信號素3A與足細胞形態(tài)及腎小球疾病的關系

王寶喜 ，賀松敏 ，王倩 ，張丹杰 ，江揚陽 ，寧莉

1.河北燕達醫(yī)院檢驗科，河北廊坊 065300；2.天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院檢驗科，天津 300000

信號素家族是調節(jié)細胞功能和形狀的一種系統(tǒng)發(fā)育遺傳保守蛋白。最初認為信號素在神經系統(tǒng)發(fā)育過程中發(fā)揮抑制作用，為軸突排斥蛋白，后來大量研究證實它具有調節(jié)心臟、腎臟、肺、骨骼和免疫發(fā)育的作用[1]。通過分析大量的文獻，發(fā)現(xiàn)信號素在心血管疾病、癌癥、骨質疏松癥和免疫介導的疾病中都有調節(jié)作用[2]。已在卡爾曼氏（Kallman）綜合征和先天性巨結腸（hirschprung）患者中檢測到人Sema3A突變。信號素可分為膜結合蛋白、分泌蛋白或糖基磷脂酰肌醇連接蛋白。第3類信號素由7個分泌蛋白組成(Sema3A-3G)。在腎臟中幾種3類信號素及其受體均有表達。有關學者研究了Sema3A和Sema3C在腎臟發(fā)育中的作用，并進一步證實了它們在腎小球發(fā)育和輸尿管芽分枝形態(tài)發(fā)生中的重要性。該文主要對腎小球及足細胞疾病中Sema3A的作用進行了綜述。

Sema3A是一種分泌型的導向蛋白，在中樞神經系統(tǒng)損傷(如脊髓損傷)部位的積累是結構和功能修復中起抑制作用，在心血管、肺和腎臟的形成等器官發(fā)生過程中起抑制作用[3]。Sema3A缺陷表示小鼠存在心臟和骨異常，以及腎小球內皮細胞過多，輸尿管芽分支增多等腎臟血管結構的異常，提示Sema3A在腎發(fā)育過程中可抑制內皮細胞的遷移和限制輸尿管芽的分支增多。相反，在發(fā)育過程中，強表達的獲得型Sema3A會導致中樞神經系統(tǒng)損修復障礙，腎小球發(fā)育不良，足細胞分化延遲。Sema3A亦在正常成人腎臟足細胞和集合管中表達。Sema3A信號傳導通過與神經纖毛蛋白-1（neuropilin1）和神經叢蛋白A1（plexin A1）的受體結合形成復合物介導的。已知這兩種受體與信號蛋白(包括VEGFR 2、Fyn、Src和整合素)在細胞特異性環(huán)境中相互作用，進一步表明了Sema3A復雜的相關效應通路。神經素(neuropilins)是一種單通道跨膜蛋白，具有編碼Sema3A和VEGF 165的大胞外結構域，跨膜結構域和短胞質尾。Sema3A與神經纖毛蛋白-1結合，組裝全受體復合物并釋放神經叢自身抑制因子。神經叢蛋白A-D包含9種保守的跨膜受體蛋白，其中Sema3A與神經叢蛋白A1結合。神經叢A下游信號轉導復雜，涉及整合素和PI3K/Akt抑制，后者阻止GSK 3失活，激發(fā)與CRMPs的相互作用，從而對微管動力學具有強大的調節(jié)作用；并調節(jié)Fyn磷酸化，以及Rho、RAC GTP酶激活蛋白和酪氨酸單氧化酶微管相關蛋白（Mical），對肌動蛋白動力學和解聚分別產生作用[4]。

Sema3A與神經叢蛋白A1結合在腎臟足細胞、內皮細胞和輸尿管芽衍生細胞中終身表達。神經叢蛋白A1也在同一細胞系的個體發(fā)育過程中表達。Sema3A可誘導足細胞膜蛋白（podocin）表達下調，從而降低去足細胞去氧腎上腺素、足細胞膜蛋白和CD2AP之間的相互作用。此外，過量的Sema3A會增加饑餓誘導的足細胞凋亡和在體內發(fā)育中腎臟的凋亡。

1 Sema3A強表達引起腎小球疾病

研究發(fā)現(xiàn)成年小鼠被人為大劑量注射Sema3A后，可引起類似硫酸魚精蛋白引起的變化，表現(xiàn)為足突消失和蛋白尿，此病理改變具有短暫性和可逆性[5]。人為誘導成年小鼠足細胞中的Sema3A增強表達可導致蛋白尿，光鏡下可見系膜基質擴張和輕度細胞增生，透射電鏡(TEM)下可見腎小球濾過屏障3層明顯異常。事實上，Sema3A過表達會引起腎小球內皮細胞腫脹和相互交錯，腎小球基底膜(GBM)增厚和分層，以及足細胞足突明顯消失。提示Sema3A過表達可誘導腎小球內皮細胞和足細胞損傷，破壞腎小球基底膜。值得注意的是，通過轉變基因抑制Sema3A表達后，Sema3A誘導的白蛋白尿、足突消退、腎小球基底膜和內皮損傷出現(xiàn)逆轉，這一改變進一步證實過量Sema3A表達與腎小球疾病的因果關系，并提示該途徑可用于靶向治療。

2 Sema3A功能增強下調去足細胞去氧腎上腺素

為進一步了解足細胞Sema3A過表達誘導小鼠腎小球疾病表型的分子基礎，研究人員檢測了足細胞裂孔隔膜和腎小球基底膜蛋白的表達情況。通過定量PCR、免疫組織化學和免疫印跡方法檢測Sema3A誘導的成年腎臟腎小球基底膜表型的變化，包括MMP 9表達增加，膠原和層粘連蛋白鏈組成的細微變化。Sema3A過表達可引起可逆性的去足細胞去氧腎上腺素下調，而足細胞膜蛋白表達水平沒有變化，表明去足細胞去氧腎上腺素表達下降非由于足細胞丟失所致[6]。通過WT1+核計數對每個腎小球切片中存在的足細胞數量進行計數也得到了證實。綜上所述，足細胞足突消退、蛋白尿和去足細胞去氧腎上腺素的可逆性表達致病機制是在足細胞沒有丟失的情況下，通過Sema3A過表達而引起：去足細胞去氧腎上腺素去表達破壞了足細胞裂孔隔膜完整，導致足突消失和腎小球濾過屏障通透性增加，見圖1。

3 神經叢蛋白A1與去足細胞去氧腎上腺素相互作用

為了解Sema3A和去足細胞去氧腎上腺素信號相互作用的分子機制，研究人員分析了Sema3A信號受體神經叢蛋白A1和去足細胞去氧腎上腺素之間的關系，因為這兩種蛋白都在足細胞膜上表達，并且經證實能形成多蛋白全受體復合物。值得注意的是，研究結果發(fā)現(xiàn)神經叢蛋白A1和去足細胞去氧腎上腺素在足細胞中同時存在，并有著物理聯(lián)系。細胞轉染和蛋白純化實驗證實了神經叢蛋白A1-去足細胞去氧腎上腺素的相互作用是直接的[7]。細胞外Sema3A信號與足細胞裂孔隔膜信號復合物之間有直接聯(lián)系。Sema3A以一種自分泌的方式通過誘導足細胞收縮和F-肌動蛋白的崩解從而影響足細胞的形態(tài)。足細胞的大小、性狀隨誘導時間和劑量而減少而變化。

圖1 Sema3A導致腎小球疾病致病機制Figure 1 Sema3A causes glomerular disease pathogenesis

過量的Sema3A與神經纖毛蛋白-1結合，導致神經叢蛋白A1活化后與去足細胞去氧腎上腺素相互作用，抑制細胞膜整合素，導致足細胞足突消失，內皮損傷和腎小球基底膜分層。虛線表示其他蛋白質相互作用。血管內皮生長因子-A敲除也抑制整合素活性，導致相似的表型。

2 Sema3A抑制腎小球αvβ3整合素活性并改變足細胞形態(tài)

大量研究表明，Sema3A信號轉導會抑制整合素活性，從而負向調控內皮細胞的黏附和運動。整合素(α3,β1)及其相互作用的G蛋白(CD 151)可促使足細胞與腎小球基底膜粘附，是毛細血管循環(huán)和腎小球基底膜組裝所必需的蛋白。檢測Sema3A過表達是否影響αvβ3和β1整合素在成人腎臟中的表達和活性，能夠進一步了解Sema3A濃度在腎臟疾病中的作用。腎小球內皮細胞和足細胞在代謝過程中均有表達αvβ3整合素，它們即是Sema3A旁分泌細胞和又是自分泌效應的靶細胞[8]。利用特異性整合素抗體或活性整合素抗體進行實驗，發(fā)現(xiàn)若體Sema3A的功能增強后可降低約50%腎小球αvβ3整合素的表達和活性，αvβ3整合素活性降低有助于觀察腎小球表型。值得注意的是，當敲除足細胞血管內皮生長因子-A基因后，出現(xiàn)類似的腎小球αvβ3整合素活性下降和腎小球表型。與Sma3A相似，血管內皮生長因子-A是腎小球發(fā)育和維持形態(tài)所必需的一種血管生成因子，由體內足細胞分泌。血管內皮生長因子-A和Sema3A以競爭的方式結合神經叢蛋白A1，神經叢蛋白A1作為血管內皮生長因子-A的共受體與Sema3A的受體結合。此外，神經叢蛋白A1、VEGF受體整合素2和3在足細胞和內皮細胞中相互作用。值得注意的是，以上現(xiàn)象發(fā)生在Sema3A過表達或血管內皮生長因子-A基因敲除情況下，表明足細胞分泌的這兩種蛋白存在同一的信號通路或在獨立通路合并后下調體內和培養(yǎng)細胞中整合素的活性[9]。綜上所述，Sema3A過表達或VEGF基因敲除導致αvβ3整合素活性下降，破壞了腎小球濾過屏障的完整性和功能，除了動態(tài)和可逆(至少部分)之外，腎小球表型與整合素缺失模型相似，模擬了Sema3A或血管內皮生長因子-A調控表達的病理生理變化，見圖1。

足細胞整合素活性下降可導致腎小球疾病，表現(xiàn)為局灶節(jié)段性腎小球硬化和腎病綜合征，二者分別由過量suPAR過表達或自分泌的B7.1上調引β整合素的激活與失活。關于Sema3A誘導的αvβ3整合素活性降低與B7.1導致足突細胞消失的機制的相關性仍無可靠證據，后者的機制是與肌動蛋白結合蛋白破壞足細胞骨架形成。在人腎病綜合征中關于Sema3A的作用及代謝關系有待確定。

目前，Sema3A基因在人體生理中的調控作用尚不清楚，大多數報道都集中在Sema3A的下游信號傳導、發(fā)育和病理效應上。研究顯示1型糖尿病小鼠模型中Sema3A蛋白升高，并觀察到在晚期糖尿病腎病患者的腎活檢中Sema3A蛋白表達升高(Veron&Tufro結果未公布)，提示Sema3A過表達可能參與到糖尿病腎病的發(fā)病機制中。有證據表明，Sema3A作為免疫應答的負調節(jié)因子具有保護骨和抗血管生成的作用，且提示Sema3A是治療免疫疾病、骨質疏松和癌癥的潛在靶點。有研究證實通過向腎細胞傳遞miR-199a-3p，下調Sema3A的表達，從而激活AKT和ERK通路，證明hBMSC-Exos具有抗凋亡作用，可以保護I/R免受損傷。這些發(fā)現(xiàn)揭示了hBMSC-Exos治療AKI的新機制，為腎臟疾病的治療提供了一種新的方法。miR-497-5p對semaphorin 3A表達具有高度抑制作用，semaphorin 3A和miR-497-5p均可被認為是未來治療自身免疫性疾病(如多發(fā)性硬化癥和類風濕關節(jié)炎)的治療嘗試的進一步研究的關鍵靶點[10-12]。因此，人們必須仔細研究Sema3A引起的腎小球疾病等非保護效應。

綜上所述，Sema3A信號通路的精細調控對于維持成年小鼠的腎小球濾過屏障的結構和功能必不可少。事實上，足細胞Sema3A信號過表達導致腎小球疾病[11]。已證實Sema3A可誘導足細胞消失、破壞腎小球足細胞完整性，并引起內皮損傷的致病機制。即通過神經叢蛋白A1-去足細胞去氧腎上腺素的相互作用下調去足細胞去氧腎上腺素使F-肌動蛋白細胞骨架崩解，并降低腎小球足細胞和內皮細胞的αvβ3整合素活性。關于足細胞Sema3A信號轉導的神經叢蛋白A1下游調控研究可為腎病和糖尿病腎病提供新的分子和細胞致病機制，以及新的治療靶點。