肾胺酶的研究进展及其在临床的应用

2015-02-21吴永东汪华林

新医学 2015年12期

吴永东汪华林

综述

肾胺酶的研究进展及其在临床的应用

吴永东汪华林

肾胺酶是一种黄素蛋白，主要由肾小管近端上皮细胞合成和分泌，另外在心脏、骨骼肌和小肠等也有少量表达。肾胺酶曾被认为是一种能够有效降解儿茶酚胺类的酶蛋白，并在人类疾病中起重要作用。随着研究的深入，肾胺酶的晶体结构、功能、作用机制及其与人类疾病的关系逐渐被认识。该文对肾胺酶的结构、生物特性及与人类相关疾病的关系等进行了综述，旨在为肾胺酶的进一步研究提供参考。

肾胺酶；胺氧化酶；心血管；肾脏

肾脏除了维持机体体液和电解质平衡以外，还是一个重要的内分泌器官。因为肾脏替代治疗无法完全复制肾脏的内分泌功能，终末期肾病（ESRD）患者虽然进行了肾脏替代治疗，但并未减少其心血管并发症的危险因素［1］。最初发现由肾脏分泌的生物活性物质是肾素，然后是促红细胞生成素，接着是活性维生素D。近年耶鲁大学Xu等［2］通过哺乳动物基因采集计划（MGCP）发现一种新的依赖黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）的胺氧化酶，并定义为肾胺酶（Renalase），血液循环中的肾胺酶主要是来自肾脏合成和分泌。

一、肾胺酶的生物学特性及作用

肾胺酶主要在肾脏组织表达，人肾胺酶基因位于10号染色体（10q23～33），长度约311 kbp，共有10个外显子。根据目前的研究显示，肾胺酶蛋白有4种亚型，最常见的肾胺酶（肾胺酶1）是由外显子1-4，6-7和9共同组成，是人体内肾胺酶的主要亚型［3］。肾胺酶2比肾胺酶1要短，缺乏2和3外显子。肾胺酶3和肾胺酶4比肾胺酶2更短，均缺乏FAD结合域，因而无降解儿茶酚胺作用［4］。肾胺酶1由342个氨基酸构成，包括信号肽（氨基酸1-17）、FAD域（氨基酸4-45）和单胺氧化酶域（75-342）。肾脏切除的大鼠和ESRD患者的血浆中肾胺酶水平明显下降，提示肾脏是循环中肾胺酶的主要来源［2，5］。

最初Xu等［2］认为，肾胺酶能够降解血浆的儿茶酚胺类物质，如多巴胺、肾上腺和去甲肾上腺素，但是后来Desir等［3］发现，在5／6肾切除的大鼠实验中发现，肾胺酶是依赖还原型辅酶Ⅰ（NADH）的氧化酶，能够通过降解血浆的肾上腺素调节血压（血压下降约25%）、减慢心率和降低左心室收缩压，且人肾胺酶1对多巴胺的活性较低，并不能代谢去甲肾上腺素。Milani等［4］发现，肾胺酶降解儿茶酚胺的机制可能是依赖NADH的氧化作用。

随着研究的深入，越来越多学者认为尽管肾胺酶能够降低心脏收缩力、心率和血压，但是并不是通过降解儿茶酚胺的机制实现的。虽然肾胺酶的氨基酸序列与单胺氧化酶A和单胺氧化酶B有约13%相同，但是对FAD单胺氧化酶抑制物帕吉林和氯吉灵不敏感。此外，尽管Xu等在体外实验中确实产生了H2O2，但是H2O2产生速度十分缓慢，而且其使用的儿茶酚胺水平远比血浆儿茶酚胺水平高［6］。有学者用人重组肾胺酶蛋白研究，虽然在大鼠模型中有降低血压的预期效果，但没有胺氧化酶活性证据［7］。Wang等［8］发现，RP-220是肾胺酶亚型，但是缺乏胺氧化酶活性的结构域。令人惊讶的是，RP-220和完整结构的肾胺酶能同样有效保护肾小管上皮细胞HK-2细胞免受毒性损伤和野生型小鼠的缺血性损伤，其炎症因子和细胞坏死、凋亡均比空白对照组明显减少。由此推测，肾胺酶蛋白在机体内可能不是通过降解儿茶酚胺或氧化作用来实现的，有可能是作为一种细胞因子或与靶细胞的一种未知受体结合起作用。另外，Wang等［9］发现，低钠饮食时血浆肾胺酶基线水平较高，当从低钠饮食到高钠饮食转变时，血浆肾胺酶水平下降；而补充钾离子后能抑制高钠饮食诱导的肾胺酶下降现象。

肾胺酶蛋白在血液和尿液的形式不同。Desir等［10］对血浆和尿肾胺酶的活性进行比较，尿肾胺酶具有活性，而血浆肾胺酶无酶活性，由此认为血浆肾胺酶是无活性的前体。尽管尿液肾胺酶水平比血浆低，其活性却比血浆高。将血浆加入到尿液中，尿肾胺酶活性被抑制，说明血浆存在某种肾胺酶抑制物。血浆儿茶酚胺水平升高或者血压升高时，血浆肾胺酶活性迅速大量激活。血浆肾胺酶是单体形式，相对分子量是30 kD，而在尿液中是以二聚体形式存在，相对分子量约72 kD。

二、肾胺酶与心脑血管疾病

1.心功能不全

心功能不全患者交感神经活性增加，血浆儿茶酚胺水平和肾胺酶水平呈负相关［11］。在动物实验中，心力衰竭大鼠的肾脏血供下降，肾胺酶合成不足，导致循环中的儿茶酚胺水平上升；在新生大鼠5／6肾脏切除模型中，血浆肾胺酶水平下降，心肌肥厚［12］。临床单核苷酸多态性（SNP）研究显示，590名观察对象的肾胺酶基因型不同，CC型的左心室肥厚和收缩功能不全风险增加，提示肾胺酶功能性错义多形性和心功能不全相关［13］。此外，体外心脏灌注外源重组肾胺酶蛋白能够改善左心室功能，降低左心室压力［3］。

上述研究表明，肾胺酶可能通过降低交感神经系统活性和降解儿茶酚胺的病理生理机制参与心功能不全。然而，肾胺酶和心功能不全的具体关系需要进一步探讨，肾胺酶是否能够作为一种新的药物用于改善心功能不全也值得关注。

2.高血压病

慢性肾功能不全患者的血浆肾胺酶水平下降，儿茶酚胺水平升高，可能是由于肾功能下降后肾胺酶合成不足导致儿茶酚胺降解作用减少［3，10，14］。此外，肾功能不全者的儿茶酚胺排泄率下降，从而导致血压升高，这从一定程度上解释了高血压病与慢性肾衰竭的联系，但肾功能不全患者的尿肾胺酶水平尚未见文献报道。另外，Zhao等［15］对1 317例原发性高血压病患者进行基因筛查，发现原发性高血压病和肾胺酶基因多型性相关，其中rs2576178 GG基因型和rs2296545 CC基因型的表达最高。上述发现为高血压病的治疗研究提供了一个新的视野。

3.缺血性心肌损伤

Wu等［16］发现，肾胺酶基因敲除的小鼠中血浆儿茶酚胺水平和血压均比正常对照组升高，虽然2组间的血尿素氮、血清肌酐、醛固酮和心脏收缩功能相近，但是肾胺酶基因敲除小鼠出现轻度心肌肥厚，不能耐受心肌缺血、缺氧，并出现更严重的心肌坏死和炎症。用外源性人重组肾胺酶灌注心肌后能够减少心肌坏死和炎症。研究表明，肾胺酶能够减轻缺血引起的细胞损伤，提高细胞对缺血缺氧的耐受，减少心肌细胞的坏死和凋亡。

4.缺血性脑卒中

Zhang等［17］对507例缺血性脑卒中患者的肾胺酶基因SNP进行研究，发现rs10887800和rs2576178基因多态性与缺血性脑卒中呈正相关，说明肾胺酶可能与缺血性脑卒中有关。关于肾胺酶和缺血性脑卒中的关系尚需要更加深入的研究。

三、肾胺酶与肾脏疾病

循环系统中，肾胺酶主要由肾脏合成和分泌。Xu等［2］发现，慢性肾衰竭和ESRD患者循环中肾胺酶水平比正常人降低，说明循环中肾胺酶水平与肾功能相关。Wang等［8］认为肾胺酶水平和慢性肾脏疾病（CKD）分期相关：在CKD1～2期中血清肾胺酶水平和正常组无区别，在3～5期却明显上升，这与Xu等的报道矛盾。此外Baraka等［18］在动物实验中也发现，在肾脏5／6切除动物模型中，血浆肾胺酶水平明显下降。Lee等［19］发现，和野生型肾脏缺血再灌注的小鼠相比，肾胺酶基因敲除小鼠肾脏缺血再灌注损伤后肾小管的炎症、坏死、凋亡更加严重，血浆儿茶酚胺水平更高。缺血性急性肾损伤野生型小鼠予人重组肾胺酶后儿茶酚胺水平明显下降，由此推测肾胺酶是通过降解儿茶酚胺来减少肾小管坏死、凋亡、炎症，血浆肾胺酶水平可能是急性肾损伤的一种标记物。但是后来该研究组用丝裂原活化蛋白激酶通路抑制物后，肾胺酶对肾脏保护作用消失，故该推论不成立，并怀疑肾胺酶可能是一种细胞因子，通过与靶细胞未知受体结合从而激活某些通路起到细胞保护作用［8］。另外，Wang等［20］发现，缺血预处理减轻缺血性急性肾损伤可能是通过调节肾胺酶表达的机制来实现，在缺血预处理后肾皮质的肾胺酶表达增加。Zhao等［21］也证实了肾胺酶在造影剂所致急性肾损伤大鼠模型中起到保护作用，但是其机制仍需要进一步探讨。

四、肾胺酶与糖尿病

糖尿病是一种常见的疾病，其牵涉多基因和环境等因素。肾胺酶在分泌胰岛素的细胞少量表达。Buraczynska等［22］分别对892例糖尿病患者和400名正常人肾胺酶的3种SNP遗传型（rs2296545，rs2576178，rs10887800）进行研究，发现肾胺酶遗传表型多态性和2型糖尿病相关，G型等位基因RNSL的糖尿病患发生卒中的风险增加。1型糖尿病采用全基因组关联研究发现有18对基因SNP和1型糖尿病相关，其中之一就是肾胺酶基因［23］。

五、结语

自从发现肾胺酶蛋白，相关研究从未停过，其在体内作用机制尚存在争议，还有许多不确定性。目前主要研究均集中在人肾胺酶1亚型，关于另外3种亚型的文献较少。另外，肾胺酶在人类疾病中是扮演着酶作用还是作为一种细胞因子，诸如促红细胞生成素与一种未知受体结合从而启动一系列反应，抑或两者都有，这些问题还需要进一步研究。肾胺酶在心血管及肾脏疾病领域可能有广阔的应用前景。

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Research progress and clinical application of renalase

Wu Yongdong，Wang Hualin.Department of Nephrology，the First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University，Guangzhou 510120，China

Renalase is a kind of flavoprotein，which is mainly synthesized and serected by the proximal renal tubular epithelial cells，and occasionally expresses in the heart，skeletal muscle and small intestine，etc.Renalase was known as an enzyme which could metabolize catecholamines effectively，and played an important role in human diseases.Along with in-depth studies，the crystal structure，function，mechanism of renalase and its association with human diseases have been gradually discovered.In this review，we summarized the structure，biological characteristics of renalase and its correlation with human diseases，aiming to provide evidence for further study of renalase.

Renalase；Amine oxidase；Cardiovascular；Kidney

2015-07-16）

（本文编辑：林燕薇）