甲状旁腺激素1型受体在肾脏疾病中的研究进展

鄢鹏，宋健玲，房向东

甲状旁腺激素1型受体（parathyroid hormone 1 receptor，PTH1R）是甲状旁腺激素受体（PTHRs）成员之一，属于B族G蛋白偶联受体家族（G proteincoupled receptors，GPCRs），目前报道的其他家族成员还包括PTH2R和新成员PTH3R[1]。在人体内，PTH1R是分布最广、发挥功能最多的受体，可表达于骨、肾、心、脑、血液、平滑肌、胰腺、乳腺、附睾、子宫胎盘、大多数内分泌器官等全身多种组织中[2]。甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）、甲状旁腺激素相关蛋白（parathyroid hormone-related protein，PTHrP）是作用于PTH1R的两种内源性配体。PTH是仅在甲状旁腺分泌的负责调节细胞外钙磷水平及骨骼稳态的内分泌激素。PTHrP是一种最初被发现能引起恶性肿瘤体液高钙血症的含141个氨基酸多肽的因子[3]，主要通过自分泌或旁分泌的方式发挥作用，且在生理条件下广泛表达[4]。PTH和PTHrP具有一定的同源性，因两者前34个氨基酸残基组成的N端片段中有11个氨基酸序列相同，有助于产生类似的结合亲和力，发挥相似的生物学作用[5]。配体的N端也决定关键的生物学作用，去除某些残基或修饰产生的类似物，可能不再激活PTH1R，而是作为PTH1R的竞争性拮抗剂或反激动剂[6]，可为临床药物的开发提供靶点。研究表明作用于PTH1R可涉及多种复杂机制，并参与肾脏疾病的发生、发展，因此本文整理分析了目前PTH1R与肾脏疾病的相关文献，分别就PTH1R的结构与信号通路、PTH1R的功能、PTH1R与肾脏疾病的关系三方面进行综述，以期为肾脏疾病的诊断和治疗提供新的思路。

本文文献检索策略：以“Parathyroid hormone 1 receptor、PTH1R、Parathyroid hormone-related protein、PTHrP、Parathyroid hormone、PTH、Kidney disease、Diabetic Nephropathy、CKD、Renal fibrosis、AKI、Glomerulonephritis”为英文关键词检索数据库PubMed、Medline、Web of Science。检索时间为建库至2022-04-05。文献纳入标准：基于PTHIR在肾脏疾病的基础研究及文献研究。文献排除标准：重复发表、数据记录不详细、年代久远、质量差的文献。

1 PTH1R的结构与信号通路

人类PTH1R位于第3号染色体上的14-外显子基因编码，由593个氨基酸残基组成，具有两个模块化结构域，1个相对较大的糖基化N端胞外结构域（ECD）和1个7跨膜螺旋结构域（TMD）又称近膜J域[7]。ECD负责配体肽对应残基15-34序列的快速结合，提供大部分能量驱动力，J域是配体信号部分的核心结合口袋，与配体肽对应残基1-14序列结合后诱导受体的构象变化[8]。受体胞内C末端尾部存在9个磷酸化位点，可与相应的蛋白激酶结合发生磷酸化，而磷酸化的模式可决定受体激活后不同的信号转导[9]。

配体与PTH1R结合触发受体构象改变引起磷酸化后，通过募集异三聚体G蛋白（Gαβγ）激活不同的细胞内信号级联反应，主要偶联Gαs/腺苷酸环化酶（AC）/环磷酸腺苷（cAMP）/蛋白激酶A（PKA）途径传递细胞内信号，也可偶联Gαq/磷脂酶C（PLC）/蛋白激酶C（PKC）途径[10]、Gα12/13-磷脂酶D（PLD）/RhoA途径、丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）途径[11]。PTH1R介导的cAMP/PKA信号转导途径与骨组织中的合成代谢和肾脏钙磷代谢作用相关，PLC/PKC途径则主要作用于肾脏，并被cAMP/PKA磷酸化负调节。经典G蛋白偶联受体（GPCR）信号转导终止是通过招募β-抑制蛋白使受体内化，研究发现PTH激活PTH1R遵循非经典GPCR途径，募集的β-抑制蛋白能激活细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）、延长PTH1R处的cAMP信号转导[12-13]。因此，PTH能够诱导cAMP持续激活，而PTHrP只诱导cAMP短暂激活，这为PTH1R配体肽开发提供了选择模式。

2 PTH1R的功能

PTH1R广泛分布于体内，发挥着各种生理和病理作用。PTH1R能调节原始细胞的增殖和分化，参与组织器官的生长发育，如骨骼生长板中的软骨细胞、皮肤角化细胞、乳腺、胰腺、胎盘[2]、牙齿祖细胞[14]和脂肪组织[15]等，主要通过介导PTHrP在生理稳态中经旁分泌发挥作用。敲除小鼠的PTH1R基因会导致新生儿小鼠出现致死表型，并伴有严重的软骨和骨骼发育异常[16]。PTH1R/cAMP信号转导在骨骼系统中被广泛研究，其可以增加成骨细胞的增殖和分化，具有促进骨吸收、介导骨代谢、加速骨转化等作用[17]。此外，PTH1R信号通路在调节心血管局部及全身血流动力学、改变造血干细胞的生态位、增加胰岛β细胞功能、调节平滑肌张力[2，4]、活化血小板[18]、调控附睾-睾丸免疫稳态[19]以及肿瘤生长、侵袭、黏附、增殖和迁移[20]等过程中发挥重要作用。

PTH1R在肾脏组织中广泛表达，于肾小球足细胞、系膜细胞、内皮细胞和肾小管间质细胞、上皮细胞以及肾内血管系统均有分布[21]。在肾脏中，PTH1R除了调节矿物质离子的跨膜转运，还参与调节肾血浆流量和肾小球滤过率[2]。越来越多的证据表明，肾脏疾病与PTH1R信号通路相关，且PTHrP的表达在各种肾损伤疾病中上调。

3 PTH1R与肾脏疾病的关系

3.1 PTH1R与糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）DN是糖尿病严重的微血管并发症之一，常伴随着持续蛋白尿以及进行性肾损伤。IZQUIERDO等[22]发现，在链脲佐菌素诱导的DN模型中，转基因小鼠特异性表达PTHrP促进小鼠肾脏肥大，显著增加尿白蛋白排泄率，且PTHrP和PTH1R的表达水平与尿白蛋白排泄率存在显著相关性。足细胞是肾小球滤过的最后一道屏障，可阻止蛋白漏出。肾小球足细胞和系膜细胞肥大，是糖尿病肾脏受累的早期特征。研究证明，肾足细胞肥大与细胞周期阻滞机制相关[23]。在高糖诱导的足细胞中，PTHrP能够上调细胞周期蛋白抑制剂P27kip1的表达及阻止细胞周期蛋白E激活，阻滞G1细胞周期，诱导足细胞肥大，使用PTH1R拮抗剂JB4250可抑制高糖诱导的P27kip1表达并减轻足细胞肥大[24]。高糖环境能诱导足细胞激活产生肾素和血管紧张素原，而肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）是促进DN进展的关键原因之一。有研究发现，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）能够上调PTHrP/PTH1R信号转导，参与足细胞的损伤，使用AngⅡ受体拮抗剂氯沙坦可抑制高糖诱导下PTHrP的表达[25]，表明PTHrP可以充当RAAS在高糖诱导的足细胞损伤的中间递质。在人肾小球系膜细胞中，使用外源性PTHrP（1-36）处理肾小球系膜细胞24 h并诱导细胞增殖，72 h后能促进细胞肥大效应，其机制可能分别与细胞周期蛋白E上调和下调相关，且PTH1R拮抗剂同样能抑制高糖诱导的系膜细胞肥大[26]。此外，PTH1R还介导转化生长因子β（TGF-β）信号转导影响DN的进展。QIU等[27]发现PTH1R与TGF-βⅡ型受体（TβRⅡ）相互协调拮抗的新功能，具体而言，PTH能诱导PTH1R和TβRⅡ之间的相互作用并形成复合物促进内化。TβRⅡ对PTH1R的磷酸化调节并促进PTH1R-TβRⅡ复合物内化导致PTH信号转导的下调，类似的PTH将TβRⅡ募集到PTH1R中抑制TGF-β信号转导。WU等[28]发现，在大鼠系膜细胞中，PTH/PTHrP短期处理（6 h）诱导PTH1R与TGF-βⅡ型受体形成复合物发生内吞，可降低系膜细胞TGF-β敏感性，减少TGF-β介导的Smad2/3激活和纤连蛋白的上调。进一步研究发现延长PTH/PTHrP作用时间诱导纤连蛋白上调，其与TβRⅡ经循环途径返回细胞膜发挥促纤维化功能相关，表明PTH1R的诱导对TGF-β1信号转导具有双重作用[29]。

总之，以上数据表明，PTH1R与RAAS、TGF-β信号通路存在相互串扰影响，通过TβRⅡ直接磷酸化PTH1R的胞质结构域可以作为整合局部肾脏细胞因子信号的平台，并且短期的PTHrP治疗通过抑制TGF-β信号转导具有肾保护作用，然而PTH1R与体内TGF-β1在肾脏中的机制仍需进一步研究。此外，阻断TβRⅡ内化后返回细胞膜似乎是一种不错的发挥这种保护机制的途径。但是，PTHrP/PTH1R通路参与了肾脏肥大和蛋白尿的发生、发展过程，不利于DN的预后。

3.2 PTH1R与增殖性肾小球肾炎 系膜细胞在肾小球毛细血管中具有许多功能，包括毛细血管簇的结构支持，调节肾小球血流动力学以及免疫复合物的吞噬功能。系膜细胞的凋亡和增殖是肾小球疾病的突出特征[30]。HOCHANE等[31]发现在血清剥夺诱导大鼠肾小球系膜细胞中，PTHrP转染表达激活cAMP/PKA和磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号途径减少了TUNEL阳性凋亡细胞的数量，使用PTH1R拮抗剂显著提高系膜细胞的存活。研究表明，过表达环加氧酶2（COX-2）能抑制炎症诱导下系膜细胞的凋亡[32]。在增殖性肾小球肾炎初期，激活的系膜细胞上调多种炎性因子，最突出的包括白介素1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子α（TNF-α），其本身能刺激PTHrP过度表达，PTHrP增强核因子κB（NF-κB）途径显著促进COX-2的表达，从而减弱炎性因子对系膜细胞的凋亡作用[33]。这意味着PTHrP/PTH1R可能是充当保护系膜细胞存活的负反馈环中的中间环节，可作为肾小球肾炎中潜在的靶点。此外，在蛇毒素诱导的膜增殖肾小球肾炎模型中，PTHrP在早期阶段上调并促进系膜细胞生长、增殖、修复，使用PTHrP中和抗体减少了局部炎症标志物如单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）、COX-2和IL-6，但很大程度上也降低了自身的表达，阻碍了肾小球细胞的增殖和存活，最终阻止愈合过程[34]。

总之，PTHrP介导PTH1R信号通路可以作为增殖性肾小球肾炎治疗的潜在靶点。尽管PTHrP本身增强促炎因子的表达，但其在早期肾小球炎症修复过程中起至关重要的作用。然而，关于PTHrP在肾小球肾炎中作用的研究目前还是很少。

3.3 PTH1R与慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD） 肾纤维化是CKD病理进展的重要事件，其特征是成纤维细胞增殖、上皮-间充质转化和细胞外基质的积累。巨噬细胞进入肾间质也是慢性炎症发展受损导致肾间质纤维化的关键[35]。TGF-β是公认的肾纤维化发病机制中的关键递质，PTHrP能够在基因和蛋白水平上增加TGF-β的表达并诱导上皮-间充质转化[28，36]。体内和体外研究发现，PTHrP结合PTH1R触发下游Gαq/PLC/PKC信号途径能激活基质金属蛋白酶（MMPs）表达，进而释放配体反式激活表皮生长因子受体（EGFR），与TGF-β协同激活ERK1/2通路，诱导肾小管细胞上皮-间充质转化和细胞外基质产生，而抑制TGF-β、EGFR、ERK1/2能消除PTHrP诱导的上皮-间充质转化相关变化[36]。在单侧输尿管梗阻（UUO）小鼠模型中，PTHrP增加肾小管上皮细胞中血管内皮生长因子（VEGF）及其1型受体（VEGFR-1）的表达，上调上皮-间充质转化标志物α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和整合素连锁激酶（ILK）蛋白，促进梗阻肾脏的纤维化[37]。此外，CHEN等[38]研究表明，PTHrP通过介导活性氧（ROS）/Src激酶/EGFR信号通路激活PI3K，作为PI3K下游效应器，Akt和ERK1/2不连续地诱导大鼠系膜细胞外基质纤连蛋白的过度合成，促进肾纤维化发生。NF-κB能够调节多种与炎症相关的基因，包括肾脏疾病发展相关的基因。RÁMILA等[39]研究表明，与对照组相比，UUO诱导的PTHrP转基因小鼠显示出更多的肾小管间质损伤、白细胞流入和促炎因子的表达；进一步研究发现，PTHrP通过诱导NF-κB的活化和激活NF-κB依赖的细胞因子IL-6和趋化因子MCP-1，促进单核细胞/巨噬细胞和T淋巴细胞迁移至肾间质，从而诱导肾间质纤维化。

总之，PTHrP/PTH1R信号通路通过促进上皮-间充质转化、增加细胞外基质、激活TGF-β和调节巨噬细胞流入等各种机制，参与肾脏纤维化进展过程，然而关于PTH/PTH1R信号通路在肾纤维化中作用的研究甚少。靶向PTH1R信号通路可能是治疗肾纤维化的关键治疗靶点。

CKD是许多肾脏病理变化的常见结果，如果不及时治疗会发展为终末期肾病（end stage renal disease，ESRD）。最近有研究表明，PTH1R与ESRD患者的肾性骨营养不良、血管钙化和肾性恶病质有关。在CKD的早期阶段，PTH1R在骨细胞中的表达似乎有所增加[40]，随着肾衰竭，PTH1R表达下调以及自身抗体的存在会引起骨骼PTH抵抗，PTH水平的增加和PTH1R的下调是肾性骨营养不良的主要原因[41-42]。血管钙化是ESRD患者的常见现象，研究发现，血液透析患者钙化血管壁PTHrP的表达升高，外源性rhPTHrP（1-34）激活骨形态发生蛋白2（BMP-2）/核心结合因子a1（Cbfa1）信号通路增加了主动脉平滑肌细胞内钙沉积[43]，拮抗PTH1R不仅会减少血管钙化，还能减少骨脱矿质[41]。PTH/PTH1R也可通过NF-κB受体活化因子配体（RANKL）/骨蛋白轴促进血管钙化[44]。恶病质在许多疾病如CKD和癌症中均很常见，其特征是能量消耗增加以及脂肪和肌肉质量的减少，是导致死亡的重要危险因素。在5/6肾切除术小鼠CKD恶病质模型中，PTHrP通过作用PTH1R诱导Ucp1基因表达导致脂肪组织褐变和恶病质，而脂肪特异性敲除PTH1R可阻止脂肪褐变和消瘦，并保留了肌肉质量和力量，增强了CKD驱动的恶病质的抵抗力[45]。

在某种程度上，PTH1R可能是CKD相关并发症有希望的治疗靶点。然而，CKD相关的并发症复杂且繁多，并且存在众多争议及问题，因此很难对PTH1R在CKD并发症中的作用做出统一结论。

3.4 PTH1R与急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）

AKI是危重住院患者常见的并发症，其特征是各种因素如缺血/再灌注、肾毒性及梗阻性肾损伤等引起肾小管上皮细胞坏死和肾功能下降，其功能恢复取决于肾小管细胞的修复再生[46]。不同学者对PTH1R在AKI中的研究持不同观点。SANTOS等[47]研究表明，在叶酸诱导的AKI模型大鼠肾脏中PTHrP会短暂迅速地升高，而PTH1R在肾小管细胞中表达下调，外源性使用PTHrP会增加叶酸损伤大鼠的肾小管上皮细胞增殖，参与肾小管上皮细胞再生和修复过程。Runt相关的转录因子2（Runx2）是骨骼发育中调节成骨分化等过程的关键转录因子。ARDURA等[48]对PTHrP过表达转基因小鼠研究发现，PTH1R级联cAMP/PKA信号通路增加转录因子Runx2在肾小管上皮细胞中的转录，上调抗凋亡蛋白Bcl-2和骨桥蛋白的表达，从而减少叶酸诱导的肾小管上皮细胞的凋亡。因此，激活PTHrP/PTH1R可能通过促增殖修复和抗凋亡机制对AKI有保护作用。然而，另有研究表明PTHrP并不能阻止肾缺血/再灌注或叶酸诱导后肾功能急性恶化[49]。此外，ORTEGA等[50]在叶酸诱导的AKI小鼠中发现，PTHrP过表达增加小鼠肾脏间质巨噬细胞内流及成纤维细胞活化，促进炎症发展以及Ⅰ型胶原和纤连蛋白表达，进而导致肾毒性肾损伤的进展。

事实上，在缺血/再灌注或叶酸注射后48 h肾脏中的PTH1R蛋白水平显著降低[49]，AKI发生后受体的下调似乎可以解释PTHrP过表达在肾脏恢复期中的作用缺失。因此，推测提高恢复期细胞膜表面PTH1R水平可能会逆转缺血或毒性诱导的肾损伤作用，值得进一步研究。然而，到目前为止，研究已经表明PTHrP对肾脏中的肾小管上皮细胞和基质细胞发挥促炎和促纤维化作用，尚不清楚PTHrP/PTH1R在AKI促生存作用的长期影响。需要注意的是，尿PTHrP水平可能是潜在的肾功能标志物，ORTEGA等[51]研究发现，在顺铂诱导的AKI大鼠模型中，与对照组相比，尿PTHrP排泄显著增加，且与血清肌酐呈正相关。

4 总结和展望

综上，PTH1R在机体广泛存在并发挥重要作用，尤其是在肾脏和骨骼系统中。PTH1R在骨骼系统疾病中显示出良好的应用前景，PTH类似物和PTHrP类似物，如特立帕肽、阿巴洛肽，作为PTH1R激动剂能促进骨形成和骨吸收，已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用于治疗骨质疏松等骨代谢疾病。然而，PTH1R与肾脏疾病的关系较为复杂，PTH1R在DN中具有负性作用，尽管其与TGF-β之间的串扰可能是一种保护机制。此外，PTHrP/PTH1R促进了肾纤维化的进展，其在CKD并发症中结论尚未统一。同样，其在AKI中存在一些争议，但在肾小球肾炎中显示出保护作用。PTH1R在不同疾病中的作用以及与其他途径之间的串扰仍不清晰，另外，在病理状态下PTH1R内化信号机制在多大程度促进肾脏疾病的发生、发展过程也有待确定，需要进一步研究。然而，高水平的尿液PTHrP与AKI发生的巨大风险相关，因此尿液PTHrP可能作为一种新指标，用于识别特定短期肾损伤的人群，但AKI到CKD的进展过程中尿液PTHrP变化如何，未来仍需要更多的基础研究和队列研究进行阐述。总之，PTH1R与肾脏关系密切，治疗靶点丰富，这是极具吸引力的，进一步探索其与肾脏疾病发病的具体机制，将为肾脏疾病的临床治疗提供新的思路。

作者贡献：鄢鹏负责文献查询及资料整理，撰写论文；宋健玲对文章的设计进行指导；房向东负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。