远端肾单位离子转运及调控机制

茆俊花 李建中 综述 戴春笋 审校

远端肾单位是指位于致密斑远端的肾小管部分，主要由远曲小管(DCT)、连接小管(CNT)及集合管(CD)组成。根据蛋白表达及组织学差异，DCT又进一步分为DCT1和DCT2。远端肾单位在肾脏离子转运过程中起着非常重要的作用，负责转运的调节电解质中最主要的Na+、K+和Cl-。尽管仅有2%～3%经肾小球滤出的氯化钠在远端肾单位中被重吸收［1，2］，因受到醛固酮的直接调控，其在调节肾脏对氯化钠的重吸收和分泌、细胞外液容量控制及高血压中至关重要。

远端肾单位钠钾转运调控

远端肾单位Na+转运由DCT上噻嗪类敏感型Na/Cl共转运子(NCC)及DCT2、CNT和CD上的阿米洛利敏感型上皮细胞钠通道(ENaC)实现［3］；K+转运则由位于远端肾单位全程小管上的K+通道(ROMK)和大型流量依赖型钙激活钾通道(BK通道) 共 同 完 成［4，5］。 丝 氨 酸/苏 氨 酸 蛋 白 激 酶(WNKs)，在人体多种组织中都有表达。肾组织主要表达 WNK1、KS-WNK1、WNK3 及 WNK4，其中WNK1和WNK4在远端肾单位全程表达，而缺乏激酶区域的KS-WNK1只特异性地表达于DCT。近年研究发现WNKs在调控远端肾单位钠钾转运中起着非常重要的作用［3，6］。

WNK1和WNK4的基因突变是造成Ⅱ型假性醛固酮减少症(PHAⅡ)的根本原因［4，6］。正常WNK4蛋白的主要功能是抑制NCC、ENaC和ROMK的活性。PHAⅡ患者中突变WNK4对ROMK的抑制作用进一步加重，反而能激活NCC和ENaC［7-9］，造成远端肾单位Na+重吸收增加和K+分泌减少，最终导致高血压、高血钾等PHAⅡ的典型临床表现。研究证实，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)可反转WNK4对NCC的抑制作用［10］，但却加重 WNK4对ROMK的抑制作用［11］，说明 PHAⅡ中突变 WNK4与AngⅡ对NCC和ROMK的作用相似。PHAⅡ患者中WNK1的过表达也会影响NCC和ROMK的活性。首先，WNK1可直接抑制ROMK活性［12］；其次，WNK1有抑制WNK4的作用［13］。生理情况下，DCT中KS-WNK1的表达水平数倍于WNK1，导致WNK1对WNK4的抑制作用受到KS-WNK1的拮抗，WNK4的活性得到释放，进而抑制NCC和ROMK的活性。PHAⅡ患者中WNK1高表达，明显超过了生理浓度KS-WNK1的拮抗能力，从而WNK4的功能受到抑制，最终解除WNK4对NCC的抑制作用，患者出现高血钠等表现。

慢性心力衰竭、肝硬化、肾病综合征等患者，由于细胞外液增加，循环的平均灌注压降低，远端肾单位尿流量相对减少，肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)激活，醛固酮继发性的产生增多。在CNT和CD中，尿流量减少直接抑制了BK通道的活性［14］，也间接地抑制了 ENaC/ROMK的活性，从而减少了K+排泌，维持血钾浓度。由于伴AngⅡ和醛固酮分泌增加，会造成NCC和ENaC激活，使远端肾单位对水和Na+的重吸收增加，此时血清钾并未下降，其可能的原因一方面是由于AngⅡ通过WNK对ROMK的抑制作用超过了醛固酮对ROMK的活化作用，另一方面 DCT中 Na+重吸收增加造成CNT/CD中尿流量降低和钠盐减少，最终也会使K+分泌减少，维持血钾浓度。由于循环容量的增加是以水钠潴留为代价，并不伴胶体渗透压的增加，因此导致液体主要积聚在细胞外，最终造成水肿。

高钾饮食或原发性醛固酮增多症患者往往不伴RAAS的激活。此类患者升高的醛固酮可上调血清及糖皮质激素诱导型蛋白激酶1(SGK1)的表达，SGK1一方面使ENaC的表达上调［15］，另一方面通过促进WNK4磷酸化，解除其对ENaC和ROMK的抑制作用［16］。此外，因为 DCT1缺少11β-羟化类固醇脱氢酶Ⅱ，醛固酮可上调DCT2中NCC蛋白的表达，却不影响 DCT1 中的 NCC 蛋白表达［17，18］。由于AngⅡ并未相应增加，DCT1中NCC仍受WNK4的抑制，导致CNT/CD中Na+和尿流量增加，从而激活ENaC、BK通道和ROMK，导致Na+/K+交换增加，最终引起K+排泌增加，使血钾水平降低。然而此类患者并不容易发生水肿，可能原因是DCT1中的NCC并未被醛固酮活化，患者可通过增加尿钠排泄来排出Na+。因此，原发性醛固酮增多症患者DCT1中NCC的活性抑制足以克服ENaC的活化作用，从而防止水肿，但会发生动脉高压。

远端肾单位氯转运调控

远端肾单位不仅调控肾脏对钠钾的转运，在氯转运的调控中也起着非常重要的作用(图1)［19，20］。Cl-在DCT1的重吸收依赖Na+/Cl-协同转运蛋白NCC，是噻嗪类药物作用的靶点［21，22］；在 CNT 和 CD的转运，则通过噻嗪类敏感型电中性离子转运和闭合蛋白(claudins)介导的细胞旁通道来实现［23］。

图1 集合管上皮细胞管腔面离子转运模式图

噻嗪类敏感型电中性离子转运主要包括钠驱动Cl-/HCO3-交换子(NDCBE/SLC4A8)和Pendrin交换子。NDCBE主要位于大脑和睾丸，在肾髓质集合管的β闰细胞的顶膜也有表达［24］。在SLC4a8-/-大鼠中，予低盐饮食，Na+的重吸收能够被氢氯噻嗪阻断，表明NDCBE参与噻嗪类敏感型钠转运。通过NDCBE，Na+和HCO3-经β闰细胞重吸收，而Cl-则被分泌到管腔内，其转运比率是 1∶2∶1［23］。Pendrin交换子是由SLC26a4基因编码的位于β闰细胞顶膜的Cl-/HCO3-交换蛋白，最先在耳聋-甲状腺肿综合征中被发现。β闰细胞通过pendrin蛋白摄取Cl-，同时排出HCO3-，转运比率是1∶1。通过NDCBE和pendrin交换子的协作，β闰细胞在氯化钠重吸收的过程中并未形成跨上皮电势差［25］。

皮质集合管主细胞的顶膜有盐酸阿米洛利敏感型ENaC。ENaC在介导主细胞对钠重吸收的同时会造成管腔负电压(～-25 mV)。腔内跨上皮负电压为氯重吸收及K+和H+的分泌提供驱动力。细胞内的钾通过主细胞顶膜ROMK分泌入管腔［26-28］。H+则通过位于 α 闰细胞顶膜上的H+-ATP酶分泌到管腔。氯则经主细胞旁通道重吸收，其重吸收量应与重吸收钠相等，否则会加大跨上皮细胞负电压，造成管腔面胞膜去极化，最终抑制ENaC 活性［29］。

“氯分流”是指氯经集合管主细胞间的紧密连接进行重吸收［30］。氯分流异常增加可能是造成PHAⅡ患者高氯血症的重要原因。有证据表明集合管的紧密连接中存在 WNK4 蛋白［30，31］。WNK4突变会造成氯经主细胞旁通道的重吸收增加。紧密连接由咬合蛋白(ocludin)、claudins、连接黏附分子(JAMs)和闭合小环蛋白(ZO-1，ZO-2和ZO-3)等组成。claudins分子由4个跨膜结构域组成，是构成紧密连接的主要骨架蛋白，其对紧密连接功能的维持也最为重要［32］。claudins对细胞连接选择性渗透的调节主要通过蛋白激酶途径实现。蛋白激酶A(PKA)或蛋白激酶C(PKC)促进claudins蛋白中丝/苏氨酸位点磷酸化，造成紧密连接处对氯的渗透性增加［33］。Hou 等［34］研究发现 claudin 家族中下调claudin-4或claudin-8表达可降低细胞对氯的通透性，但对钠通透性无影响；进一步研究表明claudin-8需要与claudin-4结合并引导claudin-4到细胞紧密连接处发挥作用，其自身不能形成氯通道。大量研究结果证实了claudin蛋白在维持紧密连接对氯选择性通透性中的重要作用。

小结：远端肾单位是调控肾脏离子转运的主要组成部分。WNKs和细胞旁路途径在调控远端肾单位对Na+、K+和Cl-及水的转运中起着非常重要的作用。WNKs、NDCBE和pendrin交换子可能是治疗高血压的潜在靶点。WNKs参与远端肾单位离子转运调控、claudins蛋白介导细胞旁氯分流，但是对于这些蛋白分子的调控机制及其与肾脏疾病的关系仍有待进一步研究。

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