致密斑在管球反馈和肾素分泌中的作用

【摘要】 肾脏是泌尿系统的组成器官之一，不仅是一个单纯的排泄器官，而且是一个对内环境和正常生理活动调节有着关键影响作用的器官，肾小球球旁器在肾脏调节水盐代谢和自身稳定的过程中发挥重要的作用。近年来的研究发现：在哺乳动物肾脏内，atp是致密斑(macula densa, md)参与的管球反馈(tubuloglomerular feedback, tgf)过程中的信息传递物质;前列腺素e2( prostaglandin e2, pge2)在md调节肾素分泌的过程中是至关重要的。

【关键词】 致密斑;管球反馈;肾素;nacl浓度;调节机制

哺乳动物和人类的肾脏，md为远端小管靠近肾小体侧的上皮细胞形成的椭圆形斑，由一群独特的高柱状上皮细胞组成，细胞排列紧密，md细胞与邻近的球旁细胞和球外系膜细胞连接。md是一种离子感受器，能敏锐地感受远端小管内滤液中离子浓度变化。md在管球反馈(tubuloglomerular feedback, tgf)和肾素血管紧张素醛固酮系统(renninangiotensinaldosteronesystem, raas)中都起感受器和传递信号的作用，但是md在这两种系统中的作用机制一直都没有完全弄清楚，很多学者一直致力于这方面的研究，现予以综述。

　　1 致密斑介导的管球反馈机制

　　在哺乳类动物肾脏，md细胞在tgf中起感受器和传递信号的作用，md部位小管液中nacl浓度低于血浆，nacl浓度高低与肾小管液流量有关，而后者又取决于gfr和肾小管重吸收率，增加gfr可导致md部位小管液流量增加、nacl浓度和渗透压的升高，这些改变作为刺激信号作用于md细胞，最后引起入球小动脉收缩、gfr降低。是与nacl转运相关联的， md上皮细胞顶端摄入nacl主要通过膜上na+k+2cl-同向转运体[1]，当小管液中nacl浓度升高，md细胞顶端膜上na+ k+ 2cl-同向转运体的活性增强，上皮细胞内na+浓度和cl-浓度升高，cl-由基底侧膜排出。

　　1.1 腺苷是管球反馈机制中的修饰因子

　　以schnermann[2]为首的研究组认为md细胞在转运nacl的过程中要消耗atp，产生代谢产物，特别是腺苷，它可以通过基底侧膜进入近球间隙，与入球小动脉平滑肌细胞和肾小球球外系膜细胞a1受体相结合，激活电压门控ca2+通道，使ca2+内流，胞内ca2+浓度升高，引起入球小动脉收缩。但最近的研究发现，利尿剂呋喃苯胺酸可以使tgf效应和肾灌注压发生变化，但不影响肾间质内的腺苷浓度，而且腺苷对肾小球动脉具有强烈的舒张作用，腺苷生成量增加会直接减弱tgf 的缩血管效应。以上结果表明：腺苷并不是md细胞分泌的在tgf机制中的信息传递物质，而是其重要的修饰因子之一。此外还存在多种tgf 机制修饰因子，如血管紧张素ⅱ、前列腺素、一氧化氮等。

　　1.2 atp是管球反馈机制中的信息传递物质

　　mitchell 和navar[3,4]认为，atp介导的入球小动脉收缩在tgf效应起重要作用，atp的血管收缩作用是通过激活化学门控离子通道，使膜去极化，并激活电压门控ca2+通道，ca2+内流。atp比腺苷能更快地引起反应，更符合tgf效应的反应时间，在入球小动脉上发现了特异的atp的p2x受体，atp对血管平滑肌的直接作用是由p2x受体介导的，atp选择性作用于入球小动脉，而不影响出球小动脉，因此认为，atp在肾血流量的自身调节机制中起重要作用。mitchell 和navar观察到，肾小管周围atp 浓度的升高可以减弱由于肾血流量增加而引起的入球小动脉收缩。此外还发现，tgf效应中的重要环节，即入球小动脉的收缩或舒展，可以被p2x受体拮抗剂所抑制，将高浓度atp直接注入小鼠肾动脉内，使肾间质atp 浓度达到饱和，结果发现对肾血流量增加而导致的入球小动脉收缩可被显著地抑制[5 ]。因此，肾间质的atp浓度是随着md细胞刺激信号的变化而变化，并调节肾血管的阻力值，atp是tgf效应中的信息传递物质。

　　对于缺水的鼠，引起tgf效应的nacl浓度改变范围约15～60mmol·l-1，反应呈非线性，最大敏感性nacl浓度约20～30 mmol·l-1，升高nacl浓度会降低单个肾单位的肾小球滤过率，md部位小管液中nacl浓度对gfr起负反馈调节的作用。对于md感受器是特异性感受nacl浓度改变的感受器，还是感受液体总浓度改变的感受器，存在不同意见，有一些实验表明可能与两者都有关系，细胞外液容量扩张或用碳酸酐酶抑制剂抑制近球小管重吸收功能，使md部位小管液流量增加，都可激活tgf效应，降低gfr。

　　2 致密斑介导的肾素分泌机制

　　肾素主要是由肾小球球旁细胞合成和分泌入血的，在脑、心、血管和肾上腺等各种器官和组织中也存在局部的raas系统。调控球旁细胞分泌肾素的机制主要有三种：肾内入球小动脉牵张感受器介导的肾素分泌;md细胞介导的肾素分泌;交感神经介导的肾素分泌。

　　md细胞对肾素分泌有重要的作用，vander等早就指出，肾素分泌受md部位小管液成分的调节，小管液中nacl的浓度降低可刺激肾素的释放。lorenz，skott等观察到升高md部位小管液中nacl浓度可引起肾素分泌减少，md部位小管液中nacl浓度降低是刺激肾素释放的局部信号，而且这种作用主要依赖于md细胞对cl-的转运。

　　2.1 致密斑部位小管液中cl—浓度降低引起致密斑细胞内ca2+浓度升高

　　研究显示md部位小管液中cl—浓度的降低是诱导md细胞刺激肾素分泌的信号[2]。小管灌注液中离子替代实验表明，用其它离子替代na+并不影响肾素分泌，但是替代cl-却引起肾素分泌增加[6]。na+ k+2cl-同向转运体对na+和k+有很高的亲和力，生理状态下其它离子浓度的变化只会引起转运体的轻微改变;但对cl-的亲和力很低，因而对小管液中cl-浓度的变化很敏感[7]，利尿剂呋喃苯胺酸能抑制na+k+2cl-同向转运体的活性，即使在没有容量缺失的情况下，呋喃苯胺酸也能增加肾素的分泌，这进一步证实了na+k+2cl-同向转运体在md细胞感受器作用中的作用[8,9]。salomonsson[10]等人早在1993年就发现，md部位小管液中离子浓度降低引起md细胞内ca2+升高，ca2+信号通路参与肾素的释放。随后peterdi[11]使用分光光度计检测md细胞内ca2+，提示md部位小管液中离子负电荷减少引起md细胞内ca2+升高，细胞内ca2+的变化在很大程度上影响细胞内磷酯酶a2的活性，磷酯酶a2激活后，使磷脂水解，释放出大量花生四烯酸，花生四烯酸的释放速度是pge2产生的限速步骤。

　　2.2 致密斑细胞内ca2+引起环氧化酶cox2表达增加

　　盐摄入量减少或肾血流量降低都能引起肾脏md细胞和近皮质的髓拌升支粗段细胞cox2表达增加。这两种实验条件都导致临近md细胞的肾小管液中nacl浓度降低[12-14]，为维持机体水盐平衡，保证有效循环血量，代偿的办法是增加肾小管上皮细胞对水、钠的重吸收。cheng hf[12,15]观察到低盐饮食诱导实验动物肾脏皮质cox2的表达增加;喂养三周时较喂养一周升高更加明显。cox2是诱导性的环氧化酶，在生理条件下，绝大多数细胞不表达或仅有低水平表达，只有在细胞受到内外因素的刺激后，才会大量表达cox2。花生四烯酸在cox2的作用下代谢为pge2，pge2直接效应是促进肾小管排钠、排水，但主要效应是促进肾素的分泌，pederdi[11]早已经在md细胞基底膜外侧观察到了cl-浓度降低引起pge2的释放，从而为pge2参与促进肾素释放提供了强有力的证据。cox2基因表达受多个程序调控，细胞种类不同，参与调节的转录因子也有所不同，已经报道的调节cox2表达的转录因子有nfkb, creb, ebox, ap1, ap2, sp1,mef2, nfat ,statl和stat3[16]。

　　2.3 致密斑介导肾素分泌的生理过程

　　在肾血流量减少或gfr降低的情况下，md细胞感受到小管液中nacl浓度的降低，尤其是c1-浓度的降低，可导致md细胞表面na+ k+2cl-同向转运体活性降低，na+ k+2cl-同向转运体具有向md细胞内转运c1-的作用，因而可以造成md细胞内的c1-的蓄积，当na+ k+ 2cl-同向转运体活性下降时，由于c1-向基底侧膜排出率基本不变，md细胞去极化程度增加，md细胞上的电压门控ca2+通道激活程度增加，引起md细胞内ca2+的浓度升高，磷酯酶a2被激活，激活后使磷脂水解释放出大量花生四烯酸，花生四烯酸的释放速度是pge2产生的限速步骤;md细胞内ca2+浓度升高的同时也导致mapk的活化，cjun, cfos, nfai，和nfkb的激活，并且通过第三信使转位入核，结合在dna相应的核转录因子位点上，诱导cox2基因转录。翻译后合成的cox2作用于花生四烯酸产生pge2，pge2强烈地促进球旁细胞分泌肾素，进而引起血管紧张素ⅱ(angiotensinⅱ,angⅱ)和醛固酮的量也随之增加，angⅱ直接作用于肾小管增强其重吸收功能，降低gfr，醛固酮作用远曲小管和集合管的上皮细胞，可增加k+排泄和na+、水的重吸收。

　　图 致密斑介导的肾素分泌机制

　　3 ras系统对管球反馈的调控作用

　　血管紧张素原(angiotensinogen,ang)在肾素的作用下水解成angⅰ，angⅰ在血管紧张素转化酶(angiotensinconverting enzyme, ace)的作用下，其c—末端水解去除2个氨基酸残基，产生一个八肽，即angⅱ，局部angⅱ增加能显著增加tgf效应，angⅱ受体阻断剂则减弱tgf效应，血管紧张素受体缺乏的大鼠tgf效应显著减弱。肾间质中angⅱ浓度大于10umol·l-1即可与血管相互作用，并直接引起血管平滑肌收缩，表明angⅱ在tgf机制中起一定作用，但由于md部位小管液中nacl浓度降低时引起肾素释放，而nacl浓度升高引起tgf效应，因此angⅱ在tgf机制中可能不是起介导而是起必要允许作用。tgf效应是一种肾内调节机制，而球旁细胞分泌肾素入血，通过raas系统调节是一种全身性的调节。

　　4 总结

　　md细胞和球旁细胞对水盐代谢的调节作用主要可以分为三方面：1.远端小管内nacl浓度的波动，通过以tgr为主的自身调节，肾小球毛细血管(主要是入球小动脉)平滑肌的收缩或舒张，远曲小管和集合管的分泌或重吸收等方式，维持体内水盐代谢的平衡。正常机体md细胞在感受到nacl浓度升高或降低时都能够引起tgf效应。2. md细胞感受nacl浓度下降的第二个效应是增加肾素的释放，进而引起angⅱ和醛固酮的量增加，通过raas系统引起肾小球毛细血管收缩和水盐的重吸收。小管内nacl浓度降低早期主要受tgf调节，长时间改变后则主要是通过raas系统来调节的，同时tgf调节也有一定的作用。主要对单个肾单位进行调节，保持相对稳定的gfr，raas系统主要作用是维持整个机体的水盐平衡。

【参考文献】
　1 朱大年.生理学[m]. 第七版. 北京:人民卫生出版社, 2008, 212-238.

　　2 schnermann j. juxtaglomerular cell complex in the regulation of renal salt xcretion[j]. am j physiol regulatory integrative comp physiol, 2006, 274(9): 8263-8279.

　　3 mitchell,hamann m,and kurtz a. nitric oxide and prostaglandins are involved in the macula densa control of the renin system[j]. am j physiol renal fluid electrolyte physiol, 2007, 269(4): 825-830.

　　4 gabriel navar,lisa m. harrisonbernarda, et al. renal responses to at1 receptor blockade[j]. wb baunders, 2007, 173(2): 45-54.

　　5 西山成,刘明,王丽郡,等. 肾微循环管球反馈机制及肾微循环的研究法[j]. 日本医学介绍, 2002, 23(11): 502-503.

　　6 lorenz jn,weihprecht h,schnermann j,et al. renin release from isolated juxtaglomerular apparatus depends on macula densa chloride transport[j]. am j physiol renal fluid electrolyte physiol, 2008, 260(6): 486-493.

　　7 salomonsson m,gonzalez e,westerlund p,et al. chloride concentration in macula densa and cortical thick ascending limb cells[j]. kidney int, 2007, 132(1): 51-54.

　　8 he xr,greenberg sg,briggs jp,et al. effects of furosemide and verapamil on the naci dependency of macula densamediated renin ension[j]. wb baunders, 1995, 26(2): 137-142.

　　9 modem b,holmer s,eckardt ku,et al. furosemide stimulates rennin expression in the kidneys of saltsupplemented rats[j]. pflu" gers arch, 2008, 424(6): 403-409.

　　10salomonsson m,gonzalez e. concentration in macula densa kornfeld , persson cytosolic chloride and cortical thick ascending limb cells[j]. acta, 1993, 147(4): 305-313.

　　11petipeterdi j,morishima s,bell pd, et al. twophoton excitation fluorescence imaging physiol of the living juxtaglomerular apparatus[j]. am j physiol renal, 1998, 45(3): 197-201.

　　12harris rc,mckanna ja,akai y,et al. cyclooxygenase2 is associated with the macula densa of rat kidney and increases with salt restriction[j]. j clin invest, 2008, 94(15): 2504-2510.

　　13yang t,singh i,pham h,et al. regulation of cyclooxygenase expression in the kidney by dietary salt intake[j]. am j physiol renal, 2008, 274(5): 481-489.

　　14wang jl,cheng hf,and harris rc. cyclooxygenase2 inhibition decreases renin content and lowers blood pressure in a model of renovascular hypertension[j]. hypertension, 2007, 34(1): 96-101.

　　15cheng hf,harris rc. cyclooxygenase2 expression in cultured cortical thick ascending limb henle in response to decreased extracellular ionic content by both transcriptional and posttranscriptional mechanisms[j]. j bio chem, 2008, 277 (24): 45638-45643.

　　16刘冬妍,李雪旺,李航,等. 低盐诱导致密斑细胞环氧化酶2表达与p38丝裂素激活蛋白激酶信号通路[j]. 中华肾脏病杂志, 2006, 22(11): 697-710.