L-精氨酸与α1-肾上腺素能受体在肾功能调节中的作用

张 红，张正红，张陈珊，王正朝

福建师范大学生命科学学院 福建省发育与神经生物学重点实验室，福州350007

作为世界人口大国的中国，随着老龄化的日益严重，慢性疾病的患病率越来越高，其中慢性肾病已高达10.8%，是严重威胁公众健康的 “隐形杀手”之一[1]。近年来，有关肾功能方面的研究备受关注，尤其是肾疾病防治与肾功能改善方面的研究尤为重要。L-精氨酸是机体组织蛋白质中最为丰富的氮载体，是体内合成多胺和一氧化氮 （nitric oxide，NO）等高活性分子的前体物质[2-3]。NO是一种重要的内源性气体信号分子，可以由神经元释放，也可由心、脑、肝、肾、胃肠等脏器的组织细胞产生，参与机体心血管、神经和免疫系统等的调节，在多种生理和病理形成过程中发挥重要作用[4-5]。有研究显示NO对肾功能的调节至关重要[6-10]。 α1-肾上腺素能受体 （α1-adrenergic receptor，α1-AR）广泛分布于机体的各种组织细胞，参与调节糖原分解、血管收缩、心脏变力变时等多种生理效应。有研究表明高血压、左心室肥大 （left ventricular hypertrophy，LVH）和肾病等的发生与机体内NO的缺乏有关，且外源性L-精氨酸对这些疾病的改善具有积极作用[2，11-13]。与健康大鼠相比，在肾功能衰竭与LVH大鼠中α1-AR对肾上腺素激动剂的反应性显著降低[11-13]。近期，Ahmad等[13]研究显示外源性NO前体可以上调LVH大鼠内皮型一氧化氮合酶 （endothelial nitric oxide synthase，eNOS） /NO/环磷酸鸟苷 （cyclic guanosine monophosphate，cGMP）途径和α1-AR的反应性，首次揭示α1-AR与NO前体之间存在相互作用，但这两者之间的作用方式及其对肾功能调节的影响尚未明晰。因此，本文综述L-精氨酸与α1-AR在肾功能调节中的作用，旨在为临床提供参考资料。

NO的生成与肾功能的调节

L-精氨酸与NO的生成条件性必需氨基酸L-精氨酸是体内多种生物活性物质的合成前体。机体以L-精氨酸为原料物质，在氧气、一氧化氮合酶 （nitric oxide synthase，NOS）及少量还原型辅酶Ⅱ （NADPH）的参与下完成内源性NO的合成。目前，已知的NOS有内皮型、神经元型和诱导型3种亚型[14-15]。作为一种内皮舒张因子，内皮细胞不仅在基础状态时持续不断地合成并分泌NO，而且当受到乙酰胆碱、缓激肽、聚集的血小板和血流应力变化等刺激时会释放NO至血管平滑肌，通过一系列作用发挥血管舒张效应。NO作用方式主要有两种，一种是cGMP依赖性途径，内皮细胞产生的NO扩散至血管平滑肌细胞，激活其中的可溶性鸟苷酸环化酶 （soluble guanylate cyclase，sGC），后者催化鸟苷三磷酸转化为cGMP，蛋白激酶G在cGMP刺激下被激活并作用于不同的靶蛋白使其磷酸化，从而参与血管舒张、中性粒细胞激活等[16]。另一种是cGMP不依赖性途径，即NO通过S-亚硝基化作用，直接在靶蛋白的半胱氨酸残基上添加一个亚硝基基团进而调节目标蛋白功能[17]。

NO对肾功能调节的影响作为体内重要的血管舒张因子，NO可通过松弛血管平滑肌、抑制平滑肌细胞增殖、抑制血小板聚集和白细胞的激活等调节血管张力和血流，影响血管重塑，舒张血管[14-15，18-19]。NO对肾功能调节的影响非常重要，如NO可调控肾近曲小管的功能，影响Na+和水的重吸收，保持水盐平衡[8-10，20]。足细胞是构成肾小囊脏层的主要细胞类型，是肾小球滤过屏障的重要组成部分，eNOS催化产生的NO对肾小球足细胞有一定的保护作用[8-10，20]。Bachmann等[21]通过免疫组织化学等实验手段研究eNOS在肾脏中的表达时发现eNOS蛋白主要分布在入球和出球小动脉、肾小球毛细血管、肾内动脉和髓质直小血管的内皮细胞中，其自身及产生的NO能够改善肾血管的阻力、参与肾血流量及肾髓质血流灌注的调节，影响肾小球滤过率，调节肾交感神经活性以及炎症时抑制血小板的黏附聚集。NO缺乏在肾疾病中普遍存在，如NO缺乏会影响肾脏排钠、肾脉管系统弹性以及肾的重吸收和排泄功能[22-23]。另外，肾基质重构最终会导致肾功能损害，基质的产生及其在肾中的累积与体内NO的缺乏有关，NO还参与肾小球硬化的病变过程[24-25]。

α1-AR的表达与肾功能的调节

α1-AR的结构与分布α1-AR属G蛋白偶联受体，7次跨膜结构，由3个胞内和3个胞外回环结构组成，其N-端位于胞外，C-端位于胞内。肽链的C-端与第2和3个胞内环上都有G蛋白 （鸟苷酸结合蛋白）的结合位点，可通过与G蛋白偶联产生信号转导。1985年，国际药理学联合会对α1-AR进行分类，依据药理学特性的差异将其分为α1A-AR、α1B-AR和α1D-AR 3种亚型。α1-AR广泛分布于机体组织器官，其中α1A-AR主要分布在脑、血管、心脏、肝脏、肾上腺以及输精管等部位，小部分分布在前列腺和肾脏；相比于其他组织，α1B-AR在脑和心脏中分布较高，而α1D-AR仅在脑分布较为丰富[26]。Feng等[27]研究大鼠肾脏α1-AR发现其在肾皮质分布最为旺盛，且其密度从肾皮质朝向肾乳头呈降低趋势；肾脏中α1A-AR和α1B-AR在皮质和髓质中的密度几乎相同，α1A-AR、α1B-AR和α1D-AR 3种亚型在近曲小管分布几乎相等。

α1-AR的作用与方式 α1-AR可通过多种作用途径参与组织和细胞的功能调控。作为G蛋白偶联受体，α1-AR可通过第二信使系统发挥作用，即通过Gq/11蛋白激活胞膜上的磷脂酶C使质膜上的磷脂分子磷脂酰肌醇二磷酸水解为第二信使分子肌醇三磷酸和二酰甘油。肌醇三磷酸可结合并打开内质网或液泡膜上的钙离子通道释放内部钙离子；二酰甘油可结合并激活蛋白激酶C引起一系列效应发生。α1-AR还可激活许多其他的效应器，包括有丝裂原活化蛋白激酶通路、环磷酸腺苷代谢等[28]。此外，α1-AR还能激活线粒体，调节细胞增殖和生长。

α1-AR对肾功能的调控众多研究现已表明NO对肾脏功能具有调节作用[6-10]。但聚焦α1-AR对肾脏功能调节作用的研究尚少。研究显示α1-AR异常激活刺激核因子-κB表达诱导炎症发生，导致细胞外基质沉积、肾小管间质纤维化等肾基质重构，最终使肾功能损害[29]。体内外的实验表明不论在正常或疾病状态下，α1A-AR在肾上腺素介导的血管收缩中作用均十分显著，α1D-AR可与α1A-AR协同作用，参与介导肾血管收缩，且高血压大鼠诱发肾功能衰竭使α1B-AR功能增加[30]。α1-AR介导的肾血管收缩可以影响肾脏的血液灌注、血流动力学调节等，对肾脏正常功能的维持十分关键。在肾功能衰竭与糖尿病高血压等疾病状态下，α1-AR对激动剂的反应性显著减弱[31]，这一现象表明α1-AR对肾脏功能调控的重要性。

L-精氨酸与α1-AR通路

Lee等[32]研究显示外源供给L-精氨酸可以通过上调NOS/sGC/cGMP途径纠正自发性高血压大鼠局部心脏去甲肾上腺素多动。研究表明，肾脏氧化应激增加和eNOS下调使LVH大鼠肾脏α1B-AR的反应性减弱[33]。LVH大鼠基础肾皮质灌注及α1A-AR血管收缩反应的降低与eNOS/NO通路的下调有关[34]。Ahmad等[13]研究显示外源NO前体与α1-AR之间的相互作用表明NO前体能够上调LVH大鼠肾脏eNOS/NO/cGMP通路，并使α1A-AR、α1B-AR、α1D-AR对肾上腺素激动剂的反应性增强。

通过G蛋白调节在肾小球中，eNOS的表达定位在内皮细胞中，而神经元型NOS主要在致密斑中表达。NO通过cGMP依赖性方式产生血管舒张作用呈特定的空间模式，即NO扩散至肾小球，激活内皮细胞中sGC使cGMP水平升高，后者进一步激活蛋白激酶G通过磷酸化靶蛋白发挥作用[35]。上述结果表明NO是通过上调一种G蛋白途径的第二信使-cGMP水平发挥作用，考虑到α1-AR作为一种G蛋白偶联受体，其基本的作用方式是通过第二信使系统发生。因此，NO前体可能是通过G蛋白调节α1-AR反应性。

通过β-抑制蛋白调节β-抑制蛋白是一种接头蛋白及信号转导调控蛋白，在G蛋白偶联受体相关的信号转导中至关重要。目前认为抑制蛋白家族中有4个成员，视觉抑制蛋白 （抑制蛋白1和4）以及非视觉抑制蛋白 （抑制蛋白2和3，也称为β-抑制蛋白1和2）[36]。它们结构相似，含约400个氨基酸残基，空间结构高度保守，有两个反向平行的β-折叠，分别是N-端和C-端结构域。G蛋白偶联受体被激动剂激活和磷酸化后，可以被β-抑制蛋白识别并与之结合，通过形成空间位阻抑制G蛋白与受体之间的偶联，从而终止或减弱受体所介导的信号通路。β-抑制蛋白不仅参与G蛋白偶联受体的内化、减敏与降解，而且其本身还能作为信号分子介导β-AR信号转导[37-38]。最近，Hayashi等[39]的研究显示β-抑制蛋白和α1-AR之间的联系，即β-抑制蛋白新位点的亚硝基化选择性地抑制β-抑制蛋白本身作为信号分子介导的通路，提出β-抑制蛋白通过G蛋白偶联受体进行偏向信号转导的一种普遍机制。同时，Ozawa等[40]研究也显示NO、β-抑制蛋白和α1-AR三者之间的联系，即β抑制蛋白通过eNOS与单个半胱氨酸相互作用并被亚硝基化，其动态的S-亚硝基化与脱硝基化调节刺激诱导的G蛋白通路。正如NO的非cGMP依赖性作用方式，即NO通过β-抑制蛋白的亚硝基化调节α1-AR对激动剂的反应性。

综上，肾脏不仅是机体的排泄器官，还是重要的内分泌器官，在机体正常生理调节中发挥重要作用，近年有关肾疾病防治与肾功能改善方面的研究备受关注。NO作为血管舒张因子对维持正常肾功能至关重要，而α1-AR参与调节肾血管收缩，其反应性的降低直接或间接地影响肾功能。本文通过论述NO及α1-AR的功能与作用方式，分析了L-精氨酸与α1-AR在肾功能调节中的作用及其调控，阐明了NO前体上调肾NO/cGMP通路并使肾α1-AR反应性增强的途径，为慢性肾脏病进展的机制研究提供线索，为新靶向药物的研究提供理论基础。