AQP2 在水液代謝異常相關(guān)疾病中的研究進展

張蓓蕾，羊冰潔，劉文洪

（1.浙江中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院,浙江 杭州 310053；2.浙江中醫(yī)藥大學第四臨床醫(yī)學院，浙江 杭州 310053；3.浙江中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，浙江 杭州 310053）

0 引言

AQP2 是水通道蛋白家族中的一員，是目前發(fā)現(xiàn)與機體水代謝最密切相關(guān)的蛋白之一。AQP2 主要表達于腎髓質(zhì)集合管主細胞表面，作為一種水通道，促進水的重吸收，影響機體尿液濃縮功能。若AQP2 基因被敲除，就會導致小鼠尿崩癥，出現(xiàn)大量低滲尿液，幾乎無法存活[1]。若機體因各種原因如循環(huán)衰竭，大量分泌精氨酸加壓素（arginine vasopressin，AVP），從而促進AQP2 的表達，導致水重吸收增多，就會導致機體水腫[2]。因此，AQP2 通過改變腎的功能狀態(tài)從而影響整個機體的水液代謝功能，本文將從腎內(nèi)疾病與腎外疾病兩個角度來綜述其在機體水液代謝平衡中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

1 腎內(nèi)疾病

1.1 尿崩癥

尿崩癥是由遺傳性或獲得性AVP 不同程度的缺乏或腎臟對 AVP 缺乏反應致腎小管重吸收水功能障礙的一組臨床綜合征，前者稱為中樞性尿崩癥（central diabetes insipidus，CDI），后者稱為腎性尿崩癥（nephrogenic diabetes insipidus，NDI）。尿崩癥的臨床特點為多尿、煩渴、低滲尿或低比重尿。尿崩癥的分子機制主要是腎臟集合管上的主細胞依賴AVP 的AQP2 表達減少和（或）其向頂端質(zhì)膜的轉(zhuǎn)運障礙[3]。

1.1.1 中樞性尿崩癥

中樞性尿崩癥通常是由于垂體后葉對滲透刺激反應不充分導致產(chǎn)生或分泌AVP 不足而引起的。中樞性尿崩癥很少在人類中遺傳。最常見的是由神經(jīng)垂體的創(chuàng)傷性或病理性破壞引起的，導致AVP 的完全或部分缺失[4]。中樞性尿崩癥往往會伴隨著腎性尿崩癥，這可能是由于腎臟AQP2 的繼發(fā)性表達減少。

尿液AQP2 的測量對中樞性尿崩癥具有診斷價值。研究表明，AQP2 在腎集合管細胞中的穿梭運輸速度很快，并同時排泄到尿液中。尿液中AQP2 的排泄與血漿AVP 水平呈正相關(guān)。中樞性尿崩癥患者尿中AQP2 的基礎水平是正常受試者的八分之一，但AQP2尿排泄的變化還需要進一步闡明。

1.1.2 腎性尿崩癥

腎性尿崩癥是一種即使加壓素濃度升高，腎臟卻不能集中尿液為特征的疾病。先天性腎性尿崩癥可能是由于血管加壓素受體（arginine vasopressin receptor 2，AVPR2）或AQP2 突變引起的，導致患者有明顯的多尿、多飲和電解質(zhì)失衡等癥狀，并經(jīng)常有嚴重脫水的風險。AVPR2 基因突變所致的屬于X連鎖隱性遺傳??；AQP2 基因突變所致的為常染色體隱性或顯性遺傳病。獲得性腎性尿崩癥，是鋰療法或其他藥物常見的副作用，低鉀血癥或高鈣血癥伴高鈣尿癥也是其病因之一[5]。

X 連鎖的先天性腎性尿崩癥主要影響男性。攜帶AVPR2 突變的男性患者臨床特征表現(xiàn)為早期的脫水發(fā)作、高鈉血癥和在出生后第一周就出現(xiàn)體溫過高。嚴重的脫水會降低動脈血壓，使其不足以維持大腦、腎臟和其他器官所需要的氧氣。雜合子的女性患者主要表現(xiàn)為不同程度的多尿和多飲，也可能有嚴重脫水高鈉血癥發(fā)作[6]。X 連鎖先天性腎性尿崩癥是由位于染色體（Xq28）的AVPR2 基因突變引起的，AVPR2 的基因突變會導致該受體功能失調(diào)或喪失。X連鎖CNDI 的AVPR2 基因突變位點在逐漸增加，目前一共發(fā)現(xiàn)280 多種AVPR2 基因突變，其中中國發(fā)現(xiàn)32 種AVPR2 突變，以錯義突變?yōu)橹鱗7]。

AQP2 基因遺傳缺陷所致的尿崩癥發(fā)生在12 號染色體(12q13)上。AQP2 基因突變包括錯義突變、無義突變、移碼突變、剪接位點突變等。這些突變大致可分為兩類，第一類突變會影響允許水分子跨質(zhì)膜遷移的功能通道“孔”結(jié)構(gòu)的形成。大多數(shù)NDI 的常染色體隱性形式被認為是由于突變未能形成AQP2 的四聚體，因此導致“孔隙”的形成缺陷。第二類突變會影響AQP2 在質(zhì)膜或細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運。例如，AQP2 會被保留在高爾基體中，或被分類為晚期核內(nèi)體、溶酶體或基底外質(zhì)膜而不是頂膜。這種缺陷通常是由于AQP2 的C 端尾部發(fā)生突變所引起的[4]。有研究進一步發(fā)現(xiàn)，AQP2 氨基酸亮氨酸137 脯氨酸（AQP2-L137P）被取代最有可能導致水分子通道的錯誤折疊，這是蛋白酶體降解和AQP2 細胞內(nèi)滯留增加的基礎。最終，限制了AQP2 向質(zhì)膜的轉(zhuǎn)運，導致腎性尿崩癥的發(fā)生[8]。

1.2 腎病綜合征

腎病綜合征（nephrotic syndrome，NS）可由多種因素引起，以腎小球基膜通透性增加，表現(xiàn)為大量蛋白尿、高度水腫、高脂血癥、低蛋白血癥的一組臨床綜合征。AQP2 含量的增加能促進腎臟對水的重吸收，組織間隙中聚集大量水，進而加劇水腫的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，NS 患者腎臟組織中AQP2 的表達要明顯高于非NS 患者[9]，故AQP2 在NS 水腫的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。臨床研究進一步證實NS 患者中AQP2 有著低排泄率，這可能表明腎病綜合征與“血管加壓素逃逸”有關(guān)，NS 患者逃避了AVP 的調(diào)節(jié)作用，盡管血管加壓素分泌高，但集合管中AQP2表達含量低。而尿AQP2 排泄的減少可能預示著傳統(tǒng)療法難以治療能阻斷AVPR2 新型利尿劑得嚴重腎病綜合征患者[10]。

1.3 多囊腎

多囊腎(polycystic kidney，PKD)是一種遺傳性疾病，最常見的是由PKD1 或PKD2 基因突變所引起的。PKD 的特征是腎細胞的異常增殖，并有大量液體分泌到囊腫腔內(nèi)。囊腫中的液體越來越多慢慢占據(jù)腎實質(zhì)，導致腎功能的下降，最終表現(xiàn)為終末期的腎功能衰竭。

在常染色體顯性多囊性腎（ADPKD）動物模型中，通過阻斷AVPR2 來降低cAMP，可以減緩腎囊腫的生長。由于垂體后葉AVP 會增加AQP2 的產(chǎn)生和功能，故這一過程可能也涉及到AQP2。有研究發(fā)現(xiàn)，在PKD 小鼠的囊腎中觀察到垂體后葉AVP 水平升高，AQP2 的表達水平隨著囊腫的增大而顯著升高[11]。

1.4 抗利尿激素分泌失調(diào)綜合征

抗利尿激素分泌失調(diào)綜合征（syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion，SIADH）是指由于多種原因引起的抗利尿激素或類AVP 物質(zhì)分泌異常增多或腎臟對其敏感性增加,使得血漿AVP 濃度相對于體液滲透壓而言呈不適當?shù)母咚剑瑥亩鹚罅?、尿排鈉增多以及稀釋性低鈉血癥等有關(guān)臨床表現(xiàn)的一組綜合征。

據(jù)報道，SIADH 大鼠模型中，在水負荷的后幾天，出現(xiàn)了逃血管加壓素誘導的抗利尿作用，并且發(fā)現(xiàn)盡管循環(huán)加壓素水平高，但是AQP 表達減少。故認為血管加壓素逃避的發(fā)作與腎集合管中血管加壓素調(diào)節(jié)的AQP2 表達減少有關(guān)，AQP2 表達減少是加壓素逃避的標志[12]。

1.5 其他腎臟疾病

腎缺血再灌注損傷中腎集合管上皮AQP2 表達量明顯下降。再灌注損傷后尿量增多、尿液濃縮障礙的主要原因可能是AQP2 表達的減少。故AQP2 表達的高低對腎缺血再灌注損傷時腎功能起著重要作用[13]。

有研究對3 例自身免疫性疾病患者進行分析，結(jié)果顯示針對AQP2 或其上游分子的自身抗體導致了腎小管間質(zhì)性腎炎。尿中AQP2 的排泄增加是腎盂腎炎和IgA 腎病患者多尿的主要原因，這提示AQP2 可能是這些疾病的治療靶點[14]。

1.6 糖尿病引起的腎臟疾病

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種能夠影響人體多種器官功能的全球性健康問題，其主要特征是蛋白尿、腎臟腎病綜合征等，并可能最終導致腎功能衰竭。高葡萄糖水平導致尿滲透壓升高，從而減少腎臟對水的重吸收，最終導致多尿。研究發(fā)現(xiàn)，AQP2 在糖尿病引起的腎臟疾病中起到了重要作用，糖尿病患者出現(xiàn)多尿和水腫現(xiàn)象與AQP2 表達上調(diào)有關(guān)。有實驗證明AQP2 在糖尿病動物模型中的表達顯著上調(diào)[15]。

有研究認為AQP2 在緩解由控制不佳的糖尿病多尿引起的脫水中起重要作用，并且實驗證實AQP2 在DWI 中具有超高b 值，對于糖尿病腎臟疾病的早期無創(chuàng)檢測和鑒別診斷可能是有一定價值的[16]。

2 腎外疾病

2.1 慢性心力衰竭

慢性心力衰竭（Chronic heart failure，CHF）是一種以心室功能障礙或結(jié)構(gòu)改變導致體液潴留等臨床表現(xiàn)的一組綜合征。尤其是右心衰竭導致體循環(huán)靜脈壓增高，常導致下肢水腫甚至全身水腫。自1997 年Nielsen S[17]發(fā)現(xiàn)大鼠心力衰竭和AQP2 的表達具有相關(guān)性后，越來越多的研究證明AQP2 在心源性水腫中可通過調(diào)節(jié)水代謝起關(guān)鍵作用。慢性心力衰竭時，AVP 釋放增多，導致AQP2 合成增多，對水的重吸收增加，進一步導致全身水腫?？追边_等人[18]運用補腎活血方治療慢性心力衰竭，發(fā)現(xiàn)腎臟AQP2 的表達顯著減少，大鼠水腫減輕，從而緩解慢性心力衰竭。已有研究證明AQP2 和慢性心力衰竭患者的心功能等級存在相關(guān)性[19]，可作為檢測指標之一。

2.2 肝膽疾病

腹水是肝硬化、肝癌等疾病發(fā)展至終末期的并發(fā)癥之一。在失代償肝硬化中，門靜脈壓力升高，引起腎灌注不足和水潴留，形成腹水嚴重影響患者的生存質(zhì)量。其中AVP 和AQP2 被認為在腹水形成中起重要作用。有研究證明，AQP2 和V2R 受體表達下調(diào)時，肝癌小鼠的肝腹水明顯減少，緩解了肝癌腹水癥狀，由于造模方式造成一定程度的肝腎損傷，AQP2 在肝腎損傷時是否有保護作用還有待進一步研究[20]。Tolvaptan 是一種V2R 受體非肽類拮抗劑，在日本用于治療心力衰竭患者，近年來也被用于治療肝硬化腹水。NAKANISHI H 等人[21]提出了第一例肝硬化患者服用Tolvaptan 后尿AQP2 排泄減少的報告，表明作用于AQP2 的相關(guān)藥物或可成為治療肝腹水的新方向。此后，Br?sen JH 根據(jù)膽管結(jié)扎模型實驗，發(fā)現(xiàn)在正常膽紅素的急性腎損傷患者中AQP2 維持了正常表達，而在膽紅素升高的膽汁性腎病的急性腎損傷患者，AQP2 在集合管中的表達缺失，有人提出了膽汁酸可能通過調(diào)節(jié)G 蛋白偶聯(lián)受體等受體來影響AQP2 的表達，作為一種不依賴AVP 的途徑來影響機體水液代謝[22]。

2.3 內(nèi)耳積水相關(guān)疾病

梅尼埃?。∕eniere’s disease，MD）是一種復雜的內(nèi)耳疾病，臨床表現(xiàn)為周期性眩暈，逐漸出現(xiàn)聽力惡化、耳鳴等癥狀，其主要病理特征為膜迷路的積水。有研究證明，豚鼠內(nèi)耳膜迷路積水程度或與內(nèi)耳前庭膜AQP2 的表達有關(guān)[23]，內(nèi)耳前庭膜上AQP2 的表達下調(diào)，積水程度相應減輕。Asmar MH[24]的研究進一步發(fā)現(xiàn)，AQP2 在梅尼埃病患者內(nèi)淋巴囊上皮過表達，其機制可能是細胞對AVP 的敏感性增加或負反饋抑制減輕導致AQP2 表達增加，從而導致內(nèi)耳積液。因此人們認為，或許可以通過抑制AVP 分泌來控制內(nèi)淋巴體積，可能是治療梅尼埃病的有效途徑[25]。

2.4 其它疾病

對于內(nèi)毒素血癥的小鼠，有研究證明提高AQP1、2 在腎間質(zhì)中的表達，可以減輕腎間質(zhì)細胞水腫狀態(tài)[26]。劉秀珍等[27]人通過對熱射病大鼠腎臟AQP2mRNA 和蛋白的表達的研究發(fā)現(xiàn)，機體可能通過提高AQP 蛋白的表達來增加集合管處水的重吸收，從而幫助機體進行抗脫水調(diào)節(jié)，以對抗高溫下機體的水分丟失。

李雷兵等人[28]在對溫陽消飲法的研究過程中發(fā)現(xiàn)，AQP2 可能是治療胸腔積液小鼠的機制之一。在胸腔積液的小鼠中發(fā)現(xiàn)，AQP2 在腎的表達減少，而溫陽消飲法上調(diào)了AQP2 的表達，加強腎內(nèi)水的重吸收，增強腎功能，從而減輕了胸腔積液。

除此之外，炎癥反應常常導致腎臟損傷，從而影響腎的水液代謝功能。有研究認為炎癥因子可能通過作用于AQP2 蛋白的表達而影響機體腎功能，造成急性腎損傷，同時影響鈉鉀泵的功能，改變機體能量代謝狀態(tài)，從而導致炎癥[29]。已有研究證明IL-1β 能直接抑制腎集合管主細胞AQP2 的表達[30]。張建等人[31]發(fā)現(xiàn)哮喘患者的尿液AQP2 水平增高，且與IL-4、IL-6 等炎癥因子有關(guān)，AQP2 與炎癥發(fā)生的機制或可成為一個新的研究熱點。

3 結(jié)論

從以上研究可以看出，AQP2 相關(guān)機制可以運用于治療腎臟本身疾病，V2R 受體拮抗劑目前已用于心力衰竭、尿崩癥等疾病的治療，在改善機體水腫方面起到了關(guān)鍵的作用。除此之外，AQP2 表達提高，通過增加腎臟水的重吸收功能，也可以減輕全身或某器官的異常水腫情況，或許可以嘗試研究AQP2 蛋白表達的相應抑制劑，以尋求水液代謝失衡新的治療途徑[32]。腎臟功能損傷和炎癥反應也密不可分，有研究表明NLRP3炎性小體及其下游因子的激活與AQP2的表達降低有密切關(guān)系[33]。但目前關(guān)于AQP2的研究主要集中于水代謝，而關(guān)于炎癥反應的研究較少，可作為創(chuàng)新性研究的方向。AQP2通過影響腎臟對水的重吸收而影響機體代謝，是機體調(diào)節(jié)水液代謝最關(guān)鍵的蛋白之一，在許多水液代謝失衡的疾病中起重要作用，進一步研究其作用機制及對疾病的影響，或許可以為相關(guān)疾病的治療提供新的思路。