溶酶體與腎固有細(xì)胞病理生理研究進(jìn)展

鄒 婷，王淑君，唐皓璇，楊 陳，潘慶軍，劉華鋒

(湛江市慢性腎臟病防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腎臟疾病研究所，廣東 湛江524001)

慢性腎病 (chronic kidney disease, CKD) 作為一個(gè)全世界的重要公共衛(wèi)生問題, 嚴(yán)重威脅著公眾健康。最新流行病學(xué)研究表明，我國(guó)CKD的患病率為10.8%，CKD中約有2%會(huì)發(fā)展為終末期腎病，增加患者家庭及國(guó)家的醫(yī)療衛(wèi)生支出。因此，迫切需要明確CKD的病因和機(jī)制。系膜細(xì)胞、足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞主要參與腎小球?yàn)V過膜構(gòu)成及功能調(diào)節(jié), 腎小管上皮細(xì)胞主要參與物質(zhì)重吸收與分泌，上述腎固有細(xì)胞的損傷與CKD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。溶酶體最初由Christian de Duve在20世紀(jì)50年代首次提出，其參與分泌、質(zhì)膜修復(fù)、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和能量代謝等細(xì)胞的過程，是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵細(xì)胞器[1]。溶酶體功能障礙與多種疾病(如溶酶體貯積癥、神經(jīng)退行性疾病及心血管疾病等)密切相關(guān)[2]。腎是體內(nèi)細(xì)胞溶酶體含量最豐富的臟器，近年，研究表明，溶酶體功能障礙與法布里腎病及糖尿病腎病等慢性腎病的發(fā)生相關(guān)[3-4]。因此，本文通過對(duì)溶酶體與腎固有細(xì)胞的病理生理研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，希望了解CKD發(fā)病機(jī)制提供新思路。

1 溶酶體概述

溶酶體是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一種具有單層膜結(jié)構(gòu)富含酸性水解酶的細(xì)胞器，是細(xì)胞內(nèi)的主要降解工廠，許多降解途徑在溶酶體水平匯合，包括內(nèi)吞，吞噬及自噬，通過降解進(jìn)入細(xì)胞的外源性大分子物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)異常的大分子物質(zhì)，為細(xì)胞提供氨基酸、脂質(zhì)(從蛋白質(zhì)和大分子中分解)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[5]，并且參與多種細(xì)胞過程，包括物質(zhì)分泌，質(zhì)膜修復(fù)，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和能量代謝。溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)分為異噬和自噬兩條路徑，其中自噬途徑是指自噬體形成后與溶酶體結(jié)合而形成自噬溶酶體(autolysosome)，最后在溶酶體酶的作用下，自噬泡膜和其包含物被溶酶體降解[6-7]。而溶酶體功能障礙將導(dǎo)致溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)受阻，使多泛素化蛋白在細(xì)胞中蓄積，繼而損傷細(xì)胞，參與疾病的發(fā)生發(fā)展[8-9]。

2 溶酶體與腎固有細(xì)胞的病理生理

2.1 溶酶體與腎小球足細(xì)胞損傷

足細(xì)胞在維持腎小球?yàn)V過屏障起著關(guān)鍵作用，足細(xì)胞形態(tài)異常或缺失可使濾過屏障受損而導(dǎo)致大量蛋白尿，臨床和實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，溶酶體功能障礙導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和大量蛋白尿[10-11]，與CKD發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

法布里病(Fabry disease, FD)是一種X染色體連鎖隱性遺傳的溶酶體貯積癥，引起α-半乳糖苷酶-A失活性或缺陷，導(dǎo)致鞘糖脂(尤其是酰基鞘鞍醇三己糖(Gb3))不能降解從而在細(xì)胞中的溶酶體蓄積，腎受累稱法布里腎病。積累在腎細(xì)胞溶酶體的鞘糖脂可引發(fā)腎小球炎癥和纖維化，導(dǎo)致終末期腎病的發(fā)生[12]。研究表明，足細(xì)胞溶酶體的異常沉積Gb3，可通過導(dǎo)致足細(xì)胞表面所帶的負(fù)電荷丟失，觸發(fā)足細(xì)胞足突融合，從而導(dǎo)致蛋白尿的發(fā)生[13]。此外，鳥苷三磷酸酶發(fā)動(dòng)蛋白通過與足細(xì)胞足突中的肌動(dòng)蛋白群相互作用，可使足細(xì)胞足突的形態(tài)處于恒定狀態(tài)以維持腎小球的濾過。而鳥苷三磷酸酶發(fā)動(dòng)蛋白異常使足細(xì)胞足突發(fā)生改變，從而使腎小球?yàn)V過屏障受損。研究表明，鳥苷三磷酸酶發(fā)動(dòng)蛋白含有組織蛋白酶L(cathepsin L, CL)的切割位點(diǎn)，在CKD臨床表現(xiàn)為蛋白尿時(shí)，足細(xì)胞溶酶體的CL異常增多，CL通過切割鳥苷三磷酸酶發(fā)動(dòng)蛋白，使鳥苷三磷酸酶發(fā)動(dòng)蛋白失活，導(dǎo)致足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架解體以及足細(xì)胞足突消失，加重蛋白尿[14]。此外，在特異性敲除足細(xì)胞組織蛋白酶D(cathepsin D, CD)的小鼠也發(fā)現(xiàn)，12～20個(gè)月小鼠出現(xiàn)腎小球足細(xì)胞明顯丟失，導(dǎo)致濾過屏障受損及蛋白尿發(fā)生[15]。

足細(xì)胞的標(biāo)記蛋白如腎病蛋白(nephrin)、P-鈣黏蛋白(P-cad)和緊密連接蛋白-1(ZO-1)降低，肌間線蛋白、成纖維細(xì)胞特異性蛋白-1(FSP-1)和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)等間充質(zhì)細(xì)胞特征蛋白增加稱上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)[16]，足細(xì)胞發(fā)生EMT可致其結(jié)構(gòu)破壞，最終導(dǎo)致腎小球?yàn)V過屏障受損及硬化[17]。有研究表明，溶酶體抑制劑(V-ATPase抑制劑，巴弗洛霉素Al(Baf Al)和特異性V-ATP酶siRNA)抑制溶酶體功能導(dǎo)致自噬通量不足，并伴隨足細(xì)胞內(nèi)上皮標(biāo)志物P-cad和ZO-1降低以及充質(zhì)標(biāo)志物FSP-1和α-SMA的表達(dá)增加，而在此基礎(chǔ)上使用spaudin-1抑制自噬體形成顯著抑制EMT的發(fā)生[18]。說明足細(xì)胞溶酶體功能障礙使其自噬受阻，并促進(jìn)足細(xì)胞上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。

以上研究結(jié)果表明，溶酶體功能障礙與足細(xì)胞形態(tài)及功能異常密切相關(guān)，在CKD的蛋白尿的形成及腎小球的硬化中起重要作用。

2.2 溶酶體與腎小管近端上皮細(xì)胞損傷

腎近端小管可重吸收大部分腎小球?yàn)V過的水和溶質(zhì)，研究表明，腎小管的重吸收的溶質(zhì)需要溶酶體酶降解。近端小管上皮細(xì)胞(proximal tubular epithelial cells, PTECs)通過其表面受體megalin和cubilin串聯(lián)形成復(fù)合物介導(dǎo)腎小球?yàn)V過的低分子量蛋白質(zhì)的重吸收[19]。溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)是重吸收蛋白質(zhì)降解的主要途徑[20]，溶酶體損傷導(dǎo)致溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)受阻，與PTECs的損傷密切相關(guān)。

糖尿病腎病是終末期腎病的主要病因之一。高糖狀態(tài)下，葡萄糖與蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化反應(yīng)從而形成糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)，AGEs腎小管上皮細(xì)胞沉積在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展起關(guān)鍵作用[21]。研究發(fā)現(xiàn)，AGEs刺激下，PTECs的溶酶體組織蛋白酶表達(dá)量及溶酶體組織蛋白酶B，L和H活性下降[4]，而有研究表明，溶酶體酶活性的下降，可抑制細(xì)胞內(nèi)AGEs降解，進(jìn)而引起氧化應(yīng)激及激活炎癥導(dǎo)致PTECs損傷,促進(jìn)糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展[22]。同時(shí)，體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，AGEs刺激下，人腎小管上皮細(xì)胞系HK-2細(xì)胞出現(xiàn)LAMP1標(biāo)志的溶酶體體積增大不規(guī)則聚集在核周，說明溶酶體形態(tài)異常，并且溶酶體酸化功能及降解能力受損[4]，而溶酶體降解功能異常導(dǎo)致泛素化蛋白在細(xì)胞蓄積可以通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[23]，甚至還通過激活NF-kB核信號(hào)誘導(dǎo)腎炎癥及間質(zhì)纖維化的發(fā)生[24]。說明，溶酶體損傷是導(dǎo)致糖尿病腎病近端小管上皮細(xì)胞受損的一個(gè)重要原因。

鉛是一種環(huán)境中廣泛存在的重金屬污染物，能通過空氣、土壤和水進(jìn)入人體，體內(nèi)鉛蓄積可造成多個(gè)系統(tǒng)及器官損傷，腎是Pb最敏感的靶器官之一，而近端小管是Pb誘導(dǎo)腎損傷的主要部位。研究表明，Pb可以通過抑制V-AT-Pase引起溶酶體堿化，影響組織蛋白酶B和組織蛋白酶D的成熟來抑制溶酶體降解能力，導(dǎo)致自噬體在原代大鼠近端小管細(xì)胞中積聚，加重原代大鼠近端小管細(xì)胞中Pb誘導(dǎo)的腎毒性[25]。

以上研究表明，溶酶體損傷可使PTECs細(xì)胞溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)受阻，損傷PTECs細(xì)胞，參與CKD的發(fā)生發(fā)展。

2.3 溶酶體損傷降低系膜細(xì)胞Ⅰ型膠原蛋白降解

系膜細(xì)胞是一種位于系膜區(qū)的可收縮細(xì)胞，系膜細(xì)胞增多與系膜基質(zhì)增多是多種慢性腎疾病共同的病理改變，而Ⅰ型膠原蛋白是系膜細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，與CKD發(fā)展密切相關(guān)[26-27]。研究表明，溶酶體抑制劑巴弗洛霉素A1(bafilomycin A1)可通過抑制自噬溶酶體降解能力，使小鼠系膜細(xì)胞Ⅰ型膠原蛋白及其與溶酶體相關(guān)膜蛋白1(lysosomal associated membrane protein 1, LAMP1)共定位增加，但并不增加Ⅰ型膠原mRNA的表達(dá)，說明溶酶體抑制劑巴弗洛霉素A1主要影響Ⅰ型膠原蛋白的降解但不影響其生成，并且，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蛋白酶體抑制劑MG132抑制小鼠系膜細(xì)胞中Ⅰ型膠原mRNA的表達(dá)，且減少Ⅰ型膠原的生成，說明小鼠系膜細(xì)胞Ⅰ型膠原蛋白主要通過溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)進(jìn)行降解[28]。因此，溶酶體在調(diào)節(jié)系膜細(xì)胞Ⅰ型膠原的降解，防止過量膠原蛋白在腎小球系膜區(qū)蓄積中起重要作用。

2.4 溶酶體酶表達(dá)異常與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞功能失調(diào)

腎小球微血管系統(tǒng)在許多生理活動(dòng)中起重要作用，腎內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙促進(jìn)腎纖維化，參與CKD的發(fā)生發(fā)展。有研究表明，腎內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙與血液循環(huán)中的溶酶體組織蛋白酶-S升高密切相關(guān)。組織蛋白酶-S通過剪切血管內(nèi)皮細(xì)胞腔膜上的蛋白酶而活化蛋白酶激活受體-2的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致炎癥相關(guān)內(nèi)皮功能的標(biāo)記物血清可溶性腫瘤壞死因子-α受體(sTNFR1和sTNFR2)增加，導(dǎo)致微血管通透性增加和白細(xì)胞粘附，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[29]。此外，有研究表明，溶酶體α-半乳糖苷酶-A失活性或缺陷導(dǎo)致鞘糖脂(尤其是?；拾按既禾?在腎小球內(nèi)皮細(xì)胞溶酶體的蓄積，可以通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷內(nèi)皮細(xì)胞，改變腎小球?yàn)V過屏障的通透性，導(dǎo)致蛋白尿的發(fā)生[30]。綜上，溶酶體組織蛋白酶-S及α-半乳糖苷酶-A表達(dá)異?？蓪?dǎo)致腎內(nèi)皮細(xì)胞的功能失調(diào)，因此，溶酶體在維持腎內(nèi)皮細(xì)胞功能正常中起重要作用。

3 結(jié)語

溶酶體-蛋白降解系統(tǒng)在維持腎固有細(xì)胞的正常生理狀態(tài)起重要作用，溶酶體損傷與腎固有細(xì)胞的病理過程密切相關(guān)，闡明溶酶體在腎固有細(xì)胞的作用，有利于加深對(duì)溶酶體與CKD發(fā)生的了解和認(rèn)識(shí)，對(duì)明確CKD的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。但目前對(duì)腎固有細(xì)胞溶酶體的研究較少，有待進(jìn)一步探究溶酶體與腎固有細(xì)胞的病理生理關(guān)系，以及腎固有細(xì)胞溶酶體損傷的機(jī)制。