脂質(zhì)代謝紊亂與足細(xì)胞損傷研究進(jìn)展

李 莉 馮 科 鞏永鳳

濱州醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室 山東 煙臺 264003

截至2017年，全球共有慢性腎臟疾病(chronic kidney diseases，CKD)患者6.97億例，中國占其中的1/6，并且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢[1]。CKD主要包括肥胖相關(guān)性腎小球病、糖尿病腎病、局灶節(jié)段性腎小球硬化、膜性腎病和微小病變型腎病[2]。進(jìn)行性蛋白尿與腎小球硬化是它們的共有特征[3]。

腎小球硬化的組織學(xué)特征與動脈粥樣硬化相似，學(xué)術(shù)界由此提出了“腎小球粥樣硬化”一詞[4-5]。這說明CKD的發(fā)生與發(fā)展與脂質(zhì)代謝紊亂密切相關(guān)。1982年Moorhead等[6]提出了“脂質(zhì)腎毒性”假說，隨后Ruan等[7]于2009年進(jìn)一步完善這一假說。目前認(rèn)為，脂肪腎毒性是由于過量脂質(zhì)在腎臟細(xì)胞中積聚，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的胰島素信號異常、線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和凋亡[8-13]。足細(xì)胞是腎小球中終末分化的上皮細(xì)胞，能夠保持腎臟正常的濾過功能，足細(xì)胞數(shù)量和功能的改變是導(dǎo)致進(jìn)行性蛋白尿與腎小球硬化的主要原因。足細(xì)胞容易受脂質(zhì)毒性的影響，一旦失去就不容易被替代[14-15]。本文就脂質(zhì)在足細(xì)胞生物學(xué)功能中起到的作用以及足細(xì)胞脂質(zhì)積累在蛋白尿腎病發(fā)病中調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 膽固醇代謝紊亂與足細(xì)胞損傷

相近的足細(xì)胞足突相互交錯，它們之間留有的縫隙通過40 nm的裂孔隔膜(slit diaphragm，SD)連接。SD是一種蛋白復(fù)合物，包括nephrin、podocin、結(jié)構(gòu)蛋白以及離子通道、受體、信號轉(zhuǎn)接器和其他參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白，足細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能在很大程度上依賴于SD的完整性。SD實際上是一種脂質(zhì)筏狀結(jié)構(gòu)，膽固醇在SD中的含量是質(zhì)膜其他部分的5～8倍，這表明膽固醇紊亂可能在足細(xì)胞損傷以及蛋白尿發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮重要作用[16-17]。膽固醇合成、內(nèi)流或外排等過程的紊亂都會對足細(xì)胞造成損傷。

膽固醇的合成受到膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element binding proteins，SREBPs)嚴(yán)格調(diào)控，SREBP1在1型糖尿病小鼠模型的脂滴積聚過程中發(fā)揮作用[18]。SIRT1是組蛋白去乙酰化酶(class III histone deacetylase，SIRTs)家族中的一個成員，可以通過連接粘附分子JAM樣蛋白【junctional adhesion molecule(JAM)-like protein，JAML】影響SREBP1的表達(dá)水平進(jìn)而調(diào)控足細(xì)胞的脂質(zhì)代謝[19]。SIRT1還可通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制調(diào)控脂質(zhì)代謝[20]。然而有研究報道，脂肪抑素(SREBP-1和SREBP-2的抑制劑)能夠抑制膽固醇合成，治療鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病雄性小鼠，防止腎小球基底膜增厚，但不能改善蛋白尿或高濾過癥狀[21]。因此，需要進(jìn)一步研究影響膽固醇合成的其他代謝通路。

CKD患者常常發(fā)生血脂異常，包括低密度脂蛋白(LDL)水平異常降低、高密度脂蛋白脂蛋白(HDL)水平異常升高等[22]。LDL和HDL是血液循環(huán)中膽固醇的主要載體。膽固醇內(nèi)流主要是通過LDL受體(LDLR)攝取LDL完成的，LDL進(jìn)入細(xì)胞后被水解成的游離膽固醇通過尼曼匹克C1或C2型轉(zhuǎn)運(yùn)體(Niemann-Pick C1/C2，NPC1/NPC2)轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或質(zhì)膜，而多余的膽固醇則從組織轉(zhuǎn)移到血液循環(huán)中。前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)抑制劑通過影響肝細(xì)胞內(nèi)LDL的攝取和清除來調(diào)控高脂血癥癥狀[23]。足細(xì)胞通過下調(diào)磷酸酶張力蛋白同源物PTEN來增加絲切蛋白1型(cofilin-1)的磷酸化進(jìn)而導(dǎo)致其失活，以此來刺激絲狀肌動蛋白的形成，促進(jìn)膽固醇內(nèi)吞作用，導(dǎo)致膽固醇在足細(xì)胞中積累[24]。

膽固醇從細(xì)胞流出主要是通過ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1、G1(ATP-binding cassette transporter A1/G1，ABCA1/ABCG1)和清道夫受體B類I型(scavenger receptor class B type I，SR-BI)進(jìn)行的。ABCA1介導(dǎo)膽固醇通過載脂蛋白AI(apolipoprotein AI，Apo-AI)和未成熟HDL的轉(zhuǎn)運(yùn)，ABCG1和SR-BI介導(dǎo)膽固醇通過成熟HDL的轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)正常的人類足細(xì)胞暴露于1型和2型糖尿病患者血清中時，ABCA1表達(dá)減少而脂滴積累增加，這表明脂滴的形成與ABCA1有關(guān)，且造成了足細(xì)胞損傷[11-12, 25]。在人類腎小球細(xì)胞中，白介素-1β可通過抑制ABCA1表達(dá)來抑制膽固醇外流[26]。艾塞那肽(exendin-4)是一種胰高血糖素樣肽1型的激動劑，可以上調(diào)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中ABCA1的表達(dá)，改善腎小球肥大、基底膜增厚和系膜擴(kuò)張的病理改變[27]。但是也有研究提到ABCA1的缺乏導(dǎo)致足細(xì)胞脂滴的積聚，但不足以引起腎小球損傷[11-12]。因此，關(guān)于ABCA1缺乏與足細(xì)胞損傷的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。

載脂蛋白L1(apolipoprotein L1，Apo-L1)是與HDL相關(guān)的蛋白，可以與APO-A1結(jié)合，并促進(jìn)膽固醇外流，也可能直接參與足細(xì)胞的膽固醇代謝過程。在生理條件下，APO-L1有助于保持細(xì)胞膽固醇穩(wěn)態(tài)；但在疾病條件下，足細(xì)胞APO-L1表達(dá)的減少可能導(dǎo)致足細(xì)胞膽固醇外排減少和細(xì)胞膽固醇積聚，從而導(dǎo)致局灶節(jié)段性腎小球硬化和艾滋病毒相關(guān)腎病等腎小球疾病的發(fā)生與發(fā)展[28-29]。

卵磷脂-膽固醇酯酰轉(zhuǎn)移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT)是一種HDL相關(guān)酶，它能將膽固醇轉(zhuǎn)化為膽固醇酯，在膽固醇從外周組織逆向運(yùn)輸?shù)礁闻K過程中起著重要作用。LCAT缺乏導(dǎo)致膽固醇在許多組織中積累，LCAT濃度或者活性異常將導(dǎo)致膽固醇酯化缺陷以及HDL成熟受損[30]。喂食常規(guī)鼠糧的LCAT缺陷小鼠沒有表現(xiàn)出腎小球表型，而喂養(yǎng)高脂肪飲食的LCAT缺陷小鼠發(fā)生了腎小球病變，包括血管間隙減少、系膜擴(kuò)張和硬化、細(xì)胞外基質(zhì)增加、脂滴和巨噬細(xì)胞聚集[31-32]。

NPC1、NPC2在腎臟中均有表達(dá)，NPC2多在腎的近曲小管和遠(yuǎn)曲小管表達(dá)[33-34]。NPC2基因的突變導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間運(yùn)輸游離膽固醇受到阻礙，進(jìn)而導(dǎo)致游離膽固醇在腎細(xì)胞核內(nèi)體與溶酶體中積累，而過量游離膽固醇的積聚對細(xì)胞有毒害作用。活檢NPC相關(guān)的病變腎臟發(fā)現(xiàn)泡沫足細(xì)胞、空泡狀管狀上皮細(xì)胞和間質(zhì)中聚集泡沫細(xì)胞[35]。

2 甘油三酯和脂肪酸與足細(xì)胞損傷

約50%的CKD患者出現(xiàn)了高甘油三酯血癥，而游離脂肪酸(FFA)和甘油是甘油三酯的主要組成成分[36-37]。FFA的過量積累在足細(xì)胞的損傷和蛋白尿的產(chǎn)生中起到關(guān)鍵作用，F(xiàn)FA以甘油三酯的形式儲存在脂滴中，可以有效保護(hù)細(xì)胞免受其損傷作用[38-39]。細(xì)胞通過調(diào)節(jié)脂肪酸的合成、攝取、儲存和β-氧化來維持脂肪酸平衡。脂肪酸和甘油三酯的合成由SREBP1c控制，SREBP1c調(diào)控乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)和脂肪酸合酶(fatty acid synthase，F(xiàn)ASN)等脂肪生成酶的表達(dá)。碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(carbohydrate-responsive element-binding protein，ChREBP)是細(xì)胞中脂肪合成的重要轉(zhuǎn)錄因子。ChREBP的缺乏能夠抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1)的活性，從而減緩糖尿病腎病中的脂質(zhì)積聚[40]。CD36(cluster of differentiation 36)是足細(xì)胞吸收FFAs的主要受體。足細(xì)胞中的CD36可以通過直接或間接增加脂肪酸的攝取來誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和凋亡[41-42]。脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(fatty acid transport protein 4，F(xiàn)ATP4)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，間接驅(qū)動脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞[43]。腎臟中的FATP1、FATP2和FATP4的表達(dá)被認(rèn)為是肥胖相關(guān)腎小球腎病患者脂質(zhì)攝取異常的主要原因[44]。細(xì)胞中的脂肪酸通常被酯化形成甘油三酯、磷脂和膽固醇三種主要的酯類，或轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體中進(jìn)行β氧化和ATP生成。甘油三酯積累增加導(dǎo)致足細(xì)胞凋亡和腎小球硬化[45]。Kampe等[46]發(fā)現(xiàn)，抑制肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1(脂肪酸氧化限速酶)和AMP活化蛋白激酶(AMPK)下游靶點可增加棕櫚酸誘導(dǎo)的足細(xì)胞死亡率。

3 其他脂質(zhì)與足細(xì)胞損傷

甘油磷脂和鞘脂也與足細(xì)胞損傷有關(guān)。Ducasa等[12]發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞特異性ABCA1缺乏導(dǎo)致線粒體心磷脂(cardiolipins，CL)的積累，促進(jìn)足細(xì)胞的損傷。鞘脂及鞘脂代謝物被認(rèn)為是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要調(diào)控因子，對多種疾病的發(fā)生與發(fā)展起著重要作用。神經(jīng)酰胺是神經(jīng)鞘脂代謝途徑的核心部分。鞘氨醇激酶將鞘氨醇磷酸化為鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)，神經(jīng)酰胺激酶催化另一種生物活性脂質(zhì)神經(jīng)酰胺-1-磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)的形成。在肥胖相關(guān)腎小球腎病患者中，神經(jīng)酰胺和S1P在足細(xì)胞中的積累產(chǎn)生活性氧來誘導(dǎo)線粒體損傷[47]。鞘磷脂磷酸二酯酶樣3b蛋白(sphingomyelin phosphodiesterase acid like 3b，SMPDL3b)是一種脂層相關(guān)蛋白，在肥胖相關(guān)腎小球腎病患者的腎小球中SMPDL3b表達(dá)升高。糖尿病小鼠中的足細(xì)胞特異性Smpdl3b的缺失導(dǎo)致C1P含量的恢復(fù)，與肥胖相關(guān)腎小球腎病延遲進(jìn)展有關(guān)[13]。

4 脂滴與足細(xì)胞損傷

脂滴是富含脂質(zhì)的細(xì)胞器，從結(jié)構(gòu)上看，脂滴由中性脂核(三酰甘油和膽固醇酯)和磷脂單層組成。脂滴包被蛋白(perilipins)是脂滴外殼中的蛋白質(zhì)，肥胖相關(guān)腎小球腎病患者足細(xì)胞中perilipin2表達(dá)顯著上調(diào)，這表明perilipin2表達(dá)的增加可能導(dǎo)致糖尿病腎臟中脂滴積累的增加[48]。肥胖相關(guān)腎小球腎病患者的尿中perilins2水平升高[49]。自噬可以調(diào)節(jié)脂代謝和脂滴形成，并顯著促進(jìn)腎纖維化[50]。

5 小結(jié)

本文闡述了不同脂質(zhì)對于足細(xì)胞損傷的研究進(jìn)展，但是不同脂類如何相互作用導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和CKD進(jìn)展的機(jī)制細(xì)節(jié)仍不清楚，需要進(jìn)一步研究脂滴的形成、動力學(xué)和降解機(jī)制來幫助了解CKD的發(fā)病機(jī)制。目前治療CKD的降脂藥主要有抑制膽固醇合成的他汀類藥物，如洛伐他汀和辛伐他汀(lovastatin and simvastatin)；PPARα/γ激動劑抑制，如非諾貝特(fenofibrate)；抑制ABCA1上調(diào)的2-羥丙基-β-環(huán)糊精(2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin)；具有抗炎、抗纖維化和抗氧化作用的脂聯(lián)素[25]。但是這些藥物的應(yīng)用仍然具有一定局限性，如他汀類藥物可以減少蛋白尿發(fā)病率和患者死亡率，但這一效果不足以減緩非終末期CKD的臨床進(jìn)展[54]。因此，需要進(jìn)一步明確脂質(zhì)代謝紊亂與足細(xì)胞損傷的關(guān)系，并為開發(fā)腎臟疾病新的治療靶點提供理論依據(jù)。