足細胞應激在腎小球疾病發病中作用的研究進展

李翠瓊，林云，曹靈

(西南醫科大學附屬第一醫院，四川瀘州646000)

近年來，慢性腎臟病的患病率呈明顯上升趨勢，已成為世界各國所面臨的重要公共衛生問題。足細胞是位于腎小球基底膜(GBM)外側高度分化的細胞，包繞腎小球毛細血管袢，通過整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附著于GBM上，構成腎小球濾過膜的最后一道屏障，并依賴其高度分化后的表型維持腎小球濾過膜的結構和功能。這種高度特異的表型決定了足細胞脆弱易損的特性。腎小球足細胞承受各種應激和病理刺激，并適應以維持細胞平衡，但過度的應激可導致適應不良，且伴隨復雜的生物學改變，導致足細胞結構和功能的損傷，從而啟動腎小球硬化并逐漸進展直至終末期腎病。

1 足細胞應激的方式

1.1 機械應激 跨膜壓力是形成濾過功能的前提，但當這個壓力上升超過生理水平，會對細胞產生刺激。最近活體多光子顯微鏡成像技術證實，在殘余腎模型的研究中存在足細胞的機械應激[1]。在大鼠腎小球灌注三維重建模型研究中發現，腎小球高壓或超濾過會導致足突下間隙的擴大，進一步導致足細胞胞體的上提[2]。永生化條件的足細胞暴露在機械應力下時，整合素β1和自噬相關蛋白LC3及Atg5表達降低，PI3K/Akt/mTOR 通路異常活化，逐步導致腎小球黏附性損傷[3]。足細胞可通過細胞肥大來適應機械應力，但過度的壓力會造成細胞功能和骨架的失調。

1.2 氧化應激 活性氧(ROS)是活潑的氧自由基和具有氧自由基反應性的其他含氧物質的總稱，能攻擊細胞蛋白和脂質，導致細胞功能障礙。足細胞合成ROS是對損傷性刺激如缺血再灌注、原尿中的化學毒物及炎癥細胞的普遍反應。在嘌呤霉氨基核苷誘導的微小病變性腎病大鼠模型中，可見到典型的ROS驅動的足細胞應激[4]。阿霉素誘導的腎小球硬化癥與足細胞釋放的內皮素1(EDN1)可通過活化旁分泌EDN1型受體 (EDNRA)，介導線粒體氧化應激的發生，從而導致內皮細胞細胞障礙[5]。哺乳動物的Rho蛋白Rac1是控制許多細胞過程的分子開關，最重要的就是調節肌動蛋白細胞的骨架動力學。醛固酮作為鹽皮質激素受體的配體，能夠通過激活Rac1誘導足細胞活性氧的產生，進而損害足細胞功能，特別是造成足細胞骨架失調[6]。在各種腎臟疾病包括高血壓腎病和糖尿病腎病中，均可見醛固酮/血管緊張素Ⅱ-Rac1介導的足細胞氧化應激[7]。

1.3 免疫應激 研究發現，在特發性膜性腎病(IMN)患者外周血中輔助性T細胞2(Th2)因子增加，Th2因子能刺激B淋巴細胞產生IgG4，而IgG4的增加正是IMN免疫反應的特征[8]?？乖贵w形成免疫復合物沉積于腎小球后，可進一步激活補體系統，最終形成膜攻擊復合物C5b-9，并活化足細胞相關信號通路，引起足細胞凋亡、損傷、脫離等，這也是目前公認的IMN發病機制之一。此外，在溶血性尿毒癥綜合征時，補體還會靶向攻擊足細胞，影響足細胞骨架及裂孔隔膜蛋白的完整性，甚至促進足細胞脫離[9]。

2 足細胞應激后的適應與損傷

足細胞可通過上調許多蛋白的表達以適應損傷性因素的作用，防止細胞進一步損害。嘌呤霉素腎病大鼠模型中，血管內皮生長因子(VEGF)表達增加，并能通過加強PI3K/Akt下游通路促進足細胞的生存[10]。最近研究表明，去乙?；?SIRT1)具有腎臟保護作用，可通過脫乙酰皮層蛋白維持肌動蛋白細胞骨架的完整性，進而保護足細胞[11]。Notch信號作為一類在物種進化過程中高度保守的信號通路，與細胞遷移、擴散、死亡相關。在局灶節段性腎小球硬化的小鼠模型中發現，Notch2競爭劑單克隆抗體可減輕蛋白尿，而在體外培養的足細胞，敲除其Notch2基因后，細胞凋亡增加[12]。雷帕霉素(mTOR)可激活Akt2，在腎單位減少的小鼠模型中發揮足細胞保護作用[13]。因此，足細胞損傷是一個復雜的、為維持平衡對損傷因素作出適應性反應的結果，伴隨細胞結構和功能的改變，成為導致各種腎臟疾病的基礎性病變。

3 足細胞應激后的細胞學改變

3.1 足細胞足突消失 足細胞足突功能依靠細胞骨架肌動蛋白系統維持，肌動蛋白細胞骨架重排會導致足突消失，這是許多進展性蛋白尿疾病的一個基本特點。Cdc42分子在肌動蛋白細胞骨架動力學的調節中發揮重要作用，靶向敲除足細胞Cdc42基因的小鼠與高血壓腎損害小鼠模型相比，更早表現出足突消失、嚴重蛋白尿和腎小球硬化[14]。通過對122例腎穿刺術患者臨床表現與病理結果分析發現，蛋白尿的嚴重程度與足突消失程度顯著相關[15]。Kfoury等[16]研究發現，原發性局灶節段性腎小球硬化癥(FSGS)患者表現出明顯的彌漫性足細胞足突消失，而繼發性FSGS足突消失為局灶性。足細胞足突消失代表著細胞骨架紊亂的改變，可能同時伴有細胞運動或表型變化。因此在臨床中，通過腎穿刺術了解足細胞足突消失情況可能為疾病的診斷和預后提供參考信息。

3.2 GBM異常 腎小球GBM是層狀細胞外基質，分隔毛細血管內皮細胞和足細胞，三者共同構成腎小球濾過屏障。GBM主要組成成分為Ⅳ型膠原和纖維連接蛋白(FN)，可由足細胞分泌，在促腎纖維化因子的刺激下，足細胞還能分泌具有降解GBM作用的基質金屬蛋白酶(MMP)、組織蛋白酶，因此足細胞在GBM的代謝平衡中發揮重要作用[17]。足細胞轉化生長因子β(TGF-β)活性增強，可刺激腎小球GBM蛋白產生過多導致GBM增厚。并且TGF-β還可上調足細胞源性VEGF的表達，引起GBM通透性增加，這與蛋白尿的發生密切相關[18]。研究發現，WT1是調節足細胞分化和功能的關鍵轉錄因子，WT1基因突變小鼠顯示GBM的異常，表明足細胞損傷與GBM異常密切相關[19]。

3.3 足細胞損傷與脫離 持續或嚴重的足細胞損傷可導致細胞脫離，這是足細胞損傷的終末事件，并進一步促進腎小球損傷。最近一項研究對170 例抗中性粒細胞胞漿抗體 (ANCA)相關腎小球腎炎患者的腎穿刺病理結果進行分析，認為足細胞脫離可能是預測腎臟結局的獨立指標[20]。足細胞通過整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附著于GBM上。α3β1位于足細胞足突基底外，能與幾個胞內蛋白結合，調節整合素與足細胞肌動蛋白系統間的相互作用[21]。整合素與細胞骨架蛋白之間的相互作用可被T細胞共刺激分子B7-1破壞，而B7-1的抑制劑阿貝西普能成功誘導FSGS患者蛋白尿緩解[22]。這些結果表明，足細胞骨架-整合素系統中斷可能是導致足細胞脫離的原因之一。此外，完全分化的足細胞功能是由正常細胞周期維持的，有絲分裂災難可被定義為由于異常有絲分裂導致的細胞死亡，目前認為有絲分裂災難參與了足細胞從GBM脫離，并與足細胞肌動蛋白細胞骨架相關。此外，細胞死亡如細胞凋亡、細胞自噬也參與了足細胞脫離。

4 足細胞應激的終末病理結局

足細胞持續性損傷最終可致腎小球硬化，腎小球肥大、系膜硬化、血管腔閉塞是腎小球硬化常見的病理表現，初期為局灶節段性，后期則彌漫性分布。足細胞增殖減弱、細胞脫離、凋亡等因素使足細胞數目減少，是腎小球硬化的關鍵因素。Kriz等[23]推測，腎小球足細胞減少后引起腎小球硬化的機制可能為：足細胞的缺失導致GBM裸露，裸露區域由于沒有足細胞的彈性支持，毛細血管襻及GBM受到腎小球升高的靜水壓作用易外突，并與包曼氏囊形成粘連。此外，足細胞轉分化(EMT)在腎小球硬化中也發揮了重要作用。任何可損傷足細胞的因素，如免疫、代謝、血流動力學異常及藥物毒物等都可激活足細胞EMT信號通路。轉分化的足細胞可分泌大量Ⅰ型膠原和纖維粘連蛋白等細胞外基質成分，細胞外基質的增加壓迫毛細血管袢，導致毛細血管閉塞，最終引起或加重腎小球硬化[24]。壁層上皮細胞(PEC)作為腎小球固有細胞，近年研究發現,PEC與腎小球硬化有密切關系，尤其是PEC的活化。Ueno等[25]研究發現，足細胞損傷時可通過激活Notch1信號通路活化PEC。CD44是一種黏附分子，可與細胞外基質結合，影響細胞的流動和遷移。在足細胞損傷的腎小球疾病實驗模型和人類FSGS中，CD44分子常作為活化PEC的標記物。在阿霉素腎病大鼠中，CD44陽性的PEC增多伴隨著多種足細胞標記物的減少，此外，在硬化的腎小球中可見到CD44分子及其配體骨橋蛋白的共表達[26]。以上結果表明，足細胞應激性損傷可通過活化PEC導致腎小球硬化的發生。

綜上所述，足細胞可通過機械應激、氧化應激、免疫應激等方式對各種應激產生適應性反應，并通過應激后的適應與損傷導致足細胞足突消失、GBM異常、足細胞損傷與脫離等細胞學變化，并最終可致腎小球硬化的發生，在腎小球疾病進展中發揮了關鍵性作用。深入了解足細胞在腎小球疾病過程中的病變作用及其機制，可為腎臟疾病的防治開辟廣闊的前景。