影響。但是，不同學者給出的研究結果并不一樣。Tingskov SJ等人的研究結果顯示，雌激素拮抗劑他莫昔芬可以減少水通道蛋白2的下調[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[27]。我們的研究似乎支持前者。

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

另外，當傳統的利尿劑對術后患者效果較差時，我們常使用托伐坦來保證患者的尿量。托伐坦是一種血管加壓素2型受體拮抗劑，具有利尿作用，在不增加電解質丟失的情況下，抑制腎集合管對水的重吸收。因此，根據本實驗結果，除了使用雌激素外，我們或許可以在術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生率。

3 結論

綜上所述，我們發現水通道蛋白2在術中和術后的腎功能中起著重要作用。在心肺分流術初期，由于灌注壓降低，腎臟通過增加水通道蛋白2的含量來減少水分的排出。隨著腎臟損害的加重，腎臟通過減少水通道蛋白2來保護自己的功能。我們可以用水通道蛋白2來預測患者術后是否會出現急性腎損傷。更重要的是，我們可以通過控制水通道蛋白2的變化來預防術后急性腎損傷的發生。在手術前降低水通道蛋白2的水平可以降低急性腎損傷的發生率。這些結果為我們提供了預防術后急性腎損傷發生的思路：術前通過雌激素藥物或托伐坦降低水通道蛋白2的術前水平。同時也為我們提供了新的研究方向：改進動物實驗，明確雌激素和托伐坦對預防術后急性腎損傷的作用。

本文的局限性在于，這是一項單中心研究，樣本量較小。需要采用多中心設計，對接受不同類型心臟手術（包括高危或復雜手術病例）的連續患者進行適當樣本量的進一步調查。需要進一步研究比較不同的插管方法、不同的體外循環機和術中護理。而且我們在手術過程中沒有持續監測患者的水通道蛋白2。我們只比較了術前和術后水通道蛋白2的變化。另外，由于技術的限制，我們目前的實驗無法證明水通道蛋白2是由腎細胞分泌還是來源于破裂壞死的腎細胞。

聲明：倫理學批準和參與同意：本研究經安徽醫科大學地方倫理學委員會批準(Quick-PJ 2020-10-08)。

作者的貢獻：肖英杰設計并撰寫稿件，林敏設計并指導實驗，撰寫稿件。

致謝：感謝安徽醫科大學第一附屬醫院心外科、大血管外科全體人員對本次實驗的支持。