張 紅，張正紅，張陳珊，王正朝

福建師范大學生命科學學院 福建省發(fā)育與神經(jīng)生物學重點實驗室，福州350007

作為世界人口大國的中國，隨著老齡化的日益嚴重，慢性疾病的患病率越來越高，其中慢性腎病已高達10.8%，是嚴重威脅公眾健康的 “隱形殺手”之一[1]。近年來，有關腎功能方面的研究備受關注，尤其是腎疾病防治與腎功能改善方面的研究尤為重要。L-精氨酸是機體組織蛋白質(zhì)中最為豐富的氮載體，是體內(nèi)合成多胺和一氧化氮 （nitric oxide，NO）等高活性分子的前體物質(zhì)[2-3]。NO是一種重要的內(nèi)源性氣體信號分子，可以由神經(jīng)元釋放，也可由心、腦、肝、腎、胃腸等臟器的組織細胞產(chǎn)生，參與機體心血管、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)等的調(diào)節(jié)，在多種生理和病理形成過程中發(fā)揮重要作用[4-5]。有研究顯示NO對腎功能的調(diào)節(jié)至關重要[6-10]。 α1-腎上腺素能受體 （α1-adrenergic receptor，α1-AR）廣泛分布于機體的各種組織細胞，參與調(diào)節(jié)糖原分解、血管收縮、心臟變力變時等多種生理效應。有研究表明高血壓、左心室肥大 （left ventricular hypertrophy，LVH）和腎病等的發(fā)生與機體內(nèi)NO的缺乏有關，且外源性L-精氨酸對這些疾病的改善具有積極作用[2，11-13]。與健康大鼠相比，在腎功能衰竭與LVH大鼠中α1-AR對腎上腺素激動劑的反應性顯著降低[11-13]。近期，Ahmad等[13]研究顯示外源性NO前體可以上調(diào)LVH大鼠內(nèi)皮型一氧化氮合酶 （endothelial nitric oxide synthase，eNOS） /NO/環(huán)磷酸鳥苷 （cyclic guanosine monophosphate，cGMP）途徑和α1-AR的反應性，首次揭示α1-AR與NO前體之間存在相互作用，但這兩者之間的作用方式及其對腎功能調(diào)節(jié)的影響尚未明晰。因此，本文綜述L-精氨酸與α1-AR在腎功能調(diào)節(jié)中的作用，旨在為臨床提供參考資料。

NO的生成與腎功能的調(diào)節(jié)

L-精氨酸與NO的生成條件性必需氨基酸L-精氨酸是體內(nèi)多種生物活性物質(zhì)的合成前體。機體以L-精氨酸為原料物質(zhì)，在氧氣、一氧化氮合酶 （nitric oxide synthase，NOS）及少量還原型輔酶Ⅱ （NADPH）的參與下完成內(nèi)源性NO的合成。目前，已知的NOS有內(nèi)皮型、神經(jīng)元型和誘導型3種亞型[14-15]。作為一種內(nèi)皮舒張因子，內(nèi)皮細胞不僅在基礎狀態(tài)時持續(xù)不斷地合成并分泌NO，而且當受到乙酰膽堿、緩激肽、聚集的血小板和血流應力變化等刺激時會釋放NO至血管平滑肌，通過一系列作用發(fā)揮血管舒張效應。NO作用方式主要有兩種，一種是cGMP依賴性途徑，內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的NO擴散至血管平滑肌細胞，激活其中的可溶性鳥苷酸環(huán)化酶 （soluble guanylate cyclase，sGC），后者催化鳥苷三磷酸轉(zhuǎn)化為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，從而參與血管舒張、中性粒細胞激活等[16]。另一種是cGMP不依賴性途徑，即NO通過S-亞硝基化作用，直接在靶蛋白的半胱氨酸殘基上添加一個亞硝基基團進而調(diào)節(jié)目標蛋白功能[17]。

NO對腎功能調(diào)節(jié)的影響作為體內(nèi)重要的血管舒張因子，NO可通過松弛血管平滑肌、抑制平滑肌細胞增殖、抑制血小板聚集和白細胞的激活等調(diào)節(jié)血管張力和血流，影響血管重塑，舒張血管[14-15，18-19]。NO對腎功能調(diào)節(jié)的影響非常重要，如NO可調(diào)控腎近曲小管的功能，影響Na+和水的重吸收，保持水鹽平衡[8-10，20]。足細胞是構(gòu)成腎小囊臟層的主要細胞類型，是腎小球濾過屏障的重要組成部分，eNOS催化產(chǎn)生的NO對腎小球足細胞有一定的保護作用[8-10，20]。Bachmann等[21]通過免疫組織化學等實驗手段研究eNOS在腎臟中的表達時發(fā)現(xiàn)eNOS蛋白主要分布在入球和出球小動脈、腎小球毛細血管、腎內(nèi)動脈和髓質(zhì)直小血管的內(nèi)皮細胞中，其自身及產(chǎn)生的NO能夠改善腎血管的阻力、參與腎血流量及腎髓質(zhì)血流灌注的調(diào)節(jié)，影響腎小球濾過率，調(diào)節(jié)腎交感神經(jīng)活性以及炎癥時抑制血小板的黏附聚集。NO缺乏在腎疾病中普遍存在，如NO缺乏會影響腎臟排鈉、腎脈管系統(tǒng)彈性以及腎的重吸收和排泄功能[22-23]。另外，腎基質(zhì)重構(gòu)最終會導致腎功能損害，基質(zhì)的產(chǎn)生及其在腎中的累積與體內(nèi)NO的缺乏有關，NO還參與腎小球硬化的病變過程[24-25]。

α1-AR的表達與腎功能的調(diào)節(jié)

α1-AR的結(jié)構(gòu)與分布α1-AR屬G蛋白偶聯(lián)受體，7次跨膜結(jié)構(gòu)，由3個胞內(nèi)和3個胞外回環(huán)結(jié)構(gòu)組成，其N-端位于胞外，C-端位于胞內(nèi)。肽鏈的C-端與第2和3個胞內(nèi)環(huán)上都有G蛋白 （鳥苷酸結(jié)合蛋白）的結(jié)合位點，可通過與G蛋白偶聯(lián)產(chǎn)生信號轉(zhuǎn)導。1985年，國際藥理學聯(lián)合會對α1-AR進行分類，依據(jù)藥理學特性的差異將其分為α1A-AR、α1B-AR和α1D-AR 3種亞型。α1-AR廣泛分布于機體組織器官，其中α1A-AR主要分布在腦、血管、心臟、肝臟、腎上腺以及輸精管等部位，小部分分布在前列腺和腎臟；相比于其他組織，α1B-AR在腦和心臟中分布較高，而α1D-AR僅在腦分布較為豐富[26]。Feng等[27]研究大鼠腎臟α1-AR發(fā)現(xiàn)其在腎皮質(zhì)分布最為旺盛，且其密度從腎皮質(zhì)朝向腎乳頭呈降低趨勢；腎臟中α1A-AR和α1B-AR在皮質(zhì)和髓質(zhì)中的密度幾乎相同，α1A-AR、α1B-AR和α1D-AR 3種亞型在近曲小管分布幾乎相等。

α1-AR的作用與方式 α1-AR可通過多種作用途徑參與組織和細胞的功能調(diào)控。作為G蛋白偶聯(lián)受體，α1-AR可通過第二信使系統(tǒng)發(fā)揮作用，即通過Gq/11蛋白激活胞膜上的磷脂酶C使質(zhì)膜上的磷脂分子磷脂酰肌醇二磷酸水解為第二信使分子肌醇三磷酸和二酰甘油。肌醇三磷酸可結(jié)合并打開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或液泡膜上的鈣離子通道釋放內(nèi)部鈣離子；二酰甘油可結(jié)合并激活蛋白激酶C引起一系列效應發(fā)生。α1-AR還可激活許多其他的效應器，包括有絲裂原活化蛋白激酶通路、環(huán)磷酸腺苷代謝等[28]。此外，α1-AR還能激活線粒體，調(diào)節(jié)細胞增殖和生長。

α1-AR對腎功能的調(diào)控眾多研究現(xiàn)已表明NO對腎臟功能具有調(diào)節(jié)作用[6-10]。但聚焦α1-AR對腎臟功能調(diào)節(jié)作用的研究尚少。研究顯示α1-AR異常激活刺激核因子-κB表達誘導炎癥發(fā)生，導致細胞外基質(zhì)沉積、腎小管間質(zhì)纖維化等腎基質(zhì)重構(gòu)，最終使腎功能損害[29]。體內(nèi)外的實驗表明不論在正?；蚣膊顟B(tài)下，α1A-AR在腎上腺素介導的血管收縮中作用均十分顯著，α1D-AR可與α1A-AR協(xié)同作用，參與介導腎血管收縮，且高血壓大鼠誘發(fā)腎功能衰竭使α1B-AR功能增加[30]。α1-AR介導的腎血管收縮可以影響腎臟的血液灌注、血流動力學調(diào)節(jié)等，對腎臟正常功能的維持十分關鍵。在腎功能衰竭與糖尿病高血壓等疾病狀態(tài)下，α1-AR對激動劑的反應性顯著減弱[31]，這一現(xiàn)象表明α1-AR對腎臟功能調(diào)控的重要性。

L-精氨酸與α1-AR通路

Lee等[32]研究顯示外源供給L-精氨酸可以通過上調(diào)NOS/sGC/cGMP途徑糾正自發(fā)性高血壓大鼠局部心臟去甲腎上腺素多動。研究表明，腎臟氧化應激增加和eNOS下調(diào)使LVH大鼠腎臟α1B-AR的反應性減弱[33]。LVH大鼠基礎腎皮質(zhì)灌注及α1A-AR血管收縮反應的降低與eNOS/NO通路的下調(diào)有關[34]。Ahmad等[13]研究顯示外源NO前體與α1-AR之間的相互作用表明NO前體能夠上調(diào)LVH大鼠腎臟eNOS/NO/cGMP通路，并使α1A-AR、α1B-AR、α1D-AR對腎上腺素激動劑的反應性增強。

通過G蛋白調(diào)節(jié)在腎小球中，eNOS的表達定位在內(nèi)皮細胞中，而神經(jīng)元型NOS主要在致密斑中表達。NO通過cGMP依賴性方式產(chǎn)生血管舒張作用呈特定的空間模式，即NO擴散至腎小球，激活內(nèi)皮細胞中sGC使cGMP水平升高，后者進一步激活蛋白激酶G通過磷酸化靶蛋白發(fā)揮作用[35]。上述結(jié)果表明NO是通過上調(diào)一種G蛋白途徑的第二信使-cGMP水平發(fā)揮作用，考慮到α1-AR作為一種G蛋白偶聯(lián)受體，其基本的作用方式是通過第二信使系統(tǒng)發(fā)生。因此，NO前體可能是通過G蛋白調(diào)節(jié)α1-AR反應性。

通過β-抑制蛋白調(diào)節(jié)β-抑制蛋白是一種接頭蛋白及信號轉(zhuǎn)導調(diào)控蛋白，在G蛋白偶聯(lián)受體相關的信號轉(zhuǎn)導中至關重要。目前認為抑制蛋白家族中有4個成員，視覺抑制蛋白 （抑制蛋白1和4）以及非視覺抑制蛋白 （抑制蛋白2和3，也稱為β-抑制蛋白1和2）[36]。它們結(jié)構(gòu)相似，含約400個氨基酸殘基，空間結(jié)構(gòu)高度保守，有兩個反向平行的β-折疊，分別是N-端和C-端結(jié)構(gòu)域。G蛋白偶聯(lián)受體被激動劑激活和磷酸化后，可以被β-抑制蛋白識別并與之結(jié)合，通過形成空間位阻抑制G蛋白與受體之間的偶聯(lián)，從而終止或減弱受體所介導的信號通路。β-抑制蛋白不僅參與G蛋白偶聯(lián)受體的內(nèi)化、減敏與降解，而且其本身還能作為信號分子介導β-AR信號轉(zhuǎn)導[37-38]。最近，Hayashi等[39]的研究顯示β-抑制蛋白和α1-AR之間的聯(lián)系，即β-抑制蛋白新位點的亞硝基化選擇性地抑制β-抑制蛋白本身作為信號分子介導的通路，提出β-抑制蛋白通過G蛋白偶聯(lián)受體進行偏向信號轉(zhuǎn)導的一種普遍機制。同時，Ozawa等[40]研究也顯示NO、β-抑制蛋白和α1-AR三者之間的聯(lián)系，即β抑制蛋白通過eNOS與單個半胱氨酸相互作用并被亞硝基化，其動態(tài)的S-亞硝基化與脫硝基化調(diào)節(jié)刺激誘導的G蛋白通路。正如NO的非cGMP依賴性作用方式，即NO通過β-抑制蛋白的亞硝基化調(diào)節(jié)α1-AR對激動劑的反應性。

綜上，腎臟不僅是機體的排泄器官，還是重要的內(nèi)分泌器官，在機體正常生理調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，近年有關腎疾病防治與腎功能改善方面的研究備受關注。NO作為血管舒張因子對維持正常腎功能至關重要，而α1-AR參與調(diào)節(jié)腎血管收縮，其反應性的降低直接或間接地影響腎功能。本文通過論述NO及α1-AR的功能與作用方式，分析了L-精氨酸與α1-AR在腎功能調(diào)節(jié)中的作用及其調(diào)控，闡明了NO前體上調(diào)腎NO/cGMP通路并使腎α1-AR反應性增強的途徑，為慢性腎臟病進展的機制研究提供線索，為新靶向藥物的研究提供理論基礎。