第四章　肾脏内分泌功能

肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）或肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）是人体内重要的体液调节系统。RAS既存在于循环系统中，也存在于血管壁、心脏、中枢、肾脏和肾上腺等组织中，共同参与对靶器官的调节。在正常情况下，它对心血管系统的正常发育，心血管功能稳态、电解质和体液平衡的维持，以及血压的调节均有重要作用。

RAS主要由肾素（renin）、血管紧张素原（angiotensinogen，AGT）、血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）、血管紧张素（angiotensin，Ang）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和其他一些短肽及相关受体组成。有时也将醛固酮归为这一系统，统称为肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）。

传统的观念认为，循环系统中肾素（renin）主要来自肾脏，它是由肾近球细胞合成和分泌的一种酸性蛋白酶，经肾静脉进入血液循环，以启动RAAS的链式反应。当各种原因引起的肾血流灌注减少时，肾素分泌就增多；当血浆中Na ^＋浓度降低时，肾素分泌也增加。近十几年来随着分子生物学技术的广泛应用，以Dzau等为代表的学者发现，在心肌、血管平滑肌、骨骼肌、脑、肾、性腺等多种器官组织中均有肾素及血管紧张素原的基因表达，且这些组织富含ACE和血管紧张素Ⅱ的受体，从而证实除全身性的RAS外，在心血管等器官组织中还存在相对独立的局部RAS，它们通过旁分泌和（或）自分泌方式直接调节心血管活动。越来越多的证据表明，这种局部RAS比循环RAS在心血管活动调节中起着更直接、更重要的生理与病理作用。RAS链式反应过程如下（图4-1）。

1.血浆中，或组织中的肾素底物，即血管紧张素原（angiotensinogen），在肾素的作用下水解，产生一个十肽（1～10），为血管紧张素Ⅰ（angiotensinⅠ，AngⅠ）。

2.在血浆和组织中，特别是在肺循环血管内皮表面存在ACE，AngⅠ在ACE的作用下，其C-末端水解切去2个氨基酸残基，产生一个八肽（1～8），为血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ），也可在ACE2作用下，C-末端失去一个氨基酸残基而生成九肽（1～9）的血管紧张素1～9（Ang 1～9）。

3.AngⅡ被血浆和组织中的ACE2、氨基肽酶和中性内肽酶（neutral endopeptidase，NEP）酶解，在N-末端切去一个氨基酸残基，生成七肽（2～8）的血管紧张素Ⅲ（AngⅢ），N-再失去一个氨基酸残基而生成六肽（3～8）的血管紧张素Ⅳ（AngⅣ）。

4.在脯氨酰肽链内切酶（prolyl endopeptidase，PEP）和脯氨酸羧基肽酶（proline carboxypeptidase，PCP）的作用下，AngⅠ的C-末端切去三个氨基酸残基，或AngⅡ的C-末端失去一个氨基酸残基而形成七肽（1～7）的血管紧张素1～7（Ang 1～7）；Ang 1～9也可在ACE作用下，在C末端失去两个氨基酸残基而形成Ang 1～7，继而Ang 1～7在氨基肽酶和NEP作用下，在N-末端再切去一个氨基酸残基而生成血管紧张素2～7（Ang 2～7），在N-末端再失去一个氨基酸残基而形成血管紧张素3～7（Ang 3～7）。

5.上述的血管紧张素家族成员还可在氨基肽酶、羧基肽酶和肽链内切酶的作用下继续降解为无活性的小肽片段。

肾素是一种天冬氨酰蛋白酶，最早于1898年由瑞典斯德哥尔摩卡罗琳学院生理学教授Robert Tigerstedt发现、描述并命名。是肾小球旁器（也称球旁复合体）的球旁细胞合成及释放的一种蛋白水解酶，它的作用是将血管紧张素原（AGT）分解产生AngⅠ和增加醛固酮的生成，从而增加肾小管对NaCl和水的重吸收。肾素是RAS中的限速酶，其分泌的调节主要与两种感受器有关，一是肾小球入球小动脉处的牵张感受器，当动脉血压降低，循环血量减少时，交感神经兴奋，致密斑感受器兴奋，入球小动脉的血压和血流量均减少，对入球小动脉的牵张刺激减弱，激活了管壁的牵张感受器，促进球旁细胞释放肾素。另一个是存在于致密斑的化学感受器，肾小球滤过率随肾血流量减少而减少，流过致密斑的钠离子浓度减少，致密斑处的化学感受器被激活，转而促进球旁细胞释放肾素。此外，球旁细胞受交感神经支配，交感神经兴奋，也能促进肾素的释放。

血管紧张素（angiotensin）亦称血管收缩素、血管张力素，是一种寡肽类激素，是RAS的重要组成部分。血管紧张素能引起血管收缩，升高血压；促进肾上腺皮质释放醛固酮。它也具有很强的致渴作用。血管紧张素的前体是由肝脏合成的一种血清球蛋白——血管紧张素原。　血管紧张素分为三类，即：AngⅠ，AngⅡ，AngⅢ。

因失血引起循环血量减少或肾疾病导致肾血流量减少等，可促进肾小球旁器的球旁细胞分泌肾素（一种酸性蛋白酶），进入血液后，使血中由肝生成的血管紧张素原（属α球蛋白）水解为血管紧张素Ⅰ（10肽），它随血液流经肺循环时，受肺所含的转化酶作用，被水解为8肽的AngⅡ，部分AngⅡ受血浆和组织液中血管紧张素酶A的作用，被水解为7肽的AngⅢ。

（1）AngⅠ对体内多数组织、细胞不具有活性，但能刺激肾上腺髓质分泌肾上腺素，它直接收缩血管的作用不明显；

（2）AngⅡ作用于血管平滑肌的血管紧张素受体，可使全身的微动脉收缩，动脉血压升高。AngⅡ作用于交感神经末梢的血管紧张素受体，可使交感神经末梢释放递质去甲肾上腺素增多。可见，AngⅡ对神经系统的作用，最终都是使外周血管阻力增加，血压升高。血AngⅡ还可以强烈刺激肾上腺皮质球状带细胞合成和释放醛固酮，后者作用于肾小管，可促进肾小管对Na ^＋的重吸收，起保钠、保水、排钾作用，可引起细胞外液量增加。

（3）AngⅢ可作用于AT1受体，产生与AngⅡ相似的生物效应，AngⅢ的缩血管作用较弱，只有AngⅡ的1/5，但刺激肾上腺皮质合成和释放醛固酮的作用较强。在某些病理情况下，如失血时，RAS的活动增强，并对循环功能的调节起作用。

（4）AngⅣ作用于AT4受体，产生与经典AngⅡ不同的甚或相反的生理作用。AngⅣ能抑制左心室的收缩作用，加速左心室的舒张；它在促进收缩血管的同时，能刺激血管壁产生前列腺素类物质或一氧化氮，对血管收缩作用进行调节；AngⅣ还能调节肾血流量及水盐平衡。正常情况下，由于肾素分泌很少，血中Ang也少，对血压调节不起明显作用。但当大失血时，由于动脉血压显著下降使肾血流量减少，Ang生成增多，对防止血压过度下降而使血压回升却起重要作用。肾血管长期痉挛或狭窄的患者，因肾血流量减少，Ang生成增多可导致肾性高血压。

血管紧张素受体（angiotensin receptors）是以血管紧张素作为配体的G蛋白偶联受体。血管紧张素受体主要包括1型受体（angiotensin type 1 receptor，AT1 receptor）和2型受体（angiotensin type 2 receptor，AT2 receptor），此外还有3型和4型受体。AngⅡ是RAS中最重要的效应分子，在此着重讲述AngⅡ。AngⅡ主要通过两种G蛋白偶联受体，即AngⅡ1型受体（angiotensinⅡtype 1 receptor，AT1）和AngⅡ2型受体（angiotensinⅡtype 2 receptor，AT2）发挥作用。其中，AT1介导了几乎所有AngⅡ的经典作用，如收缩血管、促尿钠重吸收、增强渴觉、促醛固酮分泌、促细胞生长等。AT1广泛分布于几乎所有的组织器官，如肝、肺、肾、心肌细胞、人脑、血管壁等处。其中肺、肝脏、胎盘仅有AT1表达；肾脏、肾上腺、心脏和动脉中AT1占优势。AT1的生物学效应可分为近期效应和远期效应。以肾脏为例阐明如下。

AT1的近期效应主要是引起血流动力学改变。表现为：①收缩肾小球入球小动脉，使肾皮质血流量、肾小球血浆流量下降；②收缩出球小动脉，使肾小球毛细血管内压升高；③直接收缩系膜细胞，使超滤系数下降。以上AngⅡ的综合作用使得肾小球滤过率（GFR）下降。另外，AngⅡ也可抑制肾小球小动脉上特异性的内分泌细胞分泌肾素。AngⅡ的这些作用主要由磷脂酶c-β（PLC-β）途径介导，使钙离子浓度升高，从而激活肌球蛋白轻链激酶，产生肌球蛋白轻链磷酸化，使平滑肌和系膜细胞收缩。同样，钙离子浓度的升高，抑制了肾素的分泌。此外，由于通过二酰甘油（diacylglycerol，DAG）的生成激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），也在平滑肌细胞的收缩中起到了非常重要的作用，在近端肾小管AngⅡ的主要作用也由AT1介导，低浓度的AngⅡ（0.01～0.1nmol/L）增加Na ^＋/H ^＋交换作用，其机制可能是：①与cAMP浓度有关；②PKC通路在其中起着重要的作用，PKC抑制剂可抑制这种作用。高浓度AngⅡ在近端肾小管的作用则相反，它抑制Na ^＋/H ^＋交换。

AT1的远期效应主要表现为促纤维化效应。大量的体外研究发现，AngⅡ可以促使细胞增生肥大以及细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的生成。在肾系膜细胞、心肌细胞及成纤维细胞的研究中发现AngⅡ有促细胞肥大的作用，而AT1拮抗剂则可抑制这种作用，在很多高血压、心功能恶化的实验模型中发现氯沙坦（losartan）可以阻止心肌肥厚，延缓心功能恶化。在肾的实验模型中，AngⅡ也有促肾纤维化作用，ACEI和AT1拮抗剂均可延缓纤维化进程，AngⅡ的这一作用由其激活的许多血管活性物质和牛长网子介导，如内皮素-1（endothelin，ET-1）等。AngⅡ在调节ECM的合成和降解中有非常重要的作用。很多肾系膜细胞的体外实验都发现AngⅡ的刺激可使ECM中多种成分，如Ⅰ型胶原、纤连蛋白（fibronectin，FN）表达和合成增加。Kagami等证实，抗TGF-β抗体可明显降低由AngⅡ引起的ECM蛋白增加。除了影响ECM蛋白合成外，AngⅡ也影响ECM的降解。AngⅡ下调培养的内皮细胞、平滑肌细胞纤溶酶原激活剂的抑制剂-1（PAI-1）mRNA的表达，PAI-1抑制两种纤溶酶原激活剂、一组纵型纤溶酶原激活剂和尿激酶样纤溶酶原激活剂（PA），而这两种PA可使纤溶酶原转化为纤溶酶，从而使ECM成分降解。纤溶酶也可通过激活金属蛋白酶（MMP）使ECM中各种胶原降解。而AngⅡ通过PAI-l使ECM降解减少。可见，AngⅡ通过使ECM成分合成增加，降解减少而导致ECM聚集。Arai等在转染了肾素和血管紧张素原基因的小鼠肾小球中发现ECM增加，Ⅰ型及Ⅲ型胶原表达增加。这也说明了AngⅡ的促ECM聚集作用。

醛固酮（aldosterone）是由肾上腺球状带分泌的盐类皮质激素，其作用是促进远曲小管和集合管对Na ^＋的主动重吸收，同时促进K ^＋排出，对维持血浆Na ^＋、K ^＋平衡和正常细胞外液量起到重要作用。醛固酮进入远曲小管和集合管上皮细胞后，与胞浆内受体结合，形成激素-受体复合体，后者通过核膜，与核中DNA特异性结合位点相互作用，调节特异性mRNA转录，最终合成多种醛固酮诱导蛋白，醛固酮诱导蛋白能够通过增强Na ^＋泵转运，促进生物氧化以提供ATP以及增加管腔膜对Na ^＋的通透性等作用来加强Na ^＋的主动重吸收，同时Cl ^－和水的重吸收增加，细胞外液容量增加，K ^＋的排出量增加。醛固酮的分泌是通过RAS系统实现的。

醛固酮的分泌主要受以下因素调节：①当动脉压下降，循环血量减少以及小管液Na ^＋浓度降低时，可引起肾素分泌增加，启动RAS，使AngⅡ和AngⅢ生成增加，刺激肾上腺皮质球状带合成和分泌醛固酮。②血K ^＋浓度升高或血Na ^＋浓度降低可直接刺激肾上腺皮质分泌醛固酮。③循环血量增多使心房壁受到牵拉时可引起心房肌合成和释放心钠素，而心钠素能抑制醛固酮的释放。

RAS的许多生物学作用是通过其他一些生物活性物质介导实现的，而多种生物活性物质也能通过RAS介导发挥一定的作用。

RAS主要通过三个途径促进一氧化氮（nitric oxide，NO）合成：①AngⅡ作用于AT2后直接诱导一氧化氮合酶（NOS）表达，促进NO合成；②AngⅡ作用于AT2后通过上调缓激肽间接诱导NOS表达，促进NO合成；③Ang1～7作用于相应受体促进NO合成。而ACE则可通过降解缓激肽和Ang1～7使NO合成减少。与此相反，NO也可影响RAS的表达。研究发现，NO可以拮抗AngⅡ引起的血管收缩、细胞增殖及保钠的作用，甚至可以下调AT1和ACE，从而在高血压及肾脏疾病中起到重要的保护作用，还有研究表明，当静脉注射NOS抑制剂后，肝、脑、肾的AGT mRNA表达增强，提示NO有抑制AGT表达作用。

前列腺素（prostaglandins，PGs）是存在于动物和人体中的一类不饱和脂肪酸组成的、具有多种生理作用的活性物质，是甘油磷脂经磷脂酶A2、环氧合酶（cyclooxygenase，COX）及相应的前列腺素合酶的作用生成的一组小分子脂类物质，在多种组织或细胞，AngⅡ可通过上调COX2来促进PGE2的产生，这两种物质具有舒张血管及利钠利尿等拮抗AngⅡ的作用，而PGE2和PGI2又可通过增强肾脏球旁细胞β-肾上腺素受体活性来促进肾素释放。

ACE可使缓激肽（bradykinin，BK）降解，来抑制BK的舒张血管及利钠利尿作用，ACE抑制剂（ACE inhibitor，ACEI）可阻断这一过程，使BK降解减少，而且ACEI还能增强缓激肽B2受体对BK的敏感性。AngⅡ作用于AT2也能促进BK产生，AT2RA阻断AT1后，可增强AT2活性，增加BK生成。另外，AT1可以与缓激肽B2受体形成异源二聚体，并增强自身的活性，使磷脂酰肌醇和Ca ^2＋浓度升高，ACE2酶解产生的Ang1～9和Ang1～7都能在极低水平增强缓激肽B2受体的敏感性，提高PGs和NO的释放，此外，有证据表明BK也可上调肾素的表达。

RAS所有成分在肾内均有表达，肾素主要表达在入球小动脉的球旁细胞，在近端小管也有少量表达。AGT存在于肾小球系膜细胞和小管上皮，ACE主要表达在肾血管内皮细胞和小管细胞的胞膜上。AT1表达于肾小球系膜细胞、近曲小管和远曲小管上皮、肾髓间质细胞以及肾内血管系统。在肾脏，AngⅡ与AT1结合后可通过PKC、IP3、DAG等多种信号转导通路实现其促进血管收缩、增强Na ^＋重吸收、增加蛋白质合成、促进细胞生长等生物学效应。AT2在胚胎时期的多种组织有高表达，但出生后表达量大大降低，在成年大鼠肾脏，AT2仅低表达于入球小动脉、近端小管上皮细胞、间质细胞及肾小球毛细血管内皮细胞和系膜细胞等部位，而在成人肾脏，只发现在一些大的肾皮质血管有表达。其作用主要表现为舒张血管、利钠利尿、抗细胞增生和促细胞凋亡等。AngⅣ与AT4结合后能够促进NO释放以及通过上调PAI-1表达诱发肾纤维化。

RAAS在原发性高血压病发病中起重要作用。研究发现 RAAS基因的变异参与了原发性高血压病的发生。AngⅡ不仅具有收缩血管的作用，还可通过氧化激活和炎症反应诱导高血压发生。此外，血浆肾素活性（PRA）和醛固酮（ALD）水平都可能影响血压的昼夜节律模式，与高血压对靶器官的损害密切相关。

临床上与肾功能异常有关的两种不同类型的血管收缩，一种是肾脏分泌过多的肾素，导致AngⅡ增加，小动脉收缩、外周血管阻力升高，这一类型的血管收缩称为肾素型血管收缩（肾素依赖性高血压）；另一种是与Na ^＋-血容量有关的血管收缩，这种类型的特点是肾素水平低，表明肾脏不能排泄足够的Na ^＋，引起Na ^＋潴留，导致血容量扩张，进而引起动脉收缩，外周阻力增加，这一类型称为钠依赖性高血压。

在急性肾实质性疾病时，由于GFR降低，导致水钠潴留，水钠潴留在血管内，会使血容量扩张，致使回心血量增加，心输出量增加，使血容量扩张，即可发生高血压。同时水钠潴留可使血管平滑肌细胞内水钠含量增加，血管壁增厚，弹性下降，血管阻力以及对儿茶酚胺的反应增强，这些亦可使血压升高。

发病机制为肾动脉狭窄、肾内灌注压降低和肾实质疾病，以及分泌肾素的细胞肿瘤，都能使球旁细胞释放大量肾素，引起AngⅠ活性增高，全身小动脉管壁收缩而产生高血压。肾素及AngⅠ又能促使醛固酮分泌增多，导致水钠潴留，使血容量进一步增加，从而加重高血压。由于肾实质损害后舒张血管物质如激肽释放酶、内皮素、前列腺素等的释放减少，这些的减少也是高血压形成的重要因素。

高血压时血管负荷增加产生的剪切力与AngⅡ对血管平滑肌细胞的促有丝分裂作用可共同引起血管壁重构，造成血管内径减小，血管壁中膜层增厚，同时也是导致动脉粥样硬化的内在因素。有实验表明，经AngⅡ诱导产生高血压的大鼠，经烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活化可在血管内产生双倍的超氧阴离子，进而改变血管松弛作用；而经去甲肾上腺素诱导产生高血压的大鼠，尽管血压升高的程度相似，却没有类似的对氧化还原反应及血管舒张反应的破坏。因此，循环或局部组织中AngⅡ的水平升高也许是血管壁功能受损的一大因素。

在培养介质中加入AngⅡ后，可诱导心肌细胞体积增大，而DNA合成和细胞数目未改变；相反，对非心肌细胞，则在诱导促增生反应的同时还可引起蛋白质和DNA合成增加以及细胞数目的增多。日本一项研究发现，血管紧张素转换酶DD基因型（ACE/DD）是非高血压左室肥厚的独立危险因素，且其效能与性别、年龄和血压无关；而高血压心室肥厚与上述基因的联系则不确定，可能与心脏负荷因素导致心室肥厚掩盖了基因的效能有关。AngⅡ致心肌肥厚不依赖负荷因素，而是通过受体介导促进蛋白合成。因此，通过抑制其受体便可阻止Ang促蛋白合成作用。

最近研究显示，缓激肽效应在ACEI的器官保护方面起着重要作用。通过比较充血性心力衰竭患者使用和未使用肾上腺素受体（adrenergic receptor，AR）拮抗剂的疗效差异，发现应用AR拮抗剂的患者，冠状窦血醛固酮较高，提示衰竭心肌可摄取过多醛固酮。长期使用螺内酯治疗可降低心力衰患者血浆Ⅱ型前胶原氨基末端肽、心钠肽、脑钠肽浓度并改善心室重塑。RALES研究显示：左室射血分数<35%的NYHA心功能Ⅲ、Ⅳ级心力衰竭患者，在用ACEI、袢利尿剂和地高辛基础上，联合螺内酯组可使全因死亡率下降30%，心脏死亡率下降31%，非致死性心脏住院率下降30%，显示螺内酯联合ACEI在心力衰竭治疗中的良好作用。

AngⅡ通过与受体结合可调节血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）浓度，发挥促血管生成作用，其机制可能与AngⅡ通过激活蛋白激酶C，经PI3K/Akt途径刺激VEGF受体mRNA表达，促进内皮祖细胞（EPCs）分化有关。Roks等研究发现，短期激活RAS可通过血管紧张素受体或还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）信号通道增加血管生成相关祖细胞（VRPC）的数量；但持久长期激活AngⅡ可使活性氧释放增加从而诱导VRPC凋亡。最新研究发现RAAS还存在另一个重要的调节轴即ACE2-Ang-（1～7）-Mas轴，该分支可作用于血管生成相关祖细胞参与血管生成及血管新生，对心血管起重要的保护作用。此外，Ang 1～7还可由AngⅠ在中性肽链内切酶或者脯氨酸肽链内切酶的作用下直接形成，调节血管内皮的功能。