肾素－血管紧张素－醛固酮系统的组成

（一）肾素的发现

肾素是100多年前由Tigerstedt和Bergmanm等首次发现的。他们将家兔肾的混悬液注入家兔体内，发现了血压的升高，据此推测，可能存在一种内分泌物质致使家兔血压的升高，将其命名为“肾素”。自此以后，人们关于RAAS系统的探索研究从未停止过。事实上，除参与上述对血压水平及液体平衡的调节功能之外，RAAS系统还参与了其他生理过程，诸如生长、粥样硬化、血栓、造血过程及繁殖功能等。

肾素（rinin）是肾素－血管紧张素－醛固酮系统中的最上游成分，自其被发现后100多年来，关于该系统的认识逐渐深入，其研究也日新月异。RAAS系统对人体的血压及容量平衡起到了至关重要的作用。研究表明，大部分RAAS系统的生物学作用是通过肾素的启动来起作用的。肾素促使血管紧张素原转换为血管紧张素Ⅰ，继之由ACE活化转换为血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ主要是通过与其受体AT1相结合，然后启动一系列瀑布式酶联反应，激活该系统下游的各个环节。关于该受体－配体的结合过程及机制，近些年来的研究有很多新的认识，研究表明，当血管紧张素Ⅱ与其AT－1受体相结合后，机体通过细胞内化的方式促使受体－配体复合物转移到胞内，然后接受进一步处理。内化在调控受体功能方面有重要作用，因为其可以控制细胞表面受体的数量。肾素－血管紧张素－醛固酮轴是一个精细的调控系统，近10年来的研究支持局部血浆或组织中的血管紧张素Ⅱ浓度很可能主要受循环中肾素水平的调控。

（二）肾素－血管紧张素－醛固酮家族各成员介绍

1．肾素和血管紧张素家族　肾素是一种分子量约为40　000Da的糖蛋白（属天冬氨酰蛋白酶）。它以一种稳固的方式持续由肾脏的肾小球球旁细胞所表达、存储、释放，这一部位又称为“肾小球旁体”。肾素从中释放是钙离子依耐性的，但不像其他荷尔蒙一样，钙离子对其释放是起抑制作用的。肾素初始是由无活性的肾素原所合成，其氨基末端包含29个额外氨基酸。肾素原可以在全身各个组织表达，但其成熟转化为生理活性的肾素这一过程仅仅发生于肾这一组织，因为实验证实，在肾切除之后，血浆中肾素下游的血管紧张素Ⅰ，血管紧张素Ⅱ无法检测到。肾小球球旁细胞是一种易化的平滑肌细胞，分布在肾入球小动脉的远端末梢。肾素有精致的底物特异性，其惟一已知的底物是血管紧张素原（Ang N）（图6－1）。

图6－1肾素及血管紧张素系统

血管紧张素原是一种α2球蛋白，分子量为55　000Da，隶属于丝氨酸蛋白酶抑制蛋白家族，为一种丝氨酸蛋白酶抑制蛋白，由单基因编码，主要在肝脏合成。血管紧张素原是血管紧张素惟一的前体物质，肾素将循环中血管紧张素原的氨基末端肽段水解，形成血管紧张素－（1－10），也称血管紧张素Ⅰ。离体实验发现组织蛋白酶D也可以选择性地将血管紧张素原水解为血管紧张素，同肾素相反的是，组织蛋白酶D是一种溶酶体酶，它只在酸性环境中水解血管紧张素原。然而，迄今为止，尚未于在体研究中发现组织蛋白酶D的重要性。血管紧张素Ⅰ是一个非活性肽，目前尚未发现这种十肽的特异性受体。它被一种内皮细胞相关性的可溶性双羧基肽酶－血管紧张素酶转化酶（angiotensin－converthing enzyme，ACE）水解为一种具有生物活性的八肽，血管紧张素－（1－8）［Ang－（1－8）］，也称血管紧张素Ⅱ，见图6－1。另外，血管紧张素Ⅰ的一小部分被一种组织特异性内切酶所水解，形成血管紧张素－（1－7）［Ang－（1－7）］，后者是一种七肽，可以进一步被ACE水解为血管紧张素－（1－5）。而在血管紧张素Ⅱ这一底物上，氨基肽酶A或者羧基肽酶P可以分别水解其氨基末端或羧基末端，然后分别形成血管紧张素－（2－8）（即血管紧张素Ⅲ），或者血管紧张素－（1－7）。血管紧张素Ⅲ后来又可以被氨基肽酶B降解为另外一种六肽－血管紧张素－（3－8），也称血管紧张素Ⅳ。各种氨基肽酶是一类限制、特异性的水解酶，其广泛分布在人体各组织。

有研究表明，除上述以ACE为枢纽的经典途径之外，血管紧张素Ⅱ的生成还有其他替代途径，胰蛋白酶，激肽释放酶，组织蛋白酶G，胰凝乳蛋白酶，糜蛋白酶及Tonin酶等等都被证实可以将血管紧张素Ⅰ转换为血管紧张素Ⅱ，在上述众多丝氨酸蛋白酶中，糜蛋白酶目前引起了许多研究者的兴趣，它主要于心脏及血管壁等处分布，也可见于肥大细胞。上述替代途径的病理生理学意义尚在发掘研究之中。

2．血管紧张素转化酶（ACE）　血管紧张素转化酶（ACE），也称为激肽酶，是Erdos及其同事于1981年首先发现的。ACE是一种跨膜双肽羧基肽酶，隶属于锌金属蛋白酶家族。它由1　306个氨基酸多肽所合成，然后水解成含有1　277个残端的成熟形式，该残端被糖基化。ACE以两种异构体形式存在，它们由同一基因所转录，以组织特性的方式被表达，在体细胞组织，它以1　277氨基酸所组成的大多肽的形式而存在；在成人精子细胞，它却由多个含701个氨基酸的团块状糖化聚合形成。在人体，ACE主要沉积于内皮细胞及上皮细胞的表面，可以在ACE释放酶的刺激下从内皮细胞分泌，主要是通过水解ACE的跨膜肽段部分。这种可溶性的ACE形式仅仅负责约1%的ACE的生物学效应。

近期，研究者发现了一种新的ACE同原体－ACE2。这种羧基肽酶主要分布于心脏、肾脏及睾丸。ACE2主要是通过水解血管紧张素Ⅰ的氨基末端亮氨酸而形成一种血管紧张素－（1－9），这种九肽在缓激肽的帮助下促使花生四烯酸生成；另外，ACE2还可以水解血管紧张素Ⅱ以形成血管紧张素－（1－7），其药动学要优于羧基肽酶P。因此，在存在ACE的组织中，ACE2是一种更加优化的血管紧张素肽酶。有趣的是，ACE2并不能被许多已知的ACE抑制剂所抑制。ACE是一种选择性稍低的肽酶，可以分别催化血管紧张素Ⅰ、缓激肽及血管紧张素－（1－7）的水解分裂，其中，缓激肽是ACE的一种较占优势的底物，其催化常数Km为0．18，酶专一性常数Kcat/Km比值较血管紧张素Ⅰ要高近30倍，提示缓激肽是ACE酶优先选择的对象。缓激肽是在缓激肽释放酶作用下，由激肽原直接生成，也可以由胰激肽间接生成（图6－2）。缓激肽在活体的半衰期极短，约2min，可以被一些激肽酶诸如ACE，中性内肽酶（NEP），氨基肽酶P，氨基肽酶M、N所降解。在组织或血浆激肽释放酶的作用下，缓激肽由低分子或高分子激肽原解聚并释放，然后通过两种G蛋白偶联受体起作用，即B1受体和B2受体，在正常状态下，B1受体的表达量微弱，在炎症因子及组织损伤的刺激下，其表达可以急剧增加，而B2受体可以持续稳定地在内皮细胞、血管平滑肌细胞及心肌细胞等细胞中表达，在部分一氧化氮合酶刺激及后来一氧化氮生成所介导的血管扩张中，B2受体的激活起了促进作用。另外，缓激肽还可以刺激纤维蛋白溶酶原的生成，后者可以促进纤维蛋白溶解。

图6－2　RAS与激肽－缓激肽系统交叉对话

3．血管紧张素受体家族

（1）AT1、AT2受体：AT1、AT2这两个受体是血管紧张素Ⅱ主要的受体，都是起源于染色体上的非成对基因，分别见于3号常染色体及X染色体，二者也都是标准的七段跨膜G蛋白偶联受体，AT1包含359个氨基酸，AT2受体包含363个氨基酸，其中30% 与AT1同源，两个受体都是低水平表达，其中AT1受体主要表达于血管壁、肾上腺皮质、肝脏和大脑；而AT2受体则主要见于胚胎组织、肾上腺髓质及子宫等。研究发现，AT2受体可能参与介导细胞凋亡、生长抑制及胎儿生长调控。

当被其配体血管紧张素Ⅱ激活后，AT1受体可以刺激一系列细胞内信号通路，包括那些经典的G蛋白偶联受体介导的通路、生长因子受体、以及细胞因子等，进而介导这些受体发挥功能，如磷酸化或受体的内吞。一旦血管紧张素Ⅱ通过G蛋白偶联受体家族中的Gq/11结合到AT1受体上，就可以刺激磷脂酰肌醇诱导的Ca2＋信号通路、磷脂酶C及蛋白激酶C，AT1受体的活化还可以调控一大类生长相关的基因表达，包括受体或非受体酪氨酸激酶，如表皮生长因子受体（EGFR）、血小板衍生生长因子受体（PDGFR）、胰岛素样生长因子受体－1（IGF－1）、Janus激酶、C－Src激酶、黏着斑激酶（FAK）以及钙离子依赖的酪氨酸激酶等。

另外，激活的AT1受体也可以刺激信号转导因子及转录活化因子，小G蛋白以及其他重要调控酶的表达，如磷脂酶D、磷脂酶A以及NAD（P）H氧化酶。血管紧张素Ⅱ与AT1受体结合后也刺激该受体－配体复合物自身的内化与后处理，尽管有其他信号通路参与，AT1受体的内化主要是由网格蛋白小窝介导的内吞方式完成的，在受体内吞之后，去磷酸化很可能发生在包涵体之中，继之，失敏受体从包涵体出来再循环回到细胞表面重新发挥信号转导功能。内化AT－1受体的再循环主要是通过PI3－K激酶依赖或非依赖的途径来完成。内化作用在通过调控包膜受体恢复敏感性，继而控制受体功能方面是非常重要的。

尽管AT2受体隶属于七段跨膜蛋白家族，但目前并未发现其具有该家族受体常规的功能特点，其下游信号通路仍然不完全清楚。目前发现，AT2受体似乎对胞质钙离子不具备调控作用，而且，其与激动药的结合并未能诱导受体的内吞。AT－2信号转导似乎是通过磷酸化的方式对下游磷酸化步骤起到抑制作用，并通过丝/苏氨酸蛋白激酶PP2A的活化来使丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated proteinkinase，MAPK）失活。总之，关于AT2受体有多种假说，但研究仍然有待深入去理解发现潜在的AT2受体激活及信号转导机制。

（2）AT4受体：AT4受体于1998年被Zhu等报道，这是首次在犬的肾上腺细胞膜上发现的，他们发现125Ⅰ标记的血管紧张素Ⅳ确实以可逆性的、可饱和的方式结合在AT4的位点上，并且具有高度的亲和力，这种结合对鸟嘌呤核苷酸不敏感，提示AT4受体不像AT－1那样，是非G蛋白偶联的，实际上，AT4受体是一种膜整合蛋白，含有1　025个氨基酸残基，携带一大段胞外区域。目前发现AT4受体有三种异构体，它们全都是由5号染色体上的单基因合成，AT4在人体主要表达于心脏、胎盘、肾、小肠及骨骼肌。后来，人们在大脑也发现一定水平的AT4，而且主要浓聚于大脑皮质的认知区域。已经证实，AT4受体是一种胰岛素介导的氨基肽酶，血管紧张素Ⅳ与之结合，但并不被其降解。至于AT4的详细调控目前尚不完全清楚。

（3）血管紧张素－（1－7）受体：早在1996－1998年就有人通过研究推论，Ang－（1－7）的受体可能存在于大脑组织中，这种观点已经被接受。在培养的大鼠肾小球系膜细胞上，研究者发现Ang－（1－7）可以紧密地结合在AT2受体上，其亲和力约为AT1受体的40倍。而又有其他研究发现，在人类子宫肌膜上，Ang－（1－7）与AT1及AT2的结合力非常微弱。Ang－（1－7）是由7个氨基酸残基即天冬氨酸－精氨酸－缬氨酸－酪氨酸－异亮氨酸－组氨酸－脯氨酸组成的七肽。目前认为Ang－（1－7）生成途径的大致有：十肽的AngⅠ在中性肽链内切酶或脯氨酰肽链内切酶作用下形成7肽的Ang－（1－7）；八肽的AngⅡ在血管紧张素转化酶2（ACE－2）、脯氨酰肽链内切酶或脯氨酰羧肽酶的作用下，去掉一个氨基酸残基，生成Ang（1－7）；在ACE－2的作用下血管紧张素原先生成无活性的Ang－（1－9），再由中性肽链内切酶分解生成Ang－（1－7）等途径。而其降解主要在肺基底膜和肾皮质进行。Allred等用放射性标记的Ang－（1－7）研究发现，肺脏的Ang－（1－7）在作用下被水解为Ang－（1－5），在肾Ang－（1－7）可在氨基肽酶作用下被快速水解为Ang－（1－4）及单肽、双肽片段。由于人们发现，Ang－（1－7）的诸多生理作用均可被A－779完全阻断，提示它的生理作用是由对A－779敏感的特异受体所介导。Santos及其同事证实这种受体是由结核蜡酸合酶（myococerosic Acid Synthesis，MAS））基因编码的7个跨膜结构的蛋白偶联受体。Ang－（1－7）可能是该受体的内源性结合物。很多研究也发现在Mas基因敲除模型中Ang－（1－7）的心血管作用明显减弱，这证明了MAS可能就是Ang－（1－7）的特异性受体。然而以后有学者发现Ang－（1－7）被A－779拮抗后的生物反应与另一种新型Ang－（1－7）拮抗肽PRO－Angiotensin（1－7）的抑制作用，有部分不完全相同，因而推测除了MAS之外，Ang－（1－7）可能还存在其他受体。

（4）醛固酮及醛固酮受体：醛固酮是一类盐皮质激素，由肾上腺皮质球状带所分泌，刺激其分泌的因素除血管紧张素Ⅱ之外，还有促肾上腺皮质激素及钾。醛固酮广泛地作用于肾脏远曲小管、结肠、涎腺以及汗腺的表皮细胞上。它对肾的生理效应是众所周知并被广泛研究的，在肾，醛固酮可以直接沿着细胞膜弥散，或者直接结合到盐皮质激素受体的非活性末端，一旦此结合完成之后，盐皮质激素受体会主动从其原来的蛋白复合物中解离出来进入核内。在胞核之中，激活的盐皮质激素受体担任正向转录激活因子，可以调控多种蛋白的表达，并触发一个瀑布式级联反应，促进水钠离子通过表皮钠通道的重吸收，并间接地增加钾离子的释放，导致血容量扩张和血压升高。此外，Patel等发现盐皮质激素受体还存在于非表皮组织，诸如心脏、大脑及血管中。故而推测醛固酮在这类组织中也可能有少量的表达，从而提示醛固酮在局部可能通过旁分泌的方式发挥作用。动物实验研究发现，在切除大鼠肾上腺后，将近有＞99%的免疫反应性醛固酮从大鼠的心脏组织中消失，故肾上腺是心脏中醛固酮的主要来源。

已经有充足的证据证明在血管紧张素Ⅱ诱导的靶器官损害中，醛固酮起到了主要的作用，Fiebeler等的研究表明，在高血压大鼠中，血管紧张素Ⅱ阻断药氯沙坦和醛固酮合酶抑制药fadrazol均可以像肾上腺切除术一样可以减低循环及组织内醛固酮水平，并有对抗炎症反应及肾的保护作用，而且该类作用至少部分独立于其降压效果之外。