文摘
众所周知,大脑肾素-血管紧张素系统(RAS)在高血压的发展中扮演着重要的角色,主要通过自主活动和抗利尿激素释放的调制。然而,大脑如何综合血管紧张素II (Ang)一直是一个争论了几十年,很大程度上是由于低肾素活性。本文首先描述了vasoconstrictive手臂的表达在大脑中RAS组件以及它们的生理和病理生理意义。然后关注(pro)肾素受体(PRR),一种新发现的RAS组件在大脑中有一个高水平。我们审查的角色prorenin PRR周边器官和强调大脑PRR参与高血压的发病机理。未来的某个角度PRR研究高度对新颖的治疗目标治疗高血压和其他心血管疾病。
1。介绍
肾素-血管紧张素系统(RAS)中发挥着重要作用的生理和病理生理调节血压(BP)和心血管功能。肾素,RAS的病原反应酶,是一百多年前由Tigerstedt[发现1]。血管紧张肽原(AGT)是通过肾素血管紧张素(Ang)我裂解,释放肾小球旁体。然后和我进一步转化为八肽,Ang II,血管紧张素转换酶(ACE)。Angⅱ是这个系统的主要效应肽。通过绑定Angⅱ1型受体(AT1R)和II刺激血管收缩和甾类激素的分泌,醛固酮,调节水钠重吸收和保留(2]。除了经典的内分泌RAS,当地各组织RAS已被确认与内分泌RAS (3- - - - - -6]。
存在的第一个证据大脑RAS证明了Brickerton和巴克利7)表明,Angⅱ管理进入大脑BP的增加引起的。现在接受了,RAS固有的大脑和病理生理过程中发挥着不可或缺的作用调节心血管功能(8,9]。大脑的活动拉通过影响自主神经系统,压力反射敏感性,血管加压素(AVP)释放,渴望和盐食欲(10- - - - - -13]。大脑和二世也通过AT1R充当神经肽在心血管增加神经元的兴奋性监管中心下丘脑和脑干(14,15]。慢性中央注入和II引发动脉压的增加和增强心脏交感神经传入的敏感性通过AT1R反射(16]。人类肾素和AGT双重转基因小鼠表现出Ang II-dependent高血压,可减毒通过avon拮抗剂显示大脑RAS和AVP在高血压之间的交互17,18]。
尽管大量的证据支持的重要性和II行动在大脑中,猜想仍然Angⅱ形式如何在大脑,因为大脑肾素活性检测不到使用目前可用的方法(19,20.]。Prorenin被公认为肾素的前体,但非常低的angiotensinogenase活动(21]。有趣的是,我们最近报道的存在prorenin蛋白在脑组织和大脑prorenin水平高出十倍与肾素水平(22]。(pro)肾素受体(PRR)是一种新发现的RAS的组件可以通过绑定到肾素促进Angⅱ形成或prorenin [23]。这个及时的发现可能揭示一个可能的途径和二世形成血脑屏障背后的大脑区域。我们的论文关注大脑RAS的影响心血管功能的规定特别强调最近的证据关于大脑的角色PRR BP和心血管调节体内平衡。
2。大脑拉
大部分脑区分开的循环血脑屏障是不透水Angⅱ(24]。因此,Ang II需要生成本地或通过transcytosis机制(25)与受体位于神经元和星形胶质细胞的中枢神经系统(CNS)。遗传和药理研究证明了大脑的内在存在RAS组件(8,9]。此外,大脑RAS的病理生理意义是由观察大脑中的RAS活动增加心血管的监管领域的高血压动物模型(26,27]。
3所示。肾素
肾素的病原反应酶的形成和i Renin-like酶活性在大脑被首次报道Ganten et al。28]。然而,隔离检测活性肾素从大脑几十年来一直不成功后发现(29日]。虽然大脑包含大量的酶,如组织蛋白酶(30.]和tonin [31日),也可以从AGT生成和多肽,这些替代酶通路的相关性和二代在大脑仍然是难以捉摸的32]。最直接的证据支持在大脑中肾素基因表达来自西格蒙德博士的研究小组(33)利用一个增强型绿色荧光蛋白(eGFP)基因作为肾素表达的记者。他们发现肾素启动子活性神经元的小脑、海马和心血管等监管地区吻侧腹外侧的髓质(RVLM) subfornical机关(SFO),下丘脑室旁核(PVN)和视上核(儿子)。这个小组还发现了两种不同形式的肾素在大脑中,细胞内(icRenin)和秘密(sRenin)肾素,来自两个不同的肾素成绩单(34]。icRenin的相关性尚不清楚。这个肾素是一种截断的prorenin缺乏prosegment的前三分之一,这仍然是细胞,而sRenin秘密细胞外空间。由于缺乏机械裂开prorenin大脑中肾素(35),大脑中的sRenin可能是prorenin。尽管真正的肾素活性存在于一个有限的水平在大脑中,胰蛋白酶或酸治疗大脑提取显示,肾素活性显著增加。此外,肾素的活性形式已成功分离出大脑可以被胰蛋白酶激活和抑制antirenin抗体在体外(36]。这种活动形式的肾素可能是大脑中renin-like活动的主要来源。肾素的药理研究提供了强有力的支持大脑的信号。例如,尽管很难直接测量,脑组织中肾素活性,intracerebroventricular (ICV)注入的肾素抑制剂,aliskiren,阻止同情多动症、高血压以及动脉压力反射功能达尔食盐过敏脱敏老鼠高盐饮食(37]。这些在活的有机体内研究提供支持的存在肾素或renin-like活动在大脑和它在高血压中的作用。
4所示。血管紧张肽原和王牌
在中枢神经系统,AGT合成的主要来源是星形神经胶质(38]。然而,AGT表达神经元也被发现在纯文化(39]。AGT蛋白及其在心血管成绩单已报告监管的大脑区域由不同的组织(40- - - - - -42]。转基因老鼠表达反义RNA对AGT mRNA在大脑中具体表现出降低BP,多尿症,降低血浆AVP (43]表明AGT合成在大脑和英国石油公司监管中扮演着重要的角色。
ACE是一种锌metalloprotease水解的羧基末端二肽His-Leu和我形成Angⅱ。密度高的王牌是可视化在脉络丛,旧金山,尾状核,大量黑人通过放射自显影法(44]。ACE活动存在于renin-containing神经元的突触体表明intraneuronal合成和我和突触体Angⅱ是可能的45]。ICV交付人类ACE基因的交感神经活动增加,英国石油(BP)和心率都伴随着增加和二世和AVP生产。这些影响被ICV政府废除的ACE抑制剂暗示大脑ACE Angⅱ形成的重要性(26]。
5。血管紧张素ⅱ和血管紧张素ⅱ1型受体
Angⅱ是介导的行为主要由七个跨膜域受体被指定为AT1R Gq-protein耦合。AT1R的影响是由多个细胞内信号通路,从蛋白和磷脂酶激活,其次是增加细胞内肌醇联结和钙,导致血管收缩,细胞增殖、纤维化(46,47]。AT1R是垂体前叶局部密度高,面积postrema,外侧膝状体、下橄榄核,正中隆起,孤束核(nt)、第三脑室前腹侧区域,PVN,儿子,SFO [48]。AT1R表达水平受到严格监管的心血管状态和Angⅱ水平。更高水平的AT1R被发现在自发性高血压大鼠的下丘脑(月)和英国严重欺诈办公室,PVN和nt动物慢性心脏衰竭(27,49]。其他人表明慢性Ang II注入移植AT1R mRNA和蛋白水平在PVN和anglo american通过激活细胞内增殖蛋白激酶(MAPK)信号通路50]。本构AT1R过度RVLM星形神经胶质的增加导致了慢性BP表明AT1受体活动增加的主要决定因素传出车程RVLM [51]。尽管Angⅱ是一个小八肽,它不能透过血脑屏障和blood-cerebrospinal流体屏障24,52]。然而,Angⅱ免疫反应性被发现在magnocellular和parvocellular神经元的细胞体PVN和magnocellular神经元的儿子(53)和《II-stained纤维已发现各级中枢神经系统,从嗅觉灯泡到脊髓。此外,大脑和二世在双边进行肾切除手术内容显著增加大鼠尽管分崩离析等离子体和二世到非常低的水平(54]。证据表明,大脑的身体和II是合成本地和周边Angⅱ可以独立调节。
6。Prorenin
肾素的前体,Prorenin裂解移除其活性形式的43个氨基酸prosegment [21]。而肾球旁细胞构成的最重要来源循环肾素(55),许多extrarenal组织包括肾上腺、卵巢、睾丸,胎盘,视网膜产生prorenin [56]。这也解释了这一发现,等离子体prorenin级别是10倍高于肾素(57]。然而,prorenin酶活性很低的等离子体。只有百分之二的prorenin存在“开放形式”,的prosegment prorenin发生构象变化和暴露了酶的活性部位58]。这个过程也称为nonproteolytic prorenin激活。prorenin non-proteolytic激活的作用仍有争议的由于有争议的表现型prorenin转基因动物模型。肝脏特异性转基因老鼠在400倍增加循环prorenin表现出严重的肾损伤和肥厚性心肌细胞正常的英国石油公司(59]。相比之下,转基因动物与诱导或本构prorenin的过度表达,尽管表达13 - 179循环prorenin折叠高,没有显示心脏或肾脏损害。然而,他们也发展适度Angⅱ依赖高血压、自英国石油公司减少血管紧张素转化酶抑制剂(60,61年]。的原因的存在不同的表型prorenin转基因动物模型尚不清楚,但可能是由于等离子体的水平的差异prorenin或物种。尽管美居酒店等。61年]表明,Ang二世在英国石油公司负责增加prorenin转基因老鼠;高血浆prorenin水平呈现在他的研究中可能不存在在生理或病理生理状态62年]。Angⅱ水银的模型的形成可能是由于百分之二的活动“开放形式”prorenin在等离子体63年]。然而,在所有的三个模型,增加循环和肝脏prorenin水平是有限的。因此,本地或组织prorenin心血管调节的作用仍不确定。
7所示。(Pro)肾素受体
在2002年,一个新的组件的RAS被确认在人类的系膜细胞和命名(pro)肾素受体(PRR)因为PRR结合肾素和prorenin [23]。PRR基因是相同的腺苷三磷酸酶6附属实验研究(ATP6AP2)和位于X染色体。PRR基因编码一个350 -氨基acidand无所不在地表达一个跨膜蛋白有一个很大的氨基端细胞外域结合肾素和与亲和力prorenin摩尔范围(64年,65年]。免疫荧光共焦显微镜观察到证明PRR位于细胞表面,以及细胞内的隔间尤其是在细胞核周围的空间(22,23,66年]。在体外绑定的研究表明,prorenin结合PRR亲和力高于肾素3 - 4倍,表明prorenin是PRR优先配体与肾素(64年,65年]。肾素的绑定PRR酶活性增加5倍高于nonreceptor-bound肾素(23]。绑定的prorenin PRR诱发构象变化;删除prosegment催化裂和活跃的站点访问AGT导致全面nonproteolytic激活prorenin [23]。有趣的是,这种现象是可逆的和prorenin筛选了受体恢复其活性形式。肾素的绑定PRR是独立的活性部位和receptor-bound肾素或prorenin不是内化或退化64年,67年]。因此,发现PRR阐明prorenin nonproteolytic激活的另一种途径。尽管细胞内的形成和作用和二世之前已经报道过(68年,69年),有一个缺乏关注细胞内是否PRR和prorenin导致胞内Angⅱ形成。很可能在组织缺乏一种机制来打通prorenin肾素,通过绑定激活prorenin PRR可能导致细胞内Angⅱ形成。几个在体外研究已经完成评估prorenin形成的能力和通过绑定到PRR II。摩尔浓度范围,远高于循环水平在生理条件下,prorenin PRR和展品结合酶活性与肾素(64年]。此外,最近的一次在体外研究表明,PRR激活prorenin生成和二世需要高出800倍prorenin浓度超过正常血浆水平;盎II-independent激活需要一个更高prorenin浓度(70年]。结合这些观察,prorenin可能主要在组织细胞或细胞,其浓度足够高的激活和II-dependent或独立的信号(70年]。
转基因老鼠与人类PRR表达式在血管平滑肌细胞已被证明出现高血压和血浆醛固酮增加6个月,建议PRR的病理作用提高英国石油公司(71年]。本研究推测,BP的增加可能是由于在这些大鼠血浆醛固酮水平增加,但增加醛固酮是否取决于Ang二世被作者没有直接测试。在另一个转基因模型中,无处不在的表达人类PRR老鼠导致蛋白尿、肾小球硬化症,MAPK激活,cyclooxygenase-2 upregulation。这些老鼠表现出正常的英国石油(BP)和肾RAS活动建议和二世独立肾病(72年]。前一个在体外研究表明,老鼠prorenin /肾素能够激活人类PRR [65年]。这些转基因小鼠的表型可能是由于人类PRR转基因的激活内源性鼠prorenin /肾素。的表型差异的原因这两个模型是不清楚,但可以归因于组织目标市场选择战略的差异。然而,这些研究清楚地表明,病理变化中看到这些模型可能是由于non-RAS依赖PRR而不是RAS相关的影响。此外,绑定的肾素或prorenin PRR直接触发细胞内在几个细胞MAPK信号级联,而上调profibrotic基因的表达,如纤溶酶原激活物抑制剂1 (PAI)类型,胶原、纤连蛋白(73年- - - - - -75年]。尽管Angⅱ1型和2型受体封锁,肾素或prorenin仍能产生持久的ERK 1/2被绑定到PRR磷酸化,并没有被aliskiren。由于aliskiren是肾素抑制剂并阻断肾素血管紧张肽原的分解,但不影响肾素的绑定PRR和PRR介导的信号很明显,PRR介导RAS独立信号通路(73年]。
全球PRR基因敲除小鼠是致命的指示PRR在胚胎发育的一个重要的角色76年]。最近,几个组织特定PRR基因敲除小鼠模型生成;(77年- - - - - -79年这些在活的有机体内研究提供额外的洞察力PRR独立的RAS激活功能。PRR基因敲除小鼠的心肌细胞导致心脏衰竭和死亡后4周内出生后伴随着脱氧胞内囊泡(77年]。这一结果也在与PRR删除小鼠足细胞(78年,79年]。在这两种情况下,相关的缺陷似乎无法酸化细胞内的隔间和vATPase的障碍,建议PRR效应与RAS无关在活的有机体内。此外,PRR函数之间的生理适配器vATPase和Wnt受体(80年]。Wnt通过绑定到它的受体,低密度脂蛋白受体相关蛋白6 (LRP6),诱导受体聚合和LRP6的磷酸化,从而导致的稳定β连环蛋白。Wnt /β连环蛋白信号是基本正常的胚胎。然而在成人,Wnt信号参与细胞增殖和组织内稳态,涉及某些病态,如癌症和糖尿病。利用全基因组小抑制RNA (siRNA)屏幕,Cruciat et al。80年]认为PRR Wnt受体复合体的一部分,作为一个特定的适配器LRP6与vATPase PRR和vATPase介导Wnt信号在前后的非洲爪蟾蜍早期中枢神经系统发展的模式。
8。PRR在中枢神经系统
PRR基因的突变,导致帧删除与x染色体相关的外显子4是精神发育迟滞和癫痫指着PRR在中枢神经系统的一个重要的角色81年]。PRR mRNA广泛表达于人类大脑的不同区域表达水平最高的垂体和额叶(82年]。疣状显示,PRR与催产素和AVP magnocellular神经元的PVN和儿子表明PRR可能与中央控制纠正体内平衡和英国石油公司(82年]。同样,PRR mRNA的广泛分布在老鼠大脑的关键区域参与了BP和体液调节体内平衡(83年]。此外,PRR蛋白质表达整个大脑心血管地区包括英国严重欺诈办公室,PVN,中缝核pallidus, nt, RVLM以及noncardiovascular监管区域(22]。免疫荧光染色PRR、特异性神经元核蛋白质(NeuN,神经元标记)和胶质原纤维酸性蛋白(GFAP、星形神经胶质标记)透露,PRR表达在星形神经胶质,但突出的表达在神经元(图1)。神经细胞从正常血压大鼠大脑的下丘脑和脑干表达PRR水平三倍高于在astroglial细胞从相同的大脑区域66年]。此外,PRR信使rna和蛋白质含量增加脑心血管高血压动物监管地区(22,84年]。击倒的PRR儿子与高血压和减少血浆AVP的衰减在月84年]。我们最近报道,PRR击倒在大脑中减毒和II-dependent高血压在人类肾素和AGT双重转基因小鼠22]。这种效应与AVP水平降低,同情的语气,和改善压力反射敏感性表明PRR自主调节高血压的作用。然而,是否通过AngⅱPRR BP和心血管调节体内平衡依赖或独立通路仍不确定。
山等。84年]表明coincubation孤立的神经元诱发人类prorenin和AGT的剂量和时间增加和I和II形成指示的能力prorenin生成血管紧张素肽神经元可能通过绑定PRR。地址是否PRR介导和二世在中枢神经系统,形成我们实验室最近在人类肾素和AGT Angⅱ水平测量双转基因小鼠后使用PRR短发卡RNA brain-targeted PRR击倒;Angⅱ水平明显下降后PRR击倒在下丘脑(图2)和相关的水平减少PRR水平在这一地区,先前报道(22]。这些数据表明,在高血压、PRR可能在中枢神经系统参与Angⅱ形成。我们最近也报道,prorenin蛋白质存在于小鼠大脑组织,及其表达水平高于肾素是10倍。的事实(1)有丰富的PRR表达式在大脑中,(2)prorenin存在于大脑尽管极低肾素活性,和(3)操纵PRR调节Angⅱ水平;我们建议绑定prorenin PRR可能发起的病原反应步骤在中枢神经系统血管紧张素肽的形成。把降低的限制假设是PRR也为vATPase充当辅助蛋白质,这是重要的水泡酸化,神经元细胞的一个重要功能。虽然在Angⅱ形成vATPase的作用尚未报道,很难区分PRR沉默的影响RAS-related prorenin失活和vATPase功能障碍。到目前为止,RAS PRR独立信号通路的作用在中枢神经系统仍是未知的。
9。结论和观点
新兴的证据支持这样的观点:大脑RAS信号为高血压的发展作出贡献。这些信号的中断是有利于英国石油的控制高血压。RAS存在于大脑的所有组件,但肾素水平极低。Prorenin和PRR可能缺失的拼图的大脑的RAS因为Prorenin授予PRR nonproteolytic激活当绑定。虽然需要进一步的研究来测试这个假说,证据支持这种情况下包括:(1)的主要形式是prorenin总肾素(prorenin和肾素)在大脑中,(2)PRR是中枢神经系统中高度表达,(3)大脑PRR表达水平增加几个高血压动物模型,(4)击倒的PRR下丘脑与减少Angⅱ形成在该地区高血压,和(5)减少PRR表达水平与降低BP在Ang II-dependent高血压。相反,RAS-unrelated PRR函数通过vATPase酸化至关重要的细胞内的隔间,可能是重要的自主功能的调制自vATPase负责神经元的神经递质运输和储存囊泡(85年]。我们得出这样的结论:PRR组织RAS可能是一个重要的组成部分,至少在中枢神经系统。另一方面,RAS-unrelated PRR函数在中枢神经系统需要进一步调查。因此,针对PRR可以是创新,高血压治疗的新策略。理解PRR高血压模型的生理和病理生理作用会推动这种可能性。因为PRR在胚胎发育中扮演着重要的角色,一代PRR拮抗剂或诱导组织PRR基因敲除动物模型研究的理想工具PRR成人疾病模型的作用。
资金
美国心脏协会支持的工作是国家中心(11 sdg4880005) y峰。
确认
作者感谢南希·b·Busija出版者的摘要和鼠标表现型核心杜兰高血压卓越中心的支持本研究。