继发性高血压｜李红建：KCNJ5基因变异与原发性醛固酮增多症的相关性研究进展

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　　原发性醛固酮增多症（简称原醛症）是由于肾上腺皮质自主性醛固酮分泌增多而导致的以高血压、低血浆肾素活性、高醛固酮血症、伴或不伴低血钾为特征的一种内分泌疾病，是一种临床可治愈或可控制的疾病。既往认为原醛症在高血压的发病率仅为1％左右，随着对原醛症认识的深入和诊断技术的提高，其检出率明显提高，目前认为原醛症在高血压人群中的发生率为10％左右，而在顽固性高血压人群中的发生率高达20％，原醛症已成为继发性高血压最常见的原因。研究显示，原醛症患者较原发性高血压患者有更高的心、脑、肾等靶器官损害风险，对人类健康危害较大。

　　原醛症主要分为醛固酮腺瘤、特发性醛固酮增多症、家族性醛固酮增多症、原发性肾上腺增生及醛固酮癌5个亚型，以特发性醛固酮增多症和醛固酮腺瘤多见，分别约占65％和30％。然而，上述亚型中除了家族性醛固酮增多症Ⅰ型外，其他类型的发病机制尚不明确。探明原醛症发病的内在机制有助于开发原醛症患者的靶向性治疗，这对于改善原醛症患者的预后具有重要意义。近年原醛症分子遗传学发病机制的研究取得了很大的进展，其中内向整流钾通道J亚家族成员5（potassium inwardly- rectifying channel，subfamily J，member 5, KCNJ5）基因变异在原醛症发病中的作用探讨备受关注。本文将对KCNJ5基因变异与原醛症的相关性研究及进展进行综述。

一、KCNJ5基因的结构与功能

　　KCNJ5属于G蛋白敏感的内向整流钾通道家族，也称为G蛋白激活的内向整流型K+通道4（G protein-activatedinward rectifier potassium channel 4, GIRK4）。1994年大鼠的KCNJ5基因首先被克隆，随后人类的KCNJ5基因被克隆，并给予测序。研究显示人类KCNJ5基因定位于11q24.3，全长26639 bp，包括3个外显子和2个内含子，3个外显子长度为2898 bp，由420个氨基酸构成，目前发现有392个SNP。KCNJ5基因由2个跨膜α螺旋即M1和M2、高度保守的选择性钾离子孔P区（即TM1-H5-TM2）以及胞质内N末端和C末端组成同源或异源四聚体，中间围成一个通道，在通道靠膜外侧形成一个具有高度选择性的K+选择器，其氨基酸序列为GYG，此选择器决定了通道对离子的选择性。C末端与G蛋白βγ结合的区域，靠近M2的C末端上保守的带正电荷的氨基酸序列与细胞膜磷脂中的磷脂酰肌醇－4，5－二磷酸的激活相关，M1和H5间连接域上的识别位点精氨酰－甘氨酰－天冬酸三肽序列（Arginyl-glycyl-aspartic acidtripeptide sequence, RGD）则是内源性受体的结合位点。

　　KCNJ5位于细胞膜上，属于膜蛋白，广泛分布在各种组织，在人体心脏、脑、胰腺、血小板、肾上腺、胎盘、肺脏以及肾脏等组织脏器均有表达。在心血管系统KCNJ5与KCNJ3共同编码了蕈毒碱能钾通道即K_Ach，K_Ach通道主要分布在心房肌、窦房结和房室结，参与迷走神经对心脏功能的调节。激活心房肌K_Ach通道使动作电位时程缩短、膜电位超极化；激活窦房结和房室结K_Ach通道使心率和窦房传导减慢。在房颤患者心房组织中，KCNJ5基因碱基突变会导致其功能缺失。在中枢神经系统KCNJ通过与许多受体偶联（如氨基丁酸受体、阿片受体、多巴胺受体等），在维持膜静息电位和调节神经细胞兴奋性方面起着重要的作用。肾上腺球状带表达的KCNJ5与KCNJ3形成具有高度活性的异源二聚体，在维持球状带细胞膜的钾离子平衡电位方面起着很重要的作用。

二、KCNJ5基因变异与原醛症的相关性研究

　　2011年Choi等通过全基因测序对醛固酮腺瘤患者腺瘤组织的KCNJ5基因进行了研究，首次在22个醛固酮腺瘤患者中发现有8个患者的腺瘤组织中存在G151R和L168R变异，提示KCNJ5基因的这两个变异可能参与了醛固酮腺瘤的发病，同时还发现另一个变异T158A可能与Ⅲ型家族性高醛固酮血症（familial hyperaldosteronism-Ⅲ，FH-Ⅲ）的发病有关。Mulatero等对欧洲的非糖皮质激素可治性醛固酮增多症家系的研究结果表明KCNJ5基因的一个新的变异G151E可能通过改变钾离子通道功能，从而参与FH-Ⅲ的发病。近来有学者报道KCNJ5基因的Y152C变异也可能与FH-Ⅲ的发病有关。

　　Boulkroun等研究发现携带KCNJ5基因的G151R和L168R变异者可能更多是女性、较年轻以及醛固酮水平更高的患者，提示KCNJ5基因变异与更典型的原发性醛固酮增多症表型相关；而国内Li等的研究显示KCNJ5基因的rs2604204变异与男性原醛症相关。Elena等在英国和澳大利亚共73个腺瘤患者中检测到40人（41％）携带KCNJ5基因的G151R和L168R两个变异和1个新的碱基缺失变异delI157，提示腺瘤患者的KCNJ5基因变异可能在其发病机制中起着重要作用。而美国马里兰一个国立健康研究机构对53个原发性醛固酮增多症患者中经手术切除的16个醛固酮腺瘤组织进行测序时仅发现2例患者存在G151R，提示G151R突变的频率明显低于以往报道的频率。这2例患者的碱基置换是不同的，1例是既往已经报道过的G451C，另1例是新发现的G451A，尽管碱基置换有些差别，但氨基酸的变化是一样的，这两个变异均可引起离子通道的选择性缺失。

　　..学者在研究23例醛固酮腺瘤患者KCNJ5 mRNA的突变和表达时发现有KCNJ5基因变异的醛固酮腺瘤患者的KCNJ5 mRNA水平更高，进一步提示KCNJ5基因变异与醛固酮腺瘤的发病可能有关。Tobis等对肾上腺腺瘤组织全面再测序发现在KCNJ5离子通道选择器附近除了存在G151R和L168R两个变异外，还存在1个新的变异即E145Q，但频率较低，有待大样本研究进一步证实E145Q是否与醛固酮腺瘤的发生有关。Murthy等对251个醛固酮腺瘤患者外周血提取的基因组DNA的KCNJ5基因的编码区和翻译区进行了测序，结果发现3个杂合子错义突变R52H、E246K和E282Q参与了醛固酮腺瘤的发病。新近Kitamoto等研究显示携带KCNJ5变异的醛固酮腺瘤患者更易发生心血管并发症。

三、KCNJ5基因变异在原醛症中的作用

　　（一）醛固酮的合成与调控

　　原醛症以肾上腺皮质自主性醛固酮分泌增多为主要特征，醛固酮主要在肾上腺皮质球状带合成，由胆固醇经过侧链裂解酶、3β－羟基类固醇脱氢酶、21－羟化酶，由孕烯醇酮、孕酮到11－脱氧皮质酮，11－脱氧皮质酮在11－β羟化酶的作用下形成皮质酮，皮质酮经18－羟化反应转化为18－羟皮质酮，18－羟皮质酮经18－氧化反应最终合成醛固酮。醛固酮合酶具有18－羟化酶和18－氧化酶的活性，对正常生理情况下醛固酮的合成是必不可少的。醛固酮合成的最后2个步骤均由醛固酮合酶催化，因此该酶成为醛固酮合成的关键限速酶。编码该酶的基因是醛固酮合酶基因（Aldosterone Synthase Gene，CYP11B2），此酶基因表达增加可促进醛固酮合成。

　　人类CYP11B2的表达主要受血管紧张素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）和血清K⁺浓度的调节。在AngⅡ对CYP11B2转录调节通路中，AngⅡ与Ⅰ型受体结合后激活蛋白激酶C、三磷酸肌醇／Ca²⁺通道，可引起钙离子内流，使细胞内钙离子浓度增加；而在血清钾离子对CYP11B2转录调节通路中，细胞外钾离子浓度增加，可激活细胞膜钙离子通道，引起T型和L型钙离子通道开放，同样可使钙离子浓度增加。细胞内钙离子浓度增加，可促进神经生长诱导因子克隆B（Nerve growth factor-induced clone B，NGFI-B）家族包括NGFI-B、Nur相关因子－1和神经元起源的孤核受体－1的转录。这些NGFI-B家族的基因通过与CYP11B2启动子区的NGFI-B反应元件结合可促进CYP11B2的表达，进而使醛固酮的合成增加。

　　近年有研究显示在醛固酮合成的调节通路中，含有双孔结构域微弱内向整流钾离子通道（twin-pore domain weakinward-rectifying K+ channel，TWIK）相关的酸敏感钾通道（TWIK-related acid-sensitive K，TASK）可能起着重要作用。TASK属于双孔四次跨膜钾通道，此通道蛋白在肾上腺表达。在分泌醛固酮的肾上腺皮质球状带细胞上，TASK1和TASK3可形成同源或异源裂隙通道，通过产生背景钾电流而维持肾上腺皮质球状带细胞膜内负电压。TASK通道是肾上腺皮质球状带细胞内重要的钾离子通道，在超级化低电压状态下可限制醛固酮的分泌。动物实验研究表明敲除钾通道TASK1和TASK3双基因的小鼠，其肾上腺皮质球状带细胞膜出现20毫伏除极膜电位，引起醛固酮分泌增多，从而出现类似特发性醛固酮增多症的表型特征。敲除TASK1和TASK3双基因的小鼠还具有高血压、低肾素、高尿醛固酮排泄、高醛固酮／肾素活性比率等表现，且升高的醛固酮不能被盐水负荷试验抑制，显示出醛固酮自主分泌的特点。这些研究均提示钾离子通道的结构功能异常可能导致原醛症的发生。

　　（二）KCNJ5基因变异在原醛症发病中的作用

　　KCNJ5属于内向整流钾通道，其基因变异在原醛症发病中的作用尚未完全阐明。Choi等研究发现醛固酮腺瘤组织KCNJ5基因的两个变异G151R和L168R，位于离子选择器上或在其附近，可能通过改变肾上腺皮质球状带细胞膜离子通道的选择性，而引起钠离子的传导性增加，导致细胞膜除极，随后激活电压门控的钙离子通道，从而增加了细胞内钙离子浓度，进而促进了醛固酮的分泌。另有研究表明KCNJ5基因G151E变异对细胞膜功能的影响更加明显，与G151R变异相比，G151E使钠离子传导更加容易，由于钠离子内流的迅速增加，导致细胞死亡，这可能是防止肾上腺细胞增生或增殖形成肿块的原因。近年McCoy等研究显示碱基缺失变异delI157破坏了KCNJ5孔道结构域周围的盐桥，此盐桥是决定离子通道选择性的控制结构，盐桥的破坏导致钾离子通道对离子的选择性降低，从而使钠离子内流增加，进而激活电压门控的钙离子通道，最终促进醛固酮的分泌。新近发现的错义突变R52H、E246K和E282Q远离离子选择器，同样可以改变离子选择性，但其机制尚不清楚。

四、展 望

　　近几年对原醛症的分子遗传学机制的研究取得了重大的进展，尤其是KCNJ5基因突变的发现对醛固酮腺瘤发病机制的阐明具有重要意义。但不同的KCNJ5基因变异在醛固酮腺瘤和家族性高醛固酮血症的发病中的作用不尽相同，其确切作用机制尚需进一步阐明。另外，对于发病率较高的原醛症亚型即特发性醛固酮增多症的发病机制目前尚无定论，KCNJ5基因突变是否参与特发性醛固酮增多症的发病也需进一步研究。