1、腎臟生物鐘和近日生理學

我們早就知道，人體腎臟生理的一些參數(shù)在一天24小時內(nèi)都遵循特定的晝夜節(jié)律（如圖1所示）。1950年，Sirota等人就招募了18名健康成年人，對腎功能的日變化進行了初步的探索，研究結(jié)果表明與白天相比，夜間的排尿量明顯減少。此后不久，Mills和Stanbury進行了另一項研究，他們對健康的成年受試者進行12小時的特定訓練來代替正常24小時模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)尿鈉和尿鉀的日排泄不受以12小時為周期的進食、飲水和睡眠模式的影響017年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予了發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律分子機制的三位科學家，生物鐘是由一組時鐘基因所驅(qū)動的，在哺乳動物中，核心的時鐘基因包括Bmal1, Clock, Per1/2/3, Cry1/2，它們在體內(nèi)形成一個相互緊密控制的反饋回路

些重要的與腎臟鈉轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因呈節(jié)律性表達（如圖4所示），如鈉/氫交換體3 (NHE3)、鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運體2 (SGLT2)和上皮鈉通道(ENaC)。利用一些全身敲除或者特異性敲除的動物有助于我們對于生物鐘在腎臟生理中的作用理解更加深入。如表1所示作者總結(jié)了在不同腎小管節(jié)段時鐘基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機制，不難看出時鐘基因調(diào)控著一些非常重要的離子轉(zhuǎn)運相關(guān)基因

外，腎臟除了具有水鹽代謝功能外還在血壓調(diào)控方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，結(jié)合zui新的研究進展，作者列舉了不同時鐘基因敲除后血壓的變化（如圖5所示），為了更清晰地總結(jié)該領(lǐng)域相關(guān)工作，作者根據(jù)不同時鐘基因做詳細闡述。

（1）Bmal1

Bmal1是目前研究zui為深入的時鐘基因之一，通常被認為是核心時鐘的組成部分，此處不要與中央時鐘混淆，后者是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的分子時鐘，特別是在視交叉上核（即SCN）。各種Bmal1特異性敲除的小鼠模型均表現(xiàn)出血壓表型的變化，同時腎臟電解質(zhì)排泄也有受損。研究表明，Bmal1全身敲除小鼠血壓的晝夜節(jié)律喪失，因此在其活動期血壓不會升高。通過多種Bmal1細胞特異性敲除小鼠來控制晝夜血壓和腎臟電解質(zhì)排泄的機制已經(jīng)得到了一些的研究和闡釋。平滑肌特異性敲除核受體PPARγ可以降低晝夜血壓的變化，而后被證實是因為Bmal1表達節(jié)律受損。另一研究表明平滑肌中Bmal1的缺失在不影響活動度的情況下降低了小鼠晝夜血壓節(jié)律的幅度。Chang等人利用外周血管脂肪組織（PVAT）特異性敲除Bmal1小鼠，通過血管環(huán)等實驗表明PVAT中Bmal1的缺失導致血壓節(jié)律的變化，與對照組小鼠相比，靜息期敲除小鼠血壓較低。總之這些研究都是非常重要的，因為他們提供了有力的證據(jù)證明外周生物鐘的確參與了血壓的晝夜調(diào)節(jié)。

在腎小管全段敲除Bmal1小鼠中，研究結(jié)果顯示其收縮壓略有下降，但舒張壓沒有變化，血壓晝夜節(jié)律保持不變。另外有研究團隊構(gòu)建腎素分泌細胞特異性敲除Bmal1，結(jié)果顯示腎小球濾過率（GFR）增加，尿鈉晝夜節(jié)律降低，血漿醛固酮濃度降低，然而，與對照組相比，盡管收縮壓和舒張壓均明顯降低，但血壓的晝夜節(jié)律仍然存在，與對照組相比沒有明顯變化。以上研究表明，腎特異性Bmal1在維持血壓和電解質(zhì)節(jié)律方面發(fā)揮重要作用，然而還需要進一步的研究來確定Bmal1是否在腎臟控制了血壓的節(jié)律。

（2）Per

Gumz團隊就Per1基因參與腎臟功能調(diào)控近些年發(fā)表了一系列研究，詳細闡明了Per1在調(diào)節(jié)血壓和腎臟電解質(zhì)排泄以及醛固酮對腎臟的影響方面的重要作用。129/sv小鼠中Per1的缺失與對照組小鼠相比，血壓明顯降低，然而，在C57Bl/6小鼠中，Per1的缺失導致僅在活動期觀察到的血壓升高，在高鹽和鹽皮質(zhì)激素處理后，雄性基因敲除小鼠出現(xiàn)了“非勺型”血壓，然而在雌性小鼠中并未發(fā)現(xiàn)。與血壓的變化相一致，Per1也調(diào)控腎臟中的鈉轉(zhuǎn)運相關(guān)基因，從而對血壓的變化起到關(guān)鍵的作用。在全身敲除Per1的雄性小鼠中腎臟鈉排泄減少、內(nèi)皮素-1 mRNA水平升高，然而在全身敲除Per1的雌性小鼠中沒有觀察到內(nèi)皮素-1的變化。Per2基因（Per基因另外一個亞型）缺失的小鼠中，活動期表現(xiàn)為主動脈內(nèi)皮功能障礙，舒張壓明顯降低，然而，與對照組小鼠相比，收縮壓和平均動脈壓并無差異。

（3）Cry, Clock, Dec

Cry1/2雙敲除小鼠顯示盡管24小時平均血壓與野生型小鼠相似，但血壓的晝夜節(jié)律已經(jīng)喪失。有趣的是，由于循環(huán)中的醛固酮水平非常高，當給予高鹽飲食時，與野生型對照組相比，這些小鼠出現(xiàn)了明顯的高血壓。相比之下，在Clock突變小鼠中與野生型對照組相比，血壓下降的幅度明顯減小。Dec1被認為是時鐘基因家族的第五個成員，其功能是抑制Bmal1/Clock異源二聚體誘導的Per1轉(zhuǎn)錄，Nakashima等人的研究表明Dec1基因缺失的小鼠血壓明顯降低，但其晝夜節(jié)律卻保持不變。

2、旁分泌的控制

（1）內(nèi)皮素-1

作者總結(jié)了目前對晝夜節(jié)律系統(tǒng)和內(nèi)皮素系統(tǒng)之間的聯(lián)系及其對腎臟電解質(zhì)排泄的協(xié)同影響。腎臟中內(nèi)皮素-1的產(chǎn)生主要來源集合管，尤其是內(nèi)髓集合管（IMCD），但相當多的內(nèi)皮素-1也由血管內(nèi)皮細胞和一些其他來源產(chǎn)生。近年來，隨著Gumz實驗室的陸續(xù)重要發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮素系統(tǒng)的晝夜節(jié)律也受到了更多的關(guān)注。Hwang等人招募了11名血壓正常的受試者和23名高血壓患者進行了一項研究，以確定高血壓與內(nèi)皮素-1日排泄率之間的關(guān)系，有高血壓但無終末器官損害的受試者表現(xiàn)出有規(guī)律的晝夜血壓節(jié)律，然而與正常血壓組相比，高血壓組有1小時的相位延遲。一般來說，功能節(jié)律的不同步被認為會增加疾病風險，收集這些患者的尿液樣本，每天4次，連續(xù)3天。在控制飲食(每24小時7g NaCl)的情況下，正常血壓和高血壓患者尿鈉和內(nèi)皮素-1排泄的晝夜節(jié)律基本相同，此外，內(nèi)皮素-1的日排泄模式與鈉的排泄相關(guān)。Dhaun等人對非糖尿病性慢性腎病(CKD)患者和健康對照組監(jiān)測了夜間血壓和動脈硬化的臨床試驗，他們發(fā)現(xiàn)血漿內(nèi)皮素-1水平升高不僅與高血壓有關(guān)還與慢性腎病患者*的“非勺型”血壓有關(guān)。

除此之外，Per1似乎也參與了集合管中的內(nèi)皮素系統(tǒng)，Gumz等人在2009年*發(fā)現(xiàn)Per1可以正向調(diào)節(jié)ENaC，隨后該實驗室還發(fā)現(xiàn)，集合管細胞中Per1的降低會導致內(nèi)皮素-1和ENaC的其他幾個負調(diào)控因子的增加。

（2）一氧化氮

一氧化氮也是促進尿鈉排泄和利尿的關(guān)鍵，一氧化氮可抑制腎單位不同節(jié)段的鈉重吸收，主要是髓袢升支粗段和集合管。Hyndman證實β在集合管主細胞敲除將會導致鈉排泄障礙和鹽敏感性高血壓。內(nèi)皮素系統(tǒng)和NO系統(tǒng)在調(diào)節(jié)鈉排泄中的協(xié)同作用已被多個實驗室證實。內(nèi)皮素-1通過激活內(nèi)皮素B受體，刺激髓袢升支粗段NOS3的表達，從而增加NO的產(chǎn)生。根據(jù)多項研究表明腎臟內(nèi)NOS活性可受光的影響。此外，在老年小鼠中，Kunieda等人證實了NO能增加Per1啟動子的活性，并有助于維持主動脈平滑肌細胞中Per2的節(jié)律性表達，他們還發(fā)現(xiàn)，與年輕小鼠相比，老年小鼠磷酸化NOS3蛋白水平在靜息期表現(xiàn)出晝夜節(jié)律受損，且水平較低。

（3）嘌呤受體

ATP結(jié)合的嘌呤受體 P2受體在腎小管的各個節(jié)段和腎血管系統(tǒng)中都有表達，并且已經(jīng)被證明與腎小管轉(zhuǎn)運的旁分泌調(diào)節(jié)密切相關(guān)。Pochynyuk等人研究表明嘌呤信號能調(diào)節(jié)集合管中的ENaC，ATP可通過主細胞頂端面的P2Y2受體降低ENaC活性。然而，該方向的研究尚未確定腎臟的嘌呤信號是否以節(jié)律模式發(fā)揮作用。

（4）腎素血管緊張素系統(tǒng)

諸多研究表明腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)在調(diào)節(jié)血壓和電解質(zhì)穩(wěn)態(tài)方面起著關(guān)鍵性作用。一些已知的因子與生物鐘基因和腎小管功能的晝夜控制密切相關(guān)（如圖6），如20-HETE，緩激肽，前列腺素E2都參與了腎小管功能的發(fā)揮，然而對于排泄功能晝夜節(jié)律控制的證據(jù)相對匱乏。

3、鉀離子的平衡

1999年，Wilson等人測定了膳食鉀額外補充對非裔美國青少年夜間血壓的影響，結(jié)果顯示血壓正常但對鹽敏感的受試者在高鈉飲食后補充了鉀，高鈉飲食導致近一半的受試者“非勺型”血壓，但在鉀的干預(yù)下，血壓又恢復(fù)到“勺型”狀態(tài)，此結(jié)果在中國的鹽敏感受試者也得到了類似的結(jié)果。在慢性腎臟病患者中，Agarwal研究表明夜間尿鉀排泄明顯高于白天，而健康個體的大部分鉀通常在白天排泄。鉀的補充對血壓的有益影響可能是由于鉀排泄和醛固酮的節(jié)律模式的重置。通過對小鼠腎臟在24小時內(nèi)每4小時收集一次樣本做微陣列分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)已知的鉀調(diào)節(jié)基因都存在節(jié)律性表達，包括編碼Na/K ATPase, H/K ATPase, Kir1.3、ROMK和BK通道的基因。研究表明在Clock基因敲除小鼠中靜息期的鉀排泄明顯增加。未來的研究方我們可以從鉀晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的機制出發(fā)，特別是鉀的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)與鈉平衡之間的關(guān)系