足細胞與蛋白尿發病機制的研究進展

(瀘州醫學院附屬醫院，四川瀘州646000)

蛋白尿是腎臟疾病最常見的表現之一，其發生與腎小球濾過屏障的異常有密切關系。腎小球濾過屏障由毛細血管內皮細胞、腎小球基底膜(GBM)及臟層上皮細胞即足細胞組成。腎小球濾過膜具有電荷屏障和孔徑屏障功能，任一屏障損傷均會產生蛋白尿。足細胞位于GBM最外側，是避免機體蛋白丟失的最后一道屏障，足細胞損傷必然伴隨大量蛋白尿。現就足細胞與蛋白尿發病機制的研究進展作一綜述。

1 足細胞的結構和功能

足細胞是一種終末分化細胞，按結構和功能不同分為細胞體、主突和足突。足突呈指狀交叉覆蓋于GBM外表面，并通過黏附分子和蛋白多糖分子與GBM相連。兩相鄰的足細胞之間的裂隙稱為裂孔，其表面覆蓋著一層4～6 nm的拉鏈狀結構—裂孔膜，構成了最外一層孔徑屏障。裂孔表面有硫酸蛋白多糖等組成陰離子外衣，是腎小球電荷屏障的重要組分之一。足突通過肌動蛋白、肌球蛋白等結構蛋白組成的動態舒張系統調節著GBM的肌原張力，維持著毛細血管襻的結構穩定，足突還可通過收縮與擴張改變裂孔的大小和濾過膜的面積，改變超濾系數，調節腎小球的過濾功能。另外，足細胞各部位有許多特殊蛋白分子，它們對足細胞的正常結構起重要作用，其突變或缺失可以導致足細胞結構的改變，引起蛋白尿［1］。

2 足細胞與蛋白尿的關系

2.1 足突基底部分子與蛋白尿 足突基底部分子在維持細胞形狀上起重要作用，能維持足突與基膜的相互作用和足突的正確定位，其中最主要的分子是 α3β1整合素、整合素鏈接酶及 Dystroglycan(DG)。

2.1.1 α3β1整合素 α3β1整合素是足細胞表達的主要整合素，是使足細胞貼附于GBM的細胞外基質蛋白上的主要受體，介導細胞黏附及ECM同細胞骨架的連接［2］。Chien 等［3］發現，α3β1 異常表達時與足細胞凋亡有著密切的關系，不能正常組裝足突，從而發生GBM碎斷，引起蛋白尿，提示α3β1整合素對維持GBM結構完整有重要作用。

2.1.2 整合素連接酶(ILK)ILK是細胞內絲/蘇氨酸蛋白激酶，與整合素家族胞質內結構域及許多細胞骨架相關蛋白相互作用。最初研究顯示，敲除ILK基因的小鼠可迅速出現蛋白尿，證實ILK有利于維持腎小球濾過屏障功能的完整性［4］。Yang等［5］認為，ILK錨蛋白重復序列的過度表達可抑制接頭蛋白PINCH-1與ILK的結合，降低足細胞和層粘連蛋白的黏著，抑制足突的形成，促進足細胞凋亡，使裂孔膜的完整性受損，破壞濾過屏障，導致蛋白尿的發生。由此可見，ILK的異常表達可能是足細胞功能異常和蛋白尿的共同通路。

2.1.3 DG DG為足細胞的基底膜區蛋白，包括α-DG和β-DG兩種成分，DG與GBM上的層連蛋白、蛋白多糖相連，與α3β1整合素一起將足細胞錨定于GBM上，防止足細胞脫落，維持其數目的恒定。Kojima等［6］發現多聚陽離子和ROS可直接作用于DG與基質蛋白的相互作用，使DG從GBM中分離，足細胞脫落，致使足細胞結構改變和局部GBM裸露，濾過膜選擇性通透性發生改變，產生蛋白尿。

2.2 足細胞頂區表面分子與蛋白尿 足細胞除了作為靜態分子篩阻止蛋白尿外，也可以電荷屏障的方式阻止帶陰電荷的蛋白通過，目前認識較多的有Podocalyxin和Podoplanin。

2.2.1 Podocalyxin Podocalyxin 是覆蓋在足細胞頂膜區表面的富含唾液酸的跨膜糖蛋白，與其他蛋白在足細胞表面形成陰離子外衣，通過電荷的相斥作用維持足突相互分開的狀態，控制足細胞裂孔的開放和維持腎小球囊腔的空間結構和功能，在頂膜區其通過ezrin蛋白和NHERF2(Na+/H+交換子調節子-2)與細胞骨架肌動蛋白(actin)相連，從而相互影響，其表達的改變可能是導致腎病綜合征和腎小球硬化的根本原因。

2.2.2 Podoplanin Podoplanin 是一種相對分子質量為38×103的Ⅰ型跨膜糖蛋白。以往研究觀察認為，在大多數獲得性腎病中(除了IgA腎病)，足細胞足突的平均寬度與Podoplanin mRNA水平和蛋白尿程度呈正相關，與Nephrin蛋白水平呈負相關。推測Podoplanin的表達異常與足突融合有關，足細胞損傷導致蛋白尿，而Podoplanin表達增加可能是足細胞代償性反應的表現。Song等［7］通過注射二甲基乙二酰基甘氨酸激活缺氧誘導因子，觀察到desimin及Podoplanin免疫染色減低，隨著Podoplanin的修復使足細胞損傷減輕，蛋白尿減少。上述說明Podoplanin與蛋白尿的關系密切。

2.3 足細胞骨架蛋白與蛋白尿 細胞骨架蛋白可分為微絲、微管和中間絲三類，足細胞的骨架結構主要由actin、α-actinin-4和synaptopodin組成。

2.3.1 actin actin是細胞的基本骨架蛋白，維持細胞形態，參與細胞分裂、運動、內物質轉運及信號轉導等多種功能。國外學者用體外免疫共沉淀研究表明，actin與突變α-actinin分子的結合能力增強，可通過干擾腎小球足細胞中actin聚合和解聚，網架結構的變化是足突融合、消失和蛋白尿發生的先決條件。內收蛋白Adducin是肌動蛋白細胞骨架actin的結合蛋白(α、β、γ)，Ferrandi等［8］證實在 IgA 腎病中，α-actinin和β-Adducin相互作用可緩解蛋白尿，Adducin通過調節足細胞蛋白的表達參與了腎小球病變的發展。

2.3.2 α-actinin-4 α-actinin-4是足細胞上另一個重要的骨架蛋白，是骨架蛋白actin的結合和交聯蛋白，對維持足細胞正常的結構及功能起關鍵作用，是為ACTN4基因所編碼的蛋白。ACTN4突變使足細胞肌動蛋白的調節能力發生改變，腎小球濾過屏障完整性破壞，可能是ACTN4突變FSGS患者發病及蛋白尿產生的的共同原因。Arias等［9］發現在足細胞內α-actinin-4起到連接肌動蛋白細胞骨架和SD復合體的作用。Danapani等［10］也發現 α-actinin-4表達下調可通過干擾骨架蛋白和a3β1整合素的平衡，造成F-actin的解聚和重分布，引起足突融合，引起裂隙膈膜的結構和功能異常，最終將導致蛋白尿發生。因此，阻止其異常分布的發生將維持細胞骨架和SD復合體間的穩定，有助于穩定腎小球濾過膜的通透性減少蛋白尿。

2.3.3 Synaptopodin Synaptopodin 是一種胞漿蛋白，可能在以肌動蛋白為形態和動力基礎的足細胞中發揮重要作用。在足細胞內Synaptopodin通過MAGI-1與足突的肌動蛋白微絲緊密相連，可與F-actin一起引起足突結構和功能的改變。以往在FSGS腎臟移植復發伴有蛋白尿的患者中觀察到足突和基底膜的分離，而Synaptopodin是呈粒狀表達的，其免疫表達是顯著減少或是缺失的［11］。Turk等［12］發現大量白蛋白濾出導致足細胞內蛋白負荷增加，Synaptopodin表達下調與蛋白尿可能互為因果。這些研究直接或間接說明骨架蛋白Synaptopodin在維持足細胞形態中發揮了重要作用，參與蛋白尿的發生發展。

2.3.4 Desmin Desmin為細胞骨架絲蛋白的一種，通常作為肌源性細胞的標志，正常情況下Desmin蛋白在腎小球足細胞無明顯表達。當足細胞因各種原因發生損傷時，可大量表達Desmin蛋白而發生表型轉化，其可能原因是足細胞骨架的重新排列。

2.3.5 新蛋白 Miao等通過實時PCR和免疫蛋白印跡證 transgelin、survivin、arp2、cytokeratin7、vinculin五個新的骨架蛋白，免疫標記發現它們共同定位于足細胞Synaptopodin和α-actinin-4上，其表達和分布的改變將會導致蛋白尿的發生［13］。

2.4 裂孔隔膜蛋白與蛋白尿 裂孔隔膜是連接足細胞相鄰足突的蛋白復合體，其代表分子有Nephrin、Podocin、CD2AP、ZO-1 等，其構成分子的表達異常能不同程度的影響孔徑屏障的完整性，影響足細胞功能。

2.4.1 Nephrin Nephrin是主要的足細胞 SD蛋白，對阻止蛋白尿的發生和維持腎小球的通透性起著重要的作用。Arias等［9］發現Nephrin磷酸化的降低與蛋白尿的發生以及足細胞形態改變是相關的，并影響Nephrin與其它分子間的作用，從而不能傳遞足細胞內SD分子相關的正常信號，進而引起腎小球通透性和足突形態的改變，引起蛋白尿。Nephrin還與細胞骨架相聯系，當連接遭到破壞時，細胞骨架也會變得松散。此外，CD2AP、Nephrin和Podocin三者緊密的聯系在一起，共同嵌于腎小球裂孔膜脂筏中，與α-actinin-4一起共同維持裂孔隔膜的完整性。在Heymann腎炎出現蛋白尿的早期可觀察到Nephrin和Podocin分離，Nephrin釋放到尿中，同時伴隨有Nephrin和Podocin表達的下降，并促成Heymann腎炎蛋白尿的迅速進展。

2.4.2 Podocin Podocin 是屬于 stomatin 蛋白家族的跨膜蛋白，為基因NPHS2位所編碼。Podocin呈發夾樣結構插入細胞膜，Podocin編碼基因NPHS2敲除小鼠出生前就表現為蛋白尿，出生后數天死亡;病理表現為嚴重的系膜硬化，電鏡可觀察到足突廣泛融合，裂孔隔膜消失。Kramer-Zucker等［14］對斑馬魚的研究發現受精后72、96 h腎小球Nephrin/Podocin蛋白表達的減少或消失使得裂隙膜結構發生異常無法形成正常的足細胞足突。這些說明Podocin對維持足突結構和裂孔隔膜完整具有重要作用，可能是蛋白尿發生機制中的重要環節。

2.4.3 CD2AP CD2AP是新近發現的胞漿蛋白，在腎小球中特異地表達于足細胞。既往研究發現先天性CD2AP基因突變或缺失小鼠會出現足細胞損傷，并發生大量蛋白尿;Nephrin、Podocin可能是通過CD2AP與足細胞細胞骨架發生聯系，維持足細胞及裂孔隔膜的正常形態及功能。在許多實驗性腎病中CD2AP和Podocin的表達是降低的，并且與蛋白尿的程度呈負相關。但是，邢燕等［15］發現阿霉素腎病中Nephrin和Podocin以及CD2AP的表達卻是增高的，這可能與各種因素導致腎病綜合征的作用機制不同有關，也可能是這些蛋白代償性增加的結果。由此提示足細胞在抵抗損傷的早期可發揮一種保護機制，即通過裂孔隔膜關鍵蛋白合成的增加來維持足細胞的生物學功能。說明以上三者在維持濾過膜正常濾過功能是必不可少的，僅一種關鍵成分的改變即可導致大量蛋白尿。

2.4.4 ZO-1 ZO-1是一種膜相關結合蛋白，位于SD插入足突處的胞質側，ZO-1能和actin細胞骨架相互作用，把SD上相關蛋白連接到細胞骨架，這對于維持足突結構的完整性具有重要作用。Wagner等發現在缺血性腎損傷誘導Neph1及ZO-1的減少，出現蛋白尿;隨著Neph1的磷酸化水平恢復，增加Neph1及ZO-1的結合，減少蛋白尿。

2.4.5 新蛋白 最新研究表明，裂孔隔膜蛋白還包括有些類似Nephrin、Podocin、CD2AP的緊密結合蛋白JAM-A、occludin及cingulin，在嘌呤霉素腎病中這些蛋白成倍表達于腎小球，并與骨架蛋白actin失去鏈接，說明這些新蛋白可能參與了蛋白尿的形成，但其調節信號通路及其他SD蛋白之間的作用還需進一步研究［16］。

綜上所述，蛋白尿發生、發展的機制是十分復雜的，各種原因導致的腎小球濾過屏障結構及功能的改變是蛋白尿產生的病理生理基礎。足細胞分子作為其中一個重要環節參與了蛋白尿的形成。

［1］Menzel S，Moeller MJ.Role of the podocyte in proteinuria［J］.Pediatr Nephrol，2011，26(10):1775-1780.

［2］Dessapt C，Hayward A，Baradez MO，et al.Mechanical forces and TGFβ1 reduce podocyte adhesion through α3β1 integrin downregulation［J］.Nephrol Dial Transplant，2009，24(9):2637-2645.

［3］Chen CA，Tsai JC，Su PW，et al.Signaling and regulatorymechanisms of integrin α3β1 on the apoptosis of cultured rat podocytes［J］.JLab Clin Med，2005，147(6):274-280.

［4］Kanasaki K，Kanda Y，Palmsten K，et al.Integrin β1-mediated matrix assembly and signaling are critical for the normal development and function of the kidney glomerulus［J］.Dev Bio，2008，313(2):584-593.

［5］Yang Y，Guo L，Blattner SM，etal.Formation and phosphorylation of the PINCH-1-integrin linked kinase-alpha-parvin complex are important for regulation of renal glomerular podocyte adhesion，archi1ecture，and surviva1［J］.JAm Soc Nephrol，2005，16(7):1966-1976.

［6］Kojima K，Davidovits A，Poczewski H，et al.Podocyte flattening and disorder of glomerular basement membrane are associated with splitting of dystroglyean-matrix interaction［J］.JAm Soc Nephrol，2004，15(8):2079-2089.

［7］Song YR，You SJ，Lee YM，et al.Activation of hypoxia-inducible factor attenuates renal injury in rat remnant kidney［J］.Nephrol Dial Transplant，2010，25(1):77-85.

［8］FerrandiM，CusiD，Molinari I，etal.alpha and beta-Adducin polymorphisms affect podocyte proteins and proteinuria in rodents and decline of renal function in human IgA nephropathy［J］.J Mol Med，2010，88(2):203-217.

［9］Arias LF，Vieco BE，Arteta AA，et al.Expression of nephrin，Podocin andα-actinin-4 in renal tissue of patients with proteinuria［J］.Nefrología，2009，29(6):569-575.

［10］Danapani SV，Sugimoto H，Matthews BD，et al.Alpha-actinin-4 is required for normal podocyte adhesion［J］.Biol Chem，2007，282(1):467-477.

［11］Letavernier E，Bruneval P，Mandet C，etal.High sirolimus levels may induce focal segmental glomerulosclerosis de novo［J］.Clin J Am Soc Nephrol，2007，2(2):326-333.

［12］Turk T，Leeuwis JW，Gray J，et al.BMP signaling and podocyte markers are decreased in human diabetic nephropathy in association with CTGF overexpression［J］.J Histochem Cytochem，2009，57(7):623-631.

［13］Miao J，Fan Q，CuiQ，etal.Newly identified cytoskeletal components are associated with dynamic changesof podocyte foot processes［J］.Nephrol Dial Transplant，2009，24(11):3297-3305.

［14］Kramer-Zucker AG，Wiessner S，Jensen AM，et al.Organization of the pronephric filtration apparatus in zebrafish requires Nephrin，Podocin and the FERM domain protein Mosaic eyes［J］.Dev Bio，2005，285(2):316-329.

［15］邢燕，丁潔，范青鋒，等.足細胞分子高表達致阿霉素腎病大鼠發生蛋白尿［J］.中華腎臟病雜志，2006，22(1):27-32.

［16］Fukasawa H，Bornheimer S，Kudlicka K，et al.Slit diaphragms contain tight junction proteins［J］.J Am Soc Nephrol，2009，20(7):1491-1503.