AQP2 在水液代謝異常相關疾病中的研究進展

張蓓蕾，羊冰潔，劉文洪

（1.浙江中醫藥大學第二臨床醫學院,浙江 杭州 310053；2.浙江中醫藥大學第四臨床醫學院，浙江 杭州 310053；3.浙江中醫藥大學基礎醫學院，浙江 杭州 310053）

0 引言

AQP2 是水通道蛋白家族中的一員，是目前發現與機體水代謝最密切相關的蛋白之一。AQP2 主要表達于腎髓質集合管主細胞表面，作為一種水通道，促進水的重吸收，影響機體尿液濃縮功能。若AQP2 基因被敲除，就會導致小鼠尿崩癥，出現大量低滲尿液，幾乎無法存活[1]。若機體因各種原因如循環衰竭，大量分泌精氨酸加壓素（arginine vasopressin，AVP），從而促進AQP2 的表達，導致水重吸收增多，就會導致機體水腫[2]。因此，AQP2 通過改變腎的功能狀態從而影響整個機體的水液代謝功能，本文將從腎內疾病與腎外疾病兩個角度來綜述其在機體水液代謝平衡中發揮至關重要的作用。

1 腎內疾病

1.1 尿崩癥

尿崩癥是由遺傳性或獲得性AVP 不同程度的缺乏或腎臟對 AVP 缺乏反應致腎小管重吸收水功能障礙的一組臨床綜合征，前者稱為中樞性尿崩癥（central diabetes insipidus，CDI），后者稱為腎性尿崩癥（nephrogenic diabetes insipidus，NDI）。尿崩癥的臨床特點為多尿、煩渴、低滲尿或低比重尿。尿崩癥的分子機制主要是腎臟集合管上的主細胞依賴AVP 的AQP2 表達減少和（或）其向頂端質膜的轉運障礙[3]。

1.1.1 中樞性尿崩癥

中樞性尿崩癥通常是由于垂體后葉對滲透刺激反應不充分導致產生或分泌AVP 不足而引起的。中樞性尿崩癥很少在人類中遺傳。最常見的是由神經垂體的創傷性或病理性破壞引起的，導致AVP 的完全或部分缺失[4]。中樞性尿崩癥往往會伴隨著腎性尿崩癥，這可能是由于腎臟AQP2 的繼發性表達減少。

尿液AQP2 的測量對中樞性尿崩癥具有診斷價值。研究表明，AQP2 在腎集合管細胞中的穿梭運輸速度很快，并同時排泄到尿液中。尿液中AQP2 的排泄與血漿AVP 水平呈正相關。中樞性尿崩癥患者尿中AQP2 的基礎水平是正常受試者的八分之一，但AQP2尿排泄的變化還需要進一步闡明。

1.1.2 腎性尿崩癥

腎性尿崩癥是一種即使加壓素濃度升高，腎臟卻不能集中尿液為特征的疾病。先天性腎性尿崩癥可能是由于血管加壓素受體（arginine vasopressin receptor 2，AVPR2）或AQP2 突變引起的，導致患者有明顯的多尿、多飲和電解質失衡等癥狀，并經常有嚴重脫水的風險。AVPR2 基因突變所致的屬于X連鎖隱性遺傳病；AQP2 基因突變所致的為常染色體隱性或顯性遺傳病。獲得性腎性尿崩癥，是鋰療法或其他藥物常見的副作用，低鉀血癥或高鈣血癥伴高鈣尿癥也是其病因之一[5]。

X 連鎖的先天性腎性尿崩癥主要影響男性。攜帶AVPR2 突變的男性患者臨床特征表現為早期的脫水發作、高鈉血癥和在出生后第一周就出現體溫過高。嚴重的脫水會降低動脈血壓，使其不足以維持大腦、腎臟和其他器官所需要的氧氣。雜合子的女性患者主要表現為不同程度的多尿和多飲，也可能有嚴重脫水高鈉血癥發作[6]。X 連鎖先天性腎性尿崩癥是由位于染色體（Xq28）的AVPR2 基因突變引起的，AVPR2 的基因突變會導致該受體功能失調或喪失。X連鎖CNDI 的AVPR2 基因突變位點在逐漸增加，目前一共發現280 多種AVPR2 基因突變，其中中國發現32 種AVPR2 突變，以錯義突變為主[7]。

AQP2 基因遺傳缺陷所致的尿崩癥發生在12 號染色體(12q13)上。AQP2 基因突變包括錯義突變、無義突變、移碼突變、剪接位點突變等。這些突變大致可分為兩類，第一類突變會影響允許水分子跨質膜遷移的功能通道“孔”結構的形成。大多數NDI 的常染色體隱性形式被認為是由于突變未能形成AQP2 的四聚體，因此導致“孔隙”的形成缺陷。第二類突變會影響AQP2 在質膜或細胞內的轉運。例如，AQP2 會被保留在高爾基體中，或被分類為晚期核內體、溶酶體或基底外質膜而不是頂膜。這種缺陷通常是由于AQP2 的C 端尾部發生突變所引起的[4]。有研究進一步發現，AQP2 氨基酸亮氨酸137 脯氨酸（AQP2-L137P）被取代最有可能導致水分子通道的錯誤折疊，這是蛋白酶體降解和AQP2 細胞內滯留增加的基礎。最終，限制了AQP2 向質膜的轉運，導致腎性尿崩癥的發生[8]。

1.2 腎病綜合征

腎病綜合征（nephrotic syndrome，NS）可由多種因素引起，以腎小球基膜通透性增加，表現為大量蛋白尿、高度水腫、高脂血癥、低蛋白血癥的一組臨床綜合征。AQP2 含量的增加能促進腎臟對水的重吸收，組織間隙中聚集大量水，進而加劇水腫的發展。研究發現，NS 患者腎臟組織中AQP2 的表達要明顯高于非NS 患者[9]，故AQP2 在NS 水腫的發生發展中起著重要作用。臨床研究進一步證實NS 患者中AQP2 有著低排泄率，這可能表明腎病綜合征與“血管加壓素逃逸”有關，NS 患者逃避了AVP 的調節作用，盡管血管加壓素分泌高，但集合管中AQP2表達含量低。而尿AQP2 排泄的減少可能預示著傳統療法難以治療能阻斷AVPR2 新型利尿劑得嚴重腎病綜合征患者[10]。

1.3 多囊腎

多囊腎(polycystic kidney，PKD)是一種遺傳性疾病，最常見的是由PKD1 或PKD2 基因突變所引起的。PKD 的特征是腎細胞的異常增殖，并有大量液體分泌到囊腫腔內。囊腫中的液體越來越多慢慢占據腎實質，導致腎功能的下降，最終表現為終末期的腎功能衰竭。

在常染色體顯性多囊性腎（ADPKD）動物模型中，通過阻斷AVPR2 來降低cAMP，可以減緩腎囊腫的生長。由于垂體后葉AVP 會增加AQP2 的產生和功能，故這一過程可能也涉及到AQP2。有研究發現，在PKD 小鼠的囊腎中觀察到垂體后葉AVP 水平升高，AQP2 的表達水平隨著囊腫的增大而顯著升高[11]。

1.4 抗利尿激素分泌失調綜合征

抗利尿激素分泌失調綜合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion，SIADH）是指由于多種原因引起的抗利尿激素或類AVP 物質分泌異常增多或腎臟對其敏感性增加,使得血漿AVP 濃度相對于體液滲透壓而言呈不適當的高水平，從而引起水潴留、尿排鈉增多以及稀釋性低鈉血癥等有關臨床表現的一組綜合征。

據報道，SIADH 大鼠模型中，在水負荷的后幾天，出現了逃血管加壓素誘導的抗利尿作用，并且發現盡管循環加壓素水平高，但是AQP 表達減少。故認為血管加壓素逃避的發作與腎集合管中血管加壓素調節的AQP2 表達減少有關，AQP2 表達減少是加壓素逃避的標志[12]。

1.5 其他腎臟疾病

腎缺血再灌注損傷中腎集合管上皮AQP2 表達量明顯下降。再灌注損傷后尿量增多、尿液濃縮障礙的主要原因可能是AQP2 表達的減少。故AQP2 表達的高低對腎缺血再灌注損傷時腎功能起著重要作用[13]。

有研究對3 例自身免疫性疾病患者進行分析，結果顯示針對AQP2 或其上游分子的自身抗體導致了腎小管間質性腎炎。尿中AQP2 的排泄增加是腎盂腎炎和IgA 腎病患者多尿的主要原因，這提示AQP2 可能是這些疾病的治療靶點[14]。

1.6 糖尿病引起的腎臟疾病

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種能夠影響人體多種器官功能的全球性健康問題，其主要特征是蛋白尿、腎臟腎病綜合征等，并可能最終導致腎功能衰竭。高葡萄糖水平導致尿滲透壓升高，從而減少腎臟對水的重吸收，最終導致多尿。研究發現，AQP2 在糖尿病引起的腎臟疾病中起到了重要作用，糖尿病患者出現多尿和水腫現象與AQP2 表達上調有關。有實驗證明AQP2 在糖尿病動物模型中的表達顯著上調[15]。

有研究認為AQP2 在緩解由控制不佳的糖尿病多尿引起的脫水中起重要作用，并且實驗證實AQP2 在DWI 中具有超高b 值，對于糖尿病腎臟疾病的早期無創檢測和鑒別診斷可能是有一定價值的[16]。

2 腎外疾病

2.1 慢性心力衰竭

慢性心力衰竭（Chronic heart failure，CHF）是一種以心室功能障礙或結構改變導致體液潴留等臨床表現的一組綜合征。尤其是右心衰竭導致體循環靜脈壓增高，常導致下肢水腫甚至全身水腫。自1997 年Nielsen S[17]發現大鼠心力衰竭和AQP2 的表達具有相關性后，越來越多的研究證明AQP2 在心源性水腫中可通過調節水代謝起關鍵作用。慢性心力衰竭時，AVP 釋放增多，導致AQP2 合成增多，對水的重吸收增加，進一步導致全身水腫。孔繁達等人[18]運用補腎活血方治療慢性心力衰竭，發現腎臟AQP2 的表達顯著減少，大鼠水腫減輕，從而緩解慢性心力衰竭。已有研究證明AQP2 和慢性心力衰竭患者的心功能等級存在相關性[19]，可作為檢測指標之一。

2.2 肝膽疾病

腹水是肝硬化、肝癌等疾病發展至終末期的并發癥之一。在失代償肝硬化中，門靜脈壓力升高，引起腎灌注不足和水潴留，形成腹水嚴重影響患者的生存質量。其中AVP 和AQP2 被認為在腹水形成中起重要作用。有研究證明，AQP2 和V2R 受體表達下調時，肝癌小鼠的肝腹水明顯減少，緩解了肝癌腹水癥狀，由于造模方式造成一定程度的肝腎損傷，AQP2 在肝腎損傷時是否有保護作用還有待進一步研究[20]。Tolvaptan 是一種V2R 受體非肽類拮抗劑，在日本用于治療心力衰竭患者，近年來也被用于治療肝硬化腹水。NAKANISHI H 等人[21]提出了第一例肝硬化患者服用Tolvaptan 后尿AQP2 排泄減少的報告，表明作用于AQP2 的相關藥物或可成為治療肝腹水的新方向。此后，Br?sen JH 根據膽管結扎模型實驗，發現在正常膽紅素的急性腎損傷患者中AQP2 維持了正常表達，而在膽紅素升高的膽汁性腎病的急性腎損傷患者，AQP2 在集合管中的表達缺失，有人提出了膽汁酸可能通過調節G 蛋白偶聯受體等受體來影響AQP2 的表達，作為一種不依賴AVP 的途徑來影響機體水液代謝[22]。

2.3 內耳積水相關疾病

梅尼埃病（Meniere’s disease，MD）是一種復雜的內耳疾病，臨床表現為周期性眩暈，逐漸出現聽力惡化、耳鳴等癥狀，其主要病理特征為膜迷路的積水。有研究證明，豚鼠內耳膜迷路積水程度或與內耳前庭膜AQP2 的表達有關[23]，內耳前庭膜上AQP2 的表達下調，積水程度相應減輕。Asmar MH[24]的研究進一步發現，AQP2 在梅尼埃病患者內淋巴囊上皮過表達，其機制可能是細胞對AVP 的敏感性增加或負反饋抑制減輕導致AQP2 表達增加，從而導致內耳積液。因此人們認為，或許可以通過抑制AVP 分泌來控制內淋巴體積，可能是治療梅尼埃病的有效途徑[25]。

2.4 其它疾病

對于內毒素血癥的小鼠，有研究證明提高AQP1、2 在腎間質中的表達，可以減輕腎間質細胞水腫狀態[26]。劉秀珍等[27]人通過對熱射病大鼠腎臟AQP2mRNA 和蛋白的表達的研究發現，機體可能通過提高AQP 蛋白的表達來增加集合管處水的重吸收，從而幫助機體進行抗脫水調節，以對抗高溫下機體的水分丟失。

李雷兵等人[28]在對溫陽消飲法的研究過程中發現，AQP2 可能是治療胸腔積液小鼠的機制之一。在胸腔積液的小鼠中發現，AQP2 在腎的表達減少，而溫陽消飲法上調了AQP2 的表達，加強腎內水的重吸收，增強腎功能，從而減輕了胸腔積液。

除此之外，炎癥反應常常導致腎臟損傷，從而影響腎的水液代謝功能。有研究認為炎癥因子可能通過作用于AQP2 蛋白的表達而影響機體腎功能，造成急性腎損傷，同時影響鈉鉀泵的功能，改變機體能量代謝狀態，從而導致炎癥[29]。已有研究證明IL-1β 能直接抑制腎集合管主細胞AQP2 的表達[30]。張建等人[31]發現哮喘患者的尿液AQP2 水平增高，且與IL-4、IL-6 等炎癥因子有關，AQP2 與炎癥發生的機制或可成為一個新的研究熱點。

3 結論

從以上研究可以看出，AQP2 相關機制可以運用于治療腎臟本身疾病，V2R 受體拮抗劑目前已用于心力衰竭、尿崩癥等疾病的治療，在改善機體水腫方面起到了關鍵的作用。除此之外，AQP2 表達提高，通過增加腎臟水的重吸收功能，也可以減輕全身或某器官的異常水腫情況，或許可以嘗試研究AQP2 蛋白表達的相應抑制劑，以尋求水液代謝失衡新的治療途徑[32]。腎臟功能損傷和炎癥反應也密不可分，有研究表明NLRP3炎性小體及其下游因子的激活與AQP2的表達降低有密切關系[33]。但目前關于AQP2的研究主要集中于水代謝，而關于炎癥反應的研究較少，可作為創新性研究的方向。AQP2通過影響腎臟對水的重吸收而影響機體代謝，是機體調節水液代謝最關鍵的蛋白之一，在許多水液代謝失衡的疾病中起重要作用，進一步研究其作用機制及對疾病的影響，或許可以為相關疾病的治療提供新的思路。