足细胞与蛋白尿发病机制的研究进展

(泸州医学院附属医院，四川泸州646000)

蛋白尿是肾脏疾病最常见的表现之一，其发生与肾小球滤过屏障的异常有密切关系。肾小球滤过屏障由毛细血管内皮细胞、肾小球基底膜(GBM)及脏层上皮细胞即足细胞组成。肾小球滤过膜具有电荷屏障和孔径屏障功能，任一屏障损伤均会产生蛋白尿。足细胞位于GBM最外侧，是避免机体蛋白丢失的最后一道屏障，足细胞损伤必然伴随大量蛋白尿。现就足细胞与蛋白尿发病机制的研究进展作一综述。

1 足细胞的结构和功能

足细胞是一种终末分化细胞，按结构和功能不同分为细胞体、主突和足突。足突呈指状交叉覆盖于GBM外表面，并通过黏附分子和蛋白多糖分子与GBM相连。两相邻的足细胞之间的裂隙称为裂孔，其表面覆盖着一层4～6 nm的拉链状结构—裂孔膜，构成了最外一层孔径屏障。裂孔表面有硫酸蛋白多糖等组成阴离子外衣，是肾小球电荷屏障的重要组分之一。足突通过肌动蛋白、肌球蛋白等结构蛋白组成的动态舒张系统调节着GBM的肌原张力，维持着毛细血管襻的结构稳定，足突还可通过收缩与扩张改变裂孔的大小和滤过膜的面积，改变超滤系数，调节肾小球的过滤功能。另外，足细胞各部位有许多特殊蛋白分子，它们对足细胞的正常结构起重要作用，其突变或缺失可以导致足细胞结构的改变，引起蛋白尿［1］。

2 足细胞与蛋白尿的关系

2.1 足突基底部分子与蛋白尿 足突基底部分子在维持细胞形状上起重要作用，能维持足突与基膜的相互作用和足突的正确定位，其中最主要的分子是 α3β1整合素、整合素链接酶及 Dystroglycan(DG)。

2.1.1 α3β1整合素 α3β1整合素是足细胞表达的主要整合素，是使足细胞贴附于GBM的细胞外基质蛋白上的主要受体，介导细胞黏附及ECM同细胞骨架的连接［2］。Chien 等［3］发现，α3β1 异常表达时与足细胞凋亡有着密切的关系，不能正常组装足突，从而发生GBM碎断，引起蛋白尿，提示α3β1整合素对维持GBM结构完整有重要作用。

2.1.2 整合素连接酶(ILK)ILK是细胞内丝/苏氨酸蛋白激酶，与整合素家族胞质内结构域及许多细胞骨架相关蛋白相互作用。最初研究显示，敲除ILK基因的小鼠可迅速出现蛋白尿，证实ILK有利于维持肾小球滤过屏障功能的完整性［4］。Yang等［5］认为，ILK锚蛋白重复序列的过度表达可抑制接头蛋白PINCH-1与ILK的结合，降低足细胞和层粘连蛋白的黏着，抑制足突的形成，促进足细胞凋亡，使裂孔膜的完整性受损，破坏滤过屏障，导致蛋白尿的发生。由此可见，ILK的异常表达可能是足细胞功能异常和蛋白尿的共同通路。

2.1.3 DG DG为足细胞的基底膜区蛋白，包括α-DG和β-DG两种成分，DG与GBM上的层连蛋白、蛋白多糖相连，与α3β1整合素一起将足细胞锚定于GBM上，防止足细胞脱落，维持其数目的恒定。Kojima等［6］发现多聚阳离子和ROS可直接作用于DG与基质蛋白的相互作用，使DG从GBM中分离，足细胞脱落，致使足细胞结构改变和局部GBM裸露，滤过膜选择性通透性发生改变，产生蛋白尿。

2.2 足细胞顶区表面分子与蛋白尿 足细胞除了作为静态分子筛阻止蛋白尿外，也可以电荷屏障的方式阻止带阴电荷的蛋白通过，目前认识较多的有Podocalyxin和Podoplanin。

2.2.1 Podocalyxin Podocalyxin 是覆盖在足细胞顶膜区表面的富含唾液酸的跨膜糖蛋白，与其他蛋白在足细胞表面形成阴离子外衣，通过电荷的相斥作用维持足突相互分开的状态，控制足细胞裂孔的开放和维持肾小球囊腔的空间结构和功能，在顶膜区其通过ezrin蛋白和NHERF2(Na+/H+交换子调节子-2)与细胞骨架肌动蛋白(actin)相连，从而相互影响，其表达的改变可能是导致肾病综合征和肾小球硬化的根本原因。

2.2.2 Podoplanin Podoplanin 是一种相对分子质量为38×103的Ⅰ型跨膜糖蛋白。以往研究观察认为，在大多数获得性肾病中(除了IgA肾病)，足细胞足突的平均宽度与Podoplanin mRNA水平和蛋白尿程度呈正相关，与Nephrin蛋白水平呈负相关。推测Podoplanin的表达异常与足突融合有关，足细胞损伤导致蛋白尿，而Podoplanin表达增加可能是足细胞代偿性反应的表现。Song等［7］通过注射二甲基乙二酰基甘氨酸激活缺氧诱导因子，观察到desimin及Podoplanin免疫染色减低，随着Podoplanin的修复使足细胞损伤减轻，蛋白尿减少。上述说明Podoplanin与蛋白尿的关系密切。

2.3 足细胞骨架蛋白与蛋白尿 细胞骨架蛋白可分为微丝、微管和中间丝三类，足细胞的骨架结构主要由actin、α-actinin-4和synaptopodin组成。

2.3.1 actin actin是细胞的基本骨架蛋白，维持细胞形态，参与细胞分裂、运动、内物质转运及信号转导等多种功能。国外学者用体外免疫共沉淀研究表明，actin与突变α-actinin分子的结合能力增强，可通过干扰肾小球足细胞中actin聚合和解聚，网架结构的变化是足突融合、消失和蛋白尿发生的先决条件。内收蛋白Adducin是肌动蛋白细胞骨架actin的结合蛋白(α、β、γ)，Ferrandi等［8］证实在 IgA 肾病中，α-actinin和β-Adducin相互作用可缓解蛋白尿，Adducin通过调节足细胞蛋白的表达参与了肾小球病变的发展。

2.3.2 α-actinin-4 α-actinin-4是足细胞上另一个重要的骨架蛋白，是骨架蛋白actin的结合和交联蛋白，对维持足细胞正常的结构及功能起关键作用，是为ACTN4基因所编码的蛋白。ACTN4突变使足细胞肌动蛋白的调节能力发生改变，肾小球滤过屏障完整性破坏，可能是ACTN4突变FSGS患者发病及蛋白尿产生的的共同原因。Arias等［9］发现在足细胞内α-actinin-4起到连接肌动蛋白细胞骨架和SD复合体的作用。Danapani等［10］也发现 α-actinin-4表达下调可通过干扰骨架蛋白和a3β1整合素的平衡，造成F-actin的解聚和重分布，引起足突融合，引起裂隙膈膜的结构和功能异常，最终将导致蛋白尿发生。因此，阻止其异常分布的发生将维持细胞骨架和SD复合体间的稳定，有助于稳定肾小球滤过膜的通透性减少蛋白尿。

2.3.3 Synaptopodin Synaptopodin 是一种胞浆蛋白，可能在以肌动蛋白为形态和动力基础的足细胞中发挥重要作用。在足细胞内Synaptopodin通过MAGI-1与足突的肌动蛋白微丝紧密相连，可与F-actin一起引起足突结构和功能的改变。以往在FSGS肾脏移植复发伴有蛋白尿的患者中观察到足突和基底膜的分离，而Synaptopodin是呈粒状表达的，其免疫表达是显著减少或是缺失的［11］。Turk等［12］发现大量白蛋白滤出导致足细胞内蛋白负荷增加，Synaptopodin表达下调与蛋白尿可能互为因果。这些研究直接或间接说明骨架蛋白Synaptopodin在维持足细胞形态中发挥了重要作用，参与蛋白尿的发生发展。

2.3.4 Desmin Desmin为细胞骨架丝蛋白的一种，通常作为肌源性细胞的标志，正常情况下Desmin蛋白在肾小球足细胞无明显表达。当足细胞因各种原因发生损伤时，可大量表达Desmin蛋白而发生表型转化，其可能原因是足细胞骨架的重新排列。

2.3.5 新蛋白 Miao等通过实时PCR和免疫蛋白印迹证 transgelin、survivin、arp2、cytokeratin7、vinculin五个新的骨架蛋白，免疫标记发现它们共同定位于足细胞Synaptopodin和α-actinin-4上，其表达和分布的改变将会导致蛋白尿的发生［13］。

2.4 裂孔隔膜蛋白与蛋白尿 裂孔隔膜是连接足细胞相邻足突的蛋白复合体，其代表分子有Nephrin、Podocin、CD2AP、ZO-1 等，其构成分子的表达异常能不同程度的影响孔径屏障的完整性，影响足细胞功能。

2.4.1 Nephrin Nephrin是主要的足细胞 SD蛋白，对阻止蛋白尿的发生和维持肾小球的通透性起着重要的作用。Arias等［9］发现Nephrin磷酸化的降低与蛋白尿的发生以及足细胞形态改变是相关的，并影响Nephrin与其它分子间的作用，从而不能传递足细胞内SD分子相关的正常信号，进而引起肾小球通透性和足突形态的改变，引起蛋白尿。Nephrin还与细胞骨架相联系，当连接遭到破坏时，细胞骨架也会变得松散。此外，CD2AP、Nephrin和Podocin三者紧密的联系在一起，共同嵌于肾小球裂孔膜脂筏中，与α-actinin-4一起共同维持裂孔隔膜的完整性。在Heymann肾炎出现蛋白尿的早期可观察到Nephrin和Podocin分离，Nephrin释放到尿中，同时伴随有Nephrin和Podocin表达的下降，并促成Heymann肾炎蛋白尿的迅速进展。

2.4.2 Podocin Podocin 是属于 stomatin 蛋白家族的跨膜蛋白，为基因NPHS2位所编码。Podocin呈发夹样结构插入细胞膜，Podocin编码基因NPHS2敲除小鼠出生前就表现为蛋白尿，出生后数天死亡;病理表现为严重的系膜硬化，电镜可观察到足突广泛融合，裂孔隔膜消失。Kramer-Zucker等［14］对斑马鱼的研究发现受精后72、96 h肾小球Nephrin/Podocin蛋白表达的减少或消失使得裂隙膜结构发生异常无法形成正常的足细胞足突。这些说明Podocin对维持足突结构和裂孔隔膜完整具有重要作用，可能是蛋白尿发生机制中的重要环节。

2.4.3 CD2AP CD2AP是新近发现的胞浆蛋白，在肾小球中特异地表达于足细胞。既往研究发现先天性CD2AP基因突变或缺失小鼠会出现足细胞损伤，并发生大量蛋白尿;Nephrin、Podocin可能是通过CD2AP与足细胞细胞骨架发生联系，维持足细胞及裂孔隔膜的正常形态及功能。在许多实验性肾病中CD2AP和Podocin的表达是降低的，并且与蛋白尿的程度呈负相关。但是，邢燕等［15］发现阿霉素肾病中Nephrin和Podocin以及CD2AP的表达却是增高的，这可能与各种因素导致肾病综合征的作用机制不同有关，也可能是这些蛋白代偿性增加的结果。由此提示足细胞在抵抗损伤的早期可发挥一种保护机制，即通过裂孔隔膜关键蛋白合成的增加来维持足细胞的生物学功能。说明以上三者在维持滤过膜正常滤过功能是必不可少的，仅一种关键成分的改变即可导致大量蛋白尿。

2.4.4 ZO-1 ZO-1是一种膜相关结合蛋白，位于SD插入足突处的胞质侧，ZO-1能和actin细胞骨架相互作用，把SD上相关蛋白连接到细胞骨架，这对于维持足突结构的完整性具有重要作用。Wagner等发现在缺血性肾损伤诱导Neph1及ZO-1的减少，出现蛋白尿;随着Neph1的磷酸化水平恢复，增加Neph1及ZO-1的结合，减少蛋白尿。

2.4.5 新蛋白 最新研究表明，裂孔隔膜蛋白还包括有些类似Nephrin、Podocin、CD2AP的紧密结合蛋白JAM-A、occludin及cingulin，在嘌呤霉素肾病中这些蛋白成倍表达于肾小球，并与骨架蛋白actin失去链接，说明这些新蛋白可能参与了蛋白尿的形成，但其调节信号通路及其他SD蛋白之间的作用还需进一步研究［16］。

综上所述，蛋白尿发生、发展的机制是十分复杂的，各种原因导致的肾小球滤过屏障结构及功能的改变是蛋白尿产生的病理生理基础。足细胞分子作为其中一个重要环节参与了蛋白尿的形成。

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