WNK1与原发性高血压相关性研究进展

The Progress in the Study of the Correlation between the WNK1 Gene and Primary Hypertension

摘要: WNK1是WNK家族中第一个被发现的成员，WNK1有多个转录起始位点，在不同的组织有不同的转录产物。进一步的研究发现，WNK1基因1号内含子大片段缺失可导致Gordon综合征。WNK1是肾脏中多个离子转运体和通道的调控蛋白，在维持肾脏钾钠氯离子平衡以及血压调控中起非常重要的作用，因此，WNK1基因被认为是原发性高血压的致病候选基因，并且WNK1的基因多态性可能与普通人群患原发性高血压的遗传易感性相关。本文综述了WNK1的来源、结构与功能，从不同层次阐述了WNK1与原发性高血压的相关性，目的在于指导降压药的临床用药方案及预测其药效。

Abstract: WNK1 was the first member found in WNK family; it has multiple transcription start sites and dif-ferent transcription products in different tissues. Further researches found that the deletion of Intein-1 in WNK1 gene can lead to Gordon syndrome. WNK1 is a regulatory protein of the renal iron transporters and channels, and plays a very important role in maintaining renal potassium, sodium and chlorine ions balance as well as the regulation of blood pressure, so the WNK1 gene is considered a key genes for essential hypertension. In addition, the WNK1 gene polymorphism may be linked to the susceptibility of the essential hypertension in general population. This review shows the source, structure and function of the WNK1, and investigates the correlation between primary hypertension and WNK1 aimed at guiding anti-hypertensive drugs clinical drug regiments and forecasts.

1. 引言

高血压是心脑血管疾病危险的致病因素，而原发性高血压是许多发达及发展中国家居民病亡的主要原因之一，已成为世界性公共卫生问题，其发病是遗传与环境因素共同作用的结果，研究原发性高血压与其致病基因之间的相关性，对该病病因的寻求及发病机制探索具有十分重要的意义。

WNK家族是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，因其激酶结构域第2亚单位上缺乏其他激酶所具有的用来结合ATP的赖氨酸残基而得名。研究发现WNK家族共有4个成员，分别是WNK1、WNK2、WNK3和WNK4，所有成员均由氨基端结构域、高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域、自抑制结构域和至少两个螺旋-螺旋结构域组成[1] 。其中，WNK1和WNK4是一种少见的以高血压、高血钾、代谢性酸中毒为主要临床表现的常染色体显性遗传病Gordon综合征的致病基因。此外，研究也发现WNK激酶能够调节肾小管多种离子转运蛋白和离子通道，以维持电解质平衡[2] 。近年来，探索WNK基因与高血压的相关性日益受到关注，研究二者之间的相关性可为阐明高血压发病机制及为寻找高血压治疗新靶点提供理论基础，因此，本文就WNK1基因与高血压的相关性研究进展作一综述。

2. WNK1结构和表达

WNK1是WNK家族中第一个被发现的成员，是科研学者在从大鼠脑cDNA文库中筛选MEK激酶家族新成员时发现。人WNK1 基因位于12p13.3，基因全长为150 kb，由28个外显子组合，具有多个转录起始点，且在不同组织有不同的转录产物。研究显示该基因广泛表达于人的多种组织中[3] ，主要有2个转录本，一个为全长转录本(full-length WNK1, L-WNK1)，约12 kb，于骨骼肌和心脏组织表达较高；另外一个为短转录本，约10 kb，较高表达于肾脏，由于其缺失了第1~4外显子，且增加了一个长约90 bp的E4a外显子，因此该转录本的蛋白产物没有完整的激酶结构域，也被称为肾特异性WNK1(kidneyspecific WNK1, KS-WNK1)。虽然L-WNK1在肾脏内的表达量明显低于KS-WNK1，但其在肾脏组织表达的依然很广泛，KS-WNK1主要表达于远曲小管(distal convoluted tubule, DCT)和连接小管(connecting tubule, CNT) [3] [4] 。Choate等通过免疫组化技术研究发现，WNK1在不同组织的定位也有所不同，在肾脏、结肠黏膜上皮和胆囊主要表达于细胞质，而在肝内胆管和胰管WNK1主要表达于侧边膜，此外，通过荧光原位杂交技术发现WNK1表达于肾脏DCT和集合管(collecting duct, CD)，而在肾脏之外，其主要表达于肝胆管腔壁、胰腺管壁、汗腺、结肠隐窝及膀胱壁等上皮组织中与氯离子转运相关的极性细胞，提示WNK1可能在调节上皮组织氯离子内流过程中起作用。

3. WNK1基因与原发性高血压相关性

3.1. WNK1基因与Gordon综合征

Gordon综合征，又称假性低醛固酮症(pseudohypoaldosteronism typeⅡ, PHAⅡ)，是一种少见的常染色体显性遗传病，表现为容量依赖性高血压，伴有高血钾和高氯性代谢性酸中毒而无任何肾小球异常[5] 。Gordon综合征症状与另一种遗传性肾小管疾病Gitelman综合征正好相反，二者为“镜像病”，后者已证实是分布于肾小管远曲小管的钠氯共转运子(sodium-chloride cotransporter，NCC)功能缺失所致。

Wilson等研究发现，WNK1基因1号内含子大片段缺失和WNK4基因激酶结构域下游一段高度保守区域错义突变可导致Gordon综合征，并将WNK1内含子缺失所导致者命名为PHA2C，将WNK4错义突变导致者称为PHA2B。此外，还有少数患者是由1号染色体q31~q42区域的突变所致，将其归类为PHA2A。同时，Golbang等研究发现[6] ，野生型WNK4能够降低NCC在肾小管上皮细胞膜表面的表达，并且抑制NCC的功能。而野生型WNK1对NCC没有直接作用，仅在WNK4存在的情况下，完全阻断WNK 4对NCC的作用[7] 。进一步研究发现，PHA2B是由WNK4基因的错义突变导致WNK4抑制NCC的作用减弱，导致NCC活性增加而致病；而PHA2C是由于WNK1的1号内含子的大片段缺失导致WNK1的mRNA水平大大增高，从而部分取消了WNK4对NCC的抑制，最终NCC活性增加而致病。

3.2. WNK1基因与离子转运

肾脏的离子转运体系在血压的调控中起着举足轻重的作用，通过各种离子通道蛋白、交换子和转运子的功能来调节体内水、电解质、酸碱平衡以及细胞外液容量，从而参与血压的调节，如，NCC和上皮细胞钠通道(epithelial sodium channel, ENaC)等。离子转运蛋白的改变常会引起血压的异常，一些离子转运蛋白的拮抗剂，如NCC的拮抗剂双氢克尿噻已经成为一线抗高血压药物。然而，研究显示[8] ，WNK家族成员是肾脏多个离子转运体及通道的调控蛋白，在维持肾脏钾钠氯离子平衡以及血压调控中起非常重要的作用。

3.2.1. WNK1基因与钠氯共转运子(sodium-chloride cotransporter, NCC)

WNK1被认为是肾脏调节钠平衡和稳定血压的关键因素。在肾脏中，WNK1表现为两种形式：KS-WNK1和L-WNK1。L-WNK1激活上皮细胞钠通道和NCC，因此激活钠的重吸收。KS-WNK1被认为通过显性负相作用抑制L-WNK1激酶的活性并且抑制其对NCC的效应。而且，WNK1可阻断WNK4对NCC的抑制作用[9] 。Subramanya等通过研究WNK1变异体L-WNK1、KS-WNK1对NCC及WNK4的调节作用发现，在L-WNK1阻断WNK4对NCC抑制的同时，KS-WNK1可通过与L-WNK1的相互作用消除L-WNK1对WNK4阻断作用，这对理解增加L-WNK1在PHAII患者中表达可增强NCC活性的机制具有非常重要的作用。如上所述，L-WNK1表达于多种上皮细胞和整个肾单位，而KS-WNK1主要表达于DCT和CNT。因此，O’Reilly等提出[10] ，在正常人体中，KS-WNK1/L-WNK1在DCT和CNT中的表达比值较高，KS-WNK1具有明显的表达优势，从而阻止L-WNK1对WNK4的抑制作用，使得WNK4能够有效地抑制NCC活性。然而，在PHAII患者中，由于WNK1基因1号内含子大片段缺失，导致L-WNK1表达增加，使得KS-WNK1/L-WNK1比值减少，因此，L-WNK1能够抑制WNK4的作用，从而增加NCC活性，增加DCT盐的重吸收，进而增加动脉压。而WNK1基因在小鼠中单倍剂量不足，WNK1 RNA表达减少50%，导致最高血压约下降12 mmHg。但当再获得WNK1功能后其血压便会升高。

3.2.2. WNK1基因与细胞钠钾通道

WNK1可以通过血清糖皮质激素激酶(serum glucocorticoid kinase, SGK)调节ENaC活性，WNK1可诱导SGK磷酸化，进而使Need4蛋白磷酸化并抑制其功能，而Need4蛋白可通过网格蛋白依赖机制促进ENaC胞吞从而使其活性减少[11] 。因此，WNK1能够增加ENaC活性。另一研究显示[12] ，KS-WNK1基因表达在醛固酮刺激后显著升高，并使ENaC介导钠离子转运增加，而L-WNK1表达无明显变化，表明KS-WNK1可能是醛固酮发挥保钠排钾生理功能的靶基因。

此外，WNK1基因也是维持钾平衡的调节者。KS-WNK1和L-WNK1在调节肾脏髓质外钾通道(renal outer medullar potassium channel, ROMK)活性方面也具有相互作用。L-WNK1通过抑制ROMK减少钾的排泄，而KS-KNK1抑制L-WNK1对ROKM的作用。此外，通过观察暴露在缺钾饮食中的大鼠发现，处理组大鼠中L-WNK1表达增加，而KS-WNK1表达减少，并且ROMK的活性也会由于钾离子分泌最大程度减少而降低。因此，当L-WNK1/KS-WNK1的比值大于1时，可通过ROMK降低钾排泄率。有趣的是，最近的动物研究显示摄入高钾可增加小鼠KS-WNK1的mRNA的表达和蛋白质含量[13] 。

这些发现显示WNK1基因可促进钠重吸收和钾的排泄，并且WNK1突变可导致血压对膳食中钠钾干预反应的变异。很多研究显示WNK1的突变与高血压和钠或钾的内环境平衡有关。Newhouse等从712个患有严重高血压家庭中检测出19个原发性高血压WNK1多态性位点，为WNK1的突变与严重高血压相关性提供了有力依据。另外，Tobin等通过大样本实验证明WNK1的rs880054等位点参与血压的变化[14] 。最近，Osada等对日本的大众人群进行研究，报道不仅rs880054，WNK1基因的rs956868和rs12828016等位点亦与血压变化有关，并且构建Na/K摄入比的单倍体，研究个体因饮食中钠钾摄入差异导致的血压变化可被WNK1基因的变异解释。

3.3. WNK1基因单核苷酸多态性和原发性高血压

高血压相关基因单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)的筛查及关联分析，是研究高血压候选基因及其功能的主要手段之一，在不同的人群中，SNPs的分布频率有差异，这些差异可以代表某一种族或人群间的遗传差异。因此，研究SNPs有助于解释个体的表型差异不同群体和个体对疾病特别是对复杂疾病的易感性。Tobin等研究显示[15] ，WNK1几个常见的SNPs和单倍型与普通人群动态血压的变化相关。Newhouse等研究发现，一个靠近WNK1启动子的SNP位点与高血压的严重程度具有相关性，并且提示WNK1表达增加可能提高原发性高血压的变异性和易感性。而来自刘洁琳等的研究[16] 提示，WNK1基因SNPs可能与左心室肥厚(left ventricular hypertrophy, LVH)的发生发展有关。WNK1是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)信号通路的上游激酶之一，可磷酸化并激活MAPK家族中的细胞外信号调节蛋白激酶5(extracellular signal-regulated kinase 5, ERK5)，而ERK5信号通路可能是心肌肥厚的调节通路之一，2010年，Kimura TE等研究[17] 发现ERK5在压力负荷诱导的心肌肥厚和β肾上腺素能受体激动剂诱导的心肌肥厚中具有重要作用，LVH是许多心血管疾病包括高血压、心肌梗死等的共有病理过程，是心血管各种并发症的独立危险因子。

3.4. WNK1基因SNPs与血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)及其他降压疗效的相关性

WNK1基因虽然不是ACEI类药物的靶基因，但有体外研究显示，血管紧张素II可减轻WNK4对肾脏远曲小管和集合管上NCC的抑制作用，使得NCC活性增加，导致水钠潴留[18] 。虽然目前尚无研究显示血管紧张素II也是WNK1的上游调节因子，但由于WNK1也是通过抑制WNK4的作用导致钠氯重吸收增加的，与血管紧张素的作用通路相同，此外ACEI除了抑制血管紧张素I向血管紧张素II的转化外，还会减少血管紧张素的促醛固酮分泌作用，而醛固酮也是通过WNKs参与NCC磷酸化的级联反应，导致水钠潴留的，因此推测WNK1基因SNPs与高血压患者对ACEI类药物降压反应的个体差异有关。WNK1基因SNPs导致不同患者对噻嗪类利尿剂引起的血压变化不同。而Han Y等的最新临床研究报道WNK1基因SNPs与噻嗪类利尿剂与血压的变化无明显关系，目前有待于进一步研究以明确WNK1基因SNPs与利尿剂对降压的影响[19] 。

综上，WNK1的SNPs可能预测不同个体对原发性高血压的遗传易感性和评价降压药物的药效反应。

4. 结语

高血压是一种多基因变异的疾病，研究高血压的相关基因不仅对于阐明高血压发病机制具有十分重要的理论意义，而且对高血压的诊断分型和防治亦具有巨大的应用价值。WNK1是肾脏中多个离子转运体和通道的调控蛋白，在维持肾脏钾钠氯离子平衡以及血压调控中起非常重要的作用，可能在原发性高血压的发病中亦具有重要作用。然而，WNK1在调节肾小管上皮细胞电解质转运中的作用机制尚未明确，WNK1基因的SNPs与原发性高血压的相关性仍有待进一步研究。总之，研究WNK1与高血压的相关性将有利于阐明原发性高血压病因及发病机制，指导降压药的临床用药方案及预测其药效，并为寻求高血压治疗新靶点提供理论基础。

NOTES

^*通讯作者。