酸性鞘磷脂酶样磷酸二酯酶3b在足细胞损伤相关肾病中的研究进展

沈存，王悦芬，王梦迪，刘梦超，赵文景

(首都医科大学附属北京中医医院肾病科，北京 100010)

足细胞是位于肾小球基底膜最外层的脏层上皮细胞的一种结构复杂的终末分化细胞，在维持肾小球滤过屏障的结构和功能方面起重要作用。足细胞损伤表现为足突融合、数量减少或密度降低、凋亡、上皮-间充质转化以及肥大等[1-2]。足细胞形态和功能的改变是导致蛋白尿、肾小球硬化及肾功能恶化的病理生理基础。传统观念认为足细胞损伤与自身免疫异常有关，常规治疗包括糖皮质激素、多种免疫抑制剂和血管紧张素转换酶抑制剂/血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂。但这些药物治疗足细胞病的具体作用机制尚不清楚，且仍有部分患者出现激素抵抗和复发。因此，迫切需要探索肾小球足细胞损伤的分子病理机制。研究发现，脂类及其相关酶类，尤其是具有生物活性的脂类在足细胞生理和病理状态下发挥重要作用，可能作为足细胞特异性干预的新靶点[3]。酸性鞘磷脂酶样磷酸二酯酶3b(acid sphingomyelinase-like phosphodiesterase 3b，SMPDL3b)是细胞膜上重要的脂筏酶，可以调节足细胞内的整合素活化、细胞迁移和存活[4]，对维持正常足细胞功能和结构稳定有重要作用。现对SMPDL3b在足细胞损伤相关肾病中的作用予以综述。

1 SMPDL3b蛋白

1.1SMPDL3b的基本结构 鞘磷脂是位于细胞膜上的一类重要的磷酸酯类，也是介导磷酸胆碱与神经酰胺等代谢的鞘磷脂酶[5]。目前在哺乳类动物中发现碱性、中性和酸性3种鞘磷脂酶家族，其中碱性鞘磷脂酶在肠道微绒毛中表达，发挥代谢膳食中鞘磷脂的作用[6]；中性鞘磷脂酶定位于细胞膜内小叶、高尔基体、内质网、细胞核或线粒体中[7]；酸性鞘磷脂酶在溶酶体中发挥分解代谢的作用，亦可通过分泌的形式作用于血浆脂蛋白或细胞膜，后者可通过神经酰胺的生成调控信号事件[8]。酸性鞘磷脂酶家族含有3个旁系同源类似物，其中包括目前尚不充分了解的SMPDL3a和SMPDL3b。

SMPDL3b是一种糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白，具有膜调节活性。目前对其结构的认识相对不足，Gorelik等[9]通过小鼠SMPDL3b的高分辨结构发现，SMPDL3b蛋白含有一个附着小C末段结构域的催化区，这个区域由8个α螺旋包绕的两个β折叠组成，根据此结构特征将SMPDL3b归类为钙调磷酸酯酶结构超家族成员。C末段结构域是酸性鞘磷脂酶的决定性特征之一，具有比催化域更低的序列保守性，能增强酸性鞘磷脂酶在溶酶体和细胞外环境中的稳定性。SMPDL3b“顶”面上环的长度和组成与其他酸性鞘磷脂酶和SMPDL3a不同，这些环具有活性位点，决定着与酸性鞘磷脂酶或SMPDL3a具有完全不同的底物特异性。SMPDL3b通过糖基磷脂酰肌醇锚定结构附着于细胞膜外质面，β9链和β10链是一个延伸的、构象上截然不同的环，它封闭了活动部位附近的大部分表面，留下一个小的限制性开口，活性位点中含有窄的靴型腔，锌离子位于靴型腔的“靴跟”部，因此底物需深入靴型腔内部才能与之结合。SMPDL3b底物结合位点的特异属性主要是由于β9链和β10链的环形插入点造成的，同时该结合位点亦构成靴型腔的“鞋舌”部分。SMPDL3b的特殊结构是影响细胞特性如脂质组成或炎症信号的重要分子基础，主要在巨噬细胞炎症过程和肾脏疾病中发挥作用。

1.2SMPDL3b的生理作用 SMPDL3b是肾脏足细胞功能的重要调节因子，作为足细胞脂筏酶在蛋白尿相关性肾脏疾病发病机制中起重要作用。鞘脂是细胞膜脂筏的主要组分，参与维持肾脏足细胞的正常结构和功能，保持肾小球滤过屏障的稳定性。鞘脂可分成3类：鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂。其中具有生物活性的鞘脂类[如神经酰胺、神经氨酰-1-磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)以及鞘氨醇-1-磷酸]在细胞分化、胞膜流动性、蛋白锚定、免疫激活、胰岛素稳态、吞噬以及细胞凋亡等过程中发挥不同作用[10]。多种足细胞疾病[如糖尿病肾病、人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)相关性肾病、局灶节段性肾小球硬化症(focal segmental glomeruloclerosis，FSGS)、狼疮性肾炎]均可出现不同程度的肾脏鞘脂累积[11]，从而导致足细胞骨架重排、细胞凋亡信号通路启动的易感性增加。SMPDL3b在足细胞鞘磷脂到神经酰胺的转换过程中发挥重要作用[12]。神经酰胺被认为是鞘磷脂代谢通路的核心，已被证明参与细胞生长停滞和凋亡[13]；C1P是神经酰胺的下游产物，高浓度的C1P负调控足细胞中神经酰胺的表达[14]。Mallela等[15]前期研究发现，SMPDL3b的差异表达可以改变人足细胞中C1P的有效性，进一步研究证实SMPDL3b控制C1P的有效性是通过干扰神经酰胺激酶的表达和功能实现的，SMPDL3b可以与神经酰胺激酶相互作用并结合C1P，静默SMPDL3b表达时，神经酰胺激酶表达下降，证实了SMPDL3b通过干扰神经酰胺激酶的功能维持足细胞中相对稳定的C1P水平，进而维持足细胞的正常功能。

巨噬细胞中，SMPDL3b发挥磷酸二酯酶的作用通过脂类修复方式负调控先天免疫信号，该酶在炎症刺激下上调[16-17]；其敲除可增强对Toll样受体刺激的反应性，使SMPDL3b缺陷小鼠的炎症反应增强。此外，其他部位(如胰腺酶原颗粒[18]、唾液外泌体[19]和脑脊液[20])SMPDL3b的发现提示其还具有其他功能。

2 SMPDL3b与足细胞损伤相关肾病

足细胞是一种高度分化的极性细胞，其细胞体最终分支成小的足突，相邻足细胞间足突相互交错形成网状结构的裂孔隔膜，是构成肾小球滤过屏障的关键结构。足细胞裂隙膜区富含鞘酯、胆固醇及脂蛋白复合体，参与足细胞的信号转导，与足细胞的结构和功能密切相关。导致足细胞损伤的原因众多，如免疫炎症反应、循环因子、脂代谢异常等。足细胞损伤与肾小球相关性疾病密切相关，临床常见的肾小球疾病(如FSGS、糖尿病肾病、微小病变、狼疮肾炎、膜性肾病、IgA肾病)均与足细胞损伤相关。SMPDL3b与足细胞膜上鞘磷脂代谢有关，与足细胞损伤相关肾病密切相关。目前已知的与足细胞SMPDL3b水平改变相关的肾脏疾病主要是糖尿病肾病、FSGS和放射性肾损伤。

2.1SMPDL3b与糖尿病肾病 糖尿病肾病是世界范围内慢性肾脏病和终末期肾脏病的主要病因，足细胞特异性胰岛素信号途径缺陷可能是糖尿病肾病的原因之一。足细胞是胰岛素的效应细胞[21]，胰岛素受体信号是足细胞功能的关键调节器，胰岛素与足细胞膜上的胰岛素受体结合引起胰岛素受体底物磷酸化，活化的胰岛素受体底物激活磷脂酰肌醇-3-激酶并使其下游的信号分子蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化，导致肌动蛋白细胞骨架生理重构，维持足细胞的功能和存活。通过敲除非糖尿病小鼠的足细胞特异性胰岛素受体编码基因，受累小鼠出现蛋白尿、足突消失、足细胞凋亡和肾小球硬化[22]。因此，足细胞胰岛素受体可能是预防蛋白尿和糖尿病肾病发生发展的治疗靶点。研究显示，SMPDL3b参与足细胞胰岛素受体信号通路的调节。SMPDL3b是细胞膜脂筏结构域内胰岛素受体信号的主要调节因子[23]。研究发现，SMPDL3b在糖尿病肾病患者血清及肾小球足细胞中呈高表达[24]。过表达SMPDL3b的足细胞中磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt信号通路的基因受到了影响，SMPDL3b可以干扰胰岛素受体B亚基与小窝蛋白1的结合，促进胰岛素受体A亚基与小窝蛋白1的结合，从而破坏胰岛素受体B亚基依赖的促生存胰岛素信号通路，这可能是导致Akt磷酸化受损、p70核糖体蛋白S6激酶磷酸化增强的原因。

C1P可以调节皮肤成纤维细胞、造血细胞、巨噬细胞、脂肪细胞中的Akt磷酸化[25]。SMPDL3b通过影响C1P的生成参与足细胞胰岛素受体底物信号的调节，SMPDL3b过表达可能导致胰岛素受体底物从富含小窝蛋白1的区域以依赖于C1P的方式发生位移，引起Akt磷酸化受损，从而导致足细胞损伤，这种损伤可以表现为足突融合、足细胞肥大、凋亡和脱落等，还可以表现为足细胞裂隙膜关键结构分子——nephrin、CD2相关蛋白、podocin等表达水平下调和分布失衡，这些病理变化是糖尿病肾病进展的重要因素。当SMPDL3b表达降低时，糖尿病肾病患者血清足细胞凋亡得到改善。体内外实验均表明，过表达SMPDL3b的足细胞中补充外源性C1P能够恢复胰岛素受体底物信号，改善糖尿病肾病的蛋白尿[16]。因此，未来可通过脂类代谢层面靶向性调节SMPDL3b提升Akt磷酸化水平，从而改善糖尿病肾病足细胞的损伤。

可溶性尿激酶纤溶酶原激活物受体是引起足细胞损伤的循环因子，由多种细胞表面的尿激酶型纤溶酶激活物受体脱落形成，在血液及各种体液中均可检测到。表达尿激酶型纤溶酶激活物受体的细胞有多种，如活化的免疫细胞、内皮细胞、肾小球足细胞，在糖尿病肾病足细胞中，循环可溶性尿激酶纤溶酶原激活物受体的增加可引起SMPDL3b与其竞争性结合，从而阻止整合素αvβ3的激活，导致RhoA活性增加，使足细胞更容易凋亡；对SMPDL3b的抑制能够减轻糖尿病肾病小鼠的蛋白尿[2]。

2.2SMPDL3b与FSGS FSGS是一种以蛋白尿为特征并进展为终末期肾病的肾小球疾病。FSGS是肾病综合征的主要原因，约占成人原发性肾小球疾病的40%。一项对41例肾移植后复发性FSGS的高危患者的研究显示，复发性FSGS患者再灌注肾活检SMPDL3b阳性足突细胞的数量减少，且FSGS患者血清培养的足细胞中SMPDL3b表达也降低，推测SMPDL3b的表达降低可能导致酸性鞘磷脂酶活性降低及肾脏鞘磷脂的积累，最终导致FSGS的发生[26]。在FSGS中，循环可溶性尿激酶纤溶酶原激活物受体增加，SMPDL3b低表达或缺失，导致整合素αvβ3激活，Src磷酸化和Rac1活性增加，最终导致迁移型足细胞表型；而在SMPDL3b存在的情况下，SMPDL3b与可溶性尿激酶纤溶酶原激活物受体结合，防止整合素β3激活[4]。因此，靶向性提高足细胞中SMPDL3b的表达有利于FSGS的治疗。

Fornoni等[26]发现，SMPDL3b缺乏造成足细胞应力纤维的改变，这种改变可以通过使用抗CD20抗体-利妥昔单抗逆转。研究表明，利妥昔单抗通过靶向SMPDL3b对足细胞有直接作用。通过噬菌体文库筛选发现，利妥昔单抗可以结合SMPDL3b[27]。动物实验也证实，利妥昔单抗和SMPDL3b存在免疫共沉淀反应，可以阻止肾移植后早期蛋白尿的发生[28]。既往研究发现，利妥昔单抗增加难治性FSGS的临床缓解率的机制与B淋巴细胞的清除相关，进一步研究发现，利妥昔单抗通过特异增加足细胞SMPDL3b表达和酸性鞘磷脂酶活性来稳定足细胞的细胞骨架，降低足细胞的凋亡[22]。因此，利妥昔单抗还可能通过调节足细胞鞘磷脂的代谢来增加难治性FSGS的临床缓解率。此外，Watanabe等[29]研究发现，与健康成人相比，顽固性肾病综合征患儿(5例微小病变和1例FSGS)SMPDL3b的肾小球免疫反应性和尿液排泄量降低；相同患者尿液样本显示，与蛋白尿期相比，利妥昔单抗治疗后缓解期尿液中SMPDL3b的排泄增加。因此，尿液SMPDL3b的排泄水平可能预测利妥昔单抗治疗肾病综合征的临床疗效。

2.3SMPDL3b与放射性肾损伤 放射性肾损伤是治疗腹部、椎旁肿瘤或全身辐照过程中过度剂量辐射传递到肾脏的结果。过量辐射诱发肾脏各组分发生变化，包括肾小球、肾小管上皮细胞和间质。肾脏损害的严重程度取决于辐射剂量和体积的大小，局部或全身照射剂量低于5 Gy的辐射剂量并不致命，但会导致放射性肾损伤[30]；如果辐射剂量高于10 Gy，肾脏每年减小5%。临床上，放射性肾损伤在急性期表现为蛋白尿，其次是肾小球滤过率下降和发展为终末期肾病。放射性肾损伤中蛋白尿和肾小球硬化的分子机制仍不清楚。

Ahmad等[31]证实，鞘脂代谢在辐射诱导的足细胞损伤中具有重要作用，并确定SMPDL3b缺失是介导足细胞骨架重塑的新机制。电离辐射在蛋白水平上引发了时间依赖性的SMPDL3b损失，以及中性神经酰胺酶活性下降、神经酰胺水平升高、鞘氨醇和鞘氨醇-1-磷酸水平下降；受辐照足细胞在形态上显示出明显的肌动蛋白重构和细胞ezrin蛋白的重新定位。通过SMPDL3b的过表达或利妥昔单抗预处理、外源性鞘氨醇-1-磷酸处理减轻辐射后足细胞SMPDL3b的损失，在一定程度上逆转这些微观变化，表明辐射诱导的SMPDL3b缺失改变了足细胞鞘磷脂稳态，导致足细胞功能障碍，证明利妥昔单抗靶向SMDPL3b可以保护肾足细胞免受辐射应激损伤。

3 结 语

足细胞损伤是肾小球疾病发生发展的关键，其损伤机制和靶向治疗是目前的研究热点。足细胞损伤不仅与免疫炎症反应有关，还与循环因子、脂代谢异常关系密切。SMPDL3b是足细胞膜上与鞘磷脂代谢相关的糖基磷脂酰肌醇锚定酶，参与多种蛋白尿相关肾脏疾病的发生发展。在不同的肾小球疾病中，足细胞SMPDL3b存在差异表达，有关SMPDL3b在足细胞损伤相关肾脏疾病中的作用机制还未完全明确。如何稳定体内SMPDL3b的水平，从而调控脂类代谢可能成为足细胞相关肾脏疾病定向治疗的新靶点，仍需进一步研究。