足細胞和腎小球硬化

桑素珍，沈惠風

（上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院 中醫科，上海 200127）

足細胞是有著獨特結構和功能的細胞，很容易受到各種因素的損傷，損傷后會導致足細胞數量的減少。近年來，足細胞數量的減少對腎小球硬化的作用受到了越來越多的關注，成為導致腎小球硬化的關鍵環節。現就導致足細胞數量減少的機制作一綜述。

1 足細胞的結構和功能

足細胞即腎小球臟層上皮細胞，為高度分化的終末期細胞，位于腎小球基底膜的最外層，與有孔的內皮細胞層、腎小球基底膜（GBM）一同構成了腎小球的三層濾過屏障，以保證腎小球毛細血管壁的選擇通透性。足細胞有著獨特復雜的結構，根據結構和功能的不同，它可以分成三部分：細胞體、初級突起和次級突起，趾狀的次級突起又叫足突(FP)。FP與FP犬牙交錯形成了腎小球濾過屏障中一個非常重要的結構——拉鏈狀的裂孔隔膜（SD），SD對維持FP的完整性非常重要，同時也是防止蛋白質丟失的一個重要的屏障[1]。

足細胞具有多種功能，在正常情況下足細胞能夠合成GBM成分、保持GBM的正常形態， 調節超濾系數Kf、防止蛋白質丟失，對抗腎小球毛細血管靜水壓、穩定腎小球毛細血管網，是維持腎小球濾過屏障結構和功能正常的主要細胞之一[2]；在疾病狀態下，足細胞也是腎小球疾病炎癥與非炎癥損傷的靶位，大量的實驗證據表明足細胞的損傷與腎臟疾病的進展具有密切的聯系[3-6]。

2 足細胞損傷

由于足細胞結構和功能的特殊性，多種因素均可導致足細胞的損傷，包括針對足細胞膜抗原的抗原抗體反應(如膜性腎病)、血流動力學異常(如腎單位數量減少)、毒素與藥物(如非類固醇類抗炎藥、阿霉素)、補體激活、活性氧基團(ROS)、細胞因子、基因(如nephrin、αactinin、CD2AP) 突變、大量蛋白尿、感染(如HIV)及代謝因素(如高血糖及高血脂)等。損傷的足細胞會發生一系列形態學的改變：FP消失，胞體縮小，假囊形成，細胞肥大，細胞質中溶酶體富集等等，這些改變最終導致足細胞從GBM上脫落[7]。又由于足細胞缺乏增殖，就使得單位腎小球足細胞的數目越來越少。當足細胞的數目減少超過20%時，腎小球硬化就發生了[8-9]。

3 足細胞數量和腎小球硬化

大量研究表明，單位腎小球中足細胞數目的減少在腎小球硬化的發展過程中發揮著十分重要的作用[10-13]。Pagtalunan等[10]觀察發現II型糖尿病患者足細胞數量的減少與糖尿病腎病（DN）的早期觀察指標——尿中的微量白蛋白密切相關，這是人類足細胞數量與腎小球硬化密切相關的最早研究之一。Kim等[11]在其進行的大鼠試驗研究中發現，單次注射氨基核苷嘌呤霉素（PAN）可引起大鼠足細胞顯著丟失，重復注射則加重足細胞的丟失，而且腎小球中足細胞丟失的部位即是腎小球發生硬化的部位，足細胞丟失越多，腎小球硬化的發展也越明顯， Kriz等也在Masugi腎炎模型中證實了這一發現。Steffes等[12]、White等[13]在I型糖尿病的研究中也得出了類似結論。當足細胞的丟失超過其增生能力時，剩余的足細胞不能完全覆蓋腎小球基底膜的表面，造成足細胞脫落位點GBM 的裸露，裸露區域毛細血管袢的張力與靜水壓的平衡被打亂，毛細血管袢在靜水壓的作用下逐漸膨脹，使得裸露的GBM與鮑曼囊的壁層直接接觸并發生了黏連，導致腎小球毛細血管袢結構毀損，并出現繼發性透明樣物質的沉積，最后腎小球硬化形成[14]。由此可見，損傷后的足細胞數量減少在腎小球硬化的發生過程中起了關鍵性的作用。

4 足細胞數量減少的機制

多種應答機制可以導致足細胞數量的減少，包括凋亡、足細胞從GBM上脫落以及足細胞增殖能力的喪失[14]。4.1 足細胞的凋亡 足細胞凋亡已被認為是腎臟疾病發展的一個十分重要的機制，其中轉化生長因子-β1（TGF-β1）與成骨蛋白-7（BMP-7）對足細胞凋亡的調節作用十分重要；足細胞的多個結構分子也被發現因能夠參與足細胞的信號傳導而在足細胞的凋亡中具有一定作用。同時我們也可以注意到p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）/胱天蛋白酶-3（caspase-3）與PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶）/AKT兩條細胞信號傳導通路在足細胞的凋亡中的作用不容忽視。

TGF-β1與BMP-7都是TGF-β超家族的成員，TGF-β1通過激活p38MAPK/caspase-3信號通路誘導了足細胞凋亡[15]，而BMP-7則通過與TGF-β1競爭足細胞膜上相應的受體激活PI3K/AKT信號通路而具有抗凋亡效應[16]。Schiffer等[15]在TGF-β1轉基因小鼠模型中發現了足細胞凋亡、足細胞數量減少和腎小球硬化，并發現TGF-β1還可以通過Smad7信號通路誘導足細胞凋亡，其機制是抑制核因子-κB（NF-κB）由胞質進入核內，并放大TGF-β1通過p38MAPK/caspase-3誘導的足細胞凋亡效應。Peters等[16]的新研究發現IGFBP-3（insulin-like growth factor binding protein 3）是一個新的足細胞凋亡與存活信號調節分子，它通過對TGF-β1/BMP-7的調節發揮對足細胞的作用，當IGFBP-3與TGF-β1共表達時，增加了TGF-β1誘導的p38MAPK的表達而促進了凋亡，當與BMP-7共表達時則增加了BMP-7誘導的PI3K/AKT信號通路的抗凋亡效應；此外IGFBP-3也能通過誘導Smad磷酸化或是改變足細胞的細胞骨架而單獨誘導足細胞凋亡。由此可見TGF-β1/BMP-7的平衡對于足細胞的存活至關重要。

足細胞的結構分子在足細胞凋亡中的作用，近幾年也有許多重要的發現。 Jung等[17]的研究表明一種位于足細胞胞漿中的聯接整合素（interin）與細胞骨架的三分子復合物PIP（PINCH-1-Integrin-Linked Kinase-α-Parvin）在TGF-β1誘導的足細胞凋亡中發揮了一定的作用。TGF-β1通過調節此復合物中α-parvin的磷酸化抑制了其形成，進而激活了p38MAPK，足細胞發生了凋亡。CD2AP(CD2-associated protein)是位于足細胞內的SD蛋白，能夠通過激活抗凋亡的PI3K/AKT信號通路，選擇性地抑制TGF-β1通過p38MAPK誘導的足細胞凋亡，因此CD2AP 缺陷小鼠TGF-β1表達及足細胞的凋亡增加[18]。最近又有研究發現，在實驗性腎小球腎炎損傷的足細胞中，SD結構分子dendric轉移到了核中，足細胞發生了凋亡。TGF-β能夠劑量依賴性地促進dendric的核轉移；而dendric反過來又能促進TGF-β誘導的足細胞凋亡。由此可見，dendric作為具有促凋亡性質的SD分子在受損足細胞的核中聚集，為我們提供了預防和治療腎小球硬化的一個新的靶目標[19]。

4.2 足細胞的脫落 足細胞從其附著的GBM上脫落對于足細胞數量的減少和蛋白的丟失同樣具有十分重要的作用。研究表明，周圍環境的影響（細胞因子等）以及自身的缺陷（足細胞結構蛋白分子異常）都可能會使足細胞對GBM的黏附減弱而發生脫落，導致數目減少。Asanuma等[20]研究認為bFGF、TGF-β1和PDGF 等生長因子可以導致局部蛋白酶(組織蛋白酶L和MMPs等)及其抑制劑的分泌不平衡，蛋白水解活性增加，GBM退化，足細胞和基底膜連接被損害，足細胞從GBM脫落，這是周圍環境因素使得足細胞對GBM的黏附減弱的研究發現。下面主要探討足細胞自身缺陷對其脫落的影響，近幾年的研究主要集中在這一方面。

α3β1 integrin被認為與足細胞表達減少和足細胞的脫落有關。α3β1 integrin是足細胞表面一個關鍵的黏附分子，對于足細胞形態的維持和在GBM表面的附著具有十分重要的作用，其缺乏將會導致足細胞對GBM的黏附減弱而發生脫落[21]，足細胞數量減少。

Integrin-linked-kinase(ILK)也是一與足細胞脫落有關的蛋白分子，位于足細胞胞內，屬于絲氨酸或蘇氨酸激酶，與β1-integrin的胞質區相互作用，在足細胞與胞外基質的黏附中發揮調節作用。在以蛋白尿為主要表現的腎臟疾病中ILK作為細胞基質信號分子被激活，其過度表達導致了細胞非貼壁生長的增加及細胞外基質黏附的減弱，足細胞脫落增加。同時多個研究發現，integrinβ1-ILK級聯反應與腎臟疾病之間的密切聯系，或許會成為治療腎臟疾病的新的靶目標[22]。

近來的研究表明，α-actinin-4與integrin共同作用維持了足細胞與GBM的黏附，保證了腎小球結構的穩定，防止了疾病的發生。因此在α-actinin-4缺陷小鼠尿中出現了足細胞的標記物，單位腎小球足細胞數目減少；同時在體外，來源于α-actinin-4缺陷小鼠的足細胞對于GBM的黏附減弱，在增加的切應力的條件下其丟失也更顯著[23]。

4.3 足細胞增值能力的缺失 足細胞是一高度分化的細胞，其數量的減少也與細胞受到損傷后增殖能力缺失有關。在細胞周期中，足細胞受到正性調節因子（細胞周期調節蛋白、細胞周期調節蛋白激酶）和負性調節因子（細胞周期調節蛋白激酶抑制劑）的雙重調控，兩者的平衡決定了細胞是增殖還是靜止。在腎臟發育的S期，足細胞進入細胞周期并因此表達增殖性標記物，包括增殖性細胞核抗原（PCNA）、Ki-67、DNA合成所需的細胞周期調節蛋白（cyclin）A及有絲分裂所需的cyclinB1和Cdc2，而細胞周期調節蛋白激酶抑制劑(CKIs) p27kip1和p57kip2的表達則是缺失的。而當足細胞發展到毛細血管袢階段時，有絲分裂停止，細胞骨架重排，cyclin和CDKs的表達下調，而p27kip1和p57kip2的表達上調，細胞退出細胞周期，停止增殖，以形成足細胞的終末期分化狀態和靜止表型。有研究[25]表明足細胞缺乏增值可部分地歸因于CKIs 的增加：首先，Cip/Kip家族CKIs中的p21Cip1、p27kip1和p57kip2通過抑制G1和S期中cyclin-CDK復合物的形成，阻滯細胞周期，抑制細胞增生；其次，CKIs還會引起細胞核分裂而胞漿不發生相應分裂，使得足細胞在DNA 的合成過程中產生大量的多倍體，而細胞數目卻沒有增加。已有報道不少慢性腎臟疾病可誘發CKIs高表達[24]，也有報道在實驗性膜性腎病中可以見到足細胞多倍體。

此外，在腎臟疾病中，DNA合成障礙也是足細胞缺乏增殖的一個原因。在研究較多的實驗性膜性腎病中，有絲分裂所需的cyclinB-Cdc2雖然也是增加的，但足細胞卻沒有發生增殖，原因是亞溶性的C5b-9攻擊足細胞，使得足細胞腫瘤抑制因子p53、p21Cip1及檢測點激酶1、2(check-point kinase-1、2) 表達增加，阻斷了足細胞由G2期進入M期，DNA 損傷使足細胞失去增殖能力。總之，不管是免疫還是非免疫介導的腎臟疾病，也不管是體內實驗還是體外實驗，DNA損傷都會導致抑制性檢測點途徑的激活，細胞周期停止或是延遲，使得足細胞不能發生增殖[25]。

5 結語

足細胞數量的減少對于腎小球硬化的進展發揮關鍵作用已成為不爭的事實，近年來隨著分子生物學的進展，足細胞結構分子作為信號傳導分子在足細胞數量減少中的作用已受到越來越多的重視，今后的研究必定會更多地關注這一方面，以尋找阻遏足細胞數量減少的作用靶點，來減緩甚至阻止腎小球硬化的進展。

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