致密斑调节肾素释放的双轨机制*

周虹 刘康栋 赵继敏△

(1.郑州大学医学院临床医学系2015级临床医学专业；2.郑州大学基础医学院病理生理学系，河南 郑州 450001)

肾小球入球小动脉的球旁细胞(Juxtaglomerular cell, JGC)又称颗粒细胞，是入球小动脉靠近血管极处，由血管壁中膜平滑肌细胞特化而成的。球旁细胞内含有分泌颗粒，能合成、储存和释放肾素。致密斑(Macula densa，MD)是髓袢升支粗段远端部近血管极一侧的管壁上皮细胞特化而成的椭圆形结构，一般认为它是一种离子感受器，可感受远端小管管液中NaCl浓度的变化，将信息传递给球旁细胞，调节球旁细胞释放肾素和该肾单位肾小球的滤过率。但迄今为止，文献和医学相关教材中都没有对致密斑调节肾素释放的具体机制给予一个更系统、完整的解释。因此，本文结合致密斑调节肾素释放的相关研究文献，主要从MD是如何感受远端小管管液中NaCl浓度的变化，以及如何将信息传递给入球小动脉的JGC，远端小管管液中NaCl浓度的升高或下降激活管-球反馈的调节是否依赖同一载体或通路，以及前列腺素、一氧化氮、腺苷、钙离子等物质参与管球反馈的具体作用机制进行综述。

1 致密斑感受远端小管管液中NaCl浓度变化的机制

经肾小球滤过的NaCl约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)顶端膜上的Na+-K+-2Cl-共同转运体提供了NaCl的主要进入途径，其活性的变化可能是MD细胞感受远端小管管液中盐浓度变化的主要机制[1]，当肾血流量减少或GFR降低时，MD细胞感受到远端小管管液中NaCl浓度的降低，可导致MD细胞表面Na+- K+-2Cl-共同转运体活性降低[2]，最终使JGC释放肾素增多。而增加盐向TAL的运输可增加Na+-K+-2Cl-共同转运体的活性[3]，最终使JGC释放肾素减少。

2 MD部位管液中NaCl浓度降低时，致密斑调节肾素释放的机制

前列腺素在肾脏的代谢非常活跃，而前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)合成的限速酶：环氧合酶2(Cyclooxygenase-2，COX-2)则定位于肾皮质致密斑及髓袢升支粗段，COX-2在正常生理条件下低表达，但在低盐饮食、炎症或生长因子的刺激下合成迅速增加。MD感受肾小管管腔内NaCl浓度的降低来介导肾素的释放需要COX-2介导[4-5]。当MD部位管液中NaCl浓度降低时，MD细胞顶端膜上的Na+-K+-2Cl-共同转运体活性降低，进入MD细胞内的NaCl减少，但Cl-向基底侧膜排出率基本不变，导致MD细胞去极化，电压门控钙通道被激活，使MD细胞内钙离子浓度升高，钙离子一方面激活磷脂酶A2，磷脂酶A2水解磷脂释放花生四烯酸,进而在COX-2的作用下，生成PGE2；另一方面可能通过钙/钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ激活p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)，活化的p38MAPK通过转录调节,主要通过使核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)转位入核，结合在DNA相应的核转录因子位点上，诱导COX-2基因转录，翻译后合成COX-2[6-10]；合成的COX-2，作用于花生四烯酸，产生PGE2。PGE2通过作用于球旁细胞上的G蛋白偶联的E-脯氨酸受体(E-prostanoid，EP)而使肾素释放，其中Gsα偶联的EP4是刺激肾素释放最重要的受体[11-13]，Gsα通过激活腺苷酸环化酶(Adenylyl cyclase，AC)，催化产生cAMP[11,13-14]，cAMP经蛋白激酶A/CREB级联激活肾素基因(蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)；环磷酸腺苷效应原件结合蛋白(cAMP responsive element-binding protein，CREB))，稳定肾素mRNA，增强含肾素囊泡的胞吐作用，最终导致活性肾素从JGC的储存颗粒中释放出来[14-16]。Gsα-cAMP-PKA信号级联在基础肾素释放和调节性肾素释放中起着绝对关键作用。

此外，低盐可使致密斑处的神经元型一氧化氮合酶(Neuronal nitric oxide synthase，nNOS)上调，经nNOS-NO-cGMP途径产生的内源性cGMP可直接抑制PDE3(Phosphodiesterase 3，PDE3)，使cAMP降解减少，间接促进cAMP的增加，从而进一步刺激肾素释放[17-18]。

3 MD部位管液中NaCl浓度增加时，致密斑调节肾素释放的机制

MD部位管液中NaCl浓度增加时，腺苷的作用可能特别重要[19-20]。MD部位盐浓度的增加，会促进其通过Na+-K+-2Cl-共同转运体的转运(该转运体属于继发性主动转运，消耗ATP[1,21-22])，从而增加MD细胞内ATP的消耗和腺苷的形成。另外，ATP本身也可能会随着MD部位盐浓度的增加而释放至细胞外，细胞外ATP至少通过三种不同的核苷酸酶发生降解，这些核苷酸酶锚在细胞膜的外面，或分泌到间质液中。细胞外-核苷三磷酸二磷酸水解酶(Ecto-nucleoside trisphosphate di-phosphohydrolases，E-NTPDase)能够连续去除ATP和ADP中的磷酸；细胞外-核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶(Ecto-nucleotide pyrophosphatases/phosphodiesterases，E-NPPases)也能降解ATP，产生AMP和焦磷酸。细胞外-5′-核苷酸酶是通过从AMP中去除一个磷酸基团而使AMP最终被降解成腺苷[22-24]。MD细胞内产生的腺苷以及经细胞外ATP降解产生的腺苷，通过激活JGC上的腺苷A1受体(Adenosine A1 receptor，A1AR)来抑制肾素释放。A1AR为Gi/o蛋白偶联受体，可激活磷脂酶C(Phospholipase C，PLC)，产生第二信使肌醇-1,4,5-三磷酸(Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3)和二酰甘油(Diacylglycerol，DAG)，IP3诱导内质网和肌浆网内钙离子的释放；DAG激活TRPC3，使TRPC3通道开放、细胞外钙离子内流，从而使JGC内钙离子浓度升高来抑制肾素释放[25-26]，具体机制见下文4。

4 钙离子在致密斑调节肾素释放中的作用

钙离子可在MD细胞以及JGC中发挥调节酶的活性的作用，从而间接影响肾素释放。

MD细胞内钙离子的增加，可激活磷脂酶A2，释放花生四烯酸，生成PGE2，而PGE2能有效刺激肾素释放[9,27]。

刺激肾素释放的信号主要由第二信使cAMP介导，其合成与降解由球旁细胞内的AC、PDE调控[3,28]，而球旁细胞内钙离子浓度的变化可以调节AC、PDE的活性。JGC内钙离子的减少，可以激活腺苷酸环化酶Ⅴ，促进cAMP刺激的肾素的释放[3,29]。JGC内钙离子的增加，通过使腺苷酸环化酶Ⅴ的活性降低[30,31]，以及经钙/钙调素依赖的蛋白磷酸酶激活PDE1[32-33],从而减少cAMP的合成(通过AC)和促进cAMP的降解(通过PDE)，最终放大抑制肾素释放的信号。

而上述JGC内钙离子含量又是如何增加的呢？研究表明，JGC内钙离子含量的增加依赖于3种途径，即激活储存型钙通道(或称为受体操纵钙离子进入(Receptor-operated Ca2+entry，ROCE)，其组成部分之一为瞬时受体电位阳离子通道C亚族成员3[34-39](Transient receptor potential canonical 3，TRPC3)、内质网(Endoplasmic reticulum，ER)内储存钙释放、激活电压门控L型钙通道。JGC有钙敏感受体(Calcium-sensing receptors，CaSR)，其为G蛋白偶联受体，胞外钙的增加，激活CaSR，通过Gq激活PLC而分解磷脂酰肌醇二磷酸(Phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2)产生IP3和DAG，IP3作用于内质网的IP3受体使内质网内的钙释放，且与RYR受体(Ryanodine receptor))偶联而放大IP3信号，以促进细胞内钙的释放[3,28,31-32]；ER-Ca2+库耗竭以及DAG可激活储存型钙通道，细胞外钙经TRPC3进入胞内[11,36]；JGC的去极化可激活电压门控L型钙通道，使胞外钙进入胞内。

总之，在JGC中钙离子通过直接影响控制球旁细胞内第二信使cAMP合成和降解的酶的活性而发挥抑制性第二信使的作用[28]，从而影响肾素的释放。

5 总结

致密斑主要通过MD细胞顶端膜上的Na+-K+-2Cl-共同转运体感受远端小管管液中NaCl浓度的变化，在此，根据NaCl浓度变化方向的不同，Na+-K+-2Cl-共同转运体具有“双轨调节机制”：当MD部位管液中NaCl浓度降低时，Na+-K+-2Cl-共同转运体的转运降低，主要导致MD细胞内的Ca2+增加，以依赖COX-2的方式产生PGE2，进而使JGC增加肾素的释放；当MD部位管液中NaCl浓度升高时，Na+-K+-2Cl-共同转运体的转运增加，主要通过腺苷增加JGC内的Ca2+而使JGC减少肾素的释放，见图1。

图1 致密斑调节肾素释放的“双轨”机制注：NKCC2：Na+-K+-2Cl- 共转运子