[doc] 肾脏病足细胞损伤及其防治研究进展

[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表达 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:本课题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. ? 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 ? 13. ? 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. 参考文献 1HolzmanLB,JohnPL,KovariIA,eta1.Nephrinlocalizestotheslit poreoftheglomerularepithelialcell[J].KidneyInt,1999,56(4): 148l 2DoyonnasR,KershawDB,DuhmeC,eta1.Anuria,omphalocele,and perinatalkthalityinmicelackingtheCD34一relatedproteinpodoca— lyxin.JExpMed,2001,194(1):13—27 3KatsuhikoA,IsaoS,KazumiI,eta1.Selectivemodulationofthesecre? tionofproteinasesandtheirinhibitorsbygrowthfactorsincultured differentiatedpodocytes[J].KidneyInt,2002,62(3):822—831 4KimY—H,Goyalm,KumitD,eta1.Podocytedepletionandglomeru — loscletosishaveadirectrelationshipinthePAN—treatedrat.Kid— neyInt,2001,60(3):957—968 5KimBK,HongHK.Differentialexpressionofnephrininacquiredhu— manproteinuricdiseases.AmJKidneyDis,2002,40(5):964—973 6DoublierS,SalvidioG.Nephfinexpressionisreducedinhumandia— beticnephropathy:evidenceforadistinctroleforglycatedalbuminand angiotensinII.Diabetes,2003,52(4):1023—1030 7GagliardiniE,BenigniA.Targeteddownregulationofextracellular nephfininhumanIgAnephropathy.AmJNeprol,2003,23(4):277— 286 8DijkmanHB,Gerlofs—NijlandME.PodocyteChangesafterInduction ofAcuteAlbuminuriainMicebyAnti—Amin0peptedaseAmAb. 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