致密斑調節腎素釋放的雙軌機制*

周虹 劉康棟 趙繼敏△

(1.鄭州大學醫學院臨床醫學系2015級臨床醫學專業；2.鄭州大學基礎醫學院病理生理學系，河南 鄭州 450001)

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

1 致密斑感受遠端小管管液中NaCl濃度變化的機制

經腎小球濾過的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-共同轉運體提供了NaCl的主要進入途徑，其活性的變化可能是MD細胞感受遠端小管管液中鹽濃度變化的主要機制[1]，當腎血流量減少或GFR降低時，MD細胞感受到遠端小管管液中NaCl濃度的降低，可導致MD細胞表面Na+- K+-2Cl-共同轉運體活性降低[2]，最終使JGC釋放腎素增多。而增加鹽向TAL的運輸可增加Na+-K+-2Cl-共同轉運體的活性[3]，最終使JGC釋放腎素減少。

2 MD部位管液中NaCl濃度降低時，致密斑調節腎素釋放的機制

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：環氧合酶2(Cyclooxygenase-2，COX-2)則定位于腎皮質致密斑及髓袢升支粗段，COX-2在正常生理條件下低表達，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NaCl濃度的降低來介導腎素的釋放需要COX-2介導[4-5]。當MD部位管液中NaCl濃度降低時，MD細胞頂端膜上的Na+-K+-2Cl-共同轉運體活性降低，進入MD細胞內的NaCl減少，但Cl-向基底側膜排出率基本不變，導致MD細胞去極化，電壓門控鈣通道被激活，使MD細胞內鈣離子濃度升高，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,進而在COX-2的作用下，生成PGE2；另一方面可能通過鈣/鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ激活p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)，活化的p38MAPK通過轉錄調節,主要通過使核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)轉位入核，結合在DNA相應的核轉錄因子位點上，誘導COX-2基因轉錄，翻譯后合成COX-2[6-10]；合成的COX-2，作用于花生四烯酸，產生PGE2。PGE2通過作用于球旁細胞上的G蛋白偶聯的E-脯氨酸受體(E-prostanoid，EP)而使腎素釋放，其中Gsα偶聯的EP4是刺激腎素釋放最重要的受體[11-13]，Gsα通過激活腺苷酸環化酶(Adenylyl cyclase，AC)，催化產生cAMP[11,13-14]，cAMP經蛋白激酶A/CREB級聯激活腎素基因(蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)；環磷酸腺苷效應原件結合蛋白(cAMP responsive element-binding protein，CREB))，穩定腎素mRNA，增強含腎素囊泡的胞吐作用，最終導致活性腎素從JGC的儲存顆粒中釋放出來[14-16]。Gsα-cAMP-PKA信號級聯在基礎腎素釋放和調節性腎素釋放中起著絕對關鍵作用。

此外，低鹽可使致密斑處的神經元型一氧化氮合酶(Neuronal nitric oxide synthase，nNOS)上調，經nNOS-NO-cGMP途徑產生的內源性cGMP可直接抑制PDE3(Phosphodiesterase 3，PDE3)，使cAMP降解減少，間接促進cAMP的增加，從而進一步刺激腎素釋放[17-18]。

3 MD部位管液中NaCl濃度增加時，致密斑調節腎素釋放的機制

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，會促進其通過Na+-K+-2Cl-共同轉運體的轉運(該轉運體屬于繼發性主動轉運，消耗ATP[1,21-22])，從而增加MD細胞內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胞外，細胞外ATP至少通過三種不同的核苷酸酶發生降解，這些核苷酸酶錨在細胞膜的外面，或分泌到間質液中。細胞外-核苷三磷酸二磷酸水解酶(Ecto-nucleoside trisphosphate di-phosphohydrolases，E-NTPDase)能夠連續去除ATP和ADP中的磷酸；細胞外-核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶(Ecto-nucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases，E-NPPases)也能降解ATP，產生AMP和焦磷酸。細胞外-5′-核苷酸酶是通過從AMP中去除一個磷酸基團而使AMP最終被降解成腺苷[22-24]。MD細胞內產生的腺苷以及經細胞外ATP降解產生的腺苷，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蛋白偶聯受體，可激活磷脂酶C(Phospholipase C，PLC)，產生第二信使肌醇-1,4,5-三磷酸(Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3)和二酰甘油(Diacylglycerol，DAG)，IP3誘導內質網和肌漿網內鈣離子的釋放；DAG激活TRPC3，使TRPC3通道開放、細胞外鈣離子內流，從而使JGC內鈣離子濃度升高來抑制腎素釋放[25-26]，具體機制見下文4。

4 鈣離子在致密斑調節腎素釋放中的作用

鈣離子可在MD細胞以及JGC中發揮調節酶的活性的作用，從而間接影響腎素釋放。

MD細胞內鈣離子的增加，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，其合成與降解由球旁細胞內的AC、PDE調控[3,28]，而球旁細胞內鈣離子濃度的變化可以調節AC、PDE的活性。JGC內鈣離子的減少，可以激活腺苷酸環化酶Ⅴ，促進cAMP刺激的腎素的釋放[3,29]。JGC內鈣離子的增加，通過使腺苷酸環化酶Ⅴ的活性降低[30,31]，以及經鈣/鈣調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內鈣離子含量又是如何增加的呢？研究表明，JGC內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)、內質網(Endoplasmic reticulum，ER)內儲存鈣釋放、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)產生IP3和DAG，IP3作用于內質網的IP3受體使內質網內的鈣釋放，且與RYR受體(Ryanodine receptor))偶聯而放大IP3信號，以促進細胞內鈣的釋放[3,28,31-32]；ER-Ca2+庫耗竭以及DAG可激活儲存型鈣通道，細胞外鈣經TRPC3進入胞內[11,36]；JGC的去極化可激活電壓門控L型鈣通道，使胞外鈣進入胞內。

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

5 總結

致密斑主要通過MD細胞頂端膜上的Na+-K+-2Cl-共同轉運體感受遠端小管管液中NaCl濃度的變化，在此，根據NaCl濃度變化方向的不同，Na+-K+-2Cl-共同轉運體具有“雙軌調節機制”：當MD部位管液中NaCl濃度降低時，Na+-K+-2Cl-共同轉運體的轉運降低，主要導致MD細胞內的Ca2+增加，以依賴COX-2的方式產生PGE2，進而使JGC增加腎素的釋放；當MD部位管液中NaCl濃度升高時，Na+-K+-2Cl-共同轉運體的轉運增加，主要通過腺苷增加JGC內的Ca2+而使JGC減少腎素的釋放，見圖1。

圖1 致密斑調節腎素釋放的“雙軌”機制注：NKCC2：Na+-K+-2Cl- 共轉運子