清道夫受体在肾小球疾病中作用的研究进展

杜娟 姜洪波 孙利伟 田玉玲

20世纪70年代末,Goldstein等[1]首先报道了巨噬细胞上存在乙酰化低密度脂蛋白(acetylated low density lipoprotein,AcLDL)的结合部位,可以介导AcLDL的摄取和降解,之后又发现能特异性结合并摄取氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,oxLDL),故将这个可以结合多种化学修饰脂蛋白的糖蛋白受体命名为清道夫受体(scavenger receptor,SR)。1983年Brown等[2]发现SR可以无限制地摄取oxLDL或AcLDL,造成胆固醇在细胞内大量堆积,最终形成泡沫细胞,导致动脉粥样硬化形成。

脂质代谢异常与肾小球疾病关系密切,既是肾脏病的临床症状,又参与了肾脏病本身的发生发展。从解剖生理学的观点来看,肾小球是一团小动脉结构,包括入球小动脉和出球小动脉,其系膜细胞在胚胎发育和组织结构等方面与血管平滑肌十分接近,并且肾小动脉硬化与冠状动脉粥样硬化的病理学改变有相似之处,因此认为二者有共同的病理学基础。现已证明[3],肾小球系膜细胞上有SR表达,而SR作为血脂代谢和动脉粥样硬化形成的关键因子,在肾小球疾病中的作用引起越来越多研究者的兴趣,故笔者总结SR在肾小球疾病中作用及其研究进展。

一、SR生物学特点概述

SR是一类结构多样的跨膜糖蛋白受体,包括A、B、C、D、E、F、G[4]和H、I、J[5]等。SR的功能尚未完全清楚,除了摄入脂质外,还参与了固有免疫、细胞黏附、信号转导和吞噬凋亡细胞等过程。其中SR-A和CD36被认为是巨噬细胞上修饰脂蛋白的主要受体,此外,与泡沫细胞形成密切相关的SR还有CD68、凝集素样氧化低密度脂蛋白受体(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1,LOX-1)等,这些SR都能在泡沫细胞形成中发挥作用,并可以在动脉粥样硬化病变部位检测到[5]。

(一)SR-A的生物学特点及功能

SR-A属于Ⅱ型跨膜糖蛋白,在巨噬细胞、单核细胞、肥大细胞、树突状细胞、主动脉内皮细胞等均有表达。人类SR-A主要在肝脏的Kupffer细胞、脾的红髓和边缘区以及胸腺的皮质和髓质上高度表达,在肺、心脏、大肠、肾上腺窦状小管和淋巴结中高度内皮化的毛细血管后静脉上也有表达。SR-A有物种差异,如在人类的肝脏中只有在Kupffer细胞能表达,而在小鼠肝脏中在Kupffer细胞和肝窦状隙内皮细胞均能表达[6]。

SR-A是最早被分离纯化和克隆的SR,为三聚体形式的膜糖蛋白,由一个半胱氨酸连接的二聚体和一个非共价结合的单体组成,包含约451～454个氨基酸[1,7]。其基因位于8号染色体短臂,约80 kb,由11个外显子和10个内含子组成[7]。

SR-A包括6个结构域、N末端胞浆域,跨膜域,间隔域,a-螺旋卷曲螺旋域,胶原蛋白样域和特异性的C末端组成。其中,胶原蛋白样域是配体结合位点。SR-A配体相当广泛,主要是多聚阴离子,包括：(1)化学修饰的脂蛋白(如AcLDL和oxLDL)。(2)多聚核苷酸。(3)天然或化学修饰的多糖(如细菌脂多糖、爱兰苔胶和右旋糖苷硫酸盐)。(4)阴离子磷酸脂质(如磷脂酰丝氨酸或磷壁酸)。(5)原核生物的细胞壁成分等[7-8]。SR-A的配基多样性决定了其参与脂蛋白摄取[6]、免疫防御、细胞黏附[7]和细胞内信号转导[1]等多种生理过程。巨噬细胞集落刺激因子、佛波醇酯、白介素-1、白介素-4、转化生长因子b(transforming growth factor-b,TGF-b)、血小板源性生长因子、甘露糖凝集素和巨细胞病毒等都可诱导SR-A mRNA表达上调。此外,肺表面活性蛋白A通过酪蛋白激酶Ⅱ升高SR-A表达来增强肺泡巨噬细胞对肺炎链球菌的吞噬。相反,聚肌胞苷酸和岩藻糖、N-乙酰半胱氨酸、肿瘤坏死因子a(tumour necrosis factor-a,TNF-a)和γ干扰素(γ-interferon,INF-γ)、过氧化物酶体增生物激活受体γ(peroxisome proliferator activated receptor γ,PPAR-γ)和TGF-b[8-9]则下调SR-A的表达。还有研究观察到,维生素E可呈剂量依赖性下调SR-A的转录水平,抑制分化的巨噬细胞SR-A的表达[7],这可能是临床上用维生素E软化血管,预防动脉粥样硬化的病理生理机制之一。

(二)CD36的生物学特点及功能

SR-B有两种异构体,即CD36和SR-B1,这两种异构体的分布、结合配体和功能相似,只是CD36转运胆固醇的效率仅为SR-B1的1/4[10]。CD36可以在多种细胞如巨噬细胞、血小板、红细胞、微血管内皮细胞、脂肪细胞、心肌细胞、肾小管上皮细胞及足细胞[11]等表达,还有一些产生甾体类激素的组织,如肾上腺、卵巢、睾丸和胎盘等也有CD36表达。

CD36是第一个在分子水平确定的LDL的天然膜受体,由509个氨基酸组成,分子量约为82 kDa。成熟的CD36是多肽单链的跨膜糖蛋白,包括2个胞内N末端和C末端的疏水氨基酸区、2个跨膜结构域以及1个胞外结构域[11]。在各种哺乳动物中,CD36蛋白的序列有70%～80%的同源性[12]。人类CD36基因相对保守[9],定位于第7号染色体的q 11.2位点上,有15个外显子,长32 kb[2]。

CD36有广泛的配体,包括化学修饰的脂蛋白(如低密度脂蛋白胆固醇、AcLDL及oxLDL)、疟原虫感染的红细胞、凋亡细胞[13]、Ⅰ型和Ⅳ型胶原[14]、长链脂肪酸、血小板反应蛋白-1、多聚阴离子磷脂、纤维淀粉样蛋白[11]和糖基化终末产物[15]。巨噬细胞集落刺激因子、粒细胞刺激因子、ox-LDL、白细胞介素-4等在翻译水平上调CD36表达,PPAR-γ也可以上调CD36的表达[11]。而高密度脂蛋白、脂多糖等则下调CD36表达。甾体激素和胞内胆固醇含量则对CD36进行负反馈调节。在心脏和骨骼肌中,CD36受血浆甘油三脂、脂肪酸和能量需求的调节[11]。

CD36的经典作用是通过胆固醇逆向转运介导体内外HDL的选择性摄取,现普遍认为,CD36在动脉粥样硬化中起保护作用。此外,CD36还与凋亡细胞及修饰红细胞[15],炎症反应、高胰岛素血症等密切相关[8],参与代谢性疾病如肥胖、糖尿病、阿尔茨海默症及非酒精性脂肪肝的发生发展[4,16]。另有研究认为其机制是CD36触发的下游信号通路,涉及酪氨酸蛋白激酶、有丝分裂原激活蛋白激酶、鸟嘌呤核苷酸交换因子有关的酶类等[8]。近来又有研究认为[4],巨噬细胞表面的SR-A、CD36和LOX-1等共同负责约90%的oxLDL的摄取和利用。

(三)其他SR及其生物学功能

与泡沫细胞形成密切相关的SR还有D类SR如CD68,E类SR如LOX-1,F类SR如内皮细胞上表达的SR,G类SR如磷脂丝氨酸和氧化脂蛋白的SR等[5],LOX-l在动脉粥样斑块中的巨噬细胞及平滑肌细胞中表达,在动脉粥样硬化的起始和进程中都发挥着重要的作用,但对于LOX-1的研究刚刚起步,还需要进一步深入研究[1,9]。

二、SR在原发性肾小球疾病中的作用

1982年,Moorhead等提出“脂质肾毒性”假说,认为脂质异常可导致动脉粥样硬化和肾小球硬化。高脂血症不仅是肾病综合征和慢性肾功能衰竭常见的临床表现,而且会加重原有的系膜细胞病变和肾小球硬化,进一步加速慢性肾脏疾病的进展[17]。肾小球硬化过程中局部有脂肪组织的沉积、泡沫细胞形成、单核/巨噬细胞的侵入、系膜细胞和细胞外基质增生及硬化等, 这些与全身性动脉硬化组织学特征等方面都非常相似。而肾小球作为一个毛细血管球,其系膜细胞在组织学上与血管平滑肌细胞具有同源性。肾小球系膜细胞表面存在清道夫受体,它是脂质进入肾小球的重要通道。虽然表达部位各不相同,但A、B、E、G和I类SR在肾脏组织中均有表达[18]。新近研究表明[19],人系膜细胞在血管紧张素Ⅱ的作用下通过蛋白激酶C等信号传导途径可诱导细胞大量表达SR,且与时间和浓度成正相关。

(一)SR-A在原发性肾小球疾病中的作用

脂质导致的组织损伤涉及脂质摄取、氧化应激和炎性反应等几个关键环节,已有研究表明[18],SR在这些方面均发挥着不同程度的作用,并且不同细胞表面的SR在这一过程中的作用也不尽相同。肾小球系膜细胞上的SR是调节脂质代谢的中心环节,是脂质进入肾小球的重要通道,不受系膜细胞内LDL和胆固醇含量的调节,而且在炎症状态下表达明显增加,修饰后的LDL如AC-LDL和oxLDL在细胞内逐渐堆积,最终形成泡沫细胞[20]。因此,推测oxLDL在慢性肾脏疾病的进展中可能与其在动脉粥样硬化中具有类似的作用机制和作用途径,故有研究[17]将含人SR-A cDNA的质粒转染入人系膜细胞系,建立稳定高水平表达SR-A的细胞模型,其摄入oxLDL的能力明显增强,未经转染的系膜细胞仅摄入极少量的oxLDL,说明oxLDL主要在SR-A的介导下进入肾小球系膜细胞内。体外实验中发现,中、高浓度的中药制剂,加减下瘀血汤含药血清能下调SR-A mRNA水平,因此该药治疗肾病的机理之一,可能是通过抑制病理状态下SR-A的高表达[21]。王志宏等[22]模拟人类肾小球疾病,用Wistar大鼠制成阿霉素肾病模型,发现肾脏SR-A基因表达水平明显高于正常组,超微病理可见肾小球上皮细胞增生、足突融合,严重者肾小球基底膜增厚,而且模型组血脂升高明显,说明SR-A过度表达与肾脏脂质代谢异常有关,该研究小组进一步发现,氟伐他汀通过抑制脂质过氧化和在转录水平阻断SR-A mRNA表达,从而起到非降脂的肾保护作用[20]。在单侧肾切除的高脂饮食小鼠中,SR-A敲除小鼠通过调节炎性反应,降低蛋白尿以及肾脏中脂质蓄积和氧化应激反应的程度,明显减轻肾纤维化的程度[23]。肾脏的缺血再灌注损伤是肾脏移植的严重并发症。在大鼠实验中发现,阻断SR-A信号通路能通过抗氧化应激、抗炎症、抗纤维化等机制,减少蛋白尿、血尿素氮、血肌酐等各项指标[24]。

(二)CD36在肾小球疾病中的作用

CD36表达具有双重意义,在具有清除功能的巨噬细胞高表达,代表清除功能的增强,但在内皮细胞、肾小管上皮细胞等的表达增强,可能与病理改变有关。由于动脉粥样硬化、高血压、 糖尿病、心脏病都能导致肾脏损伤,因此CD36在慢性肾脏病中的作用越来越受到广泛的关注[25]。在细胞培养中发现,饱和游离脂肪酸是CD36的主要配体,可上调足细胞CD36的表达。因此,饱和脂肪酸的增加会导致恶性循环的形成,进一步加重足细胞的脂毒性[11]。

已有研究证明[25-26],高脂饲料可以加重大鼠模型的大量蛋白尿和局灶性阶段性肾小球硬化，同时，SR-A和CD36通路介导的脂质从血循环中进入肾脏,引起肾脏纤维化及肾损伤。在原发性肾病综合征动物模型和体外实验中均发现,CD36在肾脏组织的表达增加,促进肾小球足细胞凋亡[27]。有实验[28]复制了肾脏缺血再灌注模型,发现在慢性肾脏病的进程中,CD36依赖的巨噬细胞凋亡是肾脏纤维化的关键步骤,CD36的表达能够促进肾脏纤维化和肾单位的丢失,故CD36缺陷小鼠能改善这种严重的肾脏纤维化。

三、SR在继发性肾小球疾病中的作用

(一)SR在糖尿病肾病(diabetic kidney disease,DKD)中的作用

陈万群等[29]分析了78例糖尿病患者白细胞中SR-AⅡ和CD36的表达水平与血浆晚期糖基化终产物以及糖尿病并发症之间的相关性,发现血浆高浓度糖基化终末产物刺激白细胞中SR-AⅡ表达增加,糖尿病性肾病与SR-AⅡ的表达增加有密切关系。有研究[4]分别取糖尿病和健康肾脏活检标本,认为糖氧化物和脂质过氧化物可通过SR-A激活肾小球巨噬细胞,这可能在人类糖尿病肾小球硬化进程中起重要作用,血糖升高可刺激树突状细胞产生活性氧并激活p38MAPK信号,进一步激活核因子κB,最终上调SR的表达,从而促进糖尿病患者动脉粥样硬化的进展。维生素D缺乏的糖尿病患者,巨噬细胞表面的SR- A表达增加。相反,给予维生素D后,通过下调内质网应激及抑制SR-A的表达,减少了单核/巨噬细胞的黏附、迁移,从而延缓糖尿病的并发症,这可能是糖尿病患者受益于维生素D的机制之一。

有研究[17]建立表达SR-A的人肾小球系膜细胞株,分析SR-A在对人肾小球系膜细胞摄取0X-LDL的作用,发现SR-A不受细胞内胆固醇含量的调节,当培养基或局部组织的0X-LDL持续存在时,细胞将摄入大量的脂质成为脂质过负荷细胞,加速细胞病变的进程。非肥胖糖尿病大鼠有合并肾脏病的倾向,随着病程的进展,SR-AⅡ在糖尿病肾病的发生中发挥调节细胞生长和基质增生的作用[4]。有多项研究,通过对SR-A敲除小鼠研究发现,小鼠胰岛的炎症反应减轻,小鼠其巨噬细胞浸润肾小球细胞的数目显著降低,并且其炎症反应的损害更小,提示SR-A促进巨噬细胞迁移进入肾脏,加速肾小球细胞外基质沉积,SR-A蛋白是导致糖尿病肾病损害的重要因素之一[4,30-31]。

多项研究表明[11,32-33],在糖尿病合并微量白蛋白尿和大量白蛋白尿患者中,血浆和尿液的CD36水平增加,并与血肌酐和尿素氮、肾小球滤过率、胱抑素-C等相关,说明CD36可能作为糖尿病肾病的一种有用的生物学标志。CD36通过氧化应激途径介导的脂肪酸诱导的足细胞凋亡可能参加了糖尿病肾病的发病机制。总之,在糖尿病肾病伴高脂血症患者肾脏组织CD36表达增加,棕榈酸可以上调CD36的表达,促进CD36从足细胞的细胞质转移到细胞膜,CD36介导棕榈酸引起的血脂摄取增加,ROS生成和足细胞凋亡,这些都证明CD36介导脂肪酸诱导足细胞凋亡通过氧化应激途径参与了糖尿病肾病的发生[34]。炎症可增加脂肪酸负荷的肾细胞CD36的表达。阿托伐他汀能下调2型糖尿病患者体内CD36的表达,降低NF-kB和TNF-a的水平,产生抗炎效应,从而缓解糖尿病肾病的发展[35-36]。一项基于中国农村 T2DM 患者的病例对照研究发现[37],CD36基因变异与肥胖的T2DM易感性有关,可能是由心血管代谢紊乱引起。

(二)SR在肥胖相关性肾病中的作用

在既往动物实验中,笔者发现肥胖大鼠腹部脂肪和肾周脂肪明显增加,临床观察中也发现肥胖患者的尿微量白蛋白排泄明显增加[38-45]。脂肪局部沉积是肥胖相关性肾病的一个病因,饮食诱导的高脂血症大鼠表现为蛋白尿、肾脏纤维化以及TGF-b1/Smad过度表达等慢性肾脏病的特点,而敲除SR-A的表达对肾脏的保护作用独立于降脂治疗之外,循环中的白细胞上的SR-A要比肾脏组织中SR-A表现出更强的调节脂质肾损伤的作用[27]。在肥胖导致的肾脏损伤中,CD36作为受体,通过结合肾脏产生的细胞外基质蛋白thrombospondin-1,导致足细胞损伤[46]。慢性炎症是肥胖的一个特征,并使CD36表达增加,因此加重了肾脏损害和疾病进程。有学者[47]在大鼠实验中证实,炎症反应通过CD36途径介导的血脂异位沉积,可以促进肥胖相关性肾病的进展。高脂肪饲养的大鼠在慢性炎症的状态下,会有肾脏纤维化和肾小球损伤,同时CD36表达增加。CD36缺失的高脂饮食小鼠能缓解肾脏血脂蓄积和慢性炎症引起的病理改变,CD36敲除可以阻断炎症状态下的脂肪酸摄取和脂毒性导致的肾脏损伤。因此，CD36也是一个有潜力的治疗肥胖相关性肾病的靶点。

(四)SR研究在肾小球疾病治疗中的展望

尽管脂质肾脏损伤的机制研究不断深入,但其防治仍然是临床的一个难题。健康人高脂血症时不一定会出现肾脏损伤;但在炎性反应和氧化应激的环境中,正常水平的脂质也会导致肾组织内严重的脂质积聚;而且由于SR种类多样,调节网络复杂,单纯阻断一种SR并不能完全阻断其他SR对oxLDL的摄取,所以设法模拟类似oxLDL结构的SR阻断剂,借以阻断病理环境中的细胞对脂质的摄取,可能是防治脂质肾脏损伤的一个发展方向。

有研究发现[48-49],CD36抑制剂5A多肽能够延缓慢性肾脏病的进程,通过减少炎症因子和化学因子的表达来减少炎症反应和肾间质纤维化,提示5A多肽具有拮抗CD36介导肾损伤的潜在价值。进一步发现[11,28,50],CD36对慢性肾脏病的影响独立于血压之外,与抗炎抗纤维化直接相关,CD36成为一个新的治疗靶点,CD36抑制剂5A成为一种治疗慢性肾脏病的新的潜力药物。还有,临床中发现西罗莫司显著抑制低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白受体及CD36基因的表达,可通过对肾小球系膜细胞内胆固醇平衡的调节和抗巨噬细胞炎性反应作用来防止脂类介导肾损伤。使用西罗莫司的移植患者比使用环孢素A的血脂明显增高,但其预后却比后者要好,可能与这种现象有关[25]。此外,还有研究发现,高胆固醇血症的动物模型中肾动脉内膜LOX-l表达上调,而给予辛伐他汀可下调LOX-1的表达,减少肾动脉内膜增生,抑制肾脏纤维化,改善肾功能[51]。

总之,肥胖和血脂异常导致的肾脏损害一直是我们课题组感兴趣的研究方向[52-60],尽管脂质肾脏损伤的机制研究不断深入,但其防治仍然是临床的一个难题。健康人高脂血症时不一定会出现肾脏损伤;但在炎性反应和氧化应激的环境中,正常水平的脂质也会导致肾组织内严重的脂质积聚;而且,由于SR种类多样,调节网络复杂,单纯阻断一种SR并不能完全阻断其他SR对ox-LDL的摄取,所以设法模拟类似ox-LDL结构的SR阻断剂,借以阻断病理环境中的细胞对脂质的摄取,可能是防治脂质肾脏损伤的一个发展方向。