INF2基因在家族性局灶節(jié)段性腎小球硬化中的研究

郝 旭 綜述 陳 楠 審校

局灶節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)是慢性腎臟病(CKD)的主要病因之一。國外報道成人原發(fā)性腎病綜合征患者中，F(xiàn)SGS占腎活檢的12%～35%［1］，且近年來FSGS發(fā)病率呈逐年上升趨勢，逐步成為研究的熱點，根據病因可分為原發(fā)性、繼發(fā)性和家族性三種。其中家族性FSGS(FFSGS)指同一家族有多人患病，目前研究表明FFSGS的遺傳方式多為常染色體隱性遺傳(AR)和常染色體顯性遺傳(AD)兩種［2］，臨床上多表現(xiàn)為對激素和免疫抑制劑治療不敏感，預后較差。近年來，國外學者通過對FFSGS的連鎖分析及定位克隆研究，明確了多個FFSGS的致病基因［3］。2010年美國學者報道，INF2(inverted formin 2)基因是常染色體顯性遺傳性FFSGS的主要致病基因之一［4］，為FFSGS致病基因的研究提供了新的視點。

INF2基因編碼一種成蛋白(Formin)家族成員——INF2蛋白，目前國內外對該基因突變所導致的FFSGS致病機制研究尚少。本文將對INF2基因及INF2蛋白在FFSGS的研究進展進行一綜述。

Formin概述

1982年，Kleinebrecht等［5］研究的小鼠 ld(limb deformity)基因是第一個研究的成蛋白基因，發(fā)現(xiàn)該基因的突變可導致小鼠不能形成(form)正常的肢體和腎，因此而得名Formin。目前酵母、真菌、哺乳動物和植物中的許多成蛋白基因或蛋白均已得到鑒定，其中哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了15個成蛋白同種型，如mDia1(mouse Diaphanous 1)，mDia2 等［6］。成蛋白包含多個不同功能的結構域，其典型結構特征是C端的FH區(qū)域，包括靠近N端的FH1結構域和靠近C端的FH2結構域兩部分［7］。此外，其N端或C端還含有多種其他結構域，根據不同的調控區(qū)域成蛋白可分為不同的亞類。其中Diaphanous相關成蛋白家族(Diaphanous－related formins，DRF)成員因具有N端的GTP酶結合結構域(GTPase binding domain，GBD)、Diaphanous抑制結構域(Diaphanousinhibitory domain，DID)和C端的Diaphanous自調節(jié)結構域(Diaphanous－autoregulatory domain，DAD)而被定為成蛋白家族的一個亞類［8］，廣泛存在于從酵母到哺乳動物的真核細胞中，是目前研究最多的成蛋白家族成員之一。

研究表明，不同的結構域賦予成蛋白不同的功能，并將其與其他信號分子相聯(lián)系，發(fā)揮正常的生物學功能。真核細胞存在動態(tài)的微絲骨架系統(tǒng)，對發(fā)育及環(huán)境刺激信號發(fā)生反應，可在聚合與解聚兩種狀態(tài)之間的轉變而調節(jié)細胞生長、分裂和極性建立［9］。以DRF為例，基礎狀態(tài)下，細胞內 DRF的DID和DAD相互作用而處于自我抑制狀態(tài)，當活化的Rho(ras homologus oncogenes)GTP酶與GBD結構域結合后，自我抑制狀態(tài)被解除，從而暴露FH1和FH2功能結構域［10］。其中FH1結構域富含脯氨酸，可與另一種肌動蛋白結合蛋白前纖維蛋白結合，后者可加速微絲延長［11］。FH2結構域高度保守，體外研究已證實可與肌動蛋白直接作用，穩(wěn)定肌動蛋白二聚體或三聚體，加速肌動蛋白聚合、成核，并刺激纖維狀肌動蛋白(F－actin)的聚集，加速肌動蛋白的延伸［12，13］。由此可見，DRF作為一種重要的肌動蛋白成核因子之一，參與了形態(tài)的發(fā)生、胞質分裂、細胞極性的形成、細胞黏附和運動等多種以肌動蛋白為基礎的生物學過程［14］。

INF2獨特性及其生物學作用

INF2是由位于14q的INF2基因編碼的一種成蛋白家族成員，DRF亞類，與普通成蛋白相比具有其獨特性。正常情況下，球狀肌動蛋白的自發(fā)聚合無法滿足微絲骨架的快速動態(tài)變化，需要肌動蛋白成核因子來加速肌動蛋白聚合為微絲。成蛋白作為一種重要的肌動蛋白成核因子，可以促進肌動蛋白的聚合，在維持細胞骨架正常結構與功能方面發(fā)揮了重要作用。與普通成蛋白相比，INF2的獨特性主要表現(xiàn)在其可同時促進肌動蛋白的聚合及解聚［15］。

目前已證實，INF2含有DID和DAD結構域，與其他成蛋白(如mDia1、mDia2)相似，兩者的相互作用可影響INF2的功能結構域而調控其功能狀態(tài)［8，16］。此外，INF2 的 C 端含有一個特殊的結構——肌動蛋白綁定的WH2(WASP homology 2)結構域，該結構域可與肌動蛋白直接作用(圖1)。已有研究證實，INF2的DAD結構域與WH2結構域具有相似性，兩者均具有三個高度保守的亮氨酸殘基［20，21］，該氨基酸序列對 WH2 的功能發(fā)生至關重要［22］，在INF2中，WH2結構域在其自我調控中發(fā)揮著類似DAD的作用。肌動蛋白聚合微絲延伸過程中INF2結合在其生長端，當新的肌動蛋白亞單位結合到微絲的生長端時，與其結合的ATP水解成ADP和磷酸基團，后者誘使INF2切割已形成的微絲而引起肌動蛋白的解聚，而編碼WH2的基因突變后，肌動蛋白的解聚功能受損，由此可見，INF2 C端的WH2結構域為 INF2的獨特性提供了理論基礎［15］。

圖 1 INF2 主要功能結構域及目前已知突變［4，17－19］

關于INF2的分子水平上的功能研究，Chhabra等［23］的研究首次提出INF2可通過其C端的法尼基基團的轉錄后修飾及膜離子作用而結合在內質網的胞質側，提示肌動蛋白可在內質網表面聚合并發(fā)揮作用，但具體機制尚不清楚。此外該研究還發(fā)現(xiàn)，INF2的DID－DAD相互作用不能抑制FH2結構域的肌動蛋白聚合活性，反而抑制INF2所特有的依賴于DAD/WH2的解聚活性，提示DID可競爭性結合肌動蛋白單體，從而阻斷DAD/WH2的解聚功能［23］，可見INF2存在與成蛋白家族其他成員不同的自我調控機制。另有研究表明肌動蛋白參與了內質網的逆行運動［24，25］，而INF2 作為肌動蛋白重要的調控因子，可能也參與了內質網相關的一系列生物學過程。

INF2基因在腎臟病領域的進展

自2010年Pollak團隊首次報道INF2基因可導致常染色體顯性遺傳性 FSGS［4］，該基因在 FFSGS的致病性逐漸引起關注。

INF2基因突變與 FFSGS 2010年，Brown等［4］對一個AD的FFSGS家系進行連鎖分析表明FSGS發(fā)病與14q32連鎖，隨即對該區(qū)域所有15個已知基因進行外顯子測序發(fā)現(xiàn)INF2基因與疾病相關，并檢測出9個該基因的錯義突變，所有突變位點均位于編碼INF2 DID結構域的區(qū)域，該發(fā)現(xiàn)為FFSGS致病基因的研究提供了新的方向。

隨即，韓國學者報道由INF2基因突變(E220K)所致的FFSGS新增家系，該家系中3個攜帶該突變的成員在發(fā)病年齡、腎病綜合征及進展至終末期腎病(ESRD)的時間均存在明顯差異，顯示INF2相同的基因突變在同一家系中的不同成員其致病性具有顯著的異質性［17］。此外法國 Corinne等［26］在54 個FSGS家系(78個成員)中，檢出17%的家系存在INF2基因錯義突變，此外在84個散發(fā)性FSGS患者中檢出1例患者存在INF2的基因突變，所有突變均位于編碼INF2蛋白N端DID結構域的區(qū)域，提示INF2是導致AD FSGS的主要致病基因。同時美國研究小組對248例FSGS患者(其中包含31位散發(fā)患者，15個AR FFSGS家系和49個AD FSGS家系)進行INF2基因突變篩查，在49個AD家系中檢出8個家系存在INF2基因突變，突變檢出率達16%，該結果再次驗證INF2基因突變會導致AD FSGS，同時提出對該基因檢測會成為快速、有效、無創(chuàng)的篩查AD FSGS的方法［27］。新近在NEJM中有研究對進行性神經性肌萎縮綜合征合并腎臟損傷(主要表現(xiàn)為FSGS)患者進行INF2基因突變篩查發(fā)現(xiàn)，在16例患者中有12例患者存在INF2的基因突變，陽性檢出率達75%，突變位點均位于2號和3號外顯子，編碼INF2蛋白DID結構域，該研究為INF2蛋白在腎小球足細胞及神經系統(tǒng)施萬細胞中病理生理機制提供了新的視點［18］。目前為止在FFSGS中發(fā)現(xiàn)的INF2的基因突變總結見圖1。

INF2基因突變在FFSGS中致病機制 作為一種新的家族性FSGS致病基因，INF2基因突變在FFSGS發(fā)病中的機制尚未完全清楚。目前所檢測到的INF2基因突變位點均2、3、4號外顯子，編碼INF2蛋白DID結構域，該結構域是INF2蛋白重要功能調控區(qū)，其通過與DAD結構域的相互作用調節(jié)INF2的功能狀態(tài)，因此關于其致病機制的研究主要集中于DID結構域功能的研究。

Brown等［4］研究表明原位雜交技術觀察人類腎臟組織中INF2 mRNA主要表達于腎小球足細胞及部分腎小管上皮細胞，通過向足細胞中轉染突變型INF2質粒發(fā)現(xiàn)，未明顯改變纖維狀肌動蛋白的聚合，而改變了F－actin在足細胞中的定位，表明疾病相關的INF2基因突變可影響肌動蛋白介導的足細胞骨架正常結構的維持其及自我修復功能，可能與突變影響了INF2蛋白DID結構域的正常生理功能有關。如前所述，Rho GTPase與GBP結合，可解除DID/DAD的自我抑制狀態(tài)，暴露FH1/FH2的活性結構域從而有利于球狀肌動蛋白向纖維狀肌動蛋白的轉化。目前研究較多的是可與INF2相互作用的Rho家族蛋白有細胞分裂周期蛋白2(Cdc42)及其效應分子IQ模體的RasGTP酶活化蛋白1(IQGAp1)，兩者廣泛參與了細胞骨架的各種生理功能。

Cdc42又稱為細胞分裂周期蛋白42，其對肌動蛋白骨架的調節(jié)具有重要作用，可調控絲狀偽足的產生或通過靶蛋白人威－奧綜合征蛋白(Wiskott－Aldridge syndrome protein，WASP)作用于肌動蛋白相關蛋白 2/3(Actin－related proteins 2/3，Arp2/3)，從而促進微絲核化及肌動蛋白聚合。新近研究顯示具有GTPase活性的Cdc42可與INF2的DID結構域結合而調控 INF2介導的跨細胞作用［28］，表明Cdc42與INF2的DID之間存在相互作用。進行性神經性肌萎縮綜合征合并腎臟損傷的研究結果顯示，突變型INF2與Cdc42的活體形式Cdc42－Q61L之間的相互作用存在增強趨勢，同時在含有突變型INF2的細胞中 Cdc42－Q61L的亞細胞定位發(fā)生改變，而未明顯改變 Cdc42的活性［18］，表明 INF2是Cdc42 下游的靶蛋白［29］。

眾所周知，血清反應因子(serum response factor，SRF)是Rho家族介導的信號通路中重要的反式作用因子，介導某些足細胞特異性相關蛋白的基因表達(如 ACTN4、MYH9 等［30］)，兩者均已被證實為導致 FFSGS的致病基因［31，32］。有學者在研究INF2_DID與mDia_DAD之間相互作用時提出兩者的相互作用可抑制肌動蛋白的聚集及Rho_和Cdc42依賴的SRF所介導的基因轉錄［33］，進一步影響足細胞相關蛋白的表達進而影響足細胞功能。

IQGAp1是 Cdc42的重要效應分子［34］，主要參與調控鈣黏蛋白依賴性的細胞間黏附。IQGAp1的N端有4個可與鈣調蛋白相互作用的IQ模體，參與鈣離子介導的信號過程。以往研究免疫共沉淀實驗已證實在細胞遷移及吞噬杯形成過程中，RhoA解除mDia的自我抑制狀態(tài)后，IQGAp1可與mDia1_DID結合而發(fā)揮作用［35］。此外，IQGAp1還參與了肌動蛋白細胞骨架的動力學過程，并且可與足細胞相關蛋白，如 Nephrin［36］和 PLC1［37］相互作用。在研究INF2基因突變與FFSGS致病機理中，突變型INF2可能通過影響INF2－IQGAp1之間的相互作用，進而影響足細胞骨架蛋白的正常功能。

目前存在的問題 作為一種新近發(fā)現(xiàn)的可導致AD FFSGS的主要致病基因，INF2基因的研究目前主要集中于北美及歐洲地區(qū)，在亞洲尚無相關大樣本研究，因此目前所報道的INF2基因在FFSGS中的突變率也主要適用于歐美地區(qū)。由于地域及人種差異，INF2在亞洲人群的突變率可能與現(xiàn)有報道存在偏倚，因此，在亞洲人群FFSGS患者中進行INF2基因突變的檢測并確定其在亞洲人群中的突變率尤顯重要，可為今后FFSGS的篩查提供更便捷和直接的方法。另外，關于IFN2基因突變導致的足細胞損傷機制尚需進一步研究，明確INF2蛋白與足細胞特異性相關蛋白是否存在相關性，以便建立足細胞相關蛋白網絡框架，為 FFSGS的基礎研究提供新方向。

小結:INF2基因作為一種FFSGS的主要致病基因，其陽性檢出率達13% ～17%，但在亞洲人群中目前尚無相關報道。在可疑FFSGS患者中對該基因篩查可能為其診斷提供新的線索。而對于該基因的致病機制可能涉及多條通路，最終影響足細胞骨架蛋白的表達及足細胞特異性相關蛋白的結構與功能，進而影響足細胞正常生理功能而致病，其具體機制尚待進一步研究。

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