1、足細胞相關分子與蛋白尿的關系        【摘要】  多個特異由腎小球足細胞表達的蛋白分子不但由足細胞特異表達，而且對維系正常的足細胞形態(tài)和功能起著至關重要的作用。本文就這些足細胞相關分子與足突融合的研究作一介紹，足細胞分子的研究將為早日明確足突融合的發(fā)生機制奠定基礎。 【關鍵詞】  蛋白尿； 腎病綜合征； 膜性腎小球腎炎； 動物實驗； 綜述蛋白尿是腎病綜合征最常見的表現(xiàn)。人們早已認識到蛋白尿的發(fā)生與腎小球濾過屏障的異常有密切關系。腎小球濾過屏障結構由內向外依次為毛細血管內皮細胞、腎小球基底膜

2、(Glomerular basement memberane，GBM)以及位于外側足細胞(Podocyte)與足突之間的裂孔隔膜(Slit diaphragm)。由于內皮細胞窗孔直徑較大，幾乎不能限制蛋白質的濾過，但其表面覆蓋的陰性蛋白多糖可能起到一定的電荷屏障效應。GBM通過表面豐富陰離子電荷和纖維索帶樣的小孔徑篩網(wǎng)結構發(fā)揮電荷屏障和孔徑屏障的功能。臟層上皮細胞即足細胞是位于GBM外側的一種終末期分化細胞，其構成了避免機體蛋白丟失的最后一道屏障，足細胞損傷必然伴隨大量蛋白尿。    在伴有大量蛋白尿的人類腎病和腎病動物模型中，足突融合是最主要和最常見的形態(tài)改變，

3、同時也是一些疾?。ㄈ缥⑿〔∽兡I?。┑奶卣餍孕螒B(tài)改變。足細胞的異常在各種類型的腎病綜合征蛋白尿產生及過程中起重要作用1。顯微鏡掃描提示被稱為融合的足細胞形狀改變由指突交錯狀足突逐漸均一化，導致細胞看起來扁平拉長。這不是相臨細胞的融合，更準確說，是每個足細胞回縮、變短、增寬。與正常細胞相比，足突長度減少70%，寬度增加60%，結果不正常細胞形狀包括變平和擴展細胞，這就是足突融合2。足突融合不是一個簡單被動現(xiàn)象，而是一個需要消耗能量以及起始于足細胞骨架改變后發(fā)生的積極的過程。    近年來，隨著分子生物學技術的飛躍發(fā)展，已經相繼發(fā)現(xiàn)多個特異的由腎小球足細胞表達的蛋白分子

4、，將其稱為足細胞相關分子（Podocyte associated molecules）。這些分子不但由足細胞特異表達，而且對維系正常的足細胞形態(tài)和功能起著至關重要的作用。依據(jù)這些分子在足細胞足突的分布而將其分為三類：主要分布于足突頂部（Apical area）的分子，即足突面向尿囊腔部分所分布的分子；足突裂孔隔膜部的分子，即主要分布在足細胞足突的裂孔隔膜上的分子；足突基底部分子，即分布在足突與腎小球基膜相附著部位的分子。此外，也有研究者將足細胞內大量的骨架蛋白，尤其是導致蛋白尿或腎病發(fā)生的一些足細胞表達的細胞骨架蛋白分子也歸屬為足細胞分子。這些分子直接或間接導致或參與足細胞足突融合及相關的病理

5、生理過程，導致蛋白尿。Mundel教授認為引起足突融合的可能機制可歸納為如下幾點：首先是病變直接干擾了足細胞的細胞骨架及其與actinin4的聯(lián)系破壞；其次是干擾了足突與基膜之間的相互作用；第三是足細胞頂區(qū)受損，負電荷屏障破壞；第四是損傷了裂孔隔膜復合體及其相關的脂閥（Lipid rafts）3。本文將就這些足細胞相關分子與足突融合的研究作一些介紹。    1  足突基底部分子與足突融合    足突基底部分子在維持細胞形狀上起重要作用，它能維持足突與基膜的相互作用和足突的正確定位，其中最主要的分子是31整合素（31integ

6、rins）以及Dystroglycan復合體。已有的研究顯示足細胞在基膜上的附著破壞能引起足突融合以及足突自基膜脫離或足細胞的胞體收縮，從而導致濾過屏障破壞引起蛋白尿。黏附分子31整合素是足細胞貼附于GBM的主要受體，通過31整合素足細胞貼附于GBM的細胞外基質蛋白上4。報道，培養(yǎng)的大鼠足細胞以1整合素依賴方式與GBM的主要成分型膠原和層黏連蛋白相黏附5，而在胞漿區(qū)的異二聚體則與細胞骨架或細胞骨架相關蛋白如Talin，Vinculin，actinin等相互作用3。    3整合素基因敲除小鼠出現(xiàn)了GBM結構紊亂及正常足突形成缺失6，抗整合素抗體可引起蛋白尿的發(fā)生7

7、，提示整合素在維持正常足細胞功能中起著重要作用。整合素連接激酶(Integrinlinked kinase，ILK)是一種與整合素相互作用的絲氨酸及蘇氨酸蛋白激酶。腎小球中ILK主要在足細胞上表達，它通過調控由整合素介導的細胞內信號轉導而影響細胞之間、細胞與細胞外基質之間的相互作用，從而調節(jié)足細胞生存810。在芬蘭型遺傳型腎病綜合征患者、血清腎毒性模型和生長激素轉基因動物模型足細胞中，ILK表達明顯上調11。ILK過表達可使足細胞發(fā)生去分化、高度增生及細胞骨架重排，并與基質脫離。提示ILK表達增多促進并參與了足細胞損害，可能是導致蛋白尿產生的原因。Dstroglycans(DG)是另一類連接細

8、胞骨架的細胞外基質受體，介導足細胞與GBM的黏附12，它是肌細胞增強蛋白(Dystrophin)糖蛋白復合物的重要成員之一。DG作為一類大的前體蛋白而被合成，已證實它在包括腎臟的許多組織中與基底膜相連2，DG與31整合素具有同樣的定位。DG與GBM上的層黏連蛋白、基底膜蛋白多糖相連。在足細胞融合關聯(lián)疾病中，微小病變腎病DG水平下降，在局灶節(jié)段腎小球硬化中DG以結成束的方式重新分布13。Kojima等14用活性氧損傷足細胞以及采用魚精蛋白直接分離DG的黏附，最后導致了足突融合的發(fā)生。    2  足細胞頂區(qū)表面分子與足突融合  

9、0; 足細胞除了作為靜態(tài)分子篩阻止蛋白尿外，也可以以電荷屏障的方式阻止帶陰電荷的蛋白通過。而這主要歸功于足細胞頂區(qū)表面分子Podocalyxin和Podoplanin。足細胞陰電荷水平下降或丟失會導致足突融合與蛋白尿15。Podocalyxin可與足突Factin相互作用以維持足細胞構象穩(wěn)定，這種作用可能是通過Ezrin蛋白介導的16。以足突融合為主要表現(xiàn)的嘌呤霉素腎炎模型腎臟Podoplanin的表達明顯下降17。同時也有研究證實給大鼠注射抗Podoplanin抗體會導致足細胞足突融合和蛋白尿18。    3  足細胞骨架蛋白與足突融合 &#

10、160;  足細胞有豐富的肌動蛋白(Actin)細胞骨架。肌動蛋白細胞骨架能使足細胞不斷動態(tài)地改變形狀，同時行使靜態(tài)的功能19。足細胞的細胞骨架由3種主要成分組成，即微管（Microtubules，直徑24 nm），中間絲（Intermediate filaments，直徑10 nm）和微絲（Microfilaments，直徑79 nm）19。足細胞細胞骨架對維持足細胞正常的形態(tài)有重要的作用，同時也對維持跨膜蛋白和裂孔隔膜的正常位置有重要作用。在結構破壞的足突內，Actin網(wǎng)架結構(Meshwork)發(fā)生顯著改變，而足細胞Actin網(wǎng)架結構的變化是足突融合、消失和蛋白尿發(fā)生的先決條件

11、20。    微管是由球形的和微管蛋白亞單位組成的異二聚體，它們對維持主突起的正常結構有重要作用，同時它們對足突形成也有重要的作用21。成熟的足細胞在細胞體和主突起中均表達中間絲蛋白Vimentin和Desmin22。其中，Desmin只在大鼠腎小球表達，在嘌呤霉素腎病足突融合中表達明顯增高22；Vimentin可能在足突形成中起必不可少的作用23。與細胞體和主突起的細胞骨架不同，微絲是細胞足突主要骨架組成部分，最主要的分子組成是纖維狀肌動蛋白（Factin），其相關蛋白actinin4，Synaptopodin將Factin交聯(lián)在一起24。Factin，acti

12、nin4和Synaptopodin之間在結構和功能上是相互支撐、相互影響的。Factin是一種有極性的機能結構，這種結構使它可以迅速的分支，延伸和解體。Drenckhahn和Franke提出的足突細胞骨架結構模式是由Factin，actinin4以及肌動蛋白Myosin形成的環(huán)狀微絲束25。actinin4分子是一種Actin微絲交聯(lián)蛋白，可以將松散的肌動蛋白交聯(lián)成具有收縮能力的纖維束，對于錨定纖維束至胞漿膜具有輔助作用。其編碼基因ACTN4的突變引起常染色體顯性遺傳性局灶節(jié)段性腎小球硬化(Focal segmental glomerulosclerosis，F(xiàn)SGS)26。在實驗性腎病模型中

13、，它的增加可促使足突融合27；對轉基因小鼠的研究中進一步發(fā)現(xiàn)，表達突變actinin4的小鼠有足突融合以及FSGS的表現(xiàn)28。Synaptopodin是一種肌動蛋白結合蛋白，它與足突的actin微絲相連，并且可能有調節(jié)足突形狀和其運動的能力29；一項在兒童患者中的研究也發(fā)現(xiàn)，在微小病變腎病、先天性腎病及FSGS患者中Synaptopodin表達減少30。這些研究均直接或間接的說明了骨架蛋白在維持足細胞形態(tài)中發(fā)揮重要作用，并且以不同的作用方式參與了足突融合。    裂孔隔膜是連接足細胞相鄰足突的蛋白復合體。在腎小球疾病伴有足突融合，往往伴有裂孔隔膜的消失。近年來研究

14、發(fā)現(xiàn)，裂孔隔膜是由多個分子組成的復合體樣結構，目前已認識的分子有Nephrin，Podocin，CD2AP，F(xiàn)AT，Pcadherin，Neph13及ZO1等。裂孔隔膜構成分子的表達異常能不同程度的影響裂孔隔膜的完整性，且部分分子的改變與足突融合關系密切。Benzing和Walz的研究提示裂孔隔膜蛋白不是靜止的，而是經常參與了信號傳導的過程。裂孔隔膜蛋白發(fā)送信號控制足細胞的表形、生存、Actin骨架31。    4  裂孔隔膜蛋白與足突融合    裂孔隔膜蛋白控制足細胞形狀可能最終歸于Actin骨架的改變。Nephrin，P

15、odocin與Actin存在著相互作用，注射Nephrin和NEPH1的抗血清可引起補體非依賴性蛋白尿和細胞骨架的異常，表明SD復合體的破壞可嚴重影響Actin細胞骨架的完整并導致蛋白尿的發(fā)生32，33。盡管這些結果表明SD的信號傳導對于細胞骨架的重塑(Remodeling)和足細胞形態(tài)的完整起重要作用，但是涉及到向Actin網(wǎng)狀結構傳遞信號的SD分子的效應蛋白(Effectors)及信號傳導通路目前并不清楚。已有研究表明參與SD與細胞骨架間聯(lián)系的接頭蛋白有CD2AP34，F(xiàn)AT35，CASK36和ZO137。CD2AP不但能與Nephrin的胞內功能域相互作用，而且可和Actin相互結合，可

16、能起到將Nephrin錨定在Actin細胞骨架上的作用38，39。近來發(fā)現(xiàn)的并被定位在足細胞SD的Densin180可能是SD分子與細胞骨架之間的重要連接蛋白，因為有研究表明在神經元細胞actinin可和Densin180相互結合和作用40。此外，新的SD分子鈣調素依賴絲氨酸蛋白激酶可與Nephrin相互作用并能穩(wěn)定Nephrincadherin復合體進而將其連接到Actin細胞骨架36。FAT1同樣是聚合Actin的組織者，F(xiàn)AT可和ENA/VASP蛋白結合，而ENA/VASP蛋白直接控制Actin的解聚和聚合41。ZO1位于SD插人足突處的胞質側。最近的功能研究表明ZO1除信號傳導功能外，

17、ZO1還能和Actin細胞骨架相互作用42。盡管ZO1和Actin相互作用的功能意義在體內還沒有得到證實，但是ZO1能把NEPH1及其相關結合蛋白連接到Actin細胞骨架，而這對于足突結構的完整是尤其重要的。因此，SD作為靜態(tài)分子篩及高度動態(tài)的功能復合體，其信號傳導及對細胞骨架的作用、與細胞骨架的聯(lián)系，對于維持足細胞的正常結構及腎小球濾過屏障的完整功能起關鍵作用。當裂孔隔膜蛋白受損或變異后，除丟失靜態(tài)分子篩外，還有Actin排列的損傷（比如：Actin結構破壞），最終足突融合和蛋白尿。1          

18、;   因此，足突融合是一個由復雜機制構成的病理過程，足細胞分子作為其中一個重要環(huán)節(jié)參與了足突融合。從上述研究也可以看出，足細胞許多區(qū)域的分子均與細胞骨架有直接或間接的相互作用，無論引起足突形態(tài)變化的因素是什么或損傷的部位在何處，大部分情況下均可先影響足細胞骨架而后引起足突融合的形態(tài)改變，同時足細胞分子的改變也能以不同的方式與細胞骨架發(fā)生作用從而引起足突融合。因此，可以說以肌動蛋白為中心的細胞骨架是各種損傷因素作用于足細胞引起足突融合的“共同的最后道路”（Common finalpathway）。這些足細胞分子的研究將為早日明確足突融合的發(fā)生機制奠定了基礎。【】 

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