足细胞应激在肾小球疾病发病中作用的研究进展

李翠琼，林云，曹灵

(西南医科大学附属第一医院，四川泸州646000)

近年来，慢性肾脏病的患病率呈明显上升趋势，已成为世界各国所面临的重要公共卫生问题。足细胞是位于肾小球基底膜(GBM)外侧高度分化的细胞，包绕肾小球毛细血管袢，通过整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附着于GBM上，构成肾小球滤过膜的最后一道屏障，并依赖其高度分化后的表型维持肾小球滤过膜的结构和功能。这种高度特异的表型决定了足细胞脆弱易损的特性。肾小球足细胞承受各种应激和病理刺激，并适应以维持细胞平衡，但过度的应激可导致适应不良，且伴随复杂的生物学改变，导致足细胞结构和功能的损伤，从而启动肾小球硬化并逐渐进展直至终末期肾病。

1 足细胞应激的方式

1.1 机械应激 跨膜压力是形成滤过功能的前提，但当这个压力上升超过生理水平，会对细胞产生刺激。最近活体多光子显微镜成像技术证实，在残余肾模型的研究中存在足细胞的机械应激[1]。在大鼠肾小球灌注三维重建模型研究中发现，肾小球高压或超滤过会导致足突下间隙的扩大，进一步导致足细胞胞体的上提[2]。永生化条件的足细胞暴露在机械应力下时，整合素β1和自噬相关蛋白LC3及Atg5表达降低，PI3K/Akt/mTOR 通路异常活化，逐步导致肾小球黏附性损伤[3]。足细胞可通过细胞肥大来适应机械应力，但过度的压力会造成细胞功能和骨架的失调。

1.2 氧化应激 活性氧(ROS)是活泼的氧自由基和具有氧自由基反应性的其他含氧物质的总称，能攻击细胞蛋白和脂质，导致细胞功能障碍。足细胞合成ROS是对损伤性刺激如缺血再灌注、原尿中的化学毒物及炎症细胞的普遍反应。在嘌呤霉氨基核苷诱导的微小病变性肾病大鼠模型中，可见到典型的ROS驱动的足细胞应激[4]。阿霉素诱导的肾小球硬化症与足细胞释放的内皮素1(EDN1)可通过活化旁分泌EDN1型受体 (EDNRA)，介导线粒体氧化应激的发生，从而导致内皮细胞细胞障碍[5]。哺乳动物的Rho蛋白Rac1是控制许多细胞过程的分子开关，最重要的就是调节肌动蛋白细胞的骨架动力学。醛固酮作为盐皮质激素受体的配体，能够通过激活Rac1诱导足细胞活性氧的产生，进而损害足细胞功能，特别是造成足细胞骨架失调[6]。在各种肾脏疾病包括高血压肾病和糖尿病肾病中，均可见醛固酮/血管紧张素Ⅱ-Rac1介导的足细胞氧化应激[7]。

1.3 免疫应激 研究发现，在特发性膜性肾病(IMN)患者外周血中辅助性T细胞2(Th2)因子增加，Th2因子能刺激B淋巴细胞产生IgG4，而IgG4的增加正是IMN免疫反应的特征[8]。抗原抗体形成免疫复合物沉积于肾小球后，可进一步激活补体系统，最终形成膜攻击复合物C5b-9，并活化足细胞相关信号通路，引起足细胞凋亡、损伤、脱离等，这也是目前公认的IMN发病机制之一。此外，在溶血性尿毒症综合征时，补体还会靶向攻击足细胞，影响足细胞骨架及裂孔隔膜蛋白的完整性，甚至促进足细胞脱离[9]。

2 足细胞应激后的适应与损伤

足细胞可通过上调许多蛋白的表达以适应损伤性因素的作用，防止细胞进一步损害。嘌呤霉素肾病大鼠模型中，血管内皮生长因子(VEGF)表达增加，并能通过加强PI3K/Akt下游通路促进足细胞的生存[10]。最近研究表明，去乙酰化酶(SIRT1)具有肾脏保护作用，可通过脱乙酰皮层蛋白维持肌动蛋白细胞骨架的完整性，进而保护足细胞[11]。Notch信号作为一类在物种进化过程中高度保守的信号通路，与细胞迁移、扩散、死亡相关。在局灶节段性肾小球硬化的小鼠模型中发现，Notch2竞争剂单克隆抗体可减轻蛋白尿，而在体外培养的足细胞，敲除其Notch2基因后，细胞凋亡增加[12]。雷帕霉素(mTOR)可激活Akt2，在肾单位减少的小鼠模型中发挥足细胞保护作用[13]。因此，足细胞损伤是一个复杂的、为维持平衡对损伤因素作出适应性反应的结果，伴随细胞结构和功能的改变，成为导致各种肾脏疾病的基础性病变。

3 足细胞应激后的细胞学改变

3.1 足细胞足突消失 足细胞足突功能依靠细胞骨架肌动蛋白系统维持，肌动蛋白细胞骨架重排会导致足突消失，这是许多进展性蛋白尿疾病的一个基本特点。Cdc42分子在肌动蛋白细胞骨架动力学的调节中发挥重要作用，靶向敲除足细胞Cdc42基因的小鼠与高血压肾损害小鼠模型相比，更早表现出足突消失、严重蛋白尿和肾小球硬化[14]。通过对122例肾穿刺术患者临床表现与病理结果分析发现，蛋白尿的严重程度与足突消失程度显著相关[15]。Kfoury等[16]研究发现，原发性局灶节段性肾小球硬化症(FSGS)患者表现出明显的弥漫性足细胞足突消失，而继发性FSGS足突消失为局灶性。足细胞足突消失代表着细胞骨架紊乱的改变，可能同时伴有细胞运动或表型变化。因此在临床中，通过肾穿刺术了解足细胞足突消失情况可能为疾病的诊断和预后提供参考信息。

3.2 GBM异常 肾小球GBM是层状细胞外基质，分隔毛细血管内皮细胞和足细胞，三者共同构成肾小球滤过屏障。GBM主要组成成分为Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白(FN)，可由足细胞分泌，在促肾纤维化因子的刺激下，足细胞还能分泌具有降解GBM作用的基质金属蛋白酶(MMP)、组织蛋白酶，因此足细胞在GBM的代谢平衡中发挥重要作用[17]。足细胞转化生长因子β(TGF-β)活性增强，可刺激肾小球GBM蛋白产生过多导致GBM增厚。并且TGF-β还可上调足细胞源性VEGF的表达，引起GBM通透性增加，这与蛋白尿的发生密切相关[18]。研究发现，WT1是调节足细胞分化和功能的关键转录因子，WT1基因突变小鼠显示GBM的异常，表明足细胞损伤与GBM异常密切相关[19]。

3.3 足细胞损伤与脱离 持续或严重的足细胞损伤可导致细胞脱离，这是足细胞损伤的终末事件，并进一步促进肾小球损伤。最近一项研究对170 例抗中性粒细胞胞浆抗体 (ANCA)相关肾小球肾炎患者的肾穿刺病理结果进行分析，认为足细胞脱离可能是预测肾脏结局的独立指标[20]。足细胞通过整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附着于GBM上。α3β1位于足细胞足突基底外，能与几个胞内蛋白结合，调节整合素与足细胞肌动蛋白系统间的相互作用[21]。整合素与细胞骨架蛋白之间的相互作用可被T细胞共刺激分子B7-1破坏，而B7-1的抑制剂阿贝西普能成功诱导FSGS患者蛋白尿缓解[22]。这些结果表明，足细胞骨架-整合素系统中断可能是导致足细胞脱离的原因之一。此外，完全分化的足细胞功能是由正常细胞周期维持的，有丝分裂灾难可被定义为由于异常有丝分裂导致的细胞死亡，目前认为有丝分裂灾难参与了足细胞从GBM脱离，并与足细胞肌动蛋白细胞骨架相关。此外，细胞死亡如细胞凋亡、细胞自噬也参与了足细胞脱离。

4 足细胞应激的终末病理结局

足细胞持续性损伤最终可致肾小球硬化，肾小球肥大、系膜硬化、血管腔闭塞是肾小球硬化常见的病理表现，初期为局灶节段性，后期则弥漫性分布。足细胞增殖减弱、细胞脱离、凋亡等因素使足细胞数目减少，是肾小球硬化的关键因素。Kriz等[23]推测，肾小球足细胞减少后引起肾小球硬化的机制可能为：足细胞的缺失导致GBM裸露，裸露区域由于没有足细胞的弹性支持，毛细血管襻及GBM受到肾小球升高的静水压作用易外突，并与包曼氏囊形成粘连。此外，足细胞转分化(EMT)在肾小球硬化中也发挥了重要作用。任何可损伤足细胞的因素，如免疫、代谢、血流动力学异常及药物毒物等都可激活足细胞EMT信号通路。转分化的足细胞可分泌大量Ⅰ型胶原和纤维粘连蛋白等细胞外基质成分，细胞外基质的增加压迫毛细血管袢，导致毛细血管闭塞，最终引起或加重肾小球硬化[24]。壁层上皮细胞(PEC)作为肾小球固有细胞，近年研究发现,PEC与肾小球硬化有密切关系，尤其是PEC的活化。Ueno等[25]研究发现，足细胞损伤时可通过激活Notch1信号通路活化PEC。CD44是一种黏附分子，可与细胞外基质结合，影响细胞的流动和迁移。在足细胞损伤的肾小球疾病实验模型和人类FSGS中，CD44分子常作为活化PEC的标记物。在阿霉素肾病大鼠中，CD44阳性的PEC增多伴随着多种足细胞标记物的减少，此外，在硬化的肾小球中可见到CD44分子及其配体骨桥蛋白的共表达[26]。以上结果表明，足细胞应激性损伤可通过活化PEC导致肾小球硬化的发生。

综上所述，足细胞可通过机械应激、氧化应激、免疫应激等方式对各种应激产生适应性反应，并通过应激后的适应与损伤导致足细胞足突消失、GBM异常、足细胞损伤与脱离等细胞学变化，并最终可致肾小球硬化的发生，在肾小球疾病进展中发挥了关键性作用。深入了解足细胞在肾小球疾病过程中的病变作用及其机制，可为肾脏疾病的防治开辟广阔的前景。