[doc] 肾脏病足细胞损伤及其防治研究进展
肾脏病足细胞损伤及其防治研究进展
医学研究杂志2007年11月第36卷第11期?特别关注?
肾脏病足细胞损伤及其防治研究进展
陈洪宇吴文斌王永钧
足细胞是肾小球主要的固有细胞之一,随着对足
细胞生物学研究的深入,尤其是在发现足细胞中
达
的一些特异性蛋白分子之后,足细胞已被认为是各种
原发或继发性肾小球疾病进展的关键细胞.
一
,足细胞的生理特性和病理改变
足细胞,即肾小球脏层上皮细胞,附着于肾小球
基膜(GBM)外侧,连同GBM和毛细血管内皮细胞一
起,构成肾小球血液滤过屏障,参与稳定肾小球毛细
血管,维持肾小球滤过屏障的功能,调节超滤系数
以及保持GBM的正常形态,是维持肾小球滤过膜结
构和功能正常的主要细胞之一….足细胞呈多突
状,由结构和功能不同的3个部分组成:细胞体,主
突和足突.细胞表面覆盖有一层带有负电荷的唾液
酸糖蛋白,是参与维持肾小球滤过膜电荷选择屏障的
物质基础.足细胞在正常情况下可分泌GBM的
主要成分?型胶原和纤维连接蛋白(FN),在促肾纤
维化因子等刺激下还能分泌具有降解GBM作用的基
质金属蛋白酶(MMPs)和组织蛋白酶,在GBM的代
谢平衡中发挥重要作用,从而在维持正常上皮细
胞的功能及滤过膜屏障功能等方面具有重要意义.
足细胞是分化成熟的细胞,具有高度分化,增生
能力有限.当足细胞因为各种原因受到损伤时,包
括毒性物质的氧化损伤,炎症性疾病,免疫介导的疾
病,机械应激和HIV病毒感染等,细胞会发生一系列
的表型改变.损伤早期的形态学改变为足突融合,即
指突交错状的足突回缩,整个足突的消失.随后发生
一
系列的改变,包括足细胞胞体缩小,假囊形成,阴离
子电荷的减少,直至最终足细胞从GBM上分离剥脱
到肾小囊中,随尿液排出….在对PAN肾病大鼠的
研究表明,蛋白尿的发生与肾小球足细胞从GBM上
分离相关.同时,足细胞凋亡的增加也在PAN肾病
和人类肾小球疾病中得到证实.肾小球承受着高
基金项目:本课
为浙江省科技厅自然基金项目(302790),浙江
省中医药管理局科技项目(2003C128),杭州市卫生局重点科技项目
(2003Z004)
作者单位:310007杭州,浙江中医药大学附属广兴医院(杭州市
中医院)
滤过,肾小球毛细血管出现塌陷,GBM与壁层上皮
细胞发生粘连,玻璃样变,最终形成肾小球硬化.研
究表明,足细胞缺失与肾小球硬化的发生密切相关,
当足细胞数减少10%,20%时,肾小球硬化即已开
始.
二,足细胞表达的蛋白分子与肾小球损伤
1.nephrin:nephrin是足细胞裂孔膜上发现的第1
种似黏附分子的跨膜蛋白,属于免疫球蛋白超家族,
可以与其他裂孔膜成分,如CD2AP,podocin相作用,
也与一些紧密连接的蛋白及细胞骨架相关蛋白如:
ZO一1,肌动蛋白,辅肌动蛋白相作用,它们之间相互
作用对维持足突的完整性及裂孔膜功能非常重要.
大多数研究者认为nephrin的减少与蛋白尿的发生密
切相关.KimBK检测了nephrin蛋白及mRNA的表
达,证实正常肾脏nephrin广泛线状沿GBM分布,患
者肾脏中nephrin点状沿GBM分布,FSGS患者neph.
rin表达最低,在足突融合区nephrin,特异性颗粒几
乎不表达.Doublier研究证实并发肾病综合征的
糖尿病患者肾小球nephrin染色明显减少,染色呈点
状到点线状.GagliardiniE发现IgA肾病的neph-
rin,podocin,podoplanim表达减少.在氨基核苷肾
病(PAN)大鼠模型,Heymann肾炎大鼠模型,anti—
APA大鼠模型,糖尿病大鼠模型中均证实有neph-
rin表达的下降.
2.Podocin:Podocin是近年来研究的一个热点,它
可通过其COOH末端与nephrin,CD2AP相互作用形
成nephrin复合体,对裂隙隔膜的正常滤过功能发挥
关键性作用.有资料表明,45%,55%的家族性肾病
和8%,20%的特发性肾病中存在近50种NPHS2突
变,并伴有3种变异和3种非保守型多态.细胞实验
证明,podocin的多种突变(G92C,V180M,R238S)可
影响与nephrin在结构上的连接,从而导致足突细胞
病变和大量蛋白尿,R229Q的变异则与肾小球硬化
有关.
3.CD2Associatedprotein(CD2AP):CD2AP是1
个80kDa大小的Src同源区3相容性蛋白质,首先是
.
11.
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特别关注?JMedRes,Nov2007,Vo1.36No.11
作为加强CD2的抗原递呈作用,促进T细胞黏附到
抗原递呈细胞上而在大鼠中发现的,是继Nephrin之
后在裂孔膜上证实的第二个有重要意义的蛋白质分
子.CD2AP是与T细胞及自然杀伤细胞的膜蛋白
CD相互作用的蛋白,并可与nephrin的羟基末端相
连,从而对裂孔结构的完整性起重要作用.CD2AP
基因位点上有靶细胞缺失的小鼠将进展为肾病综合
征,以后逐渐出现系膜区沉积,最终形成FSGS.
Gigante教授等在45例患FSGS的意大利病人中发现
了多种内含子的改变及多态性,提示CD2AP的突变
可能作为一个修饰基因而放大了NPHS1的多态
性.
4.Podocalyxin:Podocalyxin是肾小球主要带负电
荷的蛋白分子,是组成GBM电荷屏障的主要物质.
它由肾小球内皮细胞和足细胞合成,在足细胞成熟过
程中固定于肾小球足细胞顶膜,通过Na/K交换调控
因子/ezrin复合体对足细胞骨架形成和维持起重要
作用,并对肾小球滤过屏障起负调节作用,同时有可
能阻止壁层细胞对足细胞的黏附.近年来通过应用
Podocalyxin单克隆抗体检测尿中足细胞数目的多少
来鉴别微小病变和局灶节段性肾小球硬化.
5.Dystroglycans(DG):Dystroglycans为异二聚体
蛋白,为跨膜蛋白,其通过与肌细胞增强蛋白和足细
胞与actin骨架蛋白结合.在人类中Dystroglycan的
缺失只见于MCD中,且与MCD的病情成负相关:蛋
白尿多时Dystroglycan明显表达减少,足突融合;足突
恢复正常时Dystroglycan表达亦恢复正常.在FSGS
中Dystroglycan表达没变化,提示在FSGS和MCD中
足细胞黏附和形态改变具有不同病理机制.
6.WT一1:WT一1(Wilms’肿瘤抑制基因)定位
于表达在足细胞核,是足细胞特异性标志之一.它的
突变可以引起以肾病及泌尿生殖器官异常为特征的
一
组疾病.在FSGS中,WT1表达下降,WT1可以通
过上调抗凋亡基因bcl一2抑制凋亡.WT1表达下
降,从而引起了凋亡增加.此外,足细胞表达的蛋白
分子还有很多,如仅B整合素,仅一actinin一4,
Nephl,ZO一1,synaptopodin,GLEPP一1等,它们对维
持足细胞的正常功能也都起着重要作用.
三,足细胞相关肾病研究概况
在很多肾小球疾病中存在着足细胞的损伤,如局
灶节段硬化肾病,膜性肾病和糖尿病肾病等.足细胞
损伤后数量减少将导致肾小球硬化,其损伤是肾病综
合征的主要发病机制.
.
12.
1.足细胞损伤与局灶性节段性肾小球硬化
(FSGS):近年来越来越多的研究表明足细胞发生损
伤与FSGS的发生发展关系密切.已有许多研究表
明,足细胞损伤或丢失在FSGS的启动和发展中起关
键性作用.近年来有报道认为FSGS是一种足细胞
疾病.Kim等最近进行的大鼠研究中发现,随着年龄
增加,肾小球硬化发生与足细胞丢失的数量正相关.
Kim检测45例散发FSGS患者,发现10例患者
CD2AP基因出现了6种突变,导致患者CD2AP蛋白
表达降低.Moudgil等报道,肾移植后FSGS复发者
是以足细胞表型转化为特征,这提示原发性FSGS患
者在肾移植后,一些”失调”的足细胞发生转化而获
得巨噬细胞样和角蛋白表型的变化.大量研究表明,
在FSGS中,原发性足细胞损伤引起足细胞分化的标
志物丢失和足细胞表型调控紊乱,这种调控紊乱的一
个重要结果是诱导足细胞凋亡.足细胞凋亡在肾脏
的发育过程和不同的疾病状态中起重要作用,是
FSGS时足细胞丢失的直接原因.总之,大量研究表
明在FSGS的发生发展过程中,足细胞损伤是局灶节
段性肾小球硬化发生发展的关键因素.所以,无论何
种原因引起的肾小球足细胞的损伤均有可能导致
FSGS,而损伤的足细胞发生表型变化可能是启动
FSGS的关键步骤之一.
2.足细胞损伤与膜性肾病(MN):实验性MN中
明确可以见到足细胞有丝分裂异常.Mundel等用免
疫印迹法在Heymann阳性的MN模型里很容易从尿
中检测到足细胞的特异抗体如nephrin,podocin和
Glepp一1.KimBK研究发现,MN患者nephrinmRNA
表达亦显着减少.Pippin等研究表明,体外培养的大
鼠足细胞,或有丝分裂后期的足细胞暴露于抗体和补
体源下,诱导了溶解性C5b一9介导的损伤.近来,
Petermann等研究发现:在PHN大鼠的足细胞上,
Cdc2,CyclinB1和B2和磷酸化组蛋白3的表达增高.
足细胞有使细胞周期蛋白增加而获得有丝分裂能力,
细胞因子形成调控紊乱,可能是实验性肾病足细胞形
成多核细胞和丧失增生的原因.Doublier等发现在
MN,nephrin与IgG免疫沉积物共同存在,进一步研
究发现足细胞骨架活化,修饰Nephrin在细胞表面表
达,允许它从胞质膜脱落到细胞外的位置.膜性肾病
模型PHN大鼠出现蛋白尿是补体依赖性的,并与足
细胞裂孔隔膜整体性的改变和nephfin从肌动蛋白细
胞骨架分离有关.Saran等进一步证实,MN的PHN
动物模型出现蛋白尿呈补体依赖关系,和足细胞裂孔
医学研究杂志2007年11月第36卷第11期?特别关注?
隔膜整体性,nephrin与肌动蛋白骨架的改变有关.
Yuan等研究发现部分nephrin从PHN出现足细胞损
伤的肌动蛋白上脱离,这与nephrin从足细胞足突进
行性地丧失和裂孔隔膜形态主要改变相伴行,这表明
MN足细胞屏障功能的丧失.
3.足细胞损伤与IgA肾病:在IgA肾病肾小球固
有细胞的研究上,以往人们重点关注在系膜细胞的病
变,而今越来越多的肾脏病学者对肾小球足细胞在肾
病中的变化及意义进行深入研究.KevinV等研究发
现IgA肾病患者肾足细胞的缺失程度与病情进展有
密切相关,认为它与患者临床蛋白尿增加,肾小球滤
过率(GFR)下降及病理上肾小球的硬化程度联系在
一
起,认为肾足细胞损伤缺失是IgA肾病病情加重的
征兆.HishikiT等则在IgA肾病患者肾穿活组织光
镜,电镜下观察其病理变化,得出足细胞损伤是预测
IgA肾病预后不良的高敏感指标.刘淑华等研究实
验性IgA肾病足细胞的超微病变发现足细胞胞体和
突起内出现大量空泡,在透射电镜及扫描电镜皆见有
明显的足突融合.1994年英国的Hara等发现IgA肾
病的活动期尿中出现由血管袢剥脱的足细胞,建议尿
样本中剥脱的足细胞数目可作为IgA肾病活动的有
用指标.Lemley等则证实尽管IgA肾病中系膜细胞
直接受损,但足细胞数量减少程度和肾功能减退及球
性肾小球硬化明显相关.GagliardiniE发现IgA肾病
的nephrin,podocin,podoplaninm表达减少.
4.足细胞损伤与糖尿病肾病(DN):足细胞损害
与DN的形成与发展密切相关.Coimbra等进行了人
类足细胞数量减少与疾病进展之间联系的研究,发现
足细胞数量减小与DN早期表现微量尿蛋白相关性
明显,表现为大量尿蛋白的DN患者足细胞丢失更加
明显,和足细胞数目减少相比,肾小球内皮细胞和系
膜细胞数目均无明显变化.Steffes等报道1型糖尿
病(DM)患者出现糖尿病,在极短时间内未发现AER
异常前,就已出现足细胞数目减少.对患有2型DM
的皮马人(北美印第安人)的研究中,证实了疾病早
期就出现了足细胞数目的减少,密度降低以及足突增
宽的情况.对DM动物模型的研究发现,高糖环境下
足细胞受损,血管内皮生长因子(VEGF)表达增加,
尿蛋白排泄升高,细胞外基质(ECM)沉积增多,单核
巨噬细胞明显浸润,促进了局灶性节段性肾小球硬化
的发生.早期DM病人尿中可检测到足细胞,而正常
人尿中则未发现足细胞,且尿中足细胞排泄与DN病
理改变程度相关.可见,足细胞损伤,脱落和数目减
少在DN的发生发展中起着重要作用.足细胞损伤
不仅导致DN蛋白尿的发生,而且与肾小球硬化有
关.
此外,在人类及动物模型的肾小球疾病如微小病
变,淀粉样变肾病,塌陷型肾病,脂质肾损害,新月体
肾病,狼疮肾炎,肥胖相关性肾病等疾病中也都发现
有足细胞损伤.
四,足细胞损伤的药物防治
1.糖皮质激素:糖皮质激素广泛应用于临床治疗
各种以蛋白尿为主要表现,足细胞损伤为特征的肾小
球疾病.对足细胞有直接的保护作用,但其确切作用
机制和作用靶细胞尚未完全阐明.以往将其归功于
激素的免疫调节抑制和炎症抑制作用,但往往并不能
加以完美的解释.最近的研究发现,糖皮质激素受体
存在于肾小球足细胞上,糖皮质激素可通过受体和非
受体途径,对足细胞损伤具有一定干预作用.蛋白质
组学研究发现,糖皮质激素可使足细胞中CNTF(cili.
aryneurotrophicfactor),热休克蛋白27(Hsp27)和0【一
B—coystallin表达上调,而这些蛋白质在自损伤中具
有保护细胞,促细胞存活功能.其在激素改善足细胞
损伤修复中的作用需进一步研究.
2.血管紧张素转化酶抑制剂以及血管紧张素受
体阻断剂(ACEI/ARBs):近年来ACEI/ARBs类药物
在肾脏疾病的应用已得到公认,其足细胞的保护是肾
脏疾病研究的热点,ACEI/ARBs可通过阻断局部的
RAAS,减少NF—KB与DNA的结合,从而减少IL一
6,MCP一1,VCAM一1和TGF—B的产生,防止实验
动物nephrin表达下降,减少desmin(足细胞损伤标
志蛋白之一,肾脏损伤时在足细胞具有高表达)的表
达,保护足细胞的结构和分子成分,防止足细胞丢失
而减少尿蛋白.
3.他汀类药物(Statins):Nakamura等观察了西立
伐他汀(cerivastatin)在慢性肾小球肾炎中的作用,结
果发现西立伐他汀除能改善高脂血症和减少蛋白尿
外,并能明显减少尿中足细胞数量.提示他汀类药物
对足细胞具有潜在的保护作用.Gu等研究通过给予
足细胞普伐他汀处理,观察他汀类药物在羧甲赖氨酸
(CML)诱导小鼠分化足细胞MCP一1表达模型中的
效用.结果显示CML呈剂量依赖性诱导分化足细胞
表达MCP一1;普伐他汀可下调CML诱导的足细胞
MCP一1的产生但并不具有阻断ROS产生的能力.
普伐他汀可以剂量依赖方式阻止CML诱导的足细胞
磷酸化ERK表达现象.使用普伐他汀预处理的足细
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特别关注?JMedRes,Nov2007,Vo1.36No.II
胞同样可以防护CML诱导的NF—KB,Spl的易位.
从而提示普伐他汀可通过调节细胞内ERK/NF—KB,
Spl信号途径的方式来下调CML诱导的足细胞MCP
一
1的表达.Shibat等发现氟伐他汀可通过对过度激
活的RhoA活性的直接调节,来抑制体外培养的PAN
模型足细胞内支架蛋白结构的重排,从而达到减轻足
细胞损伤的目的.
4.全反式维甲酸(ATRA):维甲酸类药物是近年
引起国内外学者重视的保护足细胞的药物.黄金平
等研究发现ATRA可以抑制早期DN足细胞蛋白的
下调及足突的融合,变宽,减轻肾小球足细胞脱落导
致的尿液中足细胞排泄增加,对肾脏足细胞损伤发挥
保护作用,降低蛋白尿,从而延缓早期DN的发生与
发展.
5.中医中药:雷公藤甲素是雷公藤的主要活性成
分之一,能明显降低Heymann肾炎大鼠尿蛋白,其疗
效机制与其恢复足细胞裂孔膜蛋白nephrin和podo-
cin的表达与分布,改善足细胞的足突融合相关.研
究表明雷公藤甲素可直接作用于足细胞,稳定足细胞
骨架结构,保护足细胞裂孔膜蛋白nephrin和podocin
的表达;能直接保护足细胞抵御PAN诱导的损伤,并
且能在足细胞已经发生明显损伤后,促进足细胞的修
复.雷公藤甲素对足细胞有着广泛的作用,因此其可
能成为治疗足细胞病的新型药物应用与临床.桂定
坤等通过研究得出,黄芪水提物对阿霉素肾病大鼠的
足细胞有保护作用,其增加足细胞数的机制可能与黄
芪增加—dystronglycan蛋白表达,减少足细胞脱落
有关.窦敬芳等的研究显示,造模糖尿病肾病大鼠的
肾足细胞突足变得不规则,融合,增大,裂孔膜消失,
而发酵虫草菌粉治疗组大鼠则无明显变化,提示虫草
制剂能保护肾病足细胞损伤.刘宽芝等发现葛根素
治疗可以使糖尿病大鼠尿清蛋白排泄明显减少,电镜
下观察组治疗大鼠足细胞细胞质水肿,及足细胞突起
与基膜的融和现象较模型组明显减轻,提示葛根素亦
有一定的肾足细胞保护作用.曾红兵等通过火把花
根对实验性系增大鼠的治疗观察模型鼠病理改变,发
现肾炎模型鼠肾小球存在足细胞病变,主要表现为足
细胞肿胀及足突融合,而治疗组鼠足细胞无明显肿
胀,大部分节段足突排列整齐,少数节段足突部分融
合,提示火把花根可能部分通过改善足细胞病变而减
少蛋白尿.在中药复方制剂的研究中,何岚,韩宇萍
?
14?
等研究表明,五苓散对阿霉素肾病大鼠的足细胞形态
及基膜电荷屏障有一定保护作用,能改善ADR肾病
大鼠足突融合的损伤.覃志成等在小鼠足细胞体外
研究中发现,复方积雪草能抑制足细胞在高IgA血清
刺激下过高表达的VEGF,提示该组方可能通过该途
径从而保护IgA肾病足细胞损伤,减少临床蛋白尿.
综上所述,肾小球疾病过程中的许多因素都可能
导致足细胞结构和功能的改变,足细胞损伤后又促进
了肾脏疾病的发展,启动肾小球硬化并慢性进展直至
终末期肾病.因此,足细胞损伤可影响肾脏疾病的发
生发展和预后.对足细胞损伤的研究不仅有利于阐
明某些肾脏疾病的发生机制,也有助于肾脏疾病的治
疗和转归.
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(收稿:2007—08—30)