足 细 胞 与 机 体 免 疫 系 统

郑春霞 综述 刘志红 审校

在遗传因素、感染、药物等致病因素下,足细胞裂孔膜分子/骨架蛋白、极性、分化状态和表型等发生改变,最终导致足细胞损伤、蛋白尿产生。同时,人们也逐渐认识到足细胞易于遭受免疫系统的攻击而受到损伤,并且足细胞特定的分子表型使其具有主动参与肾小球局部免疫反应的能力。另外,研究发现,免疫抑制剂如糖皮质激素、钙神经蛋白抑制剂[环孢素A(CsA)、他克莫司(FK506)]、雷公藤甲素具有保护和修复足细胞损伤的作用。以上研究提示,足细胞具有免疫细胞样的潜能,在其本身的损伤及修复、介导肾小球局部免疫反应中发挥重要作用,并且足细胞和免疫细胞之间可能具有密切的联系。本文将对足细胞的免疫活性及免疫性损伤、足细胞与免疫系统的关系等研究进展做一综述,以期对足细胞和免疫系统在肾小球疾病中扮演的角色有更多的新认识。

足细胞表达的免疫活性分子

补体和补体调节蛋白原代培养的人足细胞生理情况下即合成和分泌补体C3,并且在炎症性因子γ干扰素刺激下合成增加。生理情况下,肾小球足细胞产生的C3能够抵御外界入侵的病原刺激,保护局部组织。肾小球疾病的一个重要发病机制是毛细血管上皮侧抗原、抗体和补体间的相互作用。一方面,C3激活可以导致免疫复合物形成减少、崩解增加；另一方面,C3激活后促使血管活性物质和趋化因子产生增多,从而招募更多的炎症介质进入肾小球。补体激活过程中会产生促炎的补体成分C5a。在免疫复合物性疾病和缺血/再灌注损伤中,C5a是触发炎症级联反应的重要介质[1]。膜性肾病(MN)患者足细胞C5a受体(C5aR)表达明显增加,因此C5a/C5aR的相互作用在MN足细胞损伤中可能起着重要作用[2]。此外,在肾脏发育的毛细血管袢阶段足细胞就开始表达补体受体1(CR1,或C3b 受体,或CD35),均匀分布于胞体和足突的胞膜上。CR1,作为补体Ⅰ因子的辅因子,表达于大多数循环细胞包括:红细胞、白细胞、单核细胞和淋巴细胞。CR1是足细胞唯一的生理性补体合成阻断剂,结合并灭活补体的裂解产物,促进免疫复合物的清除,保护足细胞免受补体介导的损伤。已有文献报道,几种不同种类的肾小球疾病[狼疮性肾炎(LN)、IgA肾病、局灶节段性肾小球硬化(FSGS)、微小病变性肾病(MCD)、MN]CR1在足细胞表达合成均减少,使足细胞易于遭受补体的攻击(如膜攻击复合物C5b-9)[3]。

补体调节蛋白包括Crry、CD59 和衰变加速因子 (DAF，即CD55),对限制足细胞补体激活发挥举足轻重的作用。足细胞表达的Crry和CD59抑制C3转化酶和C5b-9的组装,从而保护抗体-补体激活介导的足细胞损伤。此外,人肾活检组织足细胞和体外培养的人足细胞均可检测到DAF。在肾毒性血清肾炎小鼠模型中DAF缺失后导致严重的足突融合,提示DAF能够保护补体介导的足细胞损伤[4]。

新生儿Fc受体 (FcRn),是MHC Ⅰ类样分子,也称为白蛋白和IgG的转运受体,介导IgG的上皮转运,保护IgG和白蛋白免受水解,延长两者在血清中的半衰期。人和动物足细胞表达FcRn,存在于细胞内吞体内,阻止IgG的内化,使其再循环至细胞表面[5]。缺乏FcRn的小鼠表现为随着月龄增加,IgG不断聚集在肾小球基膜(GBM)上,并且肾小球对肾毒性血清的损伤敏感性增加[6]。

细胞因子及其受体、趋化因子在生理和病理情况下,人、大鼠和小鼠足细胞均表达细胞因子白细胞介素4(IL-4)、IL-10和IL-13受体。IL-4和IL-13刺激体外培养的足细胞后,足细胞的骨架结构和细胞间连接蛋白发生破坏,通透性增加,提示IL-4和IL-13可通过与其受体结合损伤足细胞[7,8]。此外,体外培养人足细胞和肾组织均观察到足细胞表达功能性CCR(CCR4,CCR8,CCR9,CCR10)和CXCR(CXCR1,CXCR3,CXCR4,CXCR5)类趋化因子的受体,这些受体与相应趋化因子结合促进足细胞胞质Ca2+和氧自由基产生,参与足细胞损伤[9]。并且研究还发现,足细胞自身可以产生IL-8(CXCR1/CXCR2的配体),因此足细胞CXCR1能够通过自分泌的方式被活化。已有研究表明,在急性免疫复合物介导的动物模型中,应用IL-8的中和抗体能够明显减少蛋白尿、减轻足突融合的程度,提示足细胞分泌的IL-8通过自分泌方式参与肾小球疾病的足细胞损伤[10]。在MCD、FSGS和MN早期,足细胞表达炎症介质IL-1 alpha/beta明显增加,并伴随IL-1 I 型受体(IL-1 RI)表达增加,而在疾病后期出现肾小球细胞增生和硬化的阶段IL-1RI表达减少,提示这些分子与足细胞的损伤和修复、肾小球局部炎症反应有关。体外培养的足细胞在志贺毒素(Stx)刺激下炎症性细胞因子IL-1、IL-6 和肿瘤坏死因子(TNF)表达均增加,STx与脂多糖(LPS)联合刺激下这三种细胞因子表达明显增加[11]。在小鼠抗GBM肾炎模型和人MN患者中,足细胞能够产生TNF-α,导致自身的损伤和加重肾小球炎症性损伤。

Toll样受体(TLRs) 最初TLRs被发现是机体先天免疫系统的感应器,对外界病原体(包括微生物胞壁的成分、核酸等)危险信号作出反应的一类分子。随后发现机体的内源性成分,如ds-DNA、RNA和纤维蛋白原等均可激活TLRs,并认为TLRs可能是介导炎症性肾脏疾病的候选分子。生理情况下,人、小鼠肾小球足细胞和体外培养的足细胞均可表达TLR-4。TLR-4的配体LPS、脂质A和纤维蛋白原(内源性配体)刺激体外培养的小鼠足细胞后,导致CCL(CCL2,CCL7,CCL3,CCL5)和CXCL(CXCL1,CXCL5,CXCL7,CXCL9,CXCL11,CXCL13)类趋化因子表达增加。在冷球蛋白血症性膜增生性肾小球肾炎小鼠模型中发现,足细胞TLR-4表达增加,导致趋化因子合成和分泌增加,促进白细胞的招募、肾小球损伤[12]。该研究表明在内外源性TLR-4配体的刺激下,足细胞通过上调TLR-4、促使促炎症趋化因子产生,主动参与招募炎症细胞,导致肾小球损伤。此外,抗GBM抗体和脂质A诱导的动物模型中,足细胞高表达的TLR-4促进CXCL1和CXCL2趋化因子表达增加,加重肾小球损伤[13]。B细胞和树突状细胞表达的TLR-7和TLR-9被认为是参与系统性红斑狼疮发病的重要分子。最近研究显示,儿童期起病的活动性LN足细胞表达TLR-9增加,伴随足细胞裂孔膜蛋白nephrin、podocin和synatopodin表达减少,同时患者表现为蛋白尿和高滴度抗ds-DNA抗体、低补体[14]。因此,病理情况下,TLRs将先天免疫系统与足细胞相联系,介导足细胞和肾小球的损伤。

共刺激分子动物实验发现,共刺激分子B7-1(CD80)表达于不同致病因素(遗传性、药物性、免疫介导、细菌毒素)所致肾病综合征模型的足细胞[15]。LPS刺激体外培养的足细胞后,通过TLR4介导B7-1表达增加,导致足细胞出现细胞骨架破坏。LN患者和LN小鼠模型足细胞表达B7-1的强度与蛋白尿的程度呈正相关。此外,在GBM肾小球肾炎中,足细胞表达的B7-1还可能起着招募T细胞到GBM破坏处,促进进一步的炎症反应。坏死性新月体肾炎大鼠模型足细胞和体外培养的大鼠足细胞经干扰素γ刺激后均可表达MHC Ⅰ/ⅡI分子、细胞间黏附分子1(ICAM-1),表明细胞因子可以诱导足细胞将抗原递呈给浸润的T细胞[16]。是否足细胞是一种抗原递呈细胞尚不能定论,但有学者提出足细胞是机体先天免疫系统的一个新成员。最近的一项研究发现,与正常人相比,MCD患者尿B7-1排泄明显增加,但FSGS患者并没有此现象。并且在MCD复发的患者足细胞表达B7-1,而MCD缓解和FSGS患者足细胞不表达B7-1。该研究提出尿B7-1检测可以用于鉴别MCD和FSGS[17,18]。Poly(I:C) (polyinosinic-polycytidylic acid,一种病毒RNA)刺激体外培养的足细胞,通过激活TLR-3、介导细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)和IL-10的表达。调节性T细胞表达的CTLA-4、IL-10和TGF-β起着抑制免疫反应的作用。由上可见,足细胞既可以表达B细胞和树突细胞的抗原成分B7-1,又可以表达调节性T细胞相关细胞因子CTLA-4,这两个分子在损伤刺激情况下介导足细胞的损伤。因此,足细胞免疫活性的激活在肾小球疾病中的意义值得关注。

免疫系统异常与足细胞损伤

人们对免疫系统异常与肾小球疾病相关联的认识始于MCD。迄今为止,尽管MCD免疫发病机制的证据还是间接的:肾小球内没有免疫细胞浸润、没有免疫球蛋白和补体沉积,但有几点不容忽视:过敏、病毒感染等诱发MCD；MCD糖皮质激素治疗有效；MCD患者体内Th2类细胞因子占优势[19]；足细胞表达细胞因子和趋化因子受体使其具备对免疫系统作出反应的能力[7,9]。近期的研究表明MCD体内功能异常的调节性T细胞无法调节足细胞的应激状态而导致足细胞的持续损伤。FSGS患者体内“通透因子(循环因子)”能够导致足细胞直接损伤[20],而这种通透因子可能是某种T淋巴细胞产生、或通透因子刺激T淋巴细胞,进而导致足细胞的损伤[21]。也有研究提示,儿童发育早期胸腺中未成熟的T细胞(前体CD34+细胞)过度释放或循环中低成熟度的T细胞(CD2+)导致特发性肾病综合征的发生,而不是外周循环中成熟的T细胞[22]。动物实验也支持这个观点。此外,多中心临床试验观察到,抗CD20单克隆抗体(Rituximab,美罗华)对激素或CsA抵抗的特发性肾病综合征有效[23]。最近研究发现,循环中的免疫细胞可以分泌micro RNA(miRNA)作用于其他免疫细胞,调节免疫细胞间的通讯和抗原递呈[24]。如果免疫细胞分泌的miRNA可以作用于肾脏足细胞或其他固有细胞,那么无疑将为认识免疫系统和肾脏疾病的关系提供新的研究思路。

免疫介导的肾小球肾炎中,MN肾小球上皮下免疫复合物激活补体形成膜攻击复合物C5b-9,通过诱导足细胞内产生活性氧、DNA损伤、炎性介质等导致足细胞骨架蛋白破坏,足细胞损伤。特发性MN患者体内磷脂酶A2受体(PLA2R)的发现为我们认识MN是由抗足细胞表面抗原成分的抗体介导的自身免疫性肾脏病提供了直接的证据[25,26]。是否还有新的抗足细胞抗体有待进一步研究。而对于LN,有研究认为足细胞损伤不都是由于免疫复合物所导致的。伴大量蛋白尿的系统性红斑狼疮患者肾小球内可以没有免疫复合物沉积,但都突出表现为足细胞损伤[27]。将MRL-lpr/lpr和(NZB×SWR)F1 小鼠体内的抗DNA抗体注入正常小鼠,发现抗DNA抗体可以通过激活补体或进入足细胞胞质进而转位至胞核,引起蛋白尿。LN患者血中的抗dsDNA抗体可以直接与足细胞相关蛋白如α-辅肌动蛋白4作用引起足细胞损伤。这些研究提示,LN的蛋白尿并不完全是由免疫复合物造成的,循环中自身抗体直接损伤足细胞也是其中一个重要环节,是否循环中也同时产生抗足细胞抗原的抗体,当然还需要更加深入细致的研究来证实。

足细胞表型变化

足细胞分化成熟的标志物包括WT-1、中性内肽酶(NEP)、C3b 受体、肾小球上皮细胞蛋白1(GLEPP-1)、podocalyxin和synaptopodin。研究显示,MCD和MN患者尽管出现大量蛋白尿和严重足突融合,但成熟标志物没有变化,而塌陷型FSGS患者塌陷的肾小球中这些标志物完全消失,16%未塌陷的肾小球synatopodin消失[28]。另一项研究发现,塌陷型FSGS患者肾小球囊腔和肾小管腔内“鹅卵石样”的足细胞成熟表型标志消失,代之以巨噬细胞的表型标志CD68。此外,肾移植术后复发的FSGS患者中,细胞型、塌陷型FSGS和节段毛细血管袢瘢痕周围的足细胞也发生了转分化,特征性表达巨噬细胞的表型标志[29]。足细胞表型的改变与细胞的增生有关,呈现CD68的表型是足细胞发生转分化的结果。免疫因素诱导的新月体性肾炎(抗GBM肾炎和Ⅳ型LN)患者足细胞参与新月体形成,并且位于新月体外周的足细胞失去成熟的表型标志(去分化)、获得巨噬细胞(CD68)和上皮细胞(cytokeratin)表型标志。

足细胞与免疫细胞的共同活化通路

研究发现,钙神经蛋白抑制剂(CsA、FK506)不仅可以通过抑制激活T细胞核因子(NFAT)阻断T细胞的活化,还可以抑制足细胞钙神经蛋白的表达,从而稳定足细胞骨架、保护和修复足细胞损伤[15]。足细胞特异性NFAT诱导高表达的转基因小鼠实验发现,足细胞骨架破坏,蛋白尿和肾小球硬化产生[30]。那么,是否足细胞与淋巴细胞分享某些分子成为免疫抑制剂的共同作用靶点呢？早在1999年就有研究发现,足细胞表达糖皮质激素受体,以及随后的体外实验证实了糖皮质激素对足细胞的直接保护作用[31]。最近的研究发现,经典型Hodgkin淋巴瘤引起的MCD患者Sternberg 细胞与足细胞共同上调c-mip分子,从而导致络氨酸蛋白激酶Fyn表达下降,nephrin等裂孔膜分子失调,足细胞损伤[32],同时发现,MCD患者体内T淋巴细胞和足细胞的c-mip表达均升高。另一项研究证实,特发性肾病综合征包括MCD、FSGS和MN患者足细胞c-mip表达升高。LPS诱导的肾病综合征小鼠和狼疮性肾炎小鼠的足细胞表达B细胞和树突状细胞表面的共刺激分子B7-1[15]。此外,足细胞和免疫细胞共同表达的TLRs、CTLA-4等分子均有可能是免疫抑制剂的共同靶点。因此,在某些特定的病理条件下,如果免疫细胞和足细胞同时被活化,而且在活化过程中启动的信号通路有相同之处,那么,一些药物如钙神经蛋白抑制剂,就有可能分别从免疫抑制和足细胞保护方面发挥作用[33,34]。

小结:最初的研究仅发现足细胞作为肾小球滤过屏障的一部分,随后足细胞在蛋白尿产生中的作用逐渐被阐明；新近有关足细胞与免疫细胞的相互联系不断涌现,并且这种联系在足细胞损伤和肾小球疾病中起着重要作用,但其中的机制尚不十分明晰。相信随着研究和认识的不断深入,免疫细胞与足细胞的关系以及免疫细胞对足细胞和肾小球疾病的作用会被了解清楚,这将对足细胞病的发生发展和治疗干预具有重要意义。

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