蘇佳鴻 綜述 李守林 審校
膀胱尿道功能障礙臨床表現(xiàn)各異,部分患兒治療效果不佳,尤其是神經(jīng)源性膀胱患兒,后期可引起各種嚴(yán)重的并發(fā)癥,甚至可引起致死性腎功能衰竭。 本綜述旨在探討泌尿系統(tǒng)局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)作為兒童膀胱尿道功能障礙及其相關(guān)并發(fā)癥藥物治療新靶點(diǎn)的可能性。
RAS 包括經(jīng)典的ACE-AngⅡ-AT1 軸和新發(fā)現(xiàn)的ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸,其中ACE-AngⅡ-AT1 軸在調(diào)節(jié)血壓、水電解質(zhì)平衡乃至器官重塑等方面發(fā)揮作用,而ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸的作用尚不明確,主流觀點(diǎn)認(rèn)為其可能拮抗血管緊張素Ⅱ(angitotensin Ⅱ,AngⅡ)在疾病中的負(fù)面作用。
AngⅡ是ACE-AngⅡ-AT1 軸的關(guān)鍵生物活性肽,作用于血管緊張素Ⅱ1 型受體(angiotensin Ⅱtype 1 receptor, AT1R)和血管緊張素Ⅱ2 型受體(angiotensin ⅡType 2 receptor,AT2R)兩種受體亞型。 其中,AT1R 介導(dǎo)AngⅡ的絕大部分生理作用,除了體液調(diào)節(jié)作用外,Ang Ⅱ還可以通過局部的RAS 調(diào)節(jié)多種器官系統(tǒng)的細(xì)胞生長和功能,在炎癥、器官重塑、腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移等方面也發(fā)揮重要作用,而AT2R 介導(dǎo)的功能尚不明確[1]。
RAS 生物活性終產(chǎn)物種類繁多,尤其是ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸的發(fā)現(xiàn)為干預(yù)心血管及非心血管疾病帶來了許多新的可能性[1]。 1988 年,Santos等[2]首次在狗的腦干組織發(fā)現(xiàn)血管緊張素(1-7)[Angi otensin(1-7),Ang(1-7)],并驗(yàn)證其由AngⅠ降解得到,但Ang(1-7)沿著繞過血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin converting enzyme,ACE)的不同路線。2000 年,Tipnis 等[3]首次報(bào)道了血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin converting enzyme 2,ACE2)將AngⅡ轉(zhuǎn)化為Ang(1-7)的能力,并確定它是Ang(1-7)形成過程中的關(guān)鍵酶。 而在當(dāng)時(shí),Ang(1-7)一般被認(rèn)為是Ang Ⅰ和Ang Ⅱ的降解產(chǎn)物,是否具備生物活性尚存在爭議。 直到2003 年,Santos 等[4]證實(shí)G 蛋白偶聯(lián)受體Mas 是Ang(1-7)的特異性受體,再加上之后Mas 的拮抗劑A-779 及其激動(dòng)劑AVE0991 被發(fā)現(xiàn),關(guān)于ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸相關(guān)研究越來越多,才得出相對(duì)統(tǒng)一的結(jié)論,即Ang(1-7)具有與AngⅡ功能相反的保護(hù)作用[4-7]。 此外,RAS 抑制劑的部分臨床益處可能由ACE2/Ang(1-7)/Mas 軸介導(dǎo)。 有報(bào)道稱,ACEI 和ARBs 的應(yīng)用導(dǎo)致血漿Ang(1-7)的表達(dá)增加,其作用也可部分被Mas 拮抗劑A-779 阻斷或減弱[8,9]。
正常的膀胱尿道功能是在膀胱和尿道括約肌正常發(fā)育的前提下,由神經(jīng)系統(tǒng)控制得以實(shí)現(xiàn)的。兒童一般在5 歲左右達(dá)到正常的排尿控制,然而17%~22%的兒童5 歲以后仍存在排尿功能異常,即膀胱尿道功能障礙,或稱下尿路功能障礙(lower urinary tract dysfunction,LUTD)[10]。 其臨床表現(xiàn)各異,國際兒童尿控協(xié)會(huì)將其分為:膀胱過度活動(dòng)(overactive bladder,OAB)、排尿延遲、膀胱活動(dòng)不足、日間排尿頻率異常、陰道反流、膀胱頸功能障礙和Giggle 尿失禁[11]。 目前針對(duì)LUTD 的治療主要包括原發(fā)病治療、保守治療、手術(shù)治療等。 部分患者治療效果不佳(尤其是神經(jīng)源性膀胱患者),后期由于膀胱內(nèi)壓持續(xù)增高合并長期上/下尿路感染(urinary tract infection,UTI),可導(dǎo)致膀胱壁纖維化、反流性腎病(reflux nephropathy,RN)和梗阻性腎病(obstructive nephropathy,ON)等嚴(yán)重并發(fā)癥,甚至引起致死性腎功能衰竭[11,12]。 難治性LUTD 仍是一個(gè)國際難題,目前可供選擇的藥物較少,泌尿系統(tǒng)局部RAS 或許有望成為膀胱尿道功能障礙藥物治療的新靶點(diǎn)。
正常的膀胱尿道生理功能是排尿動(dòng)作順利完成的基礎(chǔ),局部RAS 在維持尿道張力和調(diào)節(jié)逼尿肌收縮兩方面可能起著重要作用。 Phull 等[13]闡述了局部RAS 在尿道括約肌中存在的兩大證據(jù),一是局部血管緊張素及其前體的存在,二是局部AngⅡ受體的存在及其生物活性表達(dá)。 在功能上,AngⅡ引起尿道平滑肌收縮,并直接引起近端尿道閉合壓升高。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,神經(jīng)源性或肌源性所致的大鼠尿道括約肌功能障礙,可使用AngⅡ幫助暫時(shí)恢復(fù)其尿道張力,而特異性阻斷AT1R 可使尿道括約肌松弛而降低尿道張力[13]。
膀胱局部也存在RAS,且RAS 可對(duì)膀胱平滑肌細(xì)胞收縮活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 已有文獻(xiàn)報(bào)道在動(dòng)物以及人類的膀胱組織中發(fā)現(xiàn)了Ang Ⅱ受體[14,15]。Weaver 等[16]發(fā)現(xiàn)膀胱組織內(nèi)存在ACE,并將AngⅠ轉(zhuǎn)化為AngⅡ。 AngⅡ又通過旁分泌或自分泌的方式與鄰近平滑肌細(xì)胞的AT1R 和AT2R 相結(jié)合,從而引起膀胱平滑肌收縮,其中AT1R 在AngⅡ誘導(dǎo)的逼尿肌收縮中起主導(dǎo)作用,而AT2R 可能發(fā)揮抑制作用[13,17-19]。
1. ACE-Ang Ⅱ-AT1R軸上調(diào)導(dǎo)致LUTS 的 發(fā)生:局部AngⅡ通過結(jié)合AT1R,部分參與到LUTD的發(fā)病中,引起各種LUTS[15,18]。 有報(bào)道稱,膀胱上皮和逼尿肌中的AT1R 上調(diào)與大鼠膀胱出口部分梗阻(partial bladder outlet obstruction,pBOO) 模型OAB 的發(fā)生有關(guān)[14]。 另外,膀胱局部AT1R 的上調(diào)還被認(rèn)為與年齡增長所致儲(chǔ)尿期和排尿期癥狀有關(guān),一方面其可能通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信號(hào)通路增加Connexin 43 表達(dá),進(jìn)而導(dǎo)致OAB;另一方面,其可能通過增加Ⅰ型膠原表達(dá)導(dǎo)致膀胱排空障礙和膀胱活動(dòng)不足[14,19]。 越來越多文獻(xiàn)顯示ACEI和ARBs 具有改善膀胱功能的作用。 動(dòng)物研究表明,替米沙坦和絡(luò)沙坦可抑制膀胱組織AT1R 的上調(diào),從而改善OAB[14,20]。 Aikawa 等[17]發(fā)現(xiàn)坎地沙坦可提高梗阻膀胱的排尿效率,延長排尿間隔時(shí)間并增加排尿量,顯著減少膀胱殘余尿量。 ACEI 和ARBs 還可改善人類膀胱的功能,Hideaki 等[21]發(fā)現(xiàn)接受ARBs 治療的男性高血壓患者國際前列腺癥狀評(píng)分明顯低于接受其他降壓藥物治療的高血壓患者;Christopher 等[22]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),ACEI 或ARBs可降低男性急迫性尿失禁(stress urinary incontinence,SUI)的發(fā)生率。
RAS 抑制劑通過降低尿道阻力,有助于改善尿道過度收縮相關(guān)LUTS,但同時(shí)也有可能引起或加重SUI。 研究表明,使用氯沙坦可抑制去卵巢大鼠尿道組織ACE 及AT1R、AT2R 等表達(dá)的上調(diào),從而緩解尿道過度收縮相關(guān)LUTS[13,23]。 而服用ACEI/ARBs可導(dǎo)致人群(尤其是女性群體)SUI 發(fā)生率的提高,這可能與尿道張力降低相關(guān),另一方面,服用ACEI的患者中有5%~35%會(huì)發(fā)生咳嗽,引起腹腔壓力增高,也可能導(dǎo)致或加重SUI[22,24]。
2. AT2R 及其他活性肽對(duì)下尿路癥狀的影響:AT2R 在生理和病理?xiàng)l件下對(duì)膀胱和尿道平滑肌的調(diào)節(jié)作用尚不清楚。 有研究表明,AT1R 和AT2R 在調(diào)節(jié)逼尿肌收縮過程中可能發(fā)揮拮抗作用。 Mori[25]報(bào)道了AT2R 在OAB 大鼠逼尿肌中表達(dá)增加,Petya 等[26]發(fā)現(xiàn)AT2R 阻滯劑PD 123319 顯著增加了由AngⅡ引起的逼尿肌收縮反應(yīng)強(qiáng)度和速度,這均提示膀胱功能障礙中AT1R 和AT2R 可能存在拮抗性上調(diào),AT2R 可能通過激活NO 途徑抑制AT1R介 導(dǎo) 的 逼 尿 肌 收 縮[19,25,26]。 但 是,也 有 報(bào) 道 稱AT2R 抑制劑PD123319 會(huì)顯著降低大鼠的尿道阻力[13]。 此外,由AngⅡ酶解形成的人血管緊張素活性肽,如血管緊張素Ⅲ、Ⅳ以及Ang(1-7)等對(duì)AT2R表現(xiàn)出更強(qiáng)的選擇性,作為AT2R 的內(nèi)源性配體,這些證據(jù)有助于探討AT2R 或局部形成的AngⅡ代謝物在膀胱尿道功能改善方面的作用[27]。
長期存在的LUTD(如逼尿肌收縮無力、尿道括約肌痙攣)可引起膀胱殘余尿量增多、膀胱內(nèi)壓增高等表現(xiàn),而膀胱內(nèi)壓持續(xù)增高被認(rèn)為是進(jìn)一步導(dǎo)致膀胱結(jié)構(gòu)和功能破壞的誘因,可引起膀胱平滑肌細(xì)胞肥大、結(jié)締組織增生和神經(jīng)支配減少等病理改變,最終導(dǎo)致膀胱纖維化[28]。
1. ACE-AngⅡ-AT1 軸: ACE-AngⅡ-AT1 軸參與膀胱纖維化的發(fā)生、發(fā)展局部AngⅡ發(fā)揮營養(yǎng)因子的作用,促進(jìn)膀胱平滑肌細(xì)胞生長和膠原生成[29]。 類似于在其他器官重塑中的作用,AT1R 的激活在膀胱纖維化過程中扮演重要角色,其不僅增加了人肝素結(jié)合性表皮生長因子(human proheparin-binding EGF-like growth factor,HB-EGF)的表達(dá),還通過激活ERK1/2 信號(hào)通路增加Connexin43 的表達(dá),最終引起平滑肌細(xì)胞肥大和I 型膠原沉積等纖維化表現(xiàn)[19,29,30]。 這表明,AT1R 可能是藥物治療膀胱、纖維化的靶點(diǎn)。 有文獻(xiàn)報(bào)道,坎地沙坦可明顯降低BOO 大鼠膀胱組織中HB-EGF、轉(zhuǎn)化生子因子-β1(Transfer Growth Factor-β1,TGF-β1)和NADPH 氧化酶1(NADPH Oxidase 1,NOX1)等纖維化相關(guān)細(xì)胞因子的mRNA 表達(dá)水平;卡托普利、氯沙坦和替米沙坦等也可有效減輕pBOO 動(dòng)物膀胱纖維化程度[17,20,29]。 然而,早期也有報(bào)道稱,卡托普利和氯沙坦對(duì)2 ~4 周pBOO 大鼠模型的結(jié)構(gòu)沒有明顯改善,這可能與模型建立時(shí)間較短、梗阻膀胱尚且未發(fā)生明顯纖維化相關(guān)[31,32]。
2. AT2R 及ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸:AT2R 的激活可抑制細(xì)胞增殖相關(guān)信號(hào)通路,有利于維持膀胱內(nèi)穩(wěn)態(tài),其中最常見的是對(duì)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)的抑制[33]。此外,AT2R 還可能激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma,PPARγ),通過促進(jìn)脂聯(lián)素(adiponectin,APN)的分泌達(dá)到抑制膀胱重塑的目的[19、34]。 研究表明,第二代ARBs(如替米沙坦)也可直接激活PPARγ,這也可能是其抗膀胱重塑的另一途徑[35]。
ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸在膀胱纖維化方面的研究尚缺乏,但已有大量研究報(bào)告了Ang(1-7)在不同臟器中發(fā)揮抗纖維化和抗增殖作用,該作用由Mas介導(dǎo),并被Mas 拮抗劑A-779 阻斷[36-39]。 Ang(1-7)的作用主要通過下調(diào)纖維化相關(guān)信號(hào)通路的分子表達(dá)來實(shí)現(xiàn)[39]。 TGF-β1 是目前公認(rèn)最重要的促纖維化細(xì)胞因子,研究表明,Ang(1-7)的使用可以明顯降低心肌細(xì)胞、肝組織和肺組織中TGF-β1 的表達(dá)水平,顯著緩解纖維化,而用A-779 阻斷Mas 可增加組織中TGF-β1 的水平[36,38,40]。 除了阻斷TGFβ1 的合成外,ACE2/Ang(1-7)/Mas 軸還可阻斷由AngⅡ、內(nèi)皮素和其他促纖維化分子介導(dǎo)的促纖維化事件。 例如,Ang(1-7)通過促進(jìn)前列環(huán)素的釋放來激活cAMP 依賴性蛋白激酶,或者通過抑制MAPK/ERK 信號(hào)通路,從而抑制血管平滑肌細(xì)胞生長[41,42]。
膀胱排空不完全和膀胱內(nèi)高壓長期存在,可引起膀胱輸尿管反流(vesicoureteral reflux,VUR)和腎積水,造成腎臟損傷,主要分為兩種類型。
實(shí)驗(yàn)性單側(cè)輸尿管梗阻(unilateralureteral obstruction,UUO)模型常被用于模擬ON,其很好地闡述了梗阻后腎臟局部RAS 的變化[43]。 ACE-AngⅡ-AT1R 軸在梗阻側(cè)腎臟中往往被過度激活,梗阻導(dǎo)致足細(xì)胞損傷,從而增加了腎內(nèi)AngⅡ水平,而AngⅡ反過來又促進(jìn)了腎臟損傷,形成惡性循環(huán)[44]。AT1R 是參與AngⅡ介導(dǎo)梗阻性腎損傷的主要受體。從血流動(dòng)力學(xué)看,Ang Ⅱ(尤其是腎內(nèi)AngⅡ)通過AT1R 直接收縮腎小動(dòng)脈,從而導(dǎo)致腎血流量(Renal Blood Flow,RBF)和腎小球?yàn)V過率(Glomerular Filtration Rate,GFR)下降,誘導(dǎo)腎組織氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng),促進(jìn)腎臟損傷[45]。 另外,RAS還影響UUO 同側(cè)腎臟前列腺素、心房鈉尿肽、一氧化氮、腺苷等主要血管擴(kuò)張因子以及內(nèi)皮素、加壓素等主要血管收縮因子的分泌,從而加重腎臟損傷[46]。 從分子層面看,腎內(nèi)Ang Ⅱ可促進(jìn)多種促炎、促增殖和促纖維化細(xì)胞因子的表達(dá)。 例如,AngⅡ通過與AT1R 結(jié)合增加了腎臟中核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、α-平 滑 肌 肌 動(dòng) 蛋 白(αsmooth muscle actin,α-SMA)和TGF-β1 的表達(dá),還引起單核細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的浸潤,最終引起腎間質(zhì)纖維化[46-48]。 AT1R 還可激活caspase-3 級(jí)聯(lián)反應(yīng),誘導(dǎo)梗阻側(cè)腎臟細(xì)胞凋亡[49]。 此外,血小板衍生因子、胰島素樣生長因子和人血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子1 等致?lián)p傷因子的表達(dá)也會(huì)隨著AT1R 的激活而增加[46]。
Ito 等[50]發(fā)現(xiàn)單純解除梗阻并不能終止腎臟損害,RAS 抑制劑的使用可有效延緩梗阻后進(jìn)展性腎功能喪失。 ACEI 和ARBs 可以降低腎內(nèi)Ang Ⅱ濃度,恢復(fù)梗阻側(cè)腎臟的RBF 和GFR,抑制炎癥和纖維化相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá),從而減輕炎癥細(xì)胞浸潤及腎臟纖維化[47,48,51]。 此外,ARBs 還可逆轉(zhuǎn)UUO側(cè)腎臟Na+-K+-ATP 酶和水通道蛋白-2 的下調(diào),解除內(nèi)源性AT1R 激活所致的集合管泌H+功能抑制[51,52]。
關(guān)于AT2R 在ON 的作用尚存在爭議。 有學(xué)者認(rèn)為,AT2R 激活可減輕梗阻后腎間質(zhì)膠原纖維的積累。 Chow 等[54]發(fā)現(xiàn)AT2R 基因敲除UUO 小鼠的腎間質(zhì)纖維化更嚴(yán)重。 但是,Esteban 等[47]發(fā)現(xiàn)AT2R 在UUO 大鼠腎臟中的表達(dá)上調(diào),只有同時(shí)阻斷AT1R 和AT2R 才能抑制UUO 側(cè)腎臟中巨噬細(xì)胞的浸潤,作者認(rèn)為AT2R 參與UUO 引起的腎臟損傷,至少在炎癥細(xì)胞募集方面發(fā)揮重要作用。
ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸可能在ON 中發(fā)揮保護(hù)作用。 已有研究表明,Ang(1-7)可降低UUO 同側(cè)的腎血管阻力并提高其RBF,并通過下調(diào)AT1R 的表達(dá)來抑制腎臟TGF-β1/Smad 信號(hào)通路,進(jìn)而減輕炎癥細(xì)胞浸潤、細(xì)胞凋亡、纖維化等損傷,而使用Mas 受體拮抗劑A-779 治療則會(huì)加重UUO 側(cè)腎臟損傷及纖維化程度[55-57]。 另外,腎臟ACE2 升高也可降低NFκB 和TGF-β1/Smad 信號(hào)通路表達(dá)[58,59]。 然而,Esteban 和Zimmerman 等[57,60]發(fā)現(xiàn)外源性高劑量Ang(1-7)治療進(jìn)一步加重了Mas 基因敲除小鼠UUO 側(cè)腎臟的炎癥反應(yīng)和纖維化,Zimmerman 等[60]還發(fā)現(xiàn)Mas 拮抗劑A-779 加重正常小鼠UUO 梗阻側(cè)腎臟損傷,故其認(rèn)為Ang(1-7)的功能可能存在劑量依賴性,內(nèi)源性(低劑量)Ang(1-7)對(duì)UUO 的腎臟損傷有保護(hù)作用,外源性高劑量Ang(1-7)則可加重腎臟損傷,這表明Ang(1-7)在腎臟局部可能同時(shí)存在Mas 以外的受體。
長期存在的VUR 和UTI 可導(dǎo)致RN,部分患者最終演進(jìn)為終末期腎病。 如何盡早確定RN 的發(fā)生是小兒泌尿外科醫(yī)生最關(guān)心的問題,血漿腎素活性(plasma renin activity,PRA)與進(jìn)行性腎臟損害密切相關(guān),可作為判斷VUR 患者(特別是低級(jí)別VUR 患者)是否需要接受外科治療及療效評(píng)價(jià)的可靠指標(biāo),PRA 水平升高提示VUR 存在復(fù)發(fā)的可能[61]。作為治療RN 合并高血壓和(或)蛋白尿患者的首選藥物,RAS 抑制劑可有效控制血壓并減少尿蛋白[62]。 除此之外,ACEI 還可以降低PRA 水平并提高RN 腎臟的GFR 及分腎功能。 關(guān)于腎臟局部RAS 與RN 的研究目前較為缺乏,有報(bào)道稱,AT1R以及AT2R 在人RN 腎臟中的表達(dá)增加,但其與RN的關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。
綜上所述,ACE-AngⅡ-AT1R 軸在膀胱尿道功能障礙及其引起的膀胱和腎臟損害作用已得到證實(shí),AT1R 有望成為兒童膀胱尿道疾病及相關(guān)臟器并發(fā)癥藥物治療的新靶點(diǎn),大部分觀點(diǎn)認(rèn)為ACEI、ARBs 通過拮抗AT1R 的作用改善下尿路功能并對(duì)膀胱和腎臟起保護(hù)作用,關(guān)于AT2R 和ACE2-Ang(1-7)-Mas 軸在膀胱尿道功能障礙相關(guān)病理變化尤其是膀胱重塑的具體作用還需要進(jìn)一步研究。