下尿路专栏 | 膀胱节律紊乱系列之 (04) 肾脏昼夜节律与夜尿症

肾功能受激素、神经和局部机制的调节。肾小球滤过率（GFR）由肌源性反馈和肾小球反馈（TGF）机制内在控制，并被交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）外在控制。这些机制通过感知传入动脉内压力的变化、肾小管内NaCl水平的变化和全身血压的变化，共同调节GFR。肾小管对水、电解质和其他溶质的重吸收和排泄是由肾小管上表达的不同通道、转运体和共转运体介导的。其中包括上皮细胞钠通道（ENaC）、Na⁺/H⁺交换体3（NHE3）、钠-葡萄糖共转运体（SGLT）、Na⁺K⁺-2Cl^-共转运体、尿素转运体和水通道。这些肾小管转运介质的活性受各种因素的调节，包括AVP和醛固酮、心钠肽（ANP）和内皮素-1（ET-1）。

在健康人中，GFR在90~120ml/min之间波动，在清醒阶段较高，在下午2-3点左右达到峰值，在睡眠阶段中期达到最小值。钠、钾和氯的排泄通常在上午9点和晚上12点之间达到峰值，然后在后半夜逐渐下降到较低值。

同时，肾功能的调节因素，如AVP和醛固酮，也具有昼夜节律变化。AVP主要是根据血浆渗透压的变化而分泌，并通过激活水分子通道2调节重吸收。血浆AVP的水平在夜间高于白天，其抗利尿作用是调节夜间尿量的因素之一。醛固酮受血压、血容量以及血浆钠浓度等因素调节，其主要作用是通过远端肾小管的ENaC调节钠的重吸收。人类血浆中的醛固酮水平呈现出与GFR相似的昼夜模式，在一天的前半部分达到峰值，在半夜达到较低水平。

肾功能的这种节律性最初被认为是源于肾脏的反应性，即当活动量、食物和水的摄入量随着时间发生变化时，肾脏通过控制水和溶质的排泄与重吸收维持平衡的反应。并且当昼夜活动和进食周期被打乱时，肾脏原本的昼夜节律仍会持续数天。

SCN的中枢生物钟控制着身体的昼夜节律，并通过自主神经系统、荷尔蒙信号和行为控制使大多数器官、组织和细胞中的外周时钟同步。

研究表明肾脏中也有外周时钟，数百个生物钟调节基因已被确认。参与肾脏功能的几个关键基因的节律性转录也已被确认，包括那些编码肾脏转运体和转运体相关蛋白的基因，例如，NH3（Slc9a3）、上皮钠通道的α亚单位（α-ENaC亚单位；Scnn1a）、水通道蛋白（Aqp1、Aqp2、Aqp3）和肾脏AVP受体（V1aR和V2R）。

通过对不同生物钟基因的消融破坏昼夜节律并进行对照试验，研究发现肾脏转录组以及肾脏功能的节律性和调节方面的深刻变化。例如，在Cry1、Cry2基因缺失的小鼠中，血浆醛固酮水平明显增加，而醛固酮水平的昼夜变化幅度减少。同时，醛固酮血浆浓度的昼夜节律在靶基因缺失小鼠中也被破坏，钠、钾和水排泄的昼夜节律性降低，血压也大幅下降。

其他研究表明，生物钟基因的消融也改变了肾脏中20-羟基二十四烯酸（20-HETE）合成的昼夜节律，导致相位转移和其24h平均浓度降低。由肾脏微循环产生的内源性20-HETE是钠重吸收和钾分泌的重要调节因素，通过调节肌源性反馈和TGF发挥作用。肾素分泌颗粒细胞中Bmal1的缺失破坏了肾组织中肾素蛋白表达的昼夜节律，导致血浆醛固酮水平降低。对这些小鼠的尿液样本进行分析，发现样本出现了多尿症，尿钠排泄的昼夜节律变化和尿液pH值降低。

足细胞是肾小球滤过中必不可少的高度特化细胞，研究表明足细胞中Bmal1基因的敲除可导致GFR昼夜节律性的丧失，并伴随着尿肌酐、钠、钾和水排泄昼夜节律的显著变化，以及醛固酮浓度昼夜节律的失调。这些发现表明外周肾脏生物钟在调节肾功能生物钟节律中的重要性。

然而，在肾小管细胞中敲除Bmal1基因并没有导致钠、钾或水排泄的明显异常。肾小管细胞中生物钟基因的失活并没有严重影响肾脏排泄节律，这表明肾小管细胞昼夜节律主要是由外部调节因素控制。醛固酮可能是其中之一。醛固酮对肾小管钠重吸收的调节是由表达在集合管主细胞顶端膜上的ENaC介导的。编码α-ENaC的Scnn1基因受Per1调控，体外研究表明，Per1介导醛固酮对α-ENaC表达的下游效应。此外，Per1也调节其他几个编码参与肾小管溶质重吸收的关键蛋白（Na-Cl共转运体（NCC）及其调节激酶WNK1、NHE3和SGLT1）的基因。

内皮素（ET-1）主要通过激活ETB受体来调节钠的排泄和重吸收。这些受体作用于钠转运体，抑制肾小管的钠重吸收，并促进钠的排泄。在Per1缺失的小鼠中，肾脏ET-1基因表达水平增加，这表明Per1可以抑制肾脏中的内皮素轴。

如前所述，NP被认为是夜尿症的主要原因。导致夜尿产生的原因有很多，其中一个原因是AVP分泌的昼夜节律被破坏，导致夜间AVP分泌不足。但是并非所有的NP患者都对去氨加压素治疗有反应，有些患者尽管尿液浓缩功能没有异常，但仍表现出持续的NP，这表明仍有其他因素可以影响NP。

目前越来越多的证据表明肾脏昼夜节律紊乱在NP的发病机制中起作用。研究表明，在去氨加压素治疗无效的NP患儿中，不仅尿生成没有昼夜节律性，而且GFR和钠排泄也丧失了昼夜节律性。GFR和钠排泄节律的改变也与儿童NP相关，例如在112例NP患儿中夜间钠排泄高于非多尿症和对照组。

在Clock – null（Clock基因敲除）小鼠中也观察到类似的表型，与对照组相比，Clock - null小鼠在非活动期钠排泄分数升高，而在活动期显著降低。Clock - null小鼠钠排泄节律的改变与肾脏中ENaC ( α-ENaC )的RNA表达水平降低有关。

醛固酮和RAAS中的其他激素也具有昼夜节律性。然而，迄今为止，肾素、血管紧张素II和醛固酮的昼夜节律在NP儿童中尚未见报道。在肾脏中，PGE2(前列腺素E2)可以抵消AVP的抗利尿作用。在健康儿童中，尿PGE2的分泌呈昼夜节律，夜间水平显著降低，AVP/ PGE2比值与利尿和尿渗透压显著相关。PGE2分泌的昼夜节律改变和(或)AVP/ PGE2比值失调可导致PGE2利尿作用占主导地位，这可能与NP的发病机制有关。

在健康成年人中，NP发病率通常随着年龄的增长而增加。衰老与肾功能昼夜节律失调高度相关，其中涉及肾脏重吸收能力的变化。研究表明老年人的AVP昼夜节律减弱或丧失，但研究尚未证明NP患者与正常老年人的AVP水平有显著性差异。此外，与年轻人相比，老年人ANP水平升高，可能通过增加肾脏钠排泄、抑制AVP释放和降低RAAS活性导致NP发病率提高, 但研究发现NP老年患者的夜间ANP水平略低于白天，关于ANP对老年人NP的影响尚且需要进一步研究。

原发性高血压也与NP有关，例如夜间非杓型血压患者通常表现出夜间尿钠增加和血压上升。限制其钠摄入可以改善其症状，并且也显示出降低NP的作用。这些发现，结合Cry-null小鼠通常表现出盐敏感性非杓型高血压，提示了生物钟紊乱可能通过钠离子的排泄和重吸收同时影响血压和排尿，即肾脏节律性去同步化可能在NP发病机制中发挥潜在作用。