足细胞在肾小球滤过膜中作用的研究进展

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1、足细胞在肾小球滤过膜中作用的研究进展* 钟 ? 森 ? ? 朱? 斌 ? 朱晓玲 ? 王永钧 * ? 本课题为浙江省科技厅基金资助项目( No. 2006C13114) ; 浙江省中医药管理局基金资助项目( No. 2009CA087) ; 浙江省卫生厅基金资助项 目( No. 2008A135) ; 杭州市科技局基金资助项目( No. 20080333Q17) ? ? 浙江中医药大学? ( 杭州? 310053) ? 浙江中医药大学附属广兴医院( 杭州市中医院) ? ( 杭州? 310005) ? ? 足细胞是一种增殖能力有限的终末分化细胞, 它位于肾小 球毛细血管壁的最外层, 参与构成阻止

2、蛋白漏出的分子屏障和 电荷屏障, 维持肾小球滤过膜( GFB) 的功能, 成为阻止蛋白丢 失的一道重要屏障。此外, 它还与维持毛细血管攀的形态、 抵 抗毛细血管内的压力、 参与稳定肾小球毛细血管、 合成并保持 肾小球基底膜(GBM) 的完整性相关。因此, 它是维持 GFB 结 构和功能正常的主要细胞之一 1。 足细胞由细胞体、 主突、 足突(FP)三部分组成, 相邻的足细 胞由裂孔膈膜(SD)相连, 维持足细胞特殊结构主要依赖于以肌 动蛋白为主的细胞骨架系统和一些特异性蛋白分子的表达, 足 细胞骨架结构是足细胞发挥正常功能的基础。Gipson 等 2认 为足细胞的损伤主要有以下 4 个方面:

3、SD 成分的改变或其结 构受到干扰; 肌动蛋白细胞骨架的失常; GBM 的改变或其与足 细胞相互作用的改变; 足细胞表面负电荷的改变。足细胞损伤 脱落后, 肾小球内足细胞数量和密度减少, 肾小球 GBM 裸露, 破坏了滤过膜的分子屏障和电荷屏障, 导致蛋白尿; 并使 GBM 失去了来自足突的反向作用, 进而与肾小球包曼氏囊壁发生黏 连, 启动肾小球硬化, 可见足细胞在维持肾小球正常滤过生理 功能中起重要作用 3。本文主要从以下 3 个方面论述足细胞 在 GFB 中的作用: ? ? 1? 足细胞与裂孔膈膜、 细胞骨架之间的关系 SD 是由血浆膜蛋白组成的复合体, SD 与 FP 紧密相连从 而形

4、成最后的滤过屏障, 而其中的膜蛋白如 Nephrin、 NEPH1、 Podocin、Fat1 是 形 成 正常 的 GFB 所 必 需 的 4。Nephrin、 NEPH1等蛋白分子在 2 个邻近足突之间裂孔区彼此相对延 伸, 形成拉链样多孔状结构, 即构成了 SD 的主要支架, 该结构 的锚定涉及众多蛋白分子的参与, 如 Nephrin 通过与 CD2相关 蛋白(CD2AP) 、 NCK 接头蛋白等骨架蛋白分子相连, 最终锚定 于骨架肌动蛋白微丝。Nephrin 是足细胞 SD 特异蛋白, 它参与 蛋白复合体的构成, 干扰蛋白复合体中的一些成分, 可以导致 SD 的功能不稳定和随后的足突融

5、合和蛋白尿, 可见 Nephrin 对 GFB 的完整性起到了重要的作用 5。利用蛋白示踪技术研究 发现, 肾小球滤过膜中限制血浆蛋白通过的主要部位为 GBM 和足细胞, 而 SD 的作用尤为关键。SD 通过一些连接蛋白( 如 CD2AP, NCK)与肌动蛋白细胞骨架相连接, CD2AP 对正常肾小 球的滤过起到了重要的作用, 且这些蛋白的复合杂合可能增加 了蛋白尿的易感性 6。CD2AP 作为维持 SD 复合体结构及功 能的一种重要蛋白, 可直接与 Nephrin 和 Podocin 等多种 SD 蛋 白发生作用, 同时也可作为桥接蛋白与胞质内其他蛋白( 如细 胞骨架蛋白)发生联系; 而 C

6、D2AP 蛋白表达失调、 功能异常、 定 位改变则可引起足细胞骨架蛋白异常聚集和分布 7。在足细 胞的 FP 上, NCK 接头蛋白连接磷酸化的 Nephrin 与肌动蛋白 聚合, 这个结构对于肾脏 SD 的形成是重要的 8, Nephrin 酪氨 酸残基的磷酸化会导致与 NCK 蛋白相关的蛋白尿, 在足细胞 缺乏 NCK 蛋白的小鼠出生后则会出现大量的蛋白尿 9, 可见 这种连接作用对维持正常的 GFB 功能的重要性。Nephrin 选 择性的与 NCK 接头蛋白的 SH2/ SH3 域结合, 从而控制足细胞 骨架。Nephrin 的细胞质尾部具有多个 YdXV 网络, 这种结构 的首选结合

7、形式是通过 Src 家族激酶磷酸化的 NCK SH2 区 域。SH2 区域直接与磷酸化的 Nephrin 的 YdXV 位点结合, 从 而形成稳定的结合体。这种 Nephrin- NCK 的相互作用是 Nephrin 依赖性肌动蛋白重组所必需的, 并且对规范肌动蛋白 细胞骨架动力学来说也是重要的。选择性的敲除转基因小鼠 足细胞中的 NCK 会导致 FP 形成的缺陷和先天性肾病综合征 ( CNS) 。这些研究确认一种生理性的信号通路, 在此通路中磷 酸化的 Nephrin 与 NCK 接头蛋白连接, 从而到达足细胞肌动 蛋白细胞骨架的底层 8。有研究指出: 接头蛋白 NCK1, NCK2 在规范

8、来自 Nephrin 的信号方面起到了重要的作用 8, 10, 在 SD 上, Nephrin 与相关分子 NEPH1相互作用, 形成复合体, 这个复 合体能招募 NCK 蛋白和 Grb 在细胞膜上去诱导肌动蛋白的聚 合作用 11。其他的细胞骨架蛋白在维持正常足细胞的完整性 与调节足细胞对损伤的反应方面也发挥着重要作用, Sever 等 12的研究指出在蛋白尿肾病模型中, 诱导Cathepsin L 的蛋白 酶将导致 GTP 酶启动蛋白的分裂及随后的细胞骨架的重组。 足细胞在面对外力作用后, 在 RhoA/Rho 激酶信号通路、 瞬时受体电位阳离子通道蛋白 6( TRPC6) 等参与下, 足细

9、胞骨 架能在一定范围内进行适应性应变, 以维护肾小球的正常滤过 功能 11。当外力作用异常或足细胞自身发生病理变化时, 则 可能导致应变机制的失衡, 导致足突变形脱落、 肾小球硬化等 病理改变。 ? ? 2? 足细胞、 整合素与 GBM 的相互关系 足细胞通过跨膜细胞受体( 如整合素、 ILK、 Dystroglycans 等) 锚定在 GBM 上。在足细胞上, 整合素?3?1是最丰富的, 它 由?3、 ?1两个亚单位通过非共价键结合而形成异二聚体, 该整 合素?3和?1亚单位在氨基末端球形区域相连, 构成细胞外配 体结合部位, 与基底膜的层连蛋白, !型胶原蛋白和纤维连接 蛋白等结合, 而

10、2 个亚单位的胞质区较短, 在 Talin、 Vinculin 和 Paxillin 等肌动蛋白辅助蛋白分子的介导下与足突骨架肌动蛋 白丝结合, 该结构不仅能稳固足细胞骨架, 而且可作为跨膜信 号传导通路, 并以此调控足细胞骨架的形态与功能 13。?3链 是肾小球毛细血管丛的形成所必需的, 此蛋白缺陷的小鼠会表 现出肾小球毛细血管分支的缺乏及不能产生正常的 FP。在足 738 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中国中西医结合肾病杂志 2010 年8 月第 11 卷第 8 期? CJITWN, August 2010, Vol. 11

11、, No. 8 细胞的成熟过程中, 用 Cre- LoxP 重组系统灭活整合素 ?3基 因的小鼠, 在出生后的第 1 周则可发展为大量的蛋白尿, 而且 电子显微镜的观察显示 FP 的完全消失及 GBM 的广泛突 出 13, 这提示整合素?3是 GFB 成熟过程中所必需的。整合素 ?3?1在足突的黏附中发挥着不可替代的作用, 研究发现 14缺 乏?1基因的小鼠表现出了与整合素?3敲除小鼠类似的大量蛋 白尿的表现, 从而推断层连蛋白与整合素复合体的破裂导致了 足细胞与 GBM 相互作用的减弱以及持续的足细胞脱落, 而足 细胞的丢失与蛋白 尿相关。有研究 15提出整合 素结合酶 ( ILK) 对 G

12、FB起到了重要的作用。在足细胞的黏附中, ILK 在 足细胞受损时可被激活, 并使?1亚单位的胞内区域磷酸化, 进 而降低整合素?3?1与基底膜的结合力。研究发现 Dystrogly? can、 整合素?3?1等任一足突基底区域蛋白发生缺陷都将导致 足突变形, 甚至脱落, 最终引起大量蛋白尿 16。近来有学者通 过研究动物模型指出 ILK 在维持正常足细胞的完整性上起到 了关键性的作用, 在足细胞上, 缺乏 ILK 的大鼠表现出严重的 GBM 结构的缺陷以及 SD 的改变 15, 17。 ? ? 3? 足细胞多糖蛋白复合物在 GBM 中的作用 足细胞顶部表面覆盖着一层带负电荷富含唾液酸糖蛋白

13、的多糖蛋白复合物, 其中包括 Podocalycin 和肾小球上皮蛋白 1 ( GLEPP1) , 是肾小球负电荷屏障的重要组成部分, 两者对足细 胞独特形态结构的形成及抑制相邻足突间的融合有重要作用。 Podocalyxin 是一种CD34相关的跨膜糖蛋白, 构成多糖蛋白复合 物覆盖于足细胞表面, 这种富含唾液酸的糖蛋白是肾小球滤过 膜负电荷屏障的主要组成成分, 缺乏此蛋白的小鼠不能组装 FP 与 SD, 且干扰它的相关区域会导致足突的肌动蛋白细胞骨 架协调有序的张力纤维变为致密的网状结构并伴有足细胞 FP 的融合和滤过屏障的消失, 可见其与肾小球的选择滤过性和足 细胞的结构相关 18。Po

14、docalyxin 通过 Ezrin 和钠离子- 氢离 子交换调节因子( NHERF- 2) 从而连接于足细胞肌动蛋白骨 架 19。Podocalycin 通过多种胞内蛋白及至少一种胞外配体的 相互作用规范着 黏连及细胞 的形态学, 在肾 脏的发育 中, Podocalycin在足细胞的 FP 的形成与维持中发挥着重要的作 用, 它的缺失会导致围产期的致死性 18。由于 Podocalyxin 是 带负电荷的, 依据同种电荷相互排斥的原理, 从而使得足突能 够保持正常形态, 并维持裂孔的滤过功能。GLEPP1 是一种受 体酪氨酸磷酸酶, 它特异性地表达于足细胞足突顶端的质膜 处, 但它的功能尚

15、没有完全明确, 还需要进一步的研究。 综上所述, SD 上的膜蛋白构成 SD 的主要支架, 而SD 通过 连接蛋白与细胞骨架的相连是形成 GFB 所必需的; 足细胞通 过跨膜细胞受体锚定在 GBM 上, 并且与 GBM 相互作用也是 形成 GFB 所必须的; 足细胞表面的负电荷在构成 GFB 电荷屏 障上发挥着重要的作用。所以上述组成 GFB 的必须成分的功 能异常或结构改变则必然会导致足细胞的损伤脱落。由于足 细胞是终末分化细胞, 一旦损伤脱落则缺乏修复能力, 所以足 细胞损伤脱落后它的数目就减少, 从而导致足细胞表面负电荷 屏障缺失而损伤肾小球电荷屏障, 并且足细胞的结构(如裂孔 膜的完整

16、性和细胞间连接的改变等) 也受到破坏, 这些改变使 得足细胞正常滤过功能的减退而后引起蛋白尿的产生。 参? 考? 文? 献 1. Shankland SJ. The podocyte # s response to injury: role in proteinuria and glomerulosclerosis. Kidney Int, 2006, 69( 12) : 2131- 2147. 2. Gipson DS, Gibson K, Gipson PE, et al. T herapeutic approach to FSGS in children. Pediatr Nephrol, 2007, 22(1): 28- 36. 3. Camici M. Urinary detection of podocyte injury. Biomed Phar? macother, 2007, 61( 5) : 245- 249. 4. Tryggvason K, Patrakka J, W