肾性尿崩症

1992年克隆了编码精氨酸加压素2（arginine vasopressin 2，AVP2）受体的AVPR2基因，并在X连锁先天性肾性尿崩症患者中发现了该基因突变（图1）^1-4，1993年完成了AQP2基因的克隆^5-6，1994年发现AQP2中的突变是常染色体隐性先天性肾性尿崩症的发病基础⁷。AVPR2和AQP2这两个关键基因的发现，使通过基因检测来诊断受累患者成为可能。在几乎所有具有明确先天性肾性尿崩症临床表型的患者中，均发现了这些基因中的某一个的突变^8-9。

AVPR2突变：

大约90%的遗传性先天性肾性尿崩症患者有AVPR2突变^10-11。由于该基因位于X染色体上，因此AVPR2突变具有X连锁遗传模式，故而先天性肾性尿崩症患者多为男性。偶尔也会有因AVPR2突变导致先天性肾性尿崩症的女性患者^8-9,12-15。在一项研究中，64例AVPR2突变的女性携带者中有16例（25%）表现出多尿症状，其中4例患者（6%）被诊断为完全性先天性肾性尿崩症，而不是下文所描述的较轻的部分性肾性尿崩症表型⁸。在一些发生AVPR2突变的女性携带者中，她们的症状由偏态X‑失活所引起，但是这些症状不一定与白细胞中观察到的X‑失活模式相关¹⁶。据推测，组织之间的X‑失活模式可能不同，因此白细胞中观察到的模式可能不能反映出肾脏中的模式。根据英国伦敦大奥蒙德街医院（Great Ormond Street Hospital）的经验，20个具有AVPR2突变的家系中，有2名女性亲属被诊断为完全性肾性尿崩症（D. Bockenhauer & D. Bichet，未发表的成果）。其中一名妇女是她家族中的先证者，但并不是所有的女性突变基因携带者都得到了系统性研究。在一个家系的另外2名女性突变基因携带者中，观察到了部分性肾性尿崩症的症状¹⁷。由于建立者效应，一些AVPR2突变被反复发现。迄今为止，已描述了超过300个家系中的超过250种不同的AVPR2突变情况¹⁸¹⁸，有趣的是，这些突变大多是错义突变，且当进行体外评估时，这些突变似乎可编码有功能性的、但却错误折叠的受体，这些受体在内质网（endoplasmic reticulum，ER）中被保留并降解¹⁹。

AQP2突变：

大约10%的先天性肾性尿崩症病例是由位于12号染色体上的AQP2基因发生功能丧失性突变所致^8,20-21。尽管已有描述认为有少数突变可引起常染色体显性疾病，但是这些功能丧失性突变通常还是以常染色体隐性方式遗传^22-25。AQP2是一种同源四聚体，4个亚基聚合形成水通道。显性突变通常影响羧基端的氨基酸，而导致异常转运；突变的AQP2亚基能够与野生型蛋白寡聚化形成四聚体，但转运这些聚合成的四聚体时会产生显性-负性突变效应²⁶。有趣的是，特异性突变指引AQP2转运到不同的细胞区室，如高尔基复合体²²、晚期胞内体和溶酶体²³或基底侧膜^25,27。这些发现为研究AQP2的细胞内转运基序提供了见解。

大多数与继发性肾性尿崩症相关的原发性疾病与低钾血症和高钙尿症相关，比如巴特综合征（Bartter syndrome）和表观盐皮质激素过多。因为低钾血症和高钙尿症均与AQP2表达降低相关，这些相关性可能为确定肾性尿崩症的病因提供线索^28-29。现已认为，高钙尿症可引起钙敏感受体介导的尿浓缩缺陷，该受体表达于集合管细胞的管腔侧，并被认为可通过改变环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平而影响AQP2的转运^30-31。

锂剂治疗：

在对大鼠的实验中，长期给予锂剂（>4周）导致集合管上皮重塑和主细胞数量急剧减少³²。而且，锂暴露会降低小鼠集合管细胞系mpkCCD中AQP2的丰度，且这种降低与cAMP水平无关³³。与这些数据一致，在锂诱导的肾性尿崩症患者中，可观察到经尿液排泄的AQP2的减少³⁴。锂对主细胞毒性的确切机制仍有待阐明，但强有力的数据表明，锂可通过对其具有高通透性的上皮钠离子通道（Epithelial sodium channel，ENaCs）进入细胞后发挥作用。因此，用如阿米洛利等上皮钠离子通道阻断剂治疗，可以增加尿渗透压，并改善锂诱导的肾性尿崩症的多尿症状^35-37。

其他获得性病因：

目前认为可能在静水压的介导下，可直接抑制AQP2的表达，这导致阻塞性尿路疾病患者出现肾性尿崩症。动物研究表明，在双侧输尿管梗阻的情况下，已观察到Aqp2的表达降低³⁸，而在单侧梗阻中，仅在梗阻的肾脏中观察到Aqp2表达的显著降低³⁹。在梗阻解除后，Aqp2的这种降调节仍可持续长达30天，这也许可以解释为什么患者在严重梗阻解除后还经常能观察到多尿现象⁴⁰。

健康成人的肾脏每天产生约180 L原尿⁴²。由于水通道蛋白-1（aquaporin‑1，AQP1）水通道的组成性表达，使近端小管对水自由渗透，这些滤液绝大多数在近端小管中被重吸收⁴³。由于溶质在近端小管被重吸收，所以水分沿渗透浓度梯度被动流动。因此，当剩余尿液进入髓袢（即逆流浓缩的关键部分）时仍为等渗性（图2）。

髓袢降支细段：

尿液在髓袢降支细段（thin descending limb，TDL）开始浓缩。浓缩的机制包括AQP1介导水排入髓质间质⁴⁴。然而，几种啮齿类动物模型的数据显示，AQP1的表达主要局限于髓袢降支细段的前60%部分，而不是在形成渗透梯度最急剧的较深处的乳头部分⁴⁵。髓袢降支细段最深部分的肾小管液可能通过被动的钠内流而浓缩⁴⁶，但未观察到明显的钠通透性⁴⁷。因此，在髓质最深部分，尿液如何浓缩的确切机制仍有待阐明。

髓袢降支粗段：

尿液随后进入髓袢升支粗段（thick ascending limb，TAL，也称为稀释段），髓袢升支粗段对水不通透，但可通过共转运蛋白溶质载体家族12成员1（solute carrier family 12 member 1，SLC12A1）主动去除氯化钠，从而稀释尿液，SLC12A1也称为钠钾氯共转运蛋白2（Na-K-Cl cotransporter 2，NKCC2 ）⁴⁸。间质中溶质的积聚产生了去除髓袢降支细段中的水分（在长髓袢肾单位中）和泵入氯化钠（在短髓袢肾单位中）的驱动力，完成逆流倍增。

肾小管和集合管：

SLC12A3蛋白也称为钠氯共转运蛋白（Na-Cl cotransporter，NCC），通过该蛋白在远曲小管中进一步去除氯化钠。在进入对精氨酸加压素（arginine vasopressin，AVP）敏感的连接小管和集合管时，尿渗透压通常约为50-100 mOsm/kg。尿液的最终渗透压仅取决于水通道的可用性。如果存在水通道，则水分顺着间质浓度梯度排出小管，从而浓缩尿液。如果不存在水通道，稀释的尿液将被排出。

信号级联反应：

下丘脑神经元响应细胞体体积的变化分泌血管升压素，这是集合管水通透性的关键调节因子（图3）。介导这种水通透性调节的关键细胞类型是集合管主细胞，其在基底外侧组成性表达AQP3和AQP4⁴³。主细胞顶膜的水通透性由AQP2水通道是否可用决定。在缺乏AVP信号传导的情况下，这些通道位于细胞内囊泡中，没有顶端水通透性⁴⁹。AVP与AVPR2的结合会启动信号级联反应，最终导致AQP2通道插入顶膜（图4）。AVPR2是一种G蛋白偶联受体，其与AVP结合导致刺激性G蛋白释放，进而激活邻近的腺苷酸环化酶⁴⁰。由此引起的cAMP水平的升高将激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）。

AQP2磷酸化：

AQP2的细胞质羧基端尾部有5个典型的PKA磷酸化位点：Thr244、Ser256、Ser261、Ser264和Thr269（在小鼠中为Ser269）⁵¹。给予血管升压素类似物1-去氨基-8-D精氨酸加压素（desamino‑8-D-arginine vasopressin，DDAVP）后，AQP2在Ser256、Ser264和Ser269的磷酸化大量增加，而在Ser261的磷酸化减少⁵¹；这些残基的特异性磷酸化可能发挥不同的生理作用。在瞬时转染AQP2的哺乳动物细胞系（LLC-PK1）中，Ser256的磷酸化对于将水通道转运到质膜至关重要⁵²，而在非洲爪蟾卵母细胞中，水通道从储存囊泡重新分布到顶端质膜需要使AQP2四聚体中的至少三个亚基在Ser256磷酸化⁵³。通过鉴定肾性尿崩症患者中使Ser256磷酸化受损的突变情况，证实了该位点在AQP2功能中起着关键作用^22,54。体外研究也证明了发生这类突变的水通道蛋白不能到达顶膜^22,54。

AVP也可以诱导AQP2在Ser269的磷酸化，但这种作用被延迟，而且需要先磷酸化Ser265⁵⁵。Ser269的磷酸化可能增强AQP2在顶端质膜的保留以及AQP2与参与内吞机制的蛋白间的相互作用⁵⁶。相反，AQP2在Ser261的磷酸化主要发生在细胞内囊泡中；该位点的磷酸化被认为可稳定AQP2⁵⁷在Lys270的泛素化⁵⁸。因此，在没有AVP刺激的情况下，泛素化可能介导AQP2从质膜的内吞作用。这一机制导致AQP2占据主细胞顶膜受到局限；该水通道的内吞作用使细胞能够恢复到不通透水的状态（图4）。AQP2在Thr244磷酸化的作用尚不清楚。

其他介导途径：

cAMP的作用既可通过经典的PKA/cAMP依赖性蛋白激酶途径介导，也可通过鸟嘌呤核苷酸交换因子如cAMP直接激活的交换蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，EPAC）来介导⁵⁹。与PKA一样，EPAC含有一个进化上保守的cAMP结合结构域，可感知细胞内cAMP水平，并充当分子开关控制多种生物学功能⁶⁰。EPAC可能参与AQP2丰度的长期调控，而蛋白激酶A的调控具有独立的短期效应⁶¹。

除了在AQP2定位中的急性作用外，通过PKA介导的cAMP反应元件结合蛋白的磷酸化，AVP介导的cAMP水平升高可促进AQP2表达，随后刺激AQP2启动子的转录^62-64。数分钟内AQP2的定位就会发生变化，但转录水平升高则需要数小时才能起效^65-66。

儿科医生通常会发现患有原发性遗传性肾性尿崩症患者（主要是男孩）在出生后第一年表现为发育停滞和呕吐症状，相比之下，在成人中，获得性肾性尿崩症比原发性肾性尿崩症更常见。

除原发性先天性肾性尿崩症外，还有少数继发性遗传性肾性尿崩症病例的报道^67-68。这些患者患有影响肾小管功能的孟德尔疾病，而肾性尿崩症是该类疾病的一个继发性并发症。在一些此类患者中，其临床表现主要为肾性尿崩症的症状，因此导致首诊的误诊，在随后的进一步诊断中才能确定该病的真实潜在病因^67,69。

锂剂治疗所致的获得性肾性尿崩症：

大多数表现为肾性尿崩症的成人都是后天患上这类疾病的，患病的主要原因是锂剂治疗^70-72。在接受锂剂治疗的患者中，关于肾性尿崩症的报道差异很大，但据报道，这种不良反应的发生率高达85%^71,73。由于年龄>65岁的一般人群中，有0.25%~0.77%的人接受包含锂剂的处方的治疗，因此由锂剂诱导的肾性尿崩症相当常见也就并不奇怪^74-75。锂剂治疗的适应症包括双相情感障碍、分裂情感障碍、抑郁症、酒精中毒和丛集性头痛⁷²。停止锂剂治疗可以缓解肾性尿崩症的症状，但在大多数情况下，并不选择停药这种方法，因为锂剂对精神疾病的治疗收益超过了多尿并发症对生活质量的负面影响。

其他获得性病因所致的获得性肾性尿崩症：

典型的暂时性肾性尿崩症的其他获得性病因包括高钙血症、高钙尿症和阻塞性尿路疾病。