AQP2 在水液代谢异常相关疾病中的研究进展

张蓓蕾，羊冰洁，刘文洪

（1.浙江中医药大学第二临床医学院,浙江 杭州 310053；2.浙江中医药大学第四临床医学院，浙江 杭州 310053；3.浙江中医药大学基础医学院，浙江 杭州 310053）

0 引言

AQP2 是水通道蛋白家族中的一员，是目前发现与机体水代谢最密切相关的蛋白之一。AQP2 主要表达于肾髓质集合管主细胞表面，作为一种水通道，促进水的重吸收，影响机体尿液浓缩功能。若AQP2 基因被敲除，就会导致小鼠尿崩症，出现大量低渗尿液，几乎无法存活[1]。若机体因各种原因如循环衰竭，大量分泌精氨酸加压素（arginine vasopressin，AVP），从而促进AQP2 的表达，导致水重吸收增多，就会导致机体水肿[2]。因此，AQP2 通过改变肾的功能状态从而影响整个机体的水液代谢功能，本文将从肾内疾病与肾外疾病两个角度来综述其在机体水液代谢平衡中发挥至关重要的作用。

1 肾内疾病

1.1 尿崩症

尿崩症是由遗传性或获得性AVP 不同程度的缺乏或肾脏对 AVP 缺乏反应致肾小管重吸收水功能障碍的一组临床综合征，前者称为中枢性尿崩症（central diabetes insipidus，CDI），后者称为肾性尿崩症（nephrogenic diabetes insipidus，NDI）。尿崩症的临床特点为多尿、烦渴、低渗尿或低比重尿。尿崩症的分子机制主要是肾脏集合管上的主细胞依赖AVP 的AQP2 表达减少和（或）其向顶端质膜的转运障碍[3]。

1.1.1 中枢性尿崩症

中枢性尿崩症通常是由于垂体后叶对渗透刺激反应不充分导致产生或分泌AVP 不足而引起的。中枢性尿崩症很少在人类中遗传。最常见的是由神经垂体的创伤性或病理性破坏引起的，导致AVP 的完全或部分缺失[4]。中枢性尿崩症往往会伴随着肾性尿崩症，这可能是由于肾脏AQP2 的继发性表达减少。

尿液AQP2 的测量对中枢性尿崩症具有诊断价值。研究表明，AQP2 在肾集合管细胞中的穿梭运输速度很快，并同时排泄到尿液中。尿液中AQP2 的排泄与血浆AVP 水平呈正相关。中枢性尿崩症患者尿中AQP2 的基础水平是正常受试者的八分之一，但AQP2尿排泄的变化还需要进一步阐明。

1.1.2 肾性尿崩症

肾性尿崩症是一种即使加压素浓度升高，肾脏却不能集中尿液为特征的疾病。先天性肾性尿崩症可能是由于血管加压素受体（arginine vasopressin receptor 2，AVPR2）或AQP2 突变引起的，导致患者有明显的多尿、多饮和电解质失衡等症状，并经常有严重脱水的风险。AVPR2 基因突变所致的属于X连锁隐性遗传病；AQP2 基因突变所致的为常染色体隐性或显性遗传病。获得性肾性尿崩症，是锂疗法或其他药物常见的副作用，低钾血症或高钙血症伴高钙尿症也是其病因之一[5]。

X 连锁的先天性肾性尿崩症主要影响男性。携带AVPR2 突变的男性患者临床特征表现为早期的脱水发作、高钠血症和在出生后第一周就出现体温过高。严重的脱水会降低动脉血压，使其不足以维持大脑、肾脏和其他器官所需要的氧气。杂合子的女性患者主要表现为不同程度的多尿和多饮，也可能有严重脱水高钠血症发作[6]。X 连锁先天性肾性尿崩症是由位于染色体（Xq28）的AVPR2 基因突变引起的，AVPR2 的基因突变会导致该受体功能失调或丧失。X连锁CNDI 的AVPR2 基因突变位点在逐渐增加，目前一共发现280 多种AVPR2 基因突变，其中中国发现32 种AVPR2 突变，以错义突变为主[7]。

AQP2 基因遗传缺陷所致的尿崩症发生在12 号染色体(12q13)上。AQP2 基因突变包括错义突变、无义突变、移码突变、剪接位点突变等。这些突变大致可分为两类，第一类突变会影响允许水分子跨质膜迁移的功能通道“孔”结构的形成。大多数NDI 的常染色体隐性形式被认为是由于突变未能形成AQP2 的四聚体，因此导致“孔隙”的形成缺陷。第二类突变会影响AQP2 在质膜或细胞内的转运。例如，AQP2 会被保留在高尔基体中，或被分类为晚期核内体、溶酶体或基底外质膜而不是顶膜。这种缺陷通常是由于AQP2 的C 端尾部发生突变所引起的[4]。有研究进一步发现，AQP2 氨基酸亮氨酸137 脯氨酸（AQP2-L137P）被取代最有可能导致水分子通道的错误折叠，这是蛋白酶体降解和AQP2 细胞内滞留增加的基础。最终，限制了AQP2 向质膜的转运，导致肾性尿崩症的发生[8]。

1.2 肾病综合征

肾病综合征（nephrotic syndrome，NS）可由多种因素引起，以肾小球基膜通透性增加，表现为大量蛋白尿、高度水肿、高脂血症、低蛋白血症的一组临床综合征。AQP2 含量的增加能促进肾脏对水的重吸收，组织间隙中聚集大量水，进而加剧水肿的发展。研究发现，NS 患者肾脏组织中AQP2 的表达要明显高于非NS 患者[9]，故AQP2 在NS 水肿的发生发展中起着重要作用。临床研究进一步证实NS 患者中AQP2 有着低排泄率，这可能表明肾病综合征与“血管加压素逃逸”有关，NS 患者逃避了AVP 的调节作用，尽管血管加压素分泌高，但集合管中AQP2表达含量低。而尿AQP2 排泄的减少可能预示着传统疗法难以治疗能阻断AVPR2 新型利尿剂得严重肾病综合征患者[10]。

1.3 多囊肾

多囊肾(polycystic kidney，PKD)是一种遗传性疾病，最常见的是由PKD1 或PKD2 基因突变所引起的。PKD 的特征是肾细胞的异常增殖，并有大量液体分泌到囊肿腔内。囊肿中的液体越来越多慢慢占据肾实质，导致肾功能的下降，最终表现为终末期的肾功能衰竭。

在常染色体显性多囊性肾（ADPKD）动物模型中，通过阻断AVPR2 来降低cAMP，可以减缓肾囊肿的生长。由于垂体后叶AVP 会增加AQP2 的产生和功能，故这一过程可能也涉及到AQP2。有研究发现，在PKD 小鼠的囊肾中观察到垂体后叶AVP 水平升高，AQP2 的表达水平随着囊肿的增大而显著升高[11]。

1.4 抗利尿激素分泌失调综合征

抗利尿激素分泌失调综合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion，SIADH）是指由于多种原因引起的抗利尿激素或类AVP 物质分泌异常增多或肾脏对其敏感性增加,使得血浆AVP 浓度相对于体液渗透压而言呈不适当的高水平，从而引起水潴留、尿排钠增多以及稀释性低钠血症等有关临床表现的一组综合征。

据报道，SIADH 大鼠模型中，在水负荷的后几天，出现了逃血管加压素诱导的抗利尿作用，并且发现尽管循环加压素水平高，但是AQP 表达减少。故认为血管加压素逃避的发作与肾集合管中血管加压素调节的AQP2 表达减少有关，AQP2 表达减少是加压素逃避的标志[12]。

1.5 其他肾脏疾病

肾缺血再灌注损伤中肾集合管上皮AQP2 表达量明显下降。再灌注损伤后尿量增多、尿液浓缩障碍的主要原因可能是AQP2 表达的减少。故AQP2 表达的高低对肾缺血再灌注损伤时肾功能起着重要作用[13]。

有研究对3 例自身免疫性疾病患者进行分析，结果显示针对AQP2 或其上游分子的自身抗体导致了肾小管间质性肾炎。尿中AQP2 的排泄增加是肾盂肾炎和IgA 肾病患者多尿的主要原因，这提示AQP2 可能是这些疾病的治疗靶点[14]。

1.6 糖尿病引起的肾脏疾病

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一种能够影响人体多种器官功能的全球性健康问题，其主要特征是蛋白尿、肾脏肾病综合征等，并可能最终导致肾功能衰竭。高葡萄糖水平导致尿渗透压升高，从而减少肾脏对水的重吸收，最终导致多尿。研究发现，AQP2 在糖尿病引起的肾脏疾病中起到了重要作用，糖尿病患者出现多尿和水肿现象与AQP2 表达上调有关。有实验证明AQP2 在糖尿病动物模型中的表达显著上调[15]。

有研究认为AQP2 在缓解由控制不佳的糖尿病多尿引起的脱水中起重要作用，并且实验证实AQP2 在DWI 中具有超高b 值，对于糖尿病肾脏疾病的早期无创检测和鉴别诊断可能是有一定价值的[16]。

2 肾外疾病

2.1 慢性心力衰竭

慢性心力衰竭（Chronic heart failure，CHF）是一种以心室功能障碍或结构改变导致体液潴留等临床表现的一组综合征。尤其是右心衰竭导致体循环静脉压增高，常导致下肢水肿甚至全身水肿。自1997 年Nielsen S[17]发现大鼠心力衰竭和AQP2 的表达具有相关性后，越来越多的研究证明AQP2 在心源性水肿中可通过调节水代谢起关键作用。慢性心力衰竭时，AVP 释放增多，导致AQP2 合成增多，对水的重吸收增加，进一步导致全身水肿。孔繁达等人[18]运用补肾活血方治疗慢性心力衰竭，发现肾脏AQP2 的表达显著减少，大鼠水肿减轻，从而缓解慢性心力衰竭。已有研究证明AQP2 和慢性心力衰竭患者的心功能等级存在相关性[19]，可作为检测指标之一。

2.2 肝胆疾病

腹水是肝硬化、肝癌等疾病发展至终末期的并发症之一。在失代偿肝硬化中，门静脉压力升高，引起肾灌注不足和水潴留，形成腹水严重影响患者的生存质量。其中AVP 和AQP2 被认为在腹水形成中起重要作用。有研究证明，AQP2 和V2R 受体表达下调时，肝癌小鼠的肝腹水明显减少，缓解了肝癌腹水症状，由于造模方式造成一定程度的肝肾损伤，AQP2 在肝肾损伤时是否有保护作用还有待进一步研究[20]。Tolvaptan 是一种V2R 受体非肽类拮抗剂，在日本用于治疗心力衰竭患者，近年来也被用于治疗肝硬化腹水。NAKANISHI H 等人[21]提出了第一例肝硬化患者服用Tolvaptan 后尿AQP2 排泄减少的报告，表明作用于AQP2 的相关药物或可成为治疗肝腹水的新方向。此后，Bräsen JH 根据胆管结扎模型实验，发现在正常胆红素的急性肾损伤患者中AQP2 维持了正常表达，而在胆红素升高的胆汁性肾病的急性肾损伤患者，AQP2 在集合管中的表达缺失，有人提出了胆汁酸可能通过调节G 蛋白偶联受体等受体来影响AQP2 的表达，作为一种不依赖AVP 的途径来影响机体水液代谢[22]。

2.3 内耳积水相关疾病

梅尼埃病（Meniere’s disease，MD）是一种复杂的内耳疾病，临床表现为周期性眩晕，逐渐出现听力恶化、耳鸣等症状，其主要病理特征为膜迷路的积水。有研究证明，豚鼠内耳膜迷路积水程度或与内耳前庭膜AQP2 的表达有关[23]，内耳前庭膜上AQP2 的表达下调，积水程度相应减轻。Asmar MH[24]的研究进一步发现，AQP2 在梅尼埃病患者内淋巴囊上皮过表达，其机制可能是细胞对AVP 的敏感性增加或负反馈抑制减轻导致AQP2 表达增加，从而导致内耳积液。因此人们认为，或许可以通过抑制AVP 分泌来控制内淋巴体积，可能是治疗梅尼埃病的有效途径[25]。

2.4 其它疾病

对于内毒素血症的小鼠，有研究证明提高AQP1、2 在肾间质中的表达，可以减轻肾间质细胞水肿状态[26]。刘秀珍等[27]人通过对热射病大鼠肾脏AQP2mRNA 和蛋白的表达的研究发现，机体可能通过提高AQP 蛋白的表达来增加集合管处水的重吸收，从而帮助机体进行抗脱水调节，以对抗高温下机体的水分丢失。

李雷兵等人[28]在对温阳消饮法的研究过程中发现，AQP2 可能是治疗胸腔积液小鼠的机制之一。在胸腔积液的小鼠中发现，AQP2 在肾的表达减少，而温阳消饮法上调了AQP2 的表达，加强肾内水的重吸收，增强肾功能，从而减轻了胸腔积液。

除此之外，炎症反应常常导致肾脏损伤，从而影响肾的水液代谢功能。有研究认为炎症因子可能通过作用于AQP2 蛋白的表达而影响机体肾功能，造成急性肾损伤，同时影响钠钾泵的功能，改变机体能量代谢状态，从而导致炎症[29]。已有研究证明IL-1β 能直接抑制肾集合管主细胞AQP2 的表达[30]。张建等人[31]发现哮喘患者的尿液AQP2 水平增高，且与IL-4、IL-6 等炎症因子有关，AQP2 与炎症发生的机制或可成为一个新的研究热点。

3 结论

从以上研究可以看出，AQP2 相关机制可以运用于治疗肾脏本身疾病，V2R 受体拮抗剂目前已用于心力衰竭、尿崩症等疾病的治疗，在改善机体水肿方面起到了关键的作用。除此之外，AQP2 表达提高，通过增加肾脏水的重吸收功能，也可以减轻全身或某器官的异常水肿情况，或许可以尝试研究AQP2 蛋白表达的相应抑制剂，以寻求水液代谢失衡新的治疗途径[32]。肾脏功能损伤和炎症反应也密不可分，有研究表明NLRP3炎性小体及其下游因子的激活与AQP2的表达降低有密切关系[33]。但目前关于AQP2的研究主要集中于水代谢，而关于炎症反应的研究较少，可作为创新性研究的方向。AQP2通过影响肾脏对水的重吸收而影响机体代谢，是机体调节水液代谢最关键的蛋白之一，在许多水液代谢失衡的疾病中起重要作用，进一步研究其作用机制及对疾病的影响，或许可以为相关疾病的治疗提供新的思路。