肾素释放机制及肾素抑制剂的研究进展*

高燕红， 蔡珂丹， 罗 群

肾素－血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)已被发现多年，对其功能的传统认识是维持血压、保持体液特别是钠盐平衡，其对肾脏系统起重要作用［1］。近年研究证实还有许多血流动力学以外的作用。肾素的产生部位相对局限，主要由肾小球球旁器(juxtaglomerular apparatus，JGA)中的颗粒细胞所合成［1］。刺激肾素分泌的关键有4个方面:(1)入球小动脉压力变化(压力降低);(2)交感神经兴奋(通过在JGA上的β1受体);(3)流经肾小管致密斑(macula densa，MD)细胞上的钠离子浓度下降时;(4)血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)对JGA上血管紧张素1型受体(angiotensin type 1 receptor，AT1R)刺激的负反馈［2-5］。肾素是 RAS 中AngⅡ生成的起始也是限速步骤，从源头肾素途径全面阻断RAS已成为研究的热点。目前，在RAS研究中出现了一个新兴领域，即通过内源性代谢中间产物直接局部调节肾素的合成和释放。本文就琥珀酸/G蛋白偶联受体91(G-protein-coupled receptor 91，GPR91)调控肾素释放的机制及其肾素抑制剂方面的最近进展进行了综述。

1 琥珀酸/GPR91调控肾素释放的机制

目前，在RAS研究中出现了一个新兴领域，即通过内源性代谢中间产物直接局部调节肾素的合成和释放。研究发现GPR91在肾脏中高度表达，并且能够被三羧酸循环中的中间产物琥珀酸所激活，最终引起球旁细胞(juxtaglomerular cell，JGC)中肾素的释放和肾素依赖性RAS的激活［6］。

1.1 琥珀酸和GPR91 生理状态下，琥珀酸参与线粒体中的三羧酸循环，并产生三磷酸腺苷;然而在缺氧、糖尿病和癌症等病理状态下，出现能量供求失衡，大量琥珀酸在线粒体、细胞质和细胞外积累［7］。在糖尿病中，琥珀酸不仅能在血浆中被检测到，而且更易在肾小管液和尿液中检测到［8］。在链脲佐菌素(streptozocin，STZ)诱导的糖尿病小鼠中，1周后发现其尿液中的琥珀酸浓度比血浆中的要高5～10倍［9-10］。在代谢类疾病中，推测尿液中的琥珀酸可以作为局部组织损伤的一种新型生物标志物，从而运用到医学领域中。GPR91是孤立性的G蛋白偶联受体，其与嘌呤 G蛋白偶联受体 P2Y序列高度同源［11］。近来，大量研究发现GPR91并没有在分泌肾素的JGC中表达，其主要表达在MD细胞的顶端膜上、血管内皮细胞、肾小球内皮细胞、肾小管上皮细胞和 远 端 肾 单 位——集 合 管 (collecting duct，CD)［8，10-12］，这些定位的发现为琥珀酸/GPR91 调节肾素释放途径提供了有力的证据。He等［6］研究发现，GPR91能够被三羧酸循环中的中间产物琥珀酸所激活，最终引起JGC中肾素的释放和肾素依赖性RAS的激活。因此，琥珀酸/GPR91信号途径被认为是糖尿病肾病、视网膜病变和心血管疾病等的病理机制。

1.2 琥珀酸/GPR91调控肾素释放途径 最近研究发现，高糖能够激活肾内RAS，是肾组织损伤的一个核心因素。Peti-Peterdi［7］推测糖尿病的高糖与肾素释放之间存在着联系，即高糖能够诱导三羧酸循环中的琥珀酸积聚，激活GPR91，引起JGC中肾素的释放。1976年Baumbach等［13］首次研究发现琥珀酸影响肾素释放;2008年Toma等［10］通过体外微灌注方法证明琥珀酸通过GPR91介导导致肾素释放。对新鲜的JGA组织进行体外微灌注(排除全身的影响)，通过荧光共聚焦成像发现在高糖或琥珀酸灌入1～2 min后，GPR91诱导的肾素释放明显增加［10］。研究发现，在GPR91+/+小鼠肾脏中，肾素随着高糖剂量依赖性地升高，而在GPR91－/－小鼠肾脏中，未见高糖诱导的肾素的释放［10］。这些研究都说明在早期糖尿病的发病机制中，高糖通过琥珀酸/GPR91途径介导肾素释放，激活RAS，导致肾脏损伤。大量研究通过使用糖尿病模型，证实了琥珀酸通过GPR91介导肾素释放、激活 RAS 和高血压［6-8，10-11，14］。

研究发现在MD细胞中，琥珀酸/GPR91介导的细胞内信号转导途径与已建立的肾小管低盐诱导肾素释放的信号转导途径基本相同［15］。Vargas等［8］用琥珀酸刺激小鼠致密斑原代细胞后，发现p38和细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK1/2)被激活。而在糖尿病中，GPR91介导的p-ERK1/2仅仅在MD细胞和下游肾单位中表达，并不在上游的髓袢升支粗段中表达［8］。由于p38和ERK1/2是MD细胞中环氧化酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)激活的重要组成部分，进一步实验发现琥珀酸同样能介导COX-2和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)的增加［8］。使用JGA微灌注，将琥珀酸灌注到入球小动脉(afferent arterioles，AA)中，发现与正常对照组相比，肾素显著释放;而GPR91－/－、使用MEK-1抑制剂和COX-2抑制剂的小鼠，其肾素未见明显释放［8］。这证明在糖尿病中肾皮质 p-p38、COX-2、PGE2和肾素平行上调，这一现象主要通过GPR91介导。在MD细胞中，病理状态下线粒体应激，介导琥珀酸/GPR91途径，激活p38和ERK1/2，进一步激活 COX-2，最终介导 PGE2的合成和释放［8，16］;PGE2从 MD 细胞中胞吐后，作用于 JGC 中的 PGE2受体(E-prostanoid receptor，EP)2/4，激活JGC上的刺激型G蛋白 α(stimulatory G protein α，Gsα)偶联受体，使细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)浓度增加，激活依赖cAMP的蛋白激酶 A(protein kinase，PKA)，促使肾素分泌［4，17］。

最近研究发现GPR91除了定位于MD细胞中，还与肾小球内皮和血管的功能存在着一定的关联性［10］。研究发现，琥珀酸激活 HEK293细胞中的GPR91后通过激活抑制型G蛋白α(inhibitory G protein α，Giα)耦联受体通路，不仅抑制cAMP的产生，而且激活磷脂酶C-磷酸肌酸，增加细胞内Ca2+浓度［18］。在内皮细胞中，琥珀酸激活GPR91后，通过PLCβ-IP3途径，增加细胞内Ca2+浓度，从而产生一氧化氮和 PGE2，最终作用于 JGC，介导肾素释放［8，16］。

糖尿病肾病的发病机制主要与肾脏内RAS的激活相关联，但是在糖尿病中，其血浆肾素水平通常是很低的，相反其血浆中的肾素原水平较高［19］。在糖尿病早期，琥珀酸/GPR91介导JGC肾素的释放，随后激活局部Ang II的释放［20］;由于过度生成的Ang II，最终负反馈作用于肾素，抑制肾素的合成和释放;但其激活CD肾素原的生成［20］。CD产生的肾素原可与肾素原受体结合，或者被酶解成活性的肾素，从而解释了虽然JGC的肾素合成被抑制，但在糖尿病中肾脏内存在着持续的RAS的激活［20］。这个理论还在进一步的研究中，在糖尿病中血浆低肾素，但高肾素原和RAS的激活，值得我们进一步探索研究。

2 其它新兴代谢分子调节肾素释放

2.1 GPR99 由于发现琥珀酸可以与GPR91结合，引起肾素释放［6］。这个发现打破了传统的概念，认为一些内源性代谢分子除了传统的作用外，还可以直接调控肾素分泌和RAS激活。α-酮戊二酸与琥珀酸密切相关，也是三羧酸循环中的中间产物，其受体是GPR99［6］。近来研究发现，GPR99可能是半胱氨酰白三烯受体3，可以与白三烯E4结合，介导血管的通透性及炎症的产生，认为GPR99可能作为炎症性疾病的药物作用靶点［21］。研究发现GPR99在肾脏中广泛表达，主要定位在远端肾单位，推测其可能在肾素调控和肾脏水、电解质的重吸收方面有一定作用［16］。

2.2 嗅觉信号系统 Pluznick等［22］研究发现，在远端肾单位(包括MD细胞)的顶端膜上存在着一个嗅觉信号系统。这个系统包括嗅觉受体(olfactory receptors，ORs)、腺苷酸环化酶3(adenylate cyclase 3，AC3)和嗅觉G蛋白(olfactory G protein，Golf)偶联受体，均在肾脏表达［22］。其中AC3和 Golf都在肾小管和MD细胞上表达。在AC3－/－的小鼠MD细胞中，激活和上调COX-2和神经型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase，nNOS)，血浆中肾素的水平下降，显示了嗅觉信号系统直接参与调控肾素的释放［22］。在未来的研究中，我们可以进一步探讨个体间ORs在调控肾素释放中的作用。

2.3 尿酸 除了琥珀酸和嗅觉物质外，其它的代谢途径也有可能调控肾素释放。Kang等［23］在孤立的体外微灌注JGA小鼠中发现，尿酸通过MD细胞依赖的途径能够快速激活肾素释放。

3 抑制肾素释放的治疗药物

由于血管紧张素受体阻滞剂(angiotensin receptor blockers，ARBs)和血管紧张素转化酶抑制剂(angiotensin-converting inhibitor，ACEI)等在治疗糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)中会出现肾素逃逸，引起肾脏损伤［24］。故从源头肾素途径全面阻断RAS已成为研究的热点。目前直接抑制肾素释放主要有:阿利吉仑和肾素(原)受体抑制剂;间接抑制肾素释放主要有:活性维生素D、优洛可定(urocortins，Ucn)、GPR91 抑制剂和 COX-2 抑制剂［25］。下面将简单介绍间接抑制肾素释放的药物。

3.1 活性维生素D 近年来研究发现维生素D类似物，其生物学活性与活性维生素D非常相似，具有调控肾素释放的作用［26-27］。Zhang 等［28］通过敲除小鼠维生素D受体(vitamin D receptor，VDR)模型，给予1，25(OH)2D3进行干预，证实能抑制肾素，且减少蛋白尿，延缓肾功能衰竭进展。Li等［29］通过研究缺失VDR突变型糖尿病小鼠的生长发育，发现此类小鼠体内RAS过度激活，伴有严重的肾损伤，给予帕立骨化醇治疗，明显改善肾损伤。兰凯等［30］发现帕立骨化醇可以抑制DN大鼠肾脏的肾素及AngⅡ的表达，从而减少蛋白尿，保护肾脏。为进一步研究活性维生素D如何抑制肾素释放，我们通过STZ诱导糖尿病肾病模型，予以帕立骨化醇治疗后，发现帕立骨化醇有可能通过抑制COX-2-PGE2途径，从而抑制肾素分泌，阻断RAS，起到保护肾脏的作用。

3.2 Ucn Ucn是一种小分子肽，是促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropin-releasing factor，CRF)肽类家族的新成员;Ucn主要通过与相应的G蛋白偶联的CRF受体(CRFR1和CRFR2)相结合而发挥作用［25］。Ucn能够降低动脉血压，增加动脉血流量，增强心肌抵抗力，起到心血管保护作用。最近研究发现在心力衰竭的羊中，Ucn联合运用ACEI能够显著改善心脏功能及肾功能，降低外周阻力及心室舒张压;应用ACEI后可能诱导血浆肾素活性(plasma renin activity，PRA)反馈性上调，联合运用Ucn可以下调 PRA［31］。在最近的一项研究中，Rademaker等［32］通过对心力衰竭的羊进行试验，发现运用Ucn能够有效改善血流动力学、保护肾脏，这主要是通过抑制PRA和醛固酮起作用的。Li等［33］发现，用Ucn1治疗STZ诱导的糖尿病大鼠能够减少肾小球细胞外基质增厚，改善蛋白尿，抑制转化生长因子β、结缔组织生长因子和血管内皮生长因子的表达，从而保护肾脏。但这个研究中并没有测量PRA和RAS等指标，所以还不是很清楚在糖尿病肾脏中，Ucn是否通过抑制肾素来保护肾脏。未来需要更多的实验来证实这个理论，以便应用于临床。

3.3 GPR91抑制剂 GPR91在糖尿病肾病的发病机制中起着重要的作用，因此在糖尿病早期有效抑制GPR91能够起到保护肾脏的作用。过去对GPR91的研究主要是通过遗传学方法，最近出现了一个新兴药物，即选择性小分子hGPR91拮抗剂。研究发现琥珀酸引起大鼠的血压升高，然而通过使用hGPR91拮抗剂可以降低其血压［34］。GPR91抑制剂作为一个工具药，能更有效、简单对GPR91进行干预［35］，从而抑制 RAS，保护肾脏。然而，GPR91 抑制剂对肾素合成和分泌的影响及潜在的肾脏保护作用有待进一步研究。

3.4 COX-2抑制剂 COX包括2种亚型，COX-1和COX-2，两者都可在肾脏中表达。其中COX-2表达在MD细胞和邻近的髓袢升支粗段细胞中，COX-2是肾脏局部合成PGE2的主要限速酶，刺激PGE2合成后，通过 cAMP 途径，刺激肾素释放［17，36］。研究发现，在高肾素实验模型中，COX-2抑制剂或COX-2－/－都能减少肾素释放［25］。但也有研究证明，COX-2抑制剂在联合ACEI治疗糖尿病模型中，并不能降低肾素的表达，但能减少前列腺素的合成［37］。目前认为COX-2仍然是肾脏保护治疗的一个靶点，至少在某种程度上其能抑制肾素释放。

4 问题和展望

在过去的几年里，出现了一个新兴的研究领域，即中间代谢产物通过与各自的G蛋白偶联受体结合而直接激活肾素释放。其中最具代表性的中间代谢产物是琥珀酸，其与细胞膜受体GPR91结合后，激活肾素释放。琥珀酸/GPR91信号途径被认为是多数代谢性疾病的病理机制。目前有很多抑制肾素释放的药物，如活性维生素 D、Ucn、GPR91抑制剂和COX-2抑制剂，有待更多的临床试验来证实。

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