腎素原受體在腎臟集合管中的生理功能及其在腎臟相關疾病中作用研究進展

王譽蓉，方輝

濰坊醫學院藥學院 山東省高校重點實驗室應用藥理學實驗室，山東濰坊261053

機體內存在系統性和局部性兩種腎素—血管緊張素系統(RAS)，系統性RAS即傳統意義上的RAS，局部RAS即存在于組織器官內部的RAS。很多疾病與系統性RAS的激活相關，特別是高血壓、心肌梗死等心血管疾病。然而，在系統腎素活性水平不高甚至被抑制的情況下，RAS抑制劑仍然對心力衰竭和腎臟疾病有治療作用[1]，提示局部RAS介導了疾病進展。腎素原受體(PRR)是RAS的一員，是水鹽代謝、血壓和腎臟局部RAS系統的關鍵調節因子。PRR是一個高度保守的蛋白，在人、大鼠和小鼠間，其核苷酸序列相似度為95%，氨基酸序列相似度為80%。動物體內的PRR以3種形式存在：全長的PRR，相對分子質量為39 kDa；酶切后形成的可溶性PRR(sPRR)，分子量為28 kDa；C端跨膜區，分子量約8.9 kDa。PRR表達具有組織特異性，在哺乳動物的腦、心臟、血管、腎臟等部位都有大量表達。PRR作為RAS的組分，一方面其生物學活性與RAS有關，另一方面其組織的表達特異性使其成為局部RAS研究不可或缺的關鍵分子。現將PRR的生理功能及其與腎臟相關疾病的關系綜述如下。

1 PRR在腎臟集合管中的生理功能

在腎臟中，腎小管上皮細胞的主要功能是吸收水分和溶質，遠端腎單位包含了遠端曲小管、連接管和集合管，它們負責調整最終的腎臟排泄，小管上皮細胞中的各種轉運蛋白和離子通道介導了這個生理過程。PRR在腎臟中的主要表達部位有血管、近端小管、髓袢升支粗段、遠端小管和集合管[2]，特別是在集合管閏細胞中，PRR含量極為豐富，也提示了其潛在的作用和功能。

1.1 PRR對上皮鈉通道(ENaC)的調節 腎臟集合管中的ENaC是小管上皮細胞頂膜上重要的重吸收鈉離子的通道蛋白，它的活性是鈉離子重吸收的限速步驟[3]。

研究表明，AngⅡ孵育小鼠內髓集合管細胞，PRR可通過SGK-1/Nedd4-2信號調節α-ENaC的表達[4]。而在腎臟PRR敲除的小鼠中，基礎狀態下腎髓質α-ENaC的表達顯著低于相應的野生型WT小鼠，同時伴有尿鈉排泄相對增加的表現[5]。另外，BURCKLE等[6]發現，在血管平滑肌細胞過表達人PRR的轉基因小鼠中，其血漿醛固酮含量顯著升高，而醛固酮是調節體內電解質平衡的關鍵因子。以上研究均表明，PRR介導了ENaC的表達調控。

高鹽處理動物可誘導血壓升高，在高鹽動物模型中腎臟PRR表達上調；然而對腎臟缺血再灌注損傷動物模型給予高鹽飲食后，PRR表達卻受到抑制[7]。這提示PRR對鈉離子重吸收的調控還與腎臟的生理病理狀態相關。低鹽飲食可以刺激腎臟PRR表達[8]，低鹽同時給予AngⅡ灌注可進一步上調髓質部位PRR表達，但對腎皮質PRR則沒有明顯影響，提示局部RAS激活[9]。以上研究直接或間接地表明PRR在腎臟鈉平衡調控中的重要作用。

進一步研究發現，S1P切割PRR產生的sPRR可通過Nox-4快速激活醛固酮誘導的ENaC活性；另外，在醛固酮長期刺激培養的集合管細胞中，sPRR可通過β-catenin調控醛固酮誘導的ENaC表達[10]。這一現象提示，sPRR對ENaC的調控可能有不同的機制，同時說明S1P來源的sPRR在醛固酮誘導的ENaC激活中起關鍵作用。該發現為進一步理解sPRR在水鈉平衡和血壓調節中的作用,以及醛固酮在遠端腎單位中的保鈉作用提供了新的依據。

1.2 PRR對水通道蛋白(AQP)和抗利尿激素加壓素2型受體(V2R)的調節 腎臟集合管水重吸收對于維持機體的體液平衡非常關鍵，執行水重吸收的是AQP。腎臟中有8種不同類型的AQP，分布于不同的腎小管，其中起主要作用的是AQP2。

動物實驗顯示，敲除小鼠腎臟集合管中的PRR后，小鼠出現腎臟發育異常和集合管畸形，并伴有多尿和低尿液滲透壓的表型[11]，提示集合管中的PRR在尿濃縮功能方面的重要性。RAMKUMAR等[5]研究顯示，全腎臟誘導性敲除PRR的小鼠出現嚴重尿崩，腎內AQP2的表達也受到明顯抑制，AVP/cAMP信號通路出現異常。在另外一項關于集合管特異PRR敲除小鼠的研究中，同樣發現小鼠多尿低滲透壓的表型，并且該過程與AVP/PGE2/EP4相關[12]。顯然，PRR敲除小鼠直接表明了PRR在集合管尿濃縮功能方面的作用。

在禁水動物模型中，腎內PRR和AQP2表達均顯著增加，并且PRR抑制劑PRO20顯示了部分逆轉該增加的效果，表現為尿量部分恢復，尿滲透壓相對下降等，表明PRR可調控集合管的水重吸收過程。在體外細胞實驗中，采用siRNA干擾沉默PRR的表達可以顯著抑制血管加壓素所刺激的cAMP聚集[13]。這表明PRR介導了血管加壓素下游通路的信號轉導，并參與調控水重吸收的過程。

抗利尿激素加壓素(AVP)通過其在集合管中的受體V2R發揮控制尿液濃縮能力的作用。WANG等[14]報道，S1P來源的sPRR可通過靶向V2R參與調節體液穩態，在原代培養的內髓集合管細胞中，AVP誘導的V2R表達被PRR拮抗劑PRO20、PRR中和抗體及S1P抑制劑PF-429242所抑制；同時，AVP可增加sPRR的釋放，PF-429242可降低sPRR的釋放。使用組氨酸標記的sPRR(即sPRR-His)可以刺激V2R表達，也可以逆轉PF-429242對AVP誘導表達的抑制作用。以上研究表明，S1P來源的sPRR在決定腎臟V2R表達以及尿濃縮能力方面發揮關鍵作用。

2 PRR在腎臟相關疾病中的作用

2.1 PRR與高血壓 高血壓的發病機制目前尚未十分明確，一般認為是神經、體液激素及腎臟功能等共同調節導致了高血壓的發生發展。隨著對PRR研究的深入，PRR與高血壓的關系也逐漸得到人們的認識。

轉基因大鼠在集合管或血管平滑肌細胞特異性過表達人PRR基因后均出現血壓上升，這些過程所涉及的分子機制包括AngⅡ依賴的RAS信號途徑[15]，以及AngⅡ非依賴的核因子κB(NF-κB)激活所引發的炎癥因子相關信號通路[16]。研究發現，COX-2/PEG2/EP4/PRR通路的激活在高血壓的發生發展中非常關鍵，并且使用PRR拮抗劑PRO20腎內灌注能夠顯著抑制高血壓[17]。

研究表明，抑制S1P以減少體內sPRR的產生可顯著降低AngⅡ誘導的高血壓，同時抑制尿液腎素水平和腎髓質腎素表達，但不影響腎皮質α-ENaC的表達，上述現象可被外源性sPRR-His重組蛋白所逆轉。在小鼠皮質集合管細胞中，S1P抑制劑PF429242可阻斷AngⅡ誘導的ENaC活性，而sPRR-His可逆轉PF429242的ENaC活性。這些結果支持了S1P來源的sPRR通過增強腎內腎素水平和激活ENaC介導Ang Ⅱ誘導的高血壓[18]。

ELA是位于腎元遠端腎單位的一種Apelin受體新的內源性配體，其在腎遠端腎單位和腎內RAS，尤其是PRR之間的相互作用可能對血壓調節有重大作用[19]。在培養的腎臟皮質集合管來源的M1細胞中，外源性ELA顯著誘導fPRR、sPRR和原腎素/腎素蛋白表達的下調，而8-溴腺苷3′，5′-環磷酸腺苷可逆轉上述現象。相反，小鼠集合管或腎單位中PRR的敲除可上調Apela、Apln mRNA的表達，以及尿ELA和Apelin的排泄，支持了這兩個系統之間的拮抗關系。高鹽上調DahlSS大鼠腎髓蛋白fPRR、sPRR、prorenin、renin表達，增加炎癥因子和纖維化因子表達，腎損傷指標Kim-1、尿白蛋白、尿NGAL也顯著升高，這些蛋白在外源性注入ELA-32后均明顯受到抑制。因此，從目前的研究結果來看，PRR與其相關信號分子可能成為治療高血壓的重要靶點。

2.2 PRR與糖尿病腎病 在糖尿病腎病引起的終末期腎病中，腎臟小管細胞和集合管細胞中的PRR表達顯著增強[20]。糖尿病的慢性腎臟病(CKD)患者的血漿sPRR水平遠遠高于非糖尿病的CKD患者[21]，這些均說明sPRR與糖尿病腎病密切相關。

動物實驗顯示，糖尿病大鼠腎臟組織中PRR表達上調，并且該過程與AngⅡ受體1(AT1R)和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)相關[22]。后續研究發現，PRR的上調與細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)、NF-κB和c-Jun氨基末端激酶(JNK)等相關信號通路密切相關[23]。與此同時，這些信號通路的下游炎癥因子[包括TNF-α、IL-1β、結締組織生長因子(CTGF)]對糖尿病腎病的發展具有顯著的促進作用。SIRAGY等[24]研究認為，腎臟PRR在糖尿病腎病的發生發展中必不可少，并且可通過激活TGF-β1/CTGF信號通路和增強腎臟炎癥反應促進糖尿病腎病的發展。

在體外，高糖處理的腎小球系膜細胞可出現PRR表達增加，且促纖維化分子表達上調。在高糖處理的足細胞模型中，PRR通過Wnt/β-Catenin/Snail信號通路誘導足細胞損傷，并通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，誘導足細胞的自噬和凋亡[25]。此外，高糖處理的過表達COX-2的足細胞模型中，敲除PRR能夠緩解高糖誘導的足細胞損傷，給予COX-2抑制劑也可下調PRR的表達[26]，表明PRR介導了高糖和COX-2高表達引起的腎小球損傷。

然而，PRR在糖尿病腎病中的作用還存在爭議。研究表明，PRR對于維持足細胞活性具有重要作用[27]。在足細胞特異敲除PRR的小鼠中，足細胞的生理學結構出現顯著變化，Neohrin和podocin蛋白的表達位置改變，出現自噬，小鼠最終死于腎功能衰竭，提示PRR的存在對維持足細胞形態和腎小球功能發揮關鍵作用。另有研究顯示，在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中，腎臟PRR mRNA表達水平降低，而且高果糖處理系膜細胞后PRR表達下調[28]，這些結果并不支持PRR介導了糖尿病的發生發展。出現以上結果的原因可能是由于實驗模型的差異導致了相反或不一致的結果，但也可能說明PRR在糖尿病中具有雙面性。

2.3 PRR與蛋白尿 蛋白尿不僅是腎小球損傷嚴重程度的指標，而且是腎臟損傷尤其是腎間質纖維化的重要原因。研究發現，在人腎臟近端小管上皮細胞中，白蛋白超載可引起全長PRR被切割，產生可溶性sPRR分泌到細胞上清中，同時sPRR參與白蛋白超載對IL-6、IL-8等炎癥因子的刺激作用[29]。

蛋白負荷CKD大鼠模型表現為嚴重的蛋白尿、腎小管壞死、間質纖維化、氧化應激、炎癥反應，并伴有尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性升高和尿β2微球蛋白分泌增多，所有這些都可以被PRR拮抗劑PRO20顯著抑制。尿液和腎臟中的腎素、血管緊張素原、AngⅡ顯著提高并且被PRO20抑制，但循環RAS系統的血漿水平基本沒有改變[30]。這說明PRR拮抗劑PRO20是通過抑制腎內RAS的激活來減輕AO誘導的蛋白負荷CKD。在阿霉素誘導的蛋白尿腎病中，PRO20可以通過阻止腎內RAS系統的激活和Nox4和TRPC6表達的上調來防止阿霉素腎病中的足細胞損傷和腎間質纖維化[31]。上述結果說明，PRR在蛋白尿誘導的腎臟炎癥及纖維化等損傷中發揮重要作用。

PRR表達具有組織特異性，其介導的信號通路復雜多樣，與RAS的活化和腎臟疾病的發展、維持個體腎臟發育密切相關，PRR的功能研究有助于尋找高血壓、糖尿病等疾病的藥物治療靶點。雖然對于PRR的結構、表達、功能及其在疾病病理生理過程作用等方面的研究已經取得眾多突破，但是仍然存在爭議和許多未知。特別是其在水鹽代謝方面的研究多集中在腎臟集合管部位，而其他部位如近曲小管、髓袢升支等部位的PRR功能還沒有相應的進展。另外，對于PRR敲除后出現細胞自噬現象也引發許多對PRR敲除模型所證明的功能研究的質疑。因此，對于PRR的全面性研究還需要投入更多的努力。