酸性鞘磷脂酶樣磷酸二酯酶3b在足細(xì)胞損傷相關(guān)腎病中的研究進(jìn)展

沈存，王悅芬，王夢(mèng)迪，劉夢(mèng)超，趙文景

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京中醫(yī)醫(yī)院腎病科，北京 100010)

足細(xì)胞是位于腎小球基底膜最外層的臟層上皮細(xì)胞的一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的終末分化細(xì)胞，在維持腎小球?yàn)V過(guò)屏障的結(jié)構(gòu)和功能方面起重要作用。足細(xì)胞損傷表現(xiàn)為足突融合、數(shù)量減少或密度降低、凋亡、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化以及肥大等[1-2]。足細(xì)胞形態(tài)和功能的改變是導(dǎo)致蛋白尿、腎小球硬化及腎功能惡化的病理生理基礎(chǔ)。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為足細(xì)胞損傷與自身免疫異常有關(guān)，常規(guī)治療包括糖皮質(zhì)激素、多種免疫抑制劑和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑。但這些藥物治療足細(xì)胞病的具體作用機(jī)制尚不清楚，且仍有部分患者出現(xiàn)激素抵抗和復(fù)發(fā)。因此，迫切需要探索腎小球足細(xì)胞損傷的分子病理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，脂類及其相關(guān)酶類，尤其是具有生物活性的脂類在足細(xì)胞生理和病理狀態(tài)下發(fā)揮重要作用，可能作為足細(xì)胞特異性干預(yù)的新靶點(diǎn)[3]。酸性鞘磷脂酶樣磷酸二酯酶3b(acid sphingomyelinase-like phosphodiesterase 3b，SMPDL3b)是細(xì)胞膜上重要的脂筏酶，可以調(diào)節(jié)足細(xì)胞內(nèi)的整合素活化、細(xì)胞遷移和存活[4]，對(duì)維持正常足細(xì)胞功能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有重要作用?，F(xiàn)對(duì)SMPDL3b在足細(xì)胞損傷相關(guān)腎病中的作用予以綜述。

1 SMPDL3b蛋白

1.1SMPDL3b的基本結(jié)構(gòu) 鞘磷脂是位于細(xì)胞膜上的一類重要的磷酸酯類，也是介導(dǎo)磷酸膽堿與神經(jīng)酰胺等代謝的鞘磷脂酶[5]。目前在哺乳類動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)堿性、中性和酸性3種鞘磷脂酶家族，其中堿性鞘磷脂酶在腸道微絨毛中表達(dá)，發(fā)揮代謝膳食中鞘磷脂的作用[6]；中性鞘磷脂酶定位于細(xì)胞膜內(nèi)小葉、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞核或線粒體中[7]；酸性鞘磷脂酶在溶酶體中發(fā)揮分解代謝的作用，亦可通過(guò)分泌的形式作用于血漿脂蛋白或細(xì)胞膜，后者可通過(guò)神經(jīng)酰胺的生成調(diào)控信號(hào)事件[8]。酸性鞘磷脂酶家族含有3個(gè)旁系同源類似物，其中包括目前尚不充分了解的SMPDL3a和SMPDL3b。

SMPDL3b是一種糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白，具有膜調(diào)節(jié)活性。目前對(duì)其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)相對(duì)不足，Gorelik等[9]通過(guò)小鼠SMPDL3b的高分辨結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，SMPDL3b蛋白含有一個(gè)附著小C末段結(jié)構(gòu)域的催化區(qū)，這個(gè)區(qū)域由8個(gè)α螺旋包繞的兩個(gè)β折疊組成，根據(jù)此結(jié)構(gòu)特征將SMPDL3b歸類為鈣調(diào)磷酸酯酶結(jié)構(gòu)超家族成員。C末段結(jié)構(gòu)域是酸性鞘磷脂酶的決定性特征之一，具有比催化域更低的序列保守性，能增強(qiáng)酸性鞘磷脂酶在溶酶體和細(xì)胞外環(huán)境中的穩(wěn)定性。SMPDL3b“頂”面上環(huán)的長(zhǎng)度和組成與其他酸性鞘磷脂酶和SMPDL3a不同，這些環(huán)具有活性位點(diǎn)，決定著與酸性鞘磷脂酶或SMPDL3a具有完全不同的底物特異性。SMPDL3b通過(guò)糖基磷脂酰肌醇錨定結(jié)構(gòu)附著于細(xì)胞膜外質(zhì)面，β9鏈和β10鏈?zhǔn)且粋€(gè)延伸的、構(gòu)象上截然不同的環(huán)，它封閉了活動(dòng)部位附近的大部分表面，留下一個(gè)小的限制性開口，活性位點(diǎn)中含有窄的靴型腔，鋅離子位于靴型腔的“靴跟”部，因此底物需深入靴型腔內(nèi)部才能與之結(jié)合。SMPDL3b底物結(jié)合位點(diǎn)的特異屬性主要是由于β9鏈和β10鏈的環(huán)形插入點(diǎn)造成的，同時(shí)該結(jié)合位點(diǎn)亦構(gòu)成靴型腔的“鞋舌”部分。SMPDL3b的特殊結(jié)構(gòu)是影響細(xì)胞特性如脂質(zhì)組成或炎癥信號(hào)的重要分子基礎(chǔ)，主要在巨噬細(xì)胞炎癥過(guò)程和腎臟疾病中發(fā)揮作用。

1.2SMPDL3b的生理作用 SMPDL3b是腎臟足細(xì)胞功能的重要調(diào)節(jié)因子，作為足細(xì)胞脂筏酶在蛋白尿相關(guān)性腎臟疾病發(fā)病機(jī)制中起重要作用。鞘脂是細(xì)胞膜脂筏的主要組分，參與維持腎臟足細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能，保持腎小球?yàn)V過(guò)屏障的穩(wěn)定性。鞘脂可分成3類：鞘磷脂、腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂。其中具有生物活性的鞘脂類[如神經(jīng)酰胺、神經(jīng)氨酰-1-磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)以及鞘氨醇-1-磷酸]在細(xì)胞分化、胞膜流動(dòng)性、蛋白錨定、免疫激活、胰島素穩(wěn)態(tài)、吞噬以及細(xì)胞凋亡等過(guò)程中發(fā)揮不同作用[10]。多種足細(xì)胞疾病[如糖尿病腎病、人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)相關(guān)性腎病、局灶節(jié)段性腎小球硬化癥(focal segmental glomeruloclerosis，F(xiàn)SGS)、狼瘡性腎炎]均可出現(xiàn)不同程度的腎臟鞘脂累積[11]，從而導(dǎo)致足細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞凋亡信號(hào)通路啟動(dòng)的易感性增加。SMPDL3b在足細(xì)胞鞘磷脂到神經(jīng)酰胺的轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)揮重要作用[12]。神經(jīng)酰胺被認(rèn)為是鞘磷脂代謝通路的核心，已被證明參與細(xì)胞生長(zhǎng)停滯和凋亡[13]；C1P是神經(jīng)酰胺的下游產(chǎn)物，高濃度的C1P負(fù)調(diào)控足細(xì)胞中神經(jīng)酰胺的表達(dá)[14]。Mallela等[15]前期研究發(fā)現(xiàn)，SMPDL3b的差異表達(dá)可以改變?nèi)俗慵?xì)胞中C1P的有效性，進(jìn)一步研究證實(shí)SMPDL3b控制C1P的有效性是通過(guò)干擾神經(jīng)酰胺激酶的表達(dá)和功能實(shí)現(xiàn)的，SMPDL3b可以與神經(jīng)酰胺激酶相互作用并結(jié)合C1P，靜默SMPDL3b表達(dá)時(shí)，神經(jīng)酰胺激酶表達(dá)下降，證實(shí)了SMPDL3b通過(guò)干擾神經(jīng)酰胺激酶的功能維持足細(xì)胞中相對(duì)穩(wěn)定的C1P水平，進(jìn)而維持足細(xì)胞的正常功能。

巨噬細(xì)胞中，SMPDL3b發(fā)揮磷酸二酯酶的作用通過(guò)脂類修復(fù)方式負(fù)調(diào)控先天免疫信號(hào)，該酶在炎癥刺激下上調(diào)[16-17]；其敲除可增強(qiáng)對(duì)Toll樣受體刺激的反應(yīng)性，使SMPDL3b缺陷小鼠的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)。此外，其他部位(如胰腺酶原顆粒[18]、唾液外泌體[19]和腦脊液[20])SMPDL3b的發(fā)現(xiàn)提示其還具有其他功能。

2 SMPDL3b與足細(xì)胞損傷相關(guān)腎病

足細(xì)胞是一種高度分化的極性細(xì)胞，其細(xì)胞體最終分支成小的足突，相鄰足細(xì)胞間足突相互交錯(cuò)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的裂孔隔膜，是構(gòu)成腎小球?yàn)V過(guò)屏障的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。足細(xì)胞裂隙膜區(qū)富含鞘酯、膽固醇及脂蛋白復(fù)合體，參與足細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，與足細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。導(dǎo)致足細(xì)胞損傷的原因眾多，如免疫炎癥反應(yīng)、循環(huán)因子、脂代謝異常等。足細(xì)胞損傷與腎小球相關(guān)性疾病密切相關(guān)，臨床常見(jiàn)的腎小球疾病(如FSGS、糖尿病腎病、微小病變、狼瘡腎炎、膜性腎病、IgA腎病)均與足細(xì)胞損傷相關(guān)。SMPDL3b與足細(xì)胞膜上鞘磷脂代謝有關(guān)，與足細(xì)胞損傷相關(guān)腎病密切相關(guān)。目前已知的與足細(xì)胞SMPDL3b水平改變相關(guān)的腎臟疾病主要是糖尿病腎病、FSGS和放射性腎損傷。

2.1SMPDL3b與糖尿病腎病 糖尿病腎病是世界范圍內(nèi)慢性腎臟病和終末期腎臟病的主要病因，足細(xì)胞特異性胰島素信號(hào)途徑缺陷可能是糖尿病腎病的原因之一。足細(xì)胞是胰島素的效應(yīng)細(xì)胞[21]，胰島素受體信號(hào)是足細(xì)胞功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，胰島素與足細(xì)胞膜上的胰島素受體結(jié)合引起胰島素受體底物磷酸化，活化的胰島素受體底物激活磷脂酰肌醇-3-激酶并使其下游的信號(hào)分子蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化，導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架生理重構(gòu)，維持足細(xì)胞的功能和存活。通過(guò)敲除非糖尿病小鼠的足細(xì)胞特異性胰島素受體編碼基因，受累小鼠出現(xiàn)蛋白尿、足突消失、足細(xì)胞凋亡和腎小球硬化[22]。因此，足細(xì)胞胰島素受體可能是預(yù)防蛋白尿和糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展的治療靶點(diǎn)。研究顯示，SMPDL3b參與足細(xì)胞胰島素受體信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。SMPDL3b是細(xì)胞膜脂筏結(jié)構(gòu)域內(nèi)胰島素受體信號(hào)的主要調(diào)節(jié)因子[23]。研究發(fā)現(xiàn)，SMPDL3b在糖尿病腎病患者血清及腎小球足細(xì)胞中呈高表達(dá)[24]。過(guò)表達(dá)SMPDL3b的足細(xì)胞中磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt信號(hào)通路的基因受到了影響，SMPDL3b可以干擾胰島素受體B亞基與小窩蛋白1的結(jié)合，促進(jìn)胰島素受體A亞基與小窩蛋白1的結(jié)合，從而破壞胰島素受體B亞基依賴的促生存胰島素信號(hào)通路，這可能是導(dǎo)致Akt磷酸化受損、p70核糖體蛋白S6激酶磷酸化增強(qiáng)的原因。

C1P可以調(diào)節(jié)皮膚成纖維細(xì)胞、造血細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞中的Akt磷酸化[25]。SMPDL3b通過(guò)影響C1P的生成參與足細(xì)胞胰島素受體底物信號(hào)的調(diào)節(jié)，SMPDL3b過(guò)表達(dá)可能導(dǎo)致胰島素受體底物從富含小窩蛋白1的區(qū)域以依賴于C1P的方式發(fā)生位移，引起Akt磷酸化受損，從而導(dǎo)致足細(xì)胞損傷，這種損傷可以表現(xiàn)為足突融合、足細(xì)胞肥大、凋亡和脫落等，還可以表現(xiàn)為足細(xì)胞裂隙膜關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分子——nephrin、CD2相關(guān)蛋白、podocin等表達(dá)水平下調(diào)和分布失衡，這些病理變化是糖尿病腎病進(jìn)展的重要因素。當(dāng)SMPDL3b表達(dá)降低時(shí)，糖尿病腎病患者血清足細(xì)胞凋亡得到改善。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均表明，過(guò)表達(dá)SMPDL3b的足細(xì)胞中補(bǔ)充外源性C1P能夠恢復(fù)胰島素受體底物信號(hào)，改善糖尿病腎病的蛋白尿[16]。因此，未來(lái)可通過(guò)脂類代謝層面靶向性調(diào)節(jié)SMPDL3b提升Akt磷酸化水平，從而改善糖尿病腎病足細(xì)胞的損傷。

可溶性尿激酶纖溶酶原激活物受體是引起足細(xì)胞損傷的循環(huán)因子，由多種細(xì)胞表面的尿激酶型纖溶酶激活物受體脫落形成，在血液及各種體液中均可檢測(cè)到。表達(dá)尿激酶型纖溶酶激活物受體的細(xì)胞有多種，如活化的免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球足細(xì)胞，在糖尿病腎病足細(xì)胞中，循環(huán)可溶性尿激酶纖溶酶原激活物受體的增加可引起SMPDL3b與其競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，從而阻止整合素αvβ3的激活，導(dǎo)致RhoA活性增加，使足細(xì)胞更容易凋亡；對(duì)SMPDL3b的抑制能夠減輕糖尿病腎病小鼠的蛋白尿[2]。

2.2SMPDL3b與FSGS FSGS是一種以蛋白尿?yàn)樘卣鞑⑦M(jìn)展為終末期腎病的腎小球疾病。FSGS是腎病綜合征的主要原因，約占成人原發(fā)性腎小球疾病的40%。一項(xiàng)對(duì)41例腎移植后復(fù)發(fā)性FSGS的高?；颊叩难芯匡@示，復(fù)發(fā)性FSGS患者再灌注腎活檢SMPDL3b陽(yáng)性足突細(xì)胞的數(shù)量減少，且FSGS患者血清培養(yǎng)的足細(xì)胞中SMPDL3b表達(dá)也降低，推測(cè)SMPDL3b的表達(dá)降低可能導(dǎo)致酸性鞘磷脂酶活性降低及腎臟鞘磷脂的積累，最終導(dǎo)致FSGS的發(fā)生[26]。在FSGS中，循環(huán)可溶性尿激酶纖溶酶原激活物受體增加，SMPDL3b低表達(dá)或缺失，導(dǎo)致整合素αvβ3激活，Src磷酸化和Rac1活性增加，最終導(dǎo)致遷移型足細(xì)胞表型；而在SMPDL3b存在的情況下，SMPDL3b與可溶性尿激酶纖溶酶原激活物受體結(jié)合，防止整合素β3激活[4]。因此，靶向性提高足細(xì)胞中SMPDL3b的表達(dá)有利于FSGS的治療。

Fornoni等[26]發(fā)現(xiàn)，SMPDL3b缺乏造成足細(xì)胞應(yīng)力纖維的改變，這種改變可以通過(guò)使用抗CD20抗體-利妥昔單抗逆轉(zhuǎn)。研究表明，利妥昔單抗通過(guò)靶向SMPDL3b對(duì)足細(xì)胞有直接作用。通過(guò)噬菌體文庫(kù)篩選發(fā)現(xiàn)，利妥昔單抗可以結(jié)合SMPDL3b[27]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，利妥昔單抗和SMPDL3b存在免疫共沉淀反應(yīng)，可以阻止腎移植后早期蛋白尿的發(fā)生[28]。既往研究發(fā)現(xiàn)，利妥昔單抗增加難治性FSGS的臨床緩解率的機(jī)制與B淋巴細(xì)胞的清除相關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，利妥昔單抗通過(guò)特異增加足細(xì)胞SMPDL3b表達(dá)和酸性鞘磷脂酶活性來(lái)穩(wěn)定足細(xì)胞的細(xì)胞骨架，降低足細(xì)胞的凋亡[22]。因此，利妥昔單抗還可能通過(guò)調(diào)節(jié)足細(xì)胞鞘磷脂的代謝來(lái)增加難治性FSGS的臨床緩解率。此外，Watanabe等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與健康成人相比，頑固性腎病綜合征患兒(5例微小病變和1例FSGS)SMPDL3b的腎小球免疫反應(yīng)性和尿液排泄量降低；相同患者尿液樣本顯示，與蛋白尿期相比，利妥昔單抗治療后緩解期尿液中SMPDL3b的排泄增加。因此，尿液SMPDL3b的排泄水平可能預(yù)測(cè)利妥昔單抗治療腎病綜合征的臨床療效。

2.3SMPDL3b與放射性腎損傷 放射性腎損傷是治療腹部、椎旁腫瘤或全身輻照過(guò)程中過(guò)度劑量輻射傳遞到腎臟的結(jié)果。過(guò)量輻射誘發(fā)腎臟各組分發(fā)生變化，包括腎小球、腎小管上皮細(xì)胞和間質(zhì)。腎臟損害的嚴(yán)重程度取決于輻射劑量和體積的大小，局部或全身照射劑量低于5 Gy的輻射劑量并不致命，但會(huì)導(dǎo)致放射性腎損傷[30]；如果輻射劑量高于10 Gy，腎臟每年減小5%。臨床上，放射性腎損傷在急性期表現(xiàn)為蛋白尿，其次是腎小球?yàn)V過(guò)率下降和發(fā)展為終末期腎病。放射性腎損傷中蛋白尿和腎小球硬化的分子機(jī)制仍不清楚。

Ahmad等[31]證實(shí)，鞘脂代謝在輻射誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷中具有重要作用，并確定SMPDL3b缺失是介導(dǎo)足細(xì)胞骨架重塑的新機(jī)制。電離輻射在蛋白水平上引發(fā)了時(shí)間依賴性的SMPDL3b損失，以及中性神經(jīng)酰胺酶活性下降、神經(jīng)酰胺水平升高、鞘氨醇和鞘氨醇-1-磷酸水平下降；受輻照足細(xì)胞在形態(tài)上顯示出明顯的肌動(dòng)蛋白重構(gòu)和細(xì)胞ezrin蛋白的重新定位。通過(guò)SMPDL3b的過(guò)表達(dá)或利妥昔單抗預(yù)處理、外源性鞘氨醇-1-磷酸處理減輕輻射后足細(xì)胞SMPDL3b的損失，在一定程度上逆轉(zhuǎn)這些微觀變化，表明輻射誘導(dǎo)的SMPDL3b缺失改變了足細(xì)胞鞘磷脂穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致足細(xì)胞功能障礙，證明利妥昔單抗靶向SMDPL3b可以保護(hù)腎足細(xì)胞免受輻射應(yīng)激損傷。

3 結(jié) 語(yǔ)

足細(xì)胞損傷是腎小球疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵，其損傷機(jī)制和靶向治療是目前的研究熱點(diǎn)。足細(xì)胞損傷不僅與免疫炎癥反應(yīng)有關(guān)，還與循環(huán)因子、脂代謝異常關(guān)系密切。SMPDL3b是足細(xì)胞膜上與鞘磷脂代謝相關(guān)的糖基磷脂酰肌醇錨定酶，參與多種蛋白尿相關(guān)腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展。在不同的腎小球疾病中，足細(xì)胞SMPDL3b存在差異表達(dá)，有關(guān)SMPDL3b在足細(xì)胞損傷相關(guān)腎臟疾病中的作用機(jī)制還未完全明確。如何穩(wěn)定體內(nèi)SMPDL3b的水平，從而調(diào)控脂類代謝可能成為足細(xì)胞相關(guān)腎臟疾病定向治療的新靶點(diǎn)，仍需進(jìn)一步研究。