足細胞和腎小球硬化

桑素珍，沈惠風

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院 中醫(yī)科，上海 200127）

足細胞是有著獨特結(jié)構(gòu)和功能的細胞，很容易受到各種因素的損傷，損傷后會導(dǎo)致足細胞數(shù)量的減少。近年來，足細胞數(shù)量的減少對腎小球硬化的作用受到了越來越多的關(guān)注，成為導(dǎo)致腎小球硬化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)就導(dǎo)致足細胞數(shù)量減少的機制作一綜述。

1 足細胞的結(jié)構(gòu)和功能

足細胞即腎小球臟層上皮細胞，為高度分化的終末期細胞，位于腎小球基底膜的最外層，與有孔的內(nèi)皮細胞層、腎小球基底膜（GBM）一同構(gòu)成了腎小球的三層濾過屏障，以保證腎小球毛細血管壁的選擇通透性。足細胞有著獨特復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同，它可以分成三部分：細胞體、初級突起和次級突起，趾狀的次級突起又叫足突(FP)。FP與FP犬牙交錯形成了腎小球濾過屏障中一個非常重要的結(jié)構(gòu)——拉鏈狀的裂孔隔膜（SD），SD對維持FP的完整性非常重要，同時也是防止蛋白質(zhì)丟失的一個重要的屏障[1]。

足細胞具有多種功能，在正常情況下足細胞能夠合成GBM成分、保持GBM的正常形態(tài)， 調(diào)節(jié)超濾系數(shù)Kf、防止蛋白質(zhì)丟失，對抗腎小球毛細血管靜水壓、穩(wěn)定腎小球毛細血管網(wǎng)，是維持腎小球濾過屏障結(jié)構(gòu)和功能正常的主要細胞之一[2]；在疾病狀態(tài)下，足細胞也是腎小球疾病炎癥與非炎癥損傷的靶位，大量的實驗證據(jù)表明足細胞的損傷與腎臟疾病的進展具有密切的聯(lián)系[3-6]。

2 足細胞損傷

由于足細胞結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，多種因素均可導(dǎo)致足細胞的損傷，包括針對足細胞膜抗原的抗原抗體反應(yīng)(如膜性腎病)、血流動力學(xué)異常(如腎單位數(shù)量減少)、毒素與藥物(如非類固醇類抗炎藥、阿霉素)、補體激活、活性氧基團(ROS)、細胞因子、基因(如nephrin、αactinin、CD2AP) 突變、大量蛋白尿、感染(如HIV)及代謝因素(如高血糖及高血脂)等。損傷的足細胞會發(fā)生一系列形態(tài)學(xué)的改變：FP消失，胞體縮小，假囊形成，細胞肥大，細胞質(zhì)中溶酶體富集等等，這些改變最終導(dǎo)致足細胞從GBM上脫落[7]。又由于足細胞缺乏增殖，就使得單位腎小球足細胞的數(shù)目越來越少。當足細胞的數(shù)目減少超過20%時，腎小球硬化就發(fā)生了[8-9]。

3 足細胞數(shù)量和腎小球硬化

大量研究表明，單位腎小球中足細胞數(shù)目的減少在腎小球硬化的發(fā)展過程中發(fā)揮著十分重要的作用[10-13]。Pagtalunan等[10]觀察發(fā)現(xiàn)II型糖尿病患者足細胞數(shù)量的減少與糖尿病腎?。―N）的早期觀察指標——尿中的微量白蛋白密切相關(guān)，這是人類足細胞數(shù)量與腎小球硬化密切相關(guān)的最早研究之一。Kim等[11]在其進行的大鼠試驗研究中發(fā)現(xiàn)，單次注射氨基核苷嘌呤霉素（PAN）可引起大鼠足細胞顯著丟失，重復(fù)注射則加重足細胞的丟失，而且腎小球中足細胞丟失的部位即是腎小球發(fā)生硬化的部位，足細胞丟失越多，腎小球硬化的發(fā)展也越明顯， Kriz等也在Masugi腎炎模型中證實了這一發(fā)現(xiàn)。Steffes等[12]、White等[13]在I型糖尿病的研究中也得出了類似結(jié)論。當足細胞的丟失超過其增生能力時，剩余的足細胞不能完全覆蓋腎小球基底膜的表面，造成足細胞脫落位點GBM 的裸露，裸露區(qū)域毛細血管袢的張力與靜水壓的平衡被打亂，毛細血管袢在靜水壓的作用下逐漸膨脹，使得裸露的GBM與鮑曼囊的壁層直接接觸并發(fā)生了黏連，導(dǎo)致腎小球毛細血管袢結(jié)構(gòu)毀損，并出現(xiàn)繼發(fā)性透明樣物質(zhì)的沉積，最后腎小球硬化形成[14]。由此可見，損傷后的足細胞數(shù)量減少在腎小球硬化的發(fā)生過程中起了關(guān)鍵性的作用。

4 足細胞數(shù)量減少的機制

多種應(yīng)答機制可以導(dǎo)致足細胞數(shù)量的減少，包括凋亡、足細胞從GBM上脫落以及足細胞增殖能力的喪失[14]。4.1 足細胞的凋亡 足細胞凋亡已被認為是腎臟疾病發(fā)展的一個十分重要的機制，其中轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）與成骨蛋白-7（BMP-7）對足細胞凋亡的調(diào)節(jié)作用十分重要；足細胞的多個結(jié)構(gòu)分子也被發(fā)現(xiàn)因能夠參與足細胞的信號傳導(dǎo)而在足細胞的凋亡中具有一定作用。同時我們也可以注意到p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）/胱天蛋白酶-3（caspase-3）與PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶）/AKT兩條細胞信號傳導(dǎo)通路在足細胞的凋亡中的作用不容忽視。

TGF-β1與BMP-7都是TGF-β超家族的成員，TGF-β1通過激活p38MAPK/caspase-3信號通路誘導(dǎo)了足細胞凋亡[15]，而BMP-7則通過與TGF-β1競爭足細胞膜上相應(yīng)的受體激活PI3K/AKT信號通路而具有抗凋亡效應(yīng)[16]。Schiffer等[15]在TGF-β1轉(zhuǎn)基因小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了足細胞凋亡、足細胞數(shù)量減少和腎小球硬化，并發(fā)現(xiàn)TGF-β1還可以通過Smad7信號通路誘導(dǎo)足細胞凋亡，其機制是抑制核因子-κB（NF-κB）由胞質(zhì)進入核內(nèi)，并放大TGF-β1通過p38MAPK/caspase-3誘導(dǎo)的足細胞凋亡效應(yīng)。Peters等[16]的新研究發(fā)現(xiàn)IGFBP-3（insulin-like growth factor binding protein 3）是一個新的足細胞凋亡與存活信號調(diào)節(jié)分子，它通過對TGF-β1/BMP-7的調(diào)節(jié)發(fā)揮對足細胞的作用，當IGFBP-3與TGF-β1共表達時，增加了TGF-β1誘導(dǎo)的p38MAPK的表達而促進了凋亡，當與BMP-7共表達時則增加了BMP-7誘導(dǎo)的PI3K/AKT信號通路的抗凋亡效應(yīng)；此外IGFBP-3也能通過誘導(dǎo)Smad磷酸化或是改變足細胞的細胞骨架而單獨誘導(dǎo)足細胞凋亡。由此可見TGF-β1/BMP-7的平衡對于足細胞的存活至關(guān)重要。

足細胞的結(jié)構(gòu)分子在足細胞凋亡中的作用，近幾年也有許多重要的發(fā)現(xiàn)。 Jung等[17]的研究表明一種位于足細胞胞漿中的聯(lián)接整合素（interin）與細胞骨架的三分子復(fù)合物PIP（PINCH-1-Integrin-Linked Kinase-α-Parvin）在TGF-β1誘導(dǎo)的足細胞凋亡中發(fā)揮了一定的作用。TGF-β1通過調(diào)節(jié)此復(fù)合物中α-parvin的磷酸化抑制了其形成，進而激活了p38MAPK，足細胞發(fā)生了凋亡。CD2AP(CD2-associated protein)是位于足細胞內(nèi)的SD蛋白，能夠通過激活抗凋亡的PI3K/AKT信號通路，選擇性地抑制TGF-β1通過p38MAPK誘導(dǎo)的足細胞凋亡，因此CD2AP 缺陷小鼠TGF-β1表達及足細胞的凋亡增加[18]。最近又有研究發(fā)現(xiàn)，在實驗性腎小球腎炎損傷的足細胞中，SD結(jié)構(gòu)分子dendric轉(zhuǎn)移到了核中，足細胞發(fā)生了凋亡。TGF-β能夠劑量依賴性地促進dendric的核轉(zhuǎn)移；而dendric反過來又能促進TGF-β誘導(dǎo)的足細胞凋亡。由此可見，dendric作為具有促凋亡性質(zhì)的SD分子在受損足細胞的核中聚集，為我們提供了預(yù)防和治療腎小球硬化的一個新的靶目標[19]。

4.2 足細胞的脫落 足細胞從其附著的GBM上脫落對于足細胞數(shù)量的減少和蛋白的丟失同樣具有十分重要的作用。研究表明，周圍環(huán)境的影響（細胞因子等）以及自身的缺陷（足細胞結(jié)構(gòu)蛋白分子異常）都可能會使足細胞對GBM的黏附減弱而發(fā)生脫落，導(dǎo)致數(shù)目減少。Asanuma等[20]研究認為bFGF、TGF-β1和PDGF 等生長因子可以導(dǎo)致局部蛋白酶(組織蛋白酶L和MMPs等)及其抑制劑的分泌不平衡，蛋白水解活性增加，GBM退化，足細胞和基底膜連接被損害，足細胞從GBM脫落，這是周圍環(huán)境因素使得足細胞對GBM的黏附減弱的研究發(fā)現(xiàn)。下面主要探討足細胞自身缺陷對其脫落的影響，近幾年的研究主要集中在這一方面。

α3β1 integrin被認為與足細胞表達減少和足細胞的脫落有關(guān)。α3β1 integrin是足細胞表面一個關(guān)鍵的黏附分子，對于足細胞形態(tài)的維持和在GBM表面的附著具有十分重要的作用，其缺乏將會導(dǎo)致足細胞對GBM的黏附減弱而發(fā)生脫落[21]，足細胞數(shù)量減少。

Integrin-linked-kinase(ILK)也是一與足細胞脫落有關(guān)的蛋白分子，位于足細胞胞內(nèi)，屬于絲氨酸或蘇氨酸激酶，與β1-integrin的胞質(zhì)區(qū)相互作用，在足細胞與胞外基質(zhì)的黏附中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。在以蛋白尿為主要表現(xiàn)的腎臟疾病中ILK作為細胞基質(zhì)信號分子被激活，其過度表達導(dǎo)致了細胞非貼壁生長的增加及細胞外基質(zhì)黏附的減弱，足細胞脫落增加。同時多個研究發(fā)現(xiàn)，integrinβ1-ILK級聯(lián)反應(yīng)與腎臟疾病之間的密切聯(lián)系，或許會成為治療腎臟疾病的新的靶目標[22]。

近來的研究表明，α-actinin-4與integrin共同作用維持了足細胞與GBM的黏附，保證了腎小球結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，防止了疾病的發(fā)生。因此在α-actinin-4缺陷小鼠尿中出現(xiàn)了足細胞的標記物，單位腎小球足細胞數(shù)目減少；同時在體外，來源于α-actinin-4缺陷小鼠的足細胞對于GBM的黏附減弱，在增加的切應(yīng)力的條件下其丟失也更顯著[23]。

4.3 足細胞增值能力的缺失 足細胞是一高度分化的細胞，其數(shù)量的減少也與細胞受到損傷后增殖能力缺失有關(guān)。在細胞周期中，足細胞受到正性調(diào)節(jié)因子（細胞周期調(diào)節(jié)蛋白、細胞周期調(diào)節(jié)蛋白激酶）和負性調(diào)節(jié)因子（細胞周期調(diào)節(jié)蛋白激酶抑制劑）的雙重調(diào)控，兩者的平衡決定了細胞是增殖還是靜止。在腎臟發(fā)育的S期，足細胞進入細胞周期并因此表達增殖性標記物，包括增殖性細胞核抗原（PCNA）、Ki-67、DNA合成所需的細胞周期調(diào)節(jié)蛋白（cyclin）A及有絲分裂所需的cyclinB1和Cdc2，而細胞周期調(diào)節(jié)蛋白激酶抑制劑(CKIs) p27kip1和p57kip2的表達則是缺失的。而當足細胞發(fā)展到毛細血管袢階段時，有絲分裂停止，細胞骨架重排，cyclin和CDKs的表達下調(diào)，而p27kip1和p57kip2的表達上調(diào)，細胞退出細胞周期，停止增殖，以形成足細胞的終末期分化狀態(tài)和靜止表型。有研究[25]表明足細胞缺乏增值可部分地歸因于CKIs 的增加：首先，Cip/Kip家族CKIs中的p21Cip1、p27kip1和p57kip2通過抑制G1和S期中cyclin-CDK復(fù)合物的形成，阻滯細胞周期，抑制細胞增生；其次，CKIs還會引起細胞核分裂而胞漿不發(fā)生相應(yīng)分裂，使得足細胞在DNA 的合成過程中產(chǎn)生大量的多倍體，而細胞數(shù)目卻沒有增加。已有報道不少慢性腎臟疾病可誘發(fā)CKIs高表達[24]，也有報道在實驗性膜性腎病中可以見到足細胞多倍體。

此外，在腎臟疾病中，DNA合成障礙也是足細胞缺乏增殖的一個原因。在研究較多的實驗性膜性腎病中，有絲分裂所需的cyclinB-Cdc2雖然也是增加的，但足細胞卻沒有發(fā)生增殖，原因是亞溶性的C5b-9攻擊足細胞，使得足細胞腫瘤抑制因子p53、p21Cip1及檢測點激酶1、2(check-point kinase-1、2) 表達增加，阻斷了足細胞由G2期進入M期，DNA 損傷使足細胞失去增殖能力?？傊?，不管是免疫還是非免疫介導(dǎo)的腎臟疾病，也不管是體內(nèi)實驗還是體外實驗，DNA損傷都會導(dǎo)致抑制性檢測點途徑的激活，細胞周期停止或是延遲，使得足細胞不能發(fā)生增殖[25]。

5 結(jié)語

足細胞數(shù)量的減少對于腎小球硬化的進展發(fā)揮關(guān)鍵作用已成為不爭的事實，近年來隨著分子生物學(xué)的進展，足細胞結(jié)構(gòu)分子作為信號傳導(dǎo)分子在足細胞數(shù)量減少中的作用已受到越來越多的重視，今后的研究必定會更多地關(guān)注這一方面，以尋找阻遏足細胞數(shù)量減少的作用靶點，來減緩甚至阻止腎小球硬化的進展。

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