低硒對足細(xì)胞的影響及其機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展

杜若梅 王喜悅 岳銳 陳利婷 尚玉 鮑運(yùn)霞 孔凡武

硒作為一種必需微量元素，在維持機(jī)體正常生理功能方面起關(guān)鍵作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，低硒與多種疾病的發(fā)生與進(jìn)展密切相關(guān)，如甲狀腺疾病、心腦血管疾病、肝臟疾病、糖尿病、腎病、惡性腫瘤等[1]。飲食中硒缺乏會導(dǎo)致腎臟內(nèi)硒濃度降低，氧化應(yīng)激水平增加，從而損傷足細(xì)胞，導(dǎo)致濾過屏障受損，產(chǎn)生蛋白尿。本文從硒的生物學(xué)功能、足細(xì)胞及濾過屏障和低硒與足細(xì)胞損傷3個(gè)方面對低硒對足細(xì)胞損傷的影響及其機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、硒的生物學(xué)功能

硒在人體以硒蛋白的形式發(fā)揮生物學(xué)作用。目前發(fā)現(xiàn)，人類蛋白質(zhì)組中存在25種硒蛋白，主要包括谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、硫氧還蛋白還原酶(TrxRs)、脫碘酶(DIOs)等[2]。硒的主要生物學(xué)功能如下：

1.抗氧化作用：硒本身并不具有抗氧化效應(yīng)，而是通過合成GSH-Px發(fā)揮抗氧化特性。GSH-Px使還原型谷胱甘肽(GSH)和過氧化物反應(yīng)，生成氧化型谷胱甘肽(GSSG)和無毒的水(或乙醇)。它可清除體內(nèi)的過氧化氫(H2O2)及脂質(zhì)過氧化物(LPO)，使氧自由基的生成減少，阻斷其對人體的損傷，在體內(nèi)發(fā)揮抗氧化的重要作用[3]。

2.調(diào)節(jié)免疫作用：硒缺乏可對免疫系統(tǒng)造成影響，包括非特異性免疫、體液免疫和細(xì)胞免疫。Wurgastuti等[4]研究發(fā)現(xiàn)，給母豬飼喂富硒飲食，其外周血吞噬細(xì)胞的活性會顯著增加，證明硒缺乏可抑制吞噬細(xì)胞(包括單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞)的殺菌活性。T淋巴細(xì)胞主要介導(dǎo)細(xì)胞免疫，根據(jù)功能不同，其可分為輔助性T細(xì)胞(Th)、細(xì)胞毒性T細(xì)胞(Tc)和抑制性T細(xì)胞(Ts)。此外，自然殺傷細(xì)胞(NK)也參與細(xì)胞免疫過程。人和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，補(bǔ)硒能顯著增加Tc細(xì)胞及NK細(xì)胞的活性。Roy等[5]給衰老大鼠食用富硒飼料、青年大鼠食用不含硒飼料，8周后衰老補(bǔ)硒大鼠體內(nèi)Tc細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷活性可上升至未補(bǔ)硒青年大鼠水平。

二、足細(xì)胞及濾過屏障

足細(xì)胞又稱臟層上皮細(xì)胞，位于腎小球基底膜(GBM)外側(cè)，胞體向外伸出許多足狀突起。足細(xì)胞是終末分化細(xì)胞,由胞體、主突和足突三部分組成。足突由胞體向外伸出,兩相鄰足突相互交錯(cuò)構(gòu)成直徑約為30～40 nm的縫隙，稱為裂孔，上面覆蓋著一層薄膜——裂隙隔膜(SD)。足細(xì)胞表面覆蓋著一層帶負(fù)電荷的唾液酸糖蛋白,是構(gòu)成腎小球?yàn)V過膜選擇性電荷屏障的主要成分[6]。足細(xì)胞的足突與腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和GBM構(gòu)成了腎小球的濾過屏障。因此，足細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受損會造成濾過屏障破壞和蛋白尿的出現(xiàn)[7]。

三、低硒與足細(xì)胞損傷

與人體其他器官相比，腎臟中硒的濃度最高[8]。黃芙萌等[9]通過建立人腎小球系膜細(xì)胞系(HMCs)低硒模型表明，低硒條件下,9種硒蛋白(GpX1、TrxR2、DIO2、DIO3、SelH、SelN、SelR、SelT、SelW)的表達(dá)水平顯著下降。Han等[10]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂低硒飲食(0.02 mg/kg食品)的大鼠血清、心肌組織和腎臟中硒水平降低，腎小球、腎小管的超微結(jié)構(gòu)被破壞。腎小球損傷表現(xiàn)為系膜細(xì)胞增生、足細(xì)胞足突融合和基底膜增厚。此外，低硒會加重嘌呤霉素氨基核苷酸(PAN)誘導(dǎo)的腎病綜合征患者出現(xiàn)蛋白尿和其腎臟超微結(jié)構(gòu)受損，電鏡下可見足突融合，且足細(xì)胞胞質(zhì)中脂質(zhì)液泡豐富。

四、足細(xì)胞損傷可能的機(jī)制

1.足細(xì)胞氧化應(yīng)激：硒是GSH-Px的重要組成成分。硒缺乏會導(dǎo)致GSH-Px的含量減少，活性氧自由基的生成增加，從而對足細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷。

(1)谷胱甘肽過氧化物酶3(Gpx3)可能與足蛋白(Podocin)有關(guān)：足細(xì)胞在GBM上穩(wěn)定附著和發(fā)揮正常功能依賴于1組足細(xì)胞相關(guān)蛋白，包括nephrin、Podocin、CD2AP等。Podocin是一種裂孔膜蛋白,可通過羧基末端與nephrin、CD2AP相互作用形成穩(wěn)定復(fù)合體,在SD正常濾過功能維持中起重要作用[11]。Park等[12]使用酵母2雜交系統(tǒng)確定了4種與Podocin相互作用的蛋白質(zhì)，分別是驅(qū)動(dòng)蛋白、Gpx3、固醇載體蛋白2(Scp2)和組織蛋白酶H(Ctsh)。研究表明，Podocin在維持腎小球通透性中起主要作用[13]。Gpx3是腎小球抗氧化酶(AOE)的一種類型。AOE活性降低與腎病綜合征的發(fā)展密切相關(guān)[14]。因此推斷出Gpx3可能與Podocin有關(guān)。

(2)Wnt/β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)途徑：Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)在正常成人中是沉默的，但在多種腎損傷后的模型中重新被激活。糖尿病腎病(DKD)[15]、IgA腎病[16]和狼瘡腎炎[17]患者的腎臟活組織病理檢查中，可見多種Wnt配體上調(diào)和β-catenin受體激活。研究證明,在慢性腎臟病(CKD)的大鼠模型中，循環(huán)高級氧化蛋白產(chǎn)物(AOPPs，氧化應(yīng)激的標(biāo)志物)的增加可誘導(dǎo)Wnt1和Wnt7a表達(dá)，活化β-catenin，并在體外和體內(nèi)降低足細(xì)胞特異性標(biāo)志物(podocalyxin和nephrin)的表達(dá)，誘導(dǎo)結(jié)蛋白(足細(xì)胞損傷的標(biāo)志物)產(chǎn)生。阻斷Wnt信號傳導(dǎo)或在足細(xì)胞中敲低β-catenin基因表達(dá)消除了β-catenin的活化和由AOPPs引發(fā)的結(jié)蛋白的上調(diào)。此外，在用AOPPs處理后，足細(xì)胞特異性消除β-catenin基因(Podo-β-cat-/-)的條件性敲除小鼠被保護(hù)免受足細(xì)胞損傷和產(chǎn)生白蛋白尿。AOPPs通過晚期糖基化終產(chǎn)物(AGES)誘導(dǎo)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶活化，促進(jìn)活性氧(ROS)產(chǎn)生和核因子-κB(NF-κB)轉(zhuǎn)錄因子的活化，導(dǎo)致Wnt配體如Wnt1和Wnt7a的誘導(dǎo)和β-catenin的活化。這種級聯(lián)事件使足細(xì)胞損傷和功能障礙，導(dǎo)致腎小球?yàn)V過功能受損和蛋白尿產(chǎn)生[18]。

(3)PI3K/AKt通路：磷酸酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKt)信號通路參與細(xì)胞生存、增殖、分化及凋亡等過程，過度激活則會導(dǎo)致細(xì)胞功能失調(diào)。AKT是PI3K的關(guān)鍵下游效應(yīng)子，在足細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用。去磷酸化的AKt可增加Bax蛋白表達(dá)并降低B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(Bcl-2)表達(dá)。Bax是促凋亡蛋白，而Bcl-2是凋亡蛋白的抑制劑。Bax和Bcl-2表達(dá)的失衡激活半胱氨酸蛋白酶-9(caspase-9)和caspase-3表達(dá)，最終誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡[19]。研究表明，在DN模型中ROS介導(dǎo)的PI3K/AKt是介導(dǎo)足細(xì)胞凋亡的重要途徑[20]。高糖可增加DN中足細(xì)胞的ROS水平并誘導(dǎo)氧化應(yīng)激[21]。同時(shí)，ROS降低PI3K表達(dá)并抑制AKT磷酸化[22]。AKT磷酸化的減少會增加Bax和caspase-3的表達(dá)并誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡[19]。因此，ROS介導(dǎo)的PI3K/AKT途徑會介導(dǎo)足細(xì)胞表型改變，引起足細(xì)胞損傷。

2.足細(xì)胞與免疫：除抗氧化作用外，硒的另一個(gè)重要生理功能是調(diào)節(jié)免疫。已經(jīng)證明微量元素硒可調(diào)節(jié)免疫的各個(gè)方面，包括非特異性免疫和特異性免疫。當(dāng)相應(yīng)抗體與靶抗原特異性結(jié)合后，形成原位免疫復(fù)合物，并誘導(dǎo)補(bǔ)體激活，形成膜攻擊復(fù)合物C5b-9,從而破壞足細(xì)胞結(jié)構(gòu)[23]。實(shí)驗(yàn)證明補(bǔ)硒能顯著抑制流行性出血熱患者的補(bǔ)體C3活化，并降低死亡率[24]。但硒缺乏是否可能通過增加補(bǔ)體活化介導(dǎo)足細(xì)胞的損傷還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。此外，研究證明Th2細(xì)胞激活及其分泌的細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素(IL)-4、IL-13可與足細(xì)胞表面受體結(jié)合，導(dǎo)致足細(xì)胞骨架重排，從而引起足細(xì)胞損傷[25]。但是低硒對足細(xì)胞Th2激活及細(xì)胞因子的產(chǎn)生是否有影響還未可知。

綜上所述，硒缺乏會導(dǎo)致GSH-Px合成減少，機(jī)體抗氧化能力下降，對足細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷。Gpx3的活性降低可能對Podocin產(chǎn)生影響，導(dǎo)致足細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損，產(chǎn)生蛋白尿。CKD患者體內(nèi)ROS產(chǎn)生會誘導(dǎo)Wnt配體和β-catenin的活化，從而導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和功能障礙。另一方面，ROS介導(dǎo)的PI3K/AKT是誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡的重要途徑。此外，低硒還會降低人體的免疫功能。足細(xì)胞表面有許多表面抗原，機(jī)體內(nèi)特異性抗體與之結(jié)合會產(chǎn)生原位免疫復(fù)合物沉積并激活補(bǔ)體，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷。但低硒是否能通過免疫調(diào)節(jié)機(jī)制損傷足細(xì)胞尚未明確。微量元素硒對足細(xì)胞影響的研究還有許多未知領(lǐng)域等待探索，其具體的產(chǎn)生機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。