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    尿足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)記物在糖尿病腎病領(lǐng)域的研究進(jìn)展

    2016-04-06 01:34:12黃山珊沈清
    山東醫(yī)藥 2016年4期
    關(guān)鍵詞:糖尿病腎病診斷

    黃山珊,沈清

    (重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院,重慶 400000)

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    尿足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)記物在糖尿病腎病領(lǐng)域的研究進(jìn)展

    黃山珊,沈清

    (重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院,重慶 400000)

    摘要:足細(xì)胞是一種高度特異性終末分化細(xì)胞,其損傷與糖尿病腎病(DN)進(jìn)展密切相關(guān),尿足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)記物檢測有望成為一項(xiàng)DN早期診斷的無創(chuàng)傷性指標(biāo)。尿液中完整足細(xì)胞以及足細(xì)胞碎片的定量主要是通過標(biāo)記足細(xì)胞特異蛋白、mRNA及mi-RNA,其檢出的陽性率及準(zhǔn)確性有賴于各種定量方法的完善。探尋一種靈敏度高、操作簡便且成本低廉的檢測方法是目前尿足細(xì)胞標(biāo)記物檢測應(yīng)用于DN早期臨床診斷所亟待解決的問題。本文重點(diǎn)介紹了尿足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志蛋白、mRNA、mi-RNA及胞外體等在該研究領(lǐng)域的新進(jìn)展,并分析目前存在的問題及發(fā)展前景。

    關(guān)鍵詞:足細(xì)胞;生物學(xué)標(biāo)記;尿;糖尿病腎??;診斷

    世界范圍內(nèi)糖尿病腎病(DN)的發(fā)病率在不斷增加,已成為發(fā)達(dá)國家終末期腎臟病(ESRD)的首要原因,約占我國ESRD病因的16.4%。臨床用于評價(jià)腎臟損傷的指標(biāo)如尿蛋白、血清肌酐、微球蛋白、尿微量白蛋白等都有各自的局限性,幾乎沒有標(biāo)志物可以準(zhǔn)確預(yù)測其進(jìn)程。近年來研究顯示,尿液足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志蛋白、足細(xì)胞mRNA、足細(xì)胞mi-RNA、胞外體等可能為臨床治療、預(yù)測DN進(jìn)展及預(yù)后提供一個(gè)新的無創(chuàng)傷的指標(biāo)。本文就尿液足細(xì)胞相關(guān)標(biāo)記物檢測在DN領(lǐng)域的研究進(jìn)展作一綜述。

    1足細(xì)胞的生物學(xué)特點(diǎn)及DN足細(xì)胞損傷的機(jī)制

    1.1足細(xì)胞的生物學(xué)特點(diǎn)足細(xì)胞又稱腎小球臟層上皮細(xì)胞,是一種高度特異性終末分化細(xì)胞,與內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球基底膜(GBM)共同構(gòu)成腎小球?yàn)V過

    屏障,維持正常的腎小球?yàn)V過功能。正常足細(xì)胞由細(xì)胞體、主足突及次級足突組成。足突由基底部、頂部及SD三部分組成,這三部分特異表達(dá)的蛋白分子和以肌動蛋白為主的細(xì)胞骨架系統(tǒng)相互協(xié)同作用,保證了足細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定[1]?;啄^(qū)蛋白分子如α3β1整合素、整合素鏈接酶,它們將足細(xì)胞錨定在GBM腎小球基底膜上,在維持足突正確位置、保證濾過膜完整性方面發(fā)揮重要作用;頂膜區(qū)蛋白分子主要有podocalyxin和podoplanin。podocalyxin是一種帶負(fù)電荷的小球唾液黏蛋白,是組成GBM電荷屏障的主要物質(zhì)。podoplanin是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白,目前推測podoplanin的表達(dá)異常與足突融合有關(guān);裂孔膜蛋白分子包括nephrin、podocin、CD2AP、NEPH1、densin、P-cadherin、ZO-1、FAT等,其中較關(guān)鍵的SD分子有nephrin、podocin、CD2AP,它們共同穩(wěn)定裂孔隔膜完整性,同時(shí)作為足細(xì)胞裂孔隔膜分子與骨架蛋白相互鏈接,共同參與足細(xì)胞的黏附、信號傳導(dǎo)、吞噬等生理活動;細(xì)胞骨架蛋白主要包括actin、α-actinin-4和synaptopodin,起橋梁作用分別連接基底膜的整合素和裂孔膜蛋白,對維持足細(xì)胞正常形態(tài)功能起重要作用[2]。

    任何影響足細(xì)胞相關(guān)結(jié)構(gòu)蛋白的病理刺激都可導(dǎo)致足細(xì)胞正常骨架結(jié)構(gòu)的改變,如果足突能再次形成指狀突起結(jié)構(gòu),肌動蛋白細(xì)胞骨架得以修復(fù),早期的足細(xì)胞損傷是可逆的。但足細(xì)胞長期持續(xù)損傷會使足突融合消失、空泡及假囊腫形成,足細(xì)胞發(fā)育停止、去分化及細(xì)胞凋亡,刺激壁層上皮細(xì)胞增殖,腎小球基底膜皺縮,毛細(xì)血管損失,進(jìn)一步導(dǎo)致球性硬化;同時(shí)足細(xì)胞與基底膜相互作用減弱,鉚釘于腎小球基底膜的足細(xì)胞松動,甚至從基底膜剝離、脫落,殘存足細(xì)胞代償性工作,最終失代償,造成不可逆的細(xì)胞丟失,引起濾過膜機(jī)械及電荷屏障功能異常,蛋白漏出,因此足細(xì)胞損傷常導(dǎo)致臨床出現(xiàn)蛋白尿[3,4]。

    1.2DN足細(xì)胞損傷機(jī)制隨著近年對足細(xì)胞損傷機(jī)制的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),DN中足細(xì)胞損傷不是單由某個(gè)因素所誘發(fā),而是多個(gè)因素的聯(lián)合作用所致[5]。損傷機(jī)制主要包括:①血管緊張素Ⅱ通過破壞裂孔隔膜結(jié)構(gòu)和功能、誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡等多種途徑引起足細(xì)胞損傷;②高糖誘導(dǎo)氧化和抗氧化的失衡及氧自由基產(chǎn)生過多引起足細(xì)胞氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡;③高糖增強(qiáng)TRPC6(新近發(fā)現(xiàn)的足細(xì)胞裂孔膜蛋白之一)啟動子活性,激活TRPC6通道,引起細(xì)胞氧化應(yīng)激和鈣超載導(dǎo)致足細(xì)胞損傷;④TGF-β1細(xì)胞因子誘導(dǎo)的足細(xì)胞變性增殖,降低足細(xì)胞的運(yùn)動性,最終導(dǎo)致腎小球纖維化;⑤胰島素抵抗(IR)促使葡糖糖在足細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收障礙,加劇足細(xì)胞損傷;⑥參與維持足細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)miRNA異常表達(dá),打破足細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài);⑦細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白破壞改變足細(xì)胞動力學(xué),促進(jìn)足細(xì)胞損傷。

    DN狀態(tài)下足細(xì)胞損傷與蛋白尿的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān),臨床上DN早期表現(xiàn)為腎小球高濾過狀態(tài),續(xù)之出現(xiàn)尿微量白蛋白,尿中白蛋白量逐漸增高進(jìn)入臨床腎病期,最后發(fā)展為終末期腎病。在DN各期中均伴腎小球足細(xì)胞數(shù)目及密度的減少,Dalla等[6]發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者在DN早期就已出現(xiàn)足細(xì)胞的密度降低和結(jié)構(gòu)變化,并且與蛋白尿的增加有關(guān)。 Nakamura等[7]證實(shí),顯性蛋白尿期CKD患者尿足細(xì)胞檢出陽性率高于微量白蛋白尿期CKD患者,且前者尿足細(xì)胞數(shù)高于后者??梢婋S著DN臨床進(jìn)展,腎小球足細(xì)胞損傷脫落、數(shù)目減少,尿足細(xì)胞檢出率升高;尿足細(xì)胞是DN疾病活動的標(biāo)志物。

    2與DN相關(guān)的尿足細(xì)胞標(biāo)記物

    2.1尿足細(xì)胞標(biāo)志蛋白①podocalyxin:podocalyxin是足細(xì)胞計(jì)數(shù)中最常用的標(biāo)記物。尿液podocalyxin可通過多種方法檢測,包括間接免疫熒光法、免疫比濁法、ELISA法和流式細(xì)胞儀等[8]。Hara等[9]采用免疫熒光法檢測腎臟組織及尿液中podocalyxin分布表達(dá),發(fā)現(xiàn)尿液中增加的podocalyxin來源于足細(xì)胞頂膜區(qū),而非脫落的足細(xì)胞碎片,表明尿液中podocalyxin早于足細(xì)胞及其碎片的脫落,尿液中podocalyxin水平增加出現(xiàn)在腎臟損傷早期。Hara等[10]檢測了142例腎小球疾病和71例2型DN患者尿液中的podocalyxin,并設(shè)立69例健康患者作為對照,結(jié)果DN患者尿液podocalyxin水平高于對照組,且早于尿微量白蛋白的出現(xiàn);同時(shí)尿液podocalyxin水平與血清HbA1C、尿白蛋白水平呈正相關(guān),但與血清肌酐、腎小球慮過率水平無明顯關(guān)系。這更好地解釋了DN患者存在高糖誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷機(jī)制,其血清肌酐、腎小球慮過率在正常范圍內(nèi)時(shí)已出現(xiàn)腎實(shí)質(zhì)的早期損傷;該研究還發(fā)現(xiàn)尿液podocalyxin水平與腎小管標(biāo)記物β2微球蛋白、α1微球蛋白、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶水平呈正相關(guān)。De Nicola等[11]研究表明,DN患者腎小管損傷早于腎小球損傷,聯(lián)合檢測腎小球與腎小管標(biāo)記物能提高DN早期腎損傷檢出的準(zhǔn)確性。②nephrin:nephrin主要分布在足細(xì)胞裂孔隔膜區(qū),nephrin、podocin和CD2AP相互作用構(gòu)成裂孔隔膜的功能單位。采用Western blotting法在健康人尿液中無法檢測到nephrin[12]。Jim等[13]研究證實(shí),伴有微量至大量尿白蛋白的DN患者尿液nephrin檢出率為100%,而尿白蛋白陰性者檢出率為54%,且尿液nephrin與尿白蛋白/肌酐值、尿白蛋白呈正相關(guān),與腎小球慮過率呈負(fù)相關(guān)。nephrin可能是糖尿病早期發(fā)展為DN的早期預(yù)測指標(biāo),監(jiān)測尿液中nephrin蛋白可能為DN的早期診斷提供新的途徑。③podocin:podocin與nephrin共同維持SD結(jié)構(gòu)與功能完整,二者密切相關(guān),目前多采用腎臟組織podocin蛋白及其mRNA標(biāo)記足細(xì)胞,而尿液中的podocin在DN早期診斷方面的研究鮮有報(bào)道。

    podocalyxin還分布于腎臟的內(nèi)皮細(xì)胞和壁層上皮細(xì)胞,并不僅限于足細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌、前列腺癌等腫瘤的發(fā)生與podocalyxin異常表達(dá)有關(guān)[14];既往研究認(rèn)為,nephrin僅表達(dá)于腎組織,目前仍有爭議[15]。盡管相關(guān)標(biāo)志蛋白已成為最常用的尿足細(xì)胞標(biāo)志物,但腎小球疾病本身會對這些蛋白的表達(dá)及分泌造成怎樣的影響,這些蛋白在腎單位及泌尿系統(tǒng)會有哪些病理生理變化還有待研究。有研究[16]指出,健康人尿液中也可檢出足細(xì)胞;故尿足細(xì)胞標(biāo)志蛋白來源于脫落的足細(xì)胞或足細(xì)胞碎片還是正常凋亡足細(xì)胞,還有待區(qū)別。

    2.2尿足細(xì)胞標(biāo)志mRNAs與足細(xì)胞標(biāo)志蛋白相比,足細(xì)胞特異性mRNAs(采用PCR法檢測)更易定量,具有更高的敏感性和特異性。Sato等[17]通過大鼠模型及患者尿液檢測腎小球疾病狀態(tài)下尿足細(xì)胞mRNAs,認(rèn)為尿液足細(xì)胞mRNAs可望成為腎小球疾病診斷及監(jiān)測的有力指標(biāo)。有學(xué)者進(jìn)一步用實(shí)時(shí)PCR方法檢測了不同發(fā)病階段DN患者尿synaptopodin、podocalyxin、CD2-AP、α-actin4和podocin相關(guān)mRNA表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨疾病進(jìn)展,DKD患者尿液中以上相關(guān)分子mRNA表達(dá)增加,而且與估計(jì)的腎小球?yàn)V過率呈負(fù)相關(guān),該作者也認(rèn)為尿中足細(xì)胞相關(guān)分子是DN的標(biāo)記物[18]。Lioudaki等[19]研究發(fā)現(xiàn),相比非糖尿病患者,2型糖尿病患者尿nephrin及podocin相關(guān)mRNA水平明顯增高,而synaptopodin相關(guān)mRNA水平無明顯差別。該研究還證實(shí)尿液nephrin mRNA與podocin mRNA水平有明顯相關(guān)性,且在尿白蛋白陰性糖尿病患者二者已有顯著增高,尿nephrin mRNA與podocin mRNA可望成為DN患者早期腎臟損傷監(jiān)測指標(biāo)。隨慢性腎臟病的進(jìn)展,相比腎實(shí)質(zhì)及尿液中podocin mRNA水平,nephrin mRNA表達(dá)有下調(diào)趨勢。根據(jù)這一特性,F(xiàn)ukuda等[20]采用尿PNR(podocin/nephrin mRNA值)預(yù)測慢性腎臟病進(jìn)展,相比傳統(tǒng)指標(biāo),如24 h尿蛋白定量、尿蛋白/肌酐值,PNR與腎臟病理組織分期有良好的相關(guān)性。這些研究均說明足細(xì)胞相關(guān)尿mRNA可作為DN嚴(yán)重程度分級的新的評價(jià)指標(biāo)。

    2.3尿足細(xì)胞標(biāo)志mi-RNA血清或尿液足細(xì)胞mi-RNAs的異常表達(dá)與DN密切相關(guān),在DN尚未出現(xiàn)明顯癥狀,或尿蛋白水平發(fā)生異常改變之前,血清或尿足細(xì)胞mi-RNAs的異常圖譜可能就已出現(xiàn)。尿足細(xì)胞mi-RNAs水平對判斷DN的進(jìn)展分級及預(yù)后有潛在的生物學(xué)標(biāo)志意義。Li等[21]通過體外足細(xì)胞培養(yǎng)模擬DN壓力應(yīng)激實(shí)驗(yàn),運(yùn)用mi-RNA微陣列分析發(fā)現(xiàn)在壓力應(yīng)激導(dǎo)致足細(xì)胞黏附能力損傷時(shí)miR-124高表達(dá),螺內(nèi)酯治療后表達(dá)降低,該研究提示miR-124可作為DN潛在性標(biāo)志物。此外,Liu等[22]通過實(shí)時(shí)定量熒光PCR檢測尿miR-126發(fā)現(xiàn),與非DN患者相比,2型DN患者尿miR-126的水平顯著升高。經(jīng)治療后,多數(shù)DN患者尿miR-126水平顯著降低。這項(xiàng)研究提示,尿miR-126可作為DN有效的預(yù)測標(biāo)志物。Szeto等[23]研究提示,DN患者尿沉渣中miR-21表達(dá)量與腎小球?yàn)V過率呈正相關(guān),尿沉渣中有高含量miR-21的患者血透生存期較長。由此猜測,高表達(dá)的miR-21或許是DN的保護(hù)因素。mi-RNA在尿液中表達(dá)較穩(wěn)定,有望成為DN的生物標(biāo)記物;但尿液mi-RNAs的表達(dá)量較低,尿液中提取mi-RNAs的過程復(fù)雜,尿足細(xì)胞特異性mi-RNA作為DN早期診斷性標(biāo)志物的報(bào)道甚少,還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

    2.4尿足細(xì)胞細(xì)胞外囊泡EVsEVs是由泌尿系統(tǒng)各種細(xì)胞包括足細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞及泌尿道上皮細(xì)胞等釋放的膜性球形小體,其內(nèi)部和表面可攜帶多種信息傳遞因子,如膜蛋白、胞質(zhì)蛋白及核蛋白[24,25]。Zubiri等[26]通過比較健康正常人群及DN患者尿uEVs,發(fā)現(xiàn)了254種不同蛋白質(zhì)。研究顯示,足細(xì)胞相關(guān)尿EVs水平對DN的進(jìn)展分級及預(yù)后有潛在的生物標(biāo)志學(xué)意義。Kalani等[27]采用差數(shù)離心方法分離48例Ⅰ型糖尿病患者和25例健康對照者尿胞外體WT-1蛋白,發(fā)現(xiàn)伴蛋白尿的糖尿病患者尿胞外體WT-1蛋白水平明顯高于無蛋白尿的糖尿病患者,且后者中僅半數(shù)患者尿胞外體WT-1蛋白陽性。該研究還發(fā)現(xiàn),DN患者尿胞外體WT-1蛋白水平與尿蛋白/肌酐值、尿白蛋白/肌酐值及血清肌酐呈正相關(guān),DN患者尿胞外體WT-1蛋白水平隨腎功能損害加重而增加。提示尿WT-1蛋白可反映DN患者足細(xì)胞早期損傷。Barutta等[28]研究發(fā)現(xiàn),正常人群與微量蛋白尿患者尿液比較有22種不同的胞外體mi-RNA表達(dá),尿胞外體miR-145及miR-130a在伴有微量蛋白尿的DN患者中表達(dá)更明顯;相反,對比不伴有蛋白尿的糖尿病患者及健康人群,尿胞外體miR-155和miR-424表達(dá)則明顯降低,而且在DN發(fā)病早期,胞外體miR-145水平在尿液和腎小球中都表現(xiàn)為高表達(dá)。該研究通過對早期DN動物模型的研究提示,尿胞外體中miR-145水平升高與腎小球內(nèi)miR-145的過表達(dá)是一致的。這一發(fā)現(xiàn)也預(yù)示著尿胞外體miRNA可能成為DN患者早期腎臟病變的標(biāo)志物。但尿液中只有約3%的蛋白質(zhì)以EVs形式存在[29],目前的分離尿EVs方法均非常復(fù)雜、昂貴[30]。標(biāo)準(zhǔn)化收集尿液及分離EVs還需要在傳統(tǒng)檢測方法的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新。

    糖尿病患者發(fā)展至DN早期是一個(gè)緩慢過程,臨床尚無早期發(fā)現(xiàn)及監(jiān)測DN進(jìn)展的特異性指標(biāo),尿足細(xì)胞標(biāo)志物檢測作為一項(xiàng)無創(chuàng)且易在臨床開展的檢測方法,有望為DN及腎臟病的診斷和治療以及改善預(yù)后開拓新的思路與空間。尿液中完整足細(xì)胞以及足細(xì)胞碎片的定量主要是通過標(biāo)記足細(xì)胞特異蛋白、mRNA及mi-RNA,其檢出的陽性率及準(zhǔn)確性有賴于各種定量方法的完善。探尋一種靈敏度高、操作簡便且成本低廉的檢測方法是目前尿足細(xì)胞標(biāo)記物檢測應(yīng)用于DN早期臨床診斷所亟待解決的問題。目前該方面的研究尚處于初始階段,缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有待獨(dú)立的、大樣本研究驗(yàn)證。尿足細(xì)胞標(biāo)記物在DN早期診斷方面的潛在價(jià)值還需要進(jìn)一步探索。

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    (收稿日期:2015-08-15)

    中圖分類號:R587.2

    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號:1002-266X(2016)04-0094-04

    doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.04.037

    通信作者:沈清(E-mail: sq4817@163.com)

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