足細(xì)胞損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

李 涵，葛許華，繆紅軍

南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院急診/重癥醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210008

足細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球基底膜共同組成腎小球?yàn)V過屏障。血液濾過腎小球時(shí)，足細(xì)胞作為最后屏障，決定血液中蛋白質(zhì)是否丟失。因此，足細(xì)胞在維持腎小球?yàn)V過屏障的完整性以及防止蛋白尿的產(chǎn)生中起到不可或缺的作用［1］。足細(xì)胞骨架成分以及狹縫隔膜（slit diaphragm，SD）蛋白的突變或異常會引起足細(xì)胞損傷和破壞，導(dǎo)致蛋白尿和進(jìn)行性腎小球硬化［2］。目前，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是足細(xì)胞損傷的主要原因，對足細(xì)胞損傷的其他潛在機(jī)制仍然知之甚少［3］。

1 足細(xì)胞結(jié)構(gòu)

足細(xì)胞是一種特殊類型的分化上皮細(xì)胞，也是維持腎小球?yàn)V過屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性以及選擇濾過蛋白質(zhì)大小的重要組成部分［4-5］。足細(xì)胞具有復(fù)雜的細(xì)胞形態(tài)，即復(fù)雜的細(xì)胞極性組織——細(xì)胞體和廣泛的突起網(wǎng)絡(luò)——足突。它的初級足突逐漸延伸形成次級足突，并與相鄰足細(xì)胞的次級足突連接形成SD，參與構(gòu)成腎小球?yàn)V過屏障［6］。早期有研究發(fā)現(xiàn)，初級足突和次級足突具有獨(dú)特的細(xì)胞骨架特征和成分。細(xì)胞體和初級足突主要的細(xì)胞骨架成分是微管（microtubule，MT）和中間絲（inter?mediate filaments，IF）［7］。其中，MT 主要以a/β微管蛋白亞基為基本元件構(gòu)成，是一種高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，參與多種生物的細(xì)胞有絲分裂以及纖毛的形成［8］；IF主要由波形蛋白和結(jié)蛋白構(gòu)成，在孤立腎小球中，已證實(shí)IF可調(diào)節(jié)細(xì)胞彈性［9］。次級足突的主要細(xì)胞骨架成分是微絲，它主要是由F?肌動蛋白和肌球蛋白聚集組成。肌動蛋白細(xì)胞骨架廣泛分布于次級足突中，是導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和功能障礙的重要成分［7］。足細(xì)胞損傷或功能障礙可由不同的代謝紊亂引起，使足細(xì)胞從腎小球基底膜脫離，導(dǎo)致腎小球?yàn)V過屏障功能障礙，從而引起蛋白尿和多種腎臟疾?。?0］。

2 足細(xì)胞損傷原因

2.1 先天性因素

母源性同種免疫性腎小球病是一種新的器官特異性母源性疾病，主要是由于遺傳缺陷導(dǎo)致母親孕后產(chǎn)生針對胎兒的抗體，該抗體穿過胎盤，與胎兒腎小球足細(xì)胞結(jié)合，引起足細(xì)胞破壞，從而導(dǎo)致腎功能障礙［11］。有研究者在檢測膜性腎病患兒及母親的血液樣品時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)90 kDa 的抗原，即中性內(nèi)肽酶（neutral endopetidase，NEP）［12］。NEP 抗原缺陷母親在懷孕時(shí)，產(chǎn)生針對胎兒NEP抗原的抗NEP IgG1 抗體，該抗體通過胎盤，在足細(xì)胞基底膜形成原位免疫復(fù)合物引起足細(xì)胞破壞、蛋白尿的產(chǎn)生，甚至發(fā)生終末期腎衰竭。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)金屬膜內(nèi)肽酶基因截短突變是孕期同種免疫的誘因，可誘導(dǎo)抗NEP抗體的產(chǎn)生［12-13］。這一發(fā)現(xiàn)打開了膜性腎病在病理生理學(xué)和治療方面的新大門。

2.2 遺傳因素

隨著編碼狹縫隔膜相關(guān)蛋白的突變基因（如NPHS1、NPHS2、NPHS3 和CD2AP）的報(bào)道，近年來，越來越多涉及足細(xì)胞損傷的突變基因被研究者們發(fā)現(xiàn)［14］。其中，細(xì)胞骨架成分相關(guān)的編碼基因如輔肌動蛋白A4（recombinant actinin alpha 4，ACTN4）、MYH9 等突變備受關(guān)注。有研究者發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞特異性表達(dá)的編碼ACTN4 基因突變或表達(dá)異?？蓪?dǎo)致足細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，老年小鼠出現(xiàn)蛋白尿［15］。最近發(fā)現(xiàn)，編碼非肌肉肌球蛋白的MYH9基因突變引起足細(xì)胞足突消失以及足突之間的SD 破壞，使機(jī)體出現(xiàn)大量蛋白尿甚至腎小球硬化［16］。另外，有研究者在患有局灶性節(jié)段性腎小球硬化癥（focal segmental glomerulosclerosis，F(xiàn)SGS）和腎小管間質(zhì)病變的家庭中鑒定出純合的TTC21B p.P209L基因突變。通過測序?qū)ν蛔兓蚍治霭l(fā)現(xiàn)TTC21B隱性突變有致病作用。TTC21B突變的患者會在兒童期或者成年期出現(xiàn)蛋白尿并迅速發(fā)展為終末期腎?。?7］。

2.3 獲得性因素

2.3.1 免疫相關(guān)

近年來，越來越多的研究表明足細(xì)胞具有先天免疫活性。同時(shí)，各種抗原誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)具有病理作用，可導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和腎臟疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞磷脂酶A2受體（phospholipase A2 re?ceptor，PLA2R）是成人膜性腎病自身免疫反應(yīng)的抗原靶點(diǎn)［18］。約70%成年原發(fā)性膜性腎病患者可產(chǎn)生針對足細(xì)胞M型PLA2R的抗IgG4抗體，引起足細(xì)胞損傷［19］。與PLA2R相似特性的足細(xì)胞抗原?血小板反應(yīng)蛋白1 型結(jié)構(gòu)域7A（thrombospondin type 1 domain?containing 7A，THSD7A）也被報(bào)道［20］。在Heymann 腎炎模型中，研究者發(fā)現(xiàn)一種分子量達(dá)600 kDa的自身抗原，即足細(xì)胞跨膜蛋白?巨蛋白［13］。它可與體內(nèi)的抗巨蛋白抗體結(jié)合，形成原位免疫復(fù)合物，引起補(bǔ)體激活形成膜攻擊復(fù)合物C5b?9 破壞足細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，引起SD 損害，從而導(dǎo)致腎小球?yàn)V過屏障破壞，蛋白質(zhì)滲漏，產(chǎn)生大量蛋白尿［19］。

2.3.2 非免疫相關(guān)

除了上述原因外，感染、代謝等因素也會引起足細(xì)胞損傷。當(dāng)細(xì)菌等感染引起膿毒癥時(shí)，促炎細(xì)胞因子如白介素（IL）?1β、IL?6、腫瘤壞死因子α（TNF?α）等表達(dá)水平升高，導(dǎo)致足細(xì)胞破壞和凋亡［21］。慢性人類免疫缺陷病毒感染機(jī)體，會激活先天性抗病毒機(jī)制，使載脂蛋白L1 表達(dá)上調(diào)，引起足細(xì)胞肌動蛋白細(xì)胞骨架腎病蛋白（nephrin）表達(dá)下調(diào)，從而導(dǎo)致足細(xì)胞骨架及細(xì)胞形態(tài)的穩(wěn)定性破壞［22］。此外，糖尿病引起的機(jī)體代謝變化（如高血糖、高氨基酸血癥等）會引起足細(xì)胞破壞，腎小球肥大和硬化以及腎小管炎癥和間質(zhì)纖維化［23］。

3 足細(xì)胞損傷機(jī)制

3.1 細(xì)胞骨架破壞

足細(xì)胞的肌動蛋白細(xì)胞骨架為細(xì)胞形態(tài)及其與細(xì)胞外基質(zhì)的連接提供結(jié)構(gòu)和功能支持［24］。已有研究表明，足細(xì)胞損傷時(shí)，細(xì)胞骨架失調(diào)是導(dǎo)致足細(xì)胞足突消失的根本原因［25］，表現(xiàn)為足突中高度有序的平行收縮的肌動蛋白絲束在病理?xiàng)l件下變得紊亂、縮短、分枝，足細(xì)胞足突消失，抵消濾過壓力的能力下降，毛細(xì)血管擴(kuò)張，從而導(dǎo)致蛋白尿［24-25］。然而，最近研究發(fā)現(xiàn)，雖然足細(xì)胞損傷會引起足突消失，但如果足細(xì)胞仍附著于基底膜上，足突是可以再生的。通過電子顯微鏡可以看到，在足突消失后期，足細(xì)胞的基底膜側(cè)會形成肌動蛋白層。之后，致密的肌動蛋白層溶解，新的足突從細(xì)胞中再生出來［26］。因此，足細(xì)胞骨架與足突細(xì)胞的消失和再生均有著密切聯(lián)系。

3.2 細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子異常

Krüppel 樣因子（Krüppel?like factor，KLF）是一種鋅指結(jié)構(gòu)的DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，參與細(xì)胞分化、代謝以及DNA 修復(fù)等多種生物學(xué)過程［27］。其中，KLF15 是足細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)足細(xì)胞特異性蛋白如突觸足蛋白（synaptopodin）、足蛋白（podocin）及nephrin 等的表達(dá)，保護(hù)足細(xì)胞。KLF15缺失導(dǎo)致肌動蛋白細(xì)胞骨架穩(wěn)定性破壞和足細(xì)胞損傷。然而，足細(xì)胞在應(yīng)激時(shí)會通過過表達(dá)KLF15來穩(wěn)定肌動蛋白細(xì)胞骨架，減輕腎纖維化、炎癥和足細(xì)胞損傷，改善腎功能［28］。最新的啟動子分析發(fā)現(xiàn)KLF15結(jié)合位點(diǎn)的代表基因——活化T細(xì)胞核因子c1（nuclear factor of activated T cells c1，NFATc1），又稱NFAT2，是NFAT 轉(zhuǎn)錄因子家族成員。在生理情況下，KLF15通過直接結(jié)合到NFATc1的啟動子區(qū)域來抑制NFATc1基因的轉(zhuǎn)錄。在病理?xiàng)l件下，KLF15 缺失導(dǎo)致結(jié)合NFATc1 啟動子區(qū)域的KLF15減少，從而增強(qiáng)NFATc1基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷、凋亡以及足突消失［29］。也有研究發(fā)現(xiàn)，E2F 轉(zhuǎn)錄因子3（e2f transcription factor 3，E2F3）是E2F 家族的一員，與細(xì)胞增殖和凋亡密切相關(guān)。高糖刺激的足細(xì)胞會使E2F3表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)足細(xì)胞損傷［30］。

3.3 胞漿內(nèi)線粒體能量代謝異常

線粒體作為細(xì)胞的動力源，提供ATP，以維持足細(xì)胞肌動蛋白細(xì)胞骨架的穩(wěn)定。在腎臟中，線粒體功能障礙與多種腎臟疾病密切相關(guān)，其中對足細(xì)胞損傷的影響最為顯著［31］。過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子?1α（peroxisome proliferator?acti?vated receptor γ coactivator?1α，PGC?1α）是誘導(dǎo)線粒體生物合成和功能的上游轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。足細(xì)胞中PGC?1α水平升高促進(jìn)線粒體的生物合成，提高細(xì)胞的氧化磷酸化，增加活性氧（reactive oxygen，ROS）副產(chǎn)物的產(chǎn)生。同時(shí)，PGC?1α調(diào)節(jié)ROS抑制物的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞呼吸和ATP 合成，減少細(xì)胞氧化損傷。當(dāng)各種因素引起足細(xì)胞PGC?1α表達(dá)降低時(shí)，出現(xiàn)線粒體功能障礙，ROS 大量產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)線粒體外膜孔道開放，釋放Ca2+、細(xì)胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子，引起足細(xì)胞凋亡［32］。然而也有研究顯示，誘導(dǎo)小鼠足細(xì)胞PGC?1α過表達(dá)可導(dǎo)致足細(xì)胞分化標(biāo)志物缺失，使腎小球上皮細(xì)胞增殖，引起腎小球病變塌陷［33-34］。此外，動力相關(guān)蛋白?1（dynamin?relat?ed protein?1，Drp1）是動力超家族中的一個(gè)大型GTP酶，對哺乳動物細(xì)胞的線粒體分裂具有重要作用。在線粒體分裂時(shí)，Drp1 從細(xì)胞質(zhì)聚集到線粒體外膜，在外膜自行組裝成寡聚體破壞線粒體膜［35］。有研究發(fā)現(xiàn)，醛固酮可劑量依賴性誘導(dǎo)Drp1 的表達(dá)，并通過Drp1介導(dǎo)線粒體分裂，從而引起線粒體功能障礙和足細(xì)胞的凋亡［36］。同時(shí)，足細(xì)胞是高度分化的終末細(xì)胞，其特性與神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等永久細(xì)胞類似，易發(fā)生線粒體突變。當(dāng)突變的異常線粒體聚集于足細(xì)胞時(shí)，會破壞線粒體的蛋白質(zhì)合成和能量供應(yīng)，引起足細(xì)胞破壞和功能障礙，甚至發(fā)生腎小球硬化［37］。

3.4 細(xì)胞內(nèi)鈣離子動態(tài)穩(wěn)定性改變

瞬態(tài)受體電位陽離子通道（transient receptor po?tential cation channel，TRPC）是哺乳動物細(xì)胞中非選擇性的鈣離子通道。TRPC 具有7 種亞型，即TRPC1?7，除TRPC2 外的其他6 種亞型在哺乳動物中表達(dá)［38］。通過電生理記錄，研究者發(fā)現(xiàn)TRPC6在足細(xì)胞足突的SD處高度表達(dá)，并與SD蛋白podocin和nephrin相互作用［39］。生理情況下，TRPC6通道被激活后，促使Ca2+流入細(xì)胞，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)，從而引起基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，維持足細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。然而，在病理?xiàng)l件下，如高血糖、血管緊張素Ⅱ等刺激引起ROS和過氧化氫產(chǎn)生增加，通過G 蛋白偶聯(lián)受體級聯(lián)反應(yīng)使TRPC6 通道過度激活，足細(xì)胞Ca2+內(nèi)流急劇增加，導(dǎo)致足細(xì)胞肥大，足細(xì)胞以及足突破壞，從而引起腎小球?yàn)V過屏障破壞和功能障礙，甚至產(chǎn)生蛋白尿［40］。也有研究發(fā)現(xiàn)，TRPC6和Rho 蛋白家族的成員RhoA 構(gòu)成一種分子復(fù)合物。TRPC6 介導(dǎo)的足細(xì)胞Ca2+內(nèi)流增加也增強(qiáng)了RhoA 的活性，而RhoA的異常激活可導(dǎo)致足細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)紊亂，F(xiàn)?肌動蛋白纖維重排，足細(xì)胞損壞［39］。Verheijden 等［41］發(fā)現(xiàn)TRPC6 介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流激活足細(xì)胞鈣蛋白酶家族成員?鈣蛋白酶1，使SD 蛋白nephrin和足突細(xì)胞骨架相關(guān)錨定蛋白踝蛋白?1（ta?lin?1）降解，從而破壞足細(xì)胞的完整性，導(dǎo)致嚴(yán)重的蛋白尿。

3.5 裂孔膜上其他成分異常

足細(xì)胞的SD 特異性蛋白與肌動蛋白細(xì)胞骨架密切作用，影響足細(xì)胞的信號通路和運(yùn)動。SD蛋白及其相關(guān)蛋白表達(dá)或功能異常對足突缺失影響顯著，甚至引起蛋白尿和腎病的發(fā)生發(fā)展［42］。SD的蛋白質(zhì)主要包括nephrin、podocin等。由Nphs1基因編碼的nephrin 是一種表達(dá)于腎小球足細(xì)胞連接處的黏附蛋白。Nphs1基因突變、糖尿病腎病、腎性蛋白尿以及細(xì)菌感染誘發(fā)的腎病患者nephrin 表達(dá)會減低，引起SD 損傷，同時(shí)也減弱足細(xì)胞在損傷后的修復(fù)能力［43］。SD 損傷導(dǎo)致肌動蛋白細(xì)胞骨架的重新排列，使高度復(fù)雜的肌動蛋白骨架結(jié)構(gòu)簡化，主要表現(xiàn)為足突回縮、結(jié)構(gòu)扁平和相互之間交錯減少，最終導(dǎo)致足細(xì)胞凋亡或脫離［42］。podocin 是一個(gè)含有383 個(gè)氨基酸殘基的類似發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)的SD 蛋白質(zhì)，可激活并增強(qiáng)nephrin誘導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腎病中，podocin 表達(dá)隨著足細(xì)胞損傷和基底膜的破壞而減低，這表明podocin表達(dá)減低與足細(xì)胞損傷密切相關(guān)［44］。

4 小結(jié)與展望

在許多腎小球疾病中，引起疾病的明確發(fā)病機(jī)制尚不清楚。近年來，隨著足細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞學(xué)的研究進(jìn)展，我們對足細(xì)胞損傷機(jī)制的了解顯著增加。然而，足細(xì)胞對損傷的反應(yīng)是復(fù)雜的，涉及多種機(jī)制，并且一些機(jī)制參與多種腎小球疾病過程。目前，我們對足細(xì)胞損傷機(jī)制的研究仍然有限。未來我們還需要進(jìn)一步研究，更深入探索足細(xì)胞損傷的機(jī)制，這對尋找腎臟疾病新的治療靶點(diǎn)具有重要意義。