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内皮素-1在心力衰竭引发肾功能不全过程中的作用【 摘要 】 内皮素-1（Endothelin-1, ET-1）是主要由血管内皮细胞分泌的一种神经激素类多肽，其生理活性多样，是至今发现的最强的缩血管物质。由于ET-1与心力衰竭、ET-1与肾功能不全都有密不可分的联系，而心力衰竭的一个常见严重并发症就是肾功能不全，它成为现今研究的热点之一。本文将对于ET-1在心力衰竭引发肾功能不全的过程中发挥的重要作用做一综述。【关键字】 内皮素-1 ET受体 心力衰竭 肾功能不全 肾衰1. ET-1及其受体：1.1ET-1的结构：ET是一族由血管内皮细胞、心肌、平滑肌等合成及分泌的含21个氨基酸的活性多肽，最早由Yanagisawa等从猪主动脉内皮细胞上清液中分离1。现已知ET有ET-1、ET-2、ET-3、ET-4四种异构体（Fig.1），均有两个链内双硫键，一个由极性氨基酸组成的U型襻及一个疏水性的C端，只是某些氨基酸的组成不同，差异最大的区域在第47位氨基酸上，这些差异决定其不同的功能特性。其中ET-1的生物学效应最强，是至今已知最强的血管收缩剂。ET-2、ET-3 的缩血管作用分别为ET-1的1/20和1/60。ET-1结构的任何细微变化，均可导致其生物活性明显降低。Fig.1 ET家族的蛋白质低级结构图(a)(b)Fig.2 ET-1蛋白质分子立体结构图。(a)不对衬单体形式。(b)推测的生物学形式。1.2 ET-1的合成、调节和代谢早期研究证实，血管内皮细胞是ET-1 合成的主要部位，心肌、平滑肌也有合成，血管平滑肌肌细胞为其靶组织。随着研究的深入，发现肾组织中多种细胞如肾小球内皮细胞(EC) ，肾小球表皮细胞(GEC) ，肾小球系膜细胞(MC) 和肾小管表皮细胞均能合成ET-1。ET-1 是由约200个氨基酸组成的前体经特异性内肽酶分解成含38个氨基酸的大内皮素（Big ET）。体外研究证实，Big ET不能直接与ET受体结合发挥作用，只有在内皮素转换酶(ECE) 的作用下才形成有活性的ET-12，ECE是控制内皮素释放的重要限速酶。成熟的ET-1被转运贮存在细胞内的一些囊泡中，其释放受许多因素的调节。诱导ET-1表达的因子有：缺氧、机械性应力、神经内分泌激素（如去甲肾上腺素、血管紧张素）、细胞因子（包括转化生长因子-和白介素-1）等3；而内皮舒张血管活性物质、心钠素、肝素及前列腺素等可通过增加cAMP减少ET产生。ET在体内的降解很快，血浆中的生物半衰期仅12min。肝脏分解代谢ET的能力强于肺、肾，是清除ET的主要器官。1.3 ET-1的生物效应：ET-1是至今发现最强的缩血管物质，在体内、外均可产生强而持久的效应，作用超过血管紧张素 (Ang-) 、血管加压素、去甲肾上腺素(NE)等。同时，阈或阈下剂量的ET-1 能增加血管对其他循环激素的敏感性，使Ang-、NE、5-羟色胺的血管收缩作用得到加强。ET-1对冠状血管有极强的收缩作用，同时具有剂量依赖性正性肌力效应，并能抑制血小板聚集和影响某些血管活性物质的释放4。在肾内，ET-1可促成纤维细胞、肾小球系膜细胞增殖，刺激肾上腺素、醛固酮等分泌，将在后文中详述。1.4 ET受体及其肾内分布：ET是亲水性的，不能透过细胞膜，需要与其特异性的受体结合才能发挥收缩血管等多种生理功能。根据对ET异构体的亲和力不同，内皮素受体（endothelin receptor，ETR）可分为ETA 受体( ETA R) 和ETB 受体(ETB R) 两个亚型。ETA R对ET-1，ET-2有较高的选择性；而ETB R 对ET家族各成员的亲和力相同，也称为非特异性受体。ETR亚型的在肾内的分布具有细胞和组织特异性5，人肾的ETB R明显多于ETA R（ETB R: ETA R为2:1）。肾髓质间质细胞和血管平滑肌细胞以ETA R为主；皮质及内外髓集合管、血管内皮细胞以ETB R为主；而肾小球及其系膜则有ETA R和ETB R两种受体。此外，肾小球ET受体的分布与ET合成部位的一致性，支持ET分泌方式除了自分泌，随血液运输到靶组织外，还包括自分泌及旁分泌的理论。2. 心力衰竭与血浆ET-1高浓度的高度相关性：在众多临床调查研究中，心力衰竭往往伴随着显著的血浆ET-1水平的增高，并且增高程度与病情及预后有极高的相关性。在Toru Kinugawa等人的研究中，100位慢性心力衰竭患者及27位健康人的静息状态下的血浆ET-1水平被测定，发现NYHA分级级和级的患者ET-1明显高于正常人，说明心衰患者的ET-1水平会增高6。Serge Masson等在缬沙坦心力衰竭试验（the Valsartan Heart Failure Trial，Val-HeFT）中对2359名心衰患者的5种神经激素（包括ET-1）进行了平均为期23个月的跟踪监测，发现其血浆ET-1浓度的基线水平（即服药前水平）均与病情严重程度成正比，且房颤的出现只与ET-1高浓度相联系，揭示了心衰与ET-1血浆水平的强相关性，并提示了血浆ET-1浓度是心衰预后的重要指标7。ET-1的增高可能是机体对于心力衰竭的代偿性调节机制之一，但也有促使疾病恶化的作用。在心衰早期，ET-1的缩血管作用可能是有益的，通过收缩静脉和阻力血管，增加回心血量，获得有效灌注压，保证重要脏器的血供。但随时间推移，高水平的ET-1参与心衰时肺循环阻力和后负荷的增加，促进心衰发展8。心力衰竭的病理条件下，引起ET-1水平升高的机理尚不完全清楚。据多项研究推测血浆ET-1水平的升高至少有可能有两个机制:一种可能是ET-1在心力衰竭时的合成与分泌增加；另一种可能在心力衰竭时ET-1经循环清除的数量减少9。在心肌梗塞后3周的心衰模型大鼠的心脏中，示ET-1的产生在梗塞部位以外的残存心肌显著的增多，且在此心衰心肌两种ET R数目均增加，而在血管丰富的肾脏没有立即发现ET-1 mRNA 的明显变化，故考虑可能是心衰时，是心肌细胞分泌ET-1，并导致了血浆ET-1上升10。3. ET-1在发生肾功能不全中的作用：3.1 ET-1的缩血管效应：ET-1对血管有强大的收缩作用，而肾血管对ET 的反应尤为敏感，有作用强大、起效慢、持续时间长、不易清除的特点。ET-1对肾小球出球动脉的收缩作用强于入球动脉，从而使肾小球毛细血管内压升高，同时还可收缩肾小球系膜细胞，使肾小球滤过面积和超滤系数(Kf)减少。并可剂量依赖性地减少肾血流量(RPF) ，从而降低肾小球滤过率(GFR) 11，影响肾功能。另一方面，局部毛细血管收缩引起组织缺血，导致缺氧，导致邻近的肾小管内皮细胞坏死脱落12，引发肾损伤。3.2 ET-1对重吸收的影响：ET-1对水钠平衡的作用很复杂，一方面，它有直接的肾效应，动物实验表明，ET-1可以改变肾小球基膜通透性，增加近曲小管上皮细胞顶侧的Na+/H+交换及基底侧的Na+/HCO3+转运，在内髓集合管强烈抑制精氨酸加压素介导的cAMP积聚以及抑制Na +-K+-ATP酶活性来抑制Na+重吸收。最近的研究表明，ET-1还可抑制髓襻升支粗段的Cl-的流通，起到了利钠利尿作用。另一方面，ET-1亦有通过肾素-醛固酮及钠利尿多肽等介导产生的效应。如ET-1通过阻断ADH的作用，抑制集合管对于水的重吸收。当使用ETB R阻断剂后，这个阻断作用被抑制了，而将小鼠肾脏ETB R敲除后导致的盐敏感和高血压，用ETA R激动剂也无翻转作用。这说明ET-1主要通过ETB R其到阻断ADH作用13。3.3 对肾小球系膜细胞功能的调节：ET-1除可收缩肾小球系膜细胞（MC）外，对MC又是一强大的促有丝分裂原，通过自分泌旁分泌和血行多种途径，直接和间接的促进MC增殖。MC合成和分泌的多种因子对ET也有调节作用。此外，ET-1可促进体外培养的MC合成系膜基质蛋白（、型胶原及层粘连蛋白）。Yao等还发现ET-1还可抑制系膜细胞基质金属蛋白酶（MMP-2）的合成与活化，降低细胞外基质的降解14。最终，肾小球系膜增厚，基质增多，影响滤过并增加血流阻力，从而影响肾功能。3.4 ET-1促进肾间质纤维化：Hocher等的实验证明，ET-1转基因小鼠出现年龄依赖性血压正常的肾小球硬化和肾间质纤维化病理改变（以肾间质纤维化为主）15。还有众多研究表明，ET-1可以剂量依赖性的刺激体外培养的人肾间质成纤维细胞增殖，并上调其Col、TGF-、TIMP-1、TIMP-2 mRNA表达，ET-1受体拮抗剂能显著减轻大鼠输尿管结扎、链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠等肾间质纤维化程度，推测激活的肾小管上皮细胞通过旁分泌方式作用于成纤维细胞参与肾间质纤维化。黄志芳等通过体外实验证实，ET-1呈剂量依赖性降低MMP-3/TIMP-1比值，其受体拮抗剂能够拮抗这种作用，提示ET-1可能通过降低MMP-3/TIMP-1比值，抑制细胞外基质降解，导致肾间质纤维化16。随着对ET-1研究的不断深入，最近ET系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）在肾脏疾病中的相互作用越来越受到人们关注。现已知，Ang-能刺激ET-1高表达及多合成，而当较高浓度ET-1激活RAAS，通过间接作用（刺激Ang-合成）和直接作用（刺激肾上腺醛固酮的高表达）刺激醛固酮的合成17。目前已经证实RAAS，特别是醛固酮在肾小管间质纤维化中起着重要作用。有资料显示，醛固酮可能通过促进细胞因子的分泌18、促进纤溶酶原激活物抑制物-1(PAI-1)表达19、产生活性氧（ROS）、抑制一氧化氮的释放，刺激表皮生长因子（EGF）受体的表达等，促进肾脏纤维化。4. 肾功能不全加剧心脏扩大和心功能的改变：其机制可能与高血压、贫血及循环血容量过多有关20。通过控制上述因素，至少部分患者心脏扩大可恢复，心功能可改善21。有研究显示，慢性肾衰（CRF）合并左室扩大的主要原因是循环血容量过多使心脏前负荷增加，周围阻力增加引起心脏后负荷增加，另外贫血和动静脉瘘导致心脏输出增加22。另有对CRF 患者心脏结构与功能改变的研究中发现心脏扩大时，心脏功能的改变主要是舒张功能明显降低，表现为二尖瓣的A 峰速度（Av）明显升高，EPA 比值明显降低，而左室收缩功能指标射血分数及短轴缩短率无显著性改变23。另外，肾脏对ET-1清除能力下降，使血浆ET-1水平继发性增高，也是加剧心衰的一个原因。5. 结语：ET-1已成为心衰和肾衰研究中非常引人注目的一个神经激素类调节因子，它与疾病的发生、发展、转归等，都有着相当密切的联系，可以作为提示病程及预后的一个重要指标。现今涌现了多种以ET-1为靶点的药物，包括ECE抑制剂（抑制ET-1合成）、ETR阻断剂（抑制ET-1发挥生物活性）等，并已经在动物实验甚至临床应用中达到了比较理想的控制疾病发展及减少并发症的效果，为广大的患者带来了福音。但ET-1与疾病的复杂的相互作用机理仍不完全清楚，有待我们进一步研究和探索。参 考 文 献1 YanagisawaM, Kurihara H, Kimura S, et al. 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