足细胞和肾小球硬化

　　作者：桑素珍,沈惠风　　作者单位：上海交通大学医学院附属仁济医院 中医科，上海

　　【关键词】 足细胞;肾小球硬化;凋亡;脱落;增殖

　　足细胞是有着独特结构和功能的细胞，很容易受到各种因素的损伤，损伤后会导致足细胞数量的减少。近年来，足细胞数量的减少对肾小球硬化的作用受到了越来越多的关注，成为导致肾小球硬化的关键环节。现就导致足细胞数量减少的机制作一综述。

　　1 足细胞的结构和功能

　　足细胞即肾小球脏层上皮细胞，为高度分化的终末期细胞，位于肾小球基底膜的最外层，与有孔的内皮细胞层、肾小球基底膜(GBM)一同构成了肾小球的三层滤过屏障，以保证肾小球毛细血管壁的选择通透性。足细胞有着独特复杂的结构，根据结构和功能的不同，它可以分成三部分：细胞体、初级突起和次级突起，趾状的次级突起又叫足突(FP)。FP与FP犬牙交错形成了肾小球滤过屏障中一个非常重要的结构——拉链状的裂孔隔膜(SD)，SD对维持FP的完整性非常重要，同时也是防止蛋白质丢失的一个重要的屏障[1]。

　　足细胞具有多种功能，在正常情况下足细胞能够合成GBM成分、保持GBM的正常形态， 调节超滤系数Kf、防止蛋白质丢失，对抗肾小球毛细血管静水压、稳定肾小球毛细血管网，是维持肾小球滤过屏障结构和功能正常的主要细胞之一[2];在疾病状态下，足细胞也是肾小球疾病炎症与非炎症损伤的靶位，大量的实验证据表明足细胞的损伤与肾脏疾病的进展具有密切的联系[3-6]。

　　2 足细胞损伤

　　由于足细胞结构和功能的特殊性，多种因素均可导致足细胞的损伤，包括针对足细胞膜抗原的抗原抗体反应(如膜性肾病)、血流动力学异常(如肾单位数量减少)、毒素与药物(如非类固醇类抗炎药、阿霉素)、补体激活、活性氧基团(ROS)、细胞因子、基因(如nephrin、α-actinin、CD2AP) 突变、大量蛋白尿、感染(如HIV)及代谢因素(如高血糖及高血脂)等。损伤的足细胞会发生一系列形态学的改变：FP消失，胞体缩小，假囊形成，细胞肥大，细胞质中溶酶体富集等等，这些改变最终导致足细胞从GBM上脱落[7]。又由于足细胞缺乏增殖，就使得单位肾小球足细胞的数目越来越少。当足细胞的数目减少超过20%时，肾小球硬化就发生了[8-9]。

　　3 足细胞数量和肾小球硬化

　　大量研究表明，单位肾小球中足细胞数目的减少在肾小球硬化的发展过程中发挥着十分重要的作用[10-13]。Pagtalunan等[10]观察发现II型糖尿病患者足细胞数量的减少与糖尿病肾病(DN)的早期观察指标——尿中的微量白蛋白密切相关，这是人类足细胞数量与肾小球硬化密切相关的最早研究之一。Kim等[11]在其进行的大鼠试验研究中发现，单次注射氨基核苷嘌呤霉素(PAN)可引起大鼠足细胞显著丢失，重复注射则加重足细胞的丢失，而且肾小球中足细胞丢失的部位即是肾小球发生硬化的部位，足细胞丢失越多，肾小球硬化的发展也越明显， Kriz等也在Masugi肾炎模型中证实了这一发现。Steffes等[12]、White等[13]在I型糖尿病的研究中也得出了类似结论。当足细胞的丢失超过其增生能力时，剩余的足细胞不能完全覆盖肾小球基底膜的表面，造成足细胞脱落位点GBM 的裸露，裸露区域毛细血管袢的张力与静水压的平衡被打乱，毛细血管袢在静水压的作用下逐渐膨胀，使得裸露的GBM与鲍曼囊的壁层直接接触并发生了黏连，导致肾小球毛细血管袢结构毁损，并出现继发性透明样物质的沉积，最后肾小球硬化形成[14]。由此可见，损伤后的足细胞数量减少在肾小球硬化的发生过程中起了关键性的作用。

　　4 足细胞数量减少的机制

　　多种应答机制可以导致足细胞数量的减少，包括凋亡、足细胞从GBM上脱落以及足细胞增殖能力的丧失[14]。

　　4.1 足细胞的凋亡 足细胞凋亡已被认为是肾脏疾病发展的一个十分重要的机制，其中转化生长因子-β1(TGF-β1)与成骨蛋白-7(BMP-7)对足细胞凋亡的调节作用十分重要;足细胞的多个结构分子也被发现因能够参与足细胞的信号传导而在足细胞的凋亡中具有一定作用。同时我们也可以注意到p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)/胱天蛋白酶-3(caspase-3)与PI3K(磷脂酰肌醇3-激酶)/AKT两条细胞信号传导通路在足细胞的凋亡中的作用不容忽视。

　　TGF-β1与BMP-7都是TGF-β超家族的成员，TGF-β1通过激活p38MAPK/caspase-3信号通路诱导了足细胞凋亡[15]，而BMP-7则通过与TGF-β1竞争足细胞膜上相应的受体激活PI3K/AKT信号通路而具有抗凋亡效应[16]。Schiffer等[15]在TGF-β1转基因小鼠模型中发现了足细胞凋亡、足细胞数量减少和肾小球硬化，并发现TGF-β1还可以通过Smad7信号通路诱导足细胞凋亡，其机制是抑制核因子-κB(NF-κB)由胞质进入核内，并放大TGF-β1通过p38MAPK/caspase-3诱导的足细胞凋亡效应。Pe-ters等[16]的新研究发现IGFBP-3(insulin-like growth factor binding protein 3)是一个新的足细胞凋亡与存活信号调节分子，它通过对TGF-β1/BMP-7的调节发挥对足细胞的作用，当IGFBP-3与TGF-β1共表达时，增加了TGF-β1诱导的p38MAPK的表达而促进了凋亡，当与BMP-7共表达时则增加了BMP-7诱导的PI3K/AKT信号通路的抗凋亡效应;此外IGFBP-3也能通过诱导Smad磷酸化或是改变足细胞的细胞骨架而单独诱导足细胞凋亡。由此可见TGF-β1/BMP-7的平衡对于足细胞的存活至关重要。

　　足细胞的结构分子在足细胞凋亡中的作用，近几年也有许多重要的发现。 Jung等[17]的研究表明一种位于足细胞胞浆中的联接整合素(interin)与细胞骨架的三分子复合物PIP(PINCH-1-Integrin-Linked Kinase-α-Parvin)在TGF-β1诱导的足细胞凋亡中发挥了一定的作用。TGF-β1通过调节此复合物中α-parvin的磷酸化抑制了其形成，进而激活了p38MAPK，足细胞发生了凋亡。CD2AP(CD2-associated protein)是位于足细胞内的SD蛋白，能够通过激活抗凋亡的PI3K/AKT信号通路，选择性地抑制TGF-β1通过p38MAPK诱导的足细胞凋亡，因此CD2AP 缺陷小鼠TGF-β1表达及足细胞的凋亡增加[18]。最近又有研究发现，在实验性肾小球肾炎损伤的足细胞中，SD结构分子dendric转移到了核中，足细胞发生了凋亡。TGF-β能够剂量依赖性地促进dendric的核转移;而dendric反过来又能促进TGF-β诱导的足细胞凋亡。由此可见，dendric作为具有促凋亡性质的SD分子在受损足细胞的核中聚集，为我们提供了预防和治疗肾小球硬化的一个新的靶目标[19]。

　　4.2 足细胞的脱落 足细胞从其附着的GBM上脱落对于足细胞数量的减少和蛋白的丢失同样具有十分重要的作用。研究表明，周围环境的影响(细胞因子等)以及自身的缺陷(足细胞结构蛋白分子异常)都可能会使足细胞对GBM的黏附减弱而发生脱落，导致数目减少。Asanuma等[20]研究认为bFGF、TGF-β1和PDGF 等生长因子可以导致局部蛋白酶(组织蛋白酶L和MMPs等)及其抑制剂的分泌不平衡，蛋白水解活性增加，GBM退化，足细胞和基底膜连接被损害，足细胞从GBM脱落，这是周围环境因素使得足细胞对GBM的黏附减弱的研究发现。下面主要探讨足细胞自身缺陷对其脱落的影响，近几年的研究主要集中在这一方面。

　　α3β1 integrin被认为与足细胞表达减少和足细胞的脱落有关。α3β1 integrin是足细胞表面一个关键的黏附分子，对于足细胞形态的维持和在GBM表面的附着具有十分重要的作用，其缺乏将会导致足细胞对GBM的黏附减弱而发生脱落[21]，足细胞数量减少。

　　Integrin-linked-kinase(ILK)也是一与足细胞脱落有关的蛋白分子，位于足细胞胞内，属于丝氨酸或苏氨酸激酶，与β1-integrin的胞质区相互作用，在足细胞与胞外基质的黏附中发挥调节作用。在以蛋白尿为主要表现的肾脏疾病中ILK作为细胞基质信号分子被激活，其过度表达导致了细胞非贴壁生长的增加及细胞外基质黏附的减弱，足细胞脱落增加。同时多个研究发现，integrinβ1-ILK级联反应与肾脏疾病之间的密切联系，或许会成为治疗肾脏疾病的新的靶目标[22]。

　　近来的研究表明，α-actinin-4与integrin共同作用维持了足细胞与GBM的黏附，保证了肾小球结构的稳定，防止了疾病的发生。因此在α-actinin-4缺陷小鼠尿中出现了足细胞的标记物，单位肾小球足细胞数目减少;同时在体外，来源于α-actinin-4缺陷小鼠的足细胞对于GBM的黏附减弱，在增加的切应力的条件下其丢失也更显著[23]。

　　4.3 足细胞增值能力的缺失 足细胞是一高度分化的细胞，其数量的减少也与细胞受到损伤后增殖能力缺失有关。在细胞周期中，足细胞受到正性调节因子(细胞周期调节蛋白、细胞周期调节蛋白激酶)和负性调节因子(细胞周期调节蛋白激酶抑制剂)的双重调控，两者的平衡决定了细胞是增殖还是静止。在肾脏发育的S期，足细胞进入细胞周期并因此表达增殖性标记物，包括增殖性细胞核抗原(PCNA)、Ki-67、DNA合成所需的细胞周期调节蛋白(cyclin)A及有丝分裂所需的cyclinB1和Cdc2，而细胞周期调节蛋白激酶抑制剂(CKIs) p27kip1和p57kip2的表达则是缺失的。而当足细胞发展到毛细血管袢阶段时，有丝分裂停止，细胞骨架重排，cyclin和CDKs的表达下调，而p27kip1和p57kip2的表达上调，细胞退出细胞周期，停止增殖，以形成足细胞的终末期分化状态和静止表型。有研究[25]表明足细胞缺乏增值可部分地归因于CKIs 的增加：首先，Cip/Kip家族CKIs中的p21Cip1、p27kip1和p57kip2通过抑制G1和S期中cyclin-CDK复合物的形成，阻滞细胞周期，抑制细胞增生;其次，CKIs还会引起细胞核分裂而胞浆不发生相应分裂，使得足细胞在DNA 的合成过程中产生大量的多倍体，而细胞数目却没有增加。已有报道不少慢性肾脏疾病可诱发CKIs高表达[24]，也有报道在实验性膜性肾病中可以见到足细胞多倍体。

　　此外，在肾脏疾病中，DNA合成障碍也是足细胞缺乏增殖的一个原因。在研究较多的实验性膜性肾病中，有丝分裂所需的cyclinB-Cdc2虽然也是增加的，但足细胞却没有发生增殖，原因是亚溶性的C5b-9攻击足细胞，使得足细胞肿瘤抑制因子p53、p21Cip1及检测点激酶1、2(check-point kinase-1、2) 表达增加，阻断了足细胞由G2期进入M期，DNA 损伤使足细胞失去增殖能力。总之，不管是免疫还是非免疫介导的肾脏疾病，也不管是体内实验还是体外实验，DNA损伤都会导致抑制性检测点途径的激活，细胞周期停止或是延迟，使得足细胞不能发生增殖[25]。

　　5 结语

　　足细胞数量的减少对于肾小球硬化的进展发挥关键作用已成为不争的事实，近年来随着分子生物学的进展，足细胞结构分子作为信号传导分子在足细胞数量减少中的作用已受到越来越多的重视，今后的研究必定会更多地关注这一方面，以寻找阻遏足细胞数量减少的作用靶点，来减缓甚至阻止肾小球硬化的进展。

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