低硒对足细胞的影响及其机制的相关研究进展

杜若梅 王喜悦 岳锐 陈利婷 尚玉 鲍运霞 孔凡武

硒作为一种必需微量元素，在维持机体正常生理功能方面起关键作用。相关研究发现，低硒与多种疾病的发生与进展密切相关，如甲状腺疾病、心脑血管疾病、肝脏疾病、糖尿病、肾病、恶性肿瘤等[1]。饮食中硒缺乏会导致肾脏内硒浓度降低，氧化应激水平增加，从而损伤足细胞，导致滤过屏障受损，产生蛋白尿。本文从硒的生物学功能、足细胞及滤过屏障和低硒与足细胞损伤3个方面对低硒对足细胞损伤的影响及其机制的研究进展进行综述。

一、硒的生物学功能

硒在人体以硒蛋白的形式发挥生物学作用。目前发现，人类蛋白质组中存在25种硒蛋白，主要包括谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、硫氧还蛋白还原酶(TrxRs)、脱碘酶(DIOs)等[2]。硒的主要生物学功能如下：

1.抗氧化作用：硒本身并不具有抗氧化效应，而是通过合成GSH-Px发挥抗氧化特性。GSH-Px使还原型谷胱甘肽(GSH)和过氧化物反应，生成氧化型谷胱甘肽(GSSG)和无毒的水(或乙醇)。它可清除体内的过氧化氢(H2O2)及脂质过氧化物(LPO)，使氧自由基的生成减少，阻断其对人体的损伤，在体内发挥抗氧化的重要作用[3]。

2.调节免疫作用：硒缺乏可对免疫系统造成影响，包括非特异性免疫、体液免疫和细胞免疫。Wurgastuti等[4]研究发现，给母猪饲喂富硒饮食，其外周血吞噬细胞的活性会显著增加，证明硒缺乏可抑制吞噬细胞(包括单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞)的杀菌活性。T淋巴细胞主要介导细胞免疫，根据功能不同，其可分为辅助性T细胞(Th)、细胞毒性T细胞(Tc)和抑制性T细胞(Ts)。此外，自然杀伤细胞(NK)也参与细胞免疫过程。人和动物实验结果表明，补硒能显著增加Tc细胞及NK细胞的活性。Roy等[5]给衰老大鼠食用富硒饲料、青年大鼠食用不含硒饲料，8周后衰老补硒大鼠体内Tc细胞对肿瘤细胞的杀伤活性可上升至未补硒青年大鼠水平。

二、足细胞及滤过屏障

足细胞又称脏层上皮细胞，位于肾小球基底膜(GBM)外侧，胞体向外伸出许多足状突起。足细胞是终末分化细胞,由胞体、主突和足突三部分组成。足突由胞体向外伸出,两相邻足突相互交错构成直径约为30～40 nm的缝隙，称为裂孔，上面覆盖着一层薄膜——裂隙隔膜(SD)。足细胞表面覆盖着一层带负电荷的唾液酸糖蛋白,是构成肾小球滤过膜选择性电荷屏障的主要成分[6]。足细胞的足突与肾小球毛细血管内皮细胞和GBM构成了肾小球的滤过屏障。因此，足细胞的结构和功能受损会造成滤过屏障破坏和蛋白尿的出现[7]。

三、低硒与足细胞损伤

与人体其他器官相比，肾脏中硒的浓度最高[8]。黄芙萌等[9]通过建立人肾小球系膜细胞系(HMCs)低硒模型表明，低硒条件下,9种硒蛋白(GpX1、TrxR2、DIO2、DIO3、SelH、SelN、SelR、SelT、SelW)的表达水平显著下降。Han等[10]研究发现，饲喂低硒饮食(0.02 mg/kg食品)的大鼠血清、心肌组织和肾脏中硒水平降低，肾小球、肾小管的超微结构被破坏。肾小球损伤表现为系膜细胞增生、足细胞足突融合和基底膜增厚。此外，低硒会加重嘌呤霉素氨基核苷酸(PAN)诱导的肾病综合征患者出现蛋白尿和其肾脏超微结构受损，电镜下可见足突融合，且足细胞胞质中脂质液泡丰富。

四、足细胞损伤可能的机制

1.足细胞氧化应激：硒是GSH-Px的重要组成成分。硒缺乏会导致GSH-Px的含量减少，活性氧自由基的生成增加，从而对足细胞产生氧化损伤。

(1)谷胱甘肽过氧化物酶3(Gpx3)可能与足蛋白(Podocin)有关：足细胞在GBM上稳定附着和发挥正常功能依赖于1组足细胞相关蛋白，包括nephrin、Podocin、CD2AP等。Podocin是一种裂孔膜蛋白,可通过羧基末端与nephrin、CD2AP相互作用形成稳定复合体,在SD正常滤过功能维持中起重要作用[11]。Park等[12]使用酵母2杂交系统确定了4种与Podocin相互作用的蛋白质，分别是驱动蛋白、Gpx3、固醇载体蛋白2(Scp2)和组织蛋白酶H(Ctsh)。研究表明，Podocin在维持肾小球通透性中起主要作用[13]。Gpx3是肾小球抗氧化酶(AOE)的一种类型。AOE活性降低与肾病综合征的发展密切相关[14]。因此推断出Gpx3可能与Podocin有关。

(2)Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)途径：Wnt/β-catenin信号传导在正常成人中是沉默的，但在多种肾损伤后的模型中重新被激活。糖尿病肾病(DKD)[15]、IgA肾病[16]和狼疮肾炎[17]患者的肾脏活组织病理检查中，可见多种Wnt配体上调和β-catenin受体激活。研究证明,在慢性肾脏病(CKD)的大鼠模型中，循环高级氧化蛋白产物(AOPPs，氧化应激的标志物)的增加可诱导Wnt1和Wnt7a表达，活化β-catenin，并在体外和体内降低足细胞特异性标志物(podocalyxin和nephrin)的表达，诱导结蛋白(足细胞损伤的标志物)产生。阻断Wnt信号传导或在足细胞中敲低β-catenin基因表达消除了β-catenin的活化和由AOPPs引发的结蛋白的上调。此外，在用AOPPs处理后，足细胞特异性消除β-catenin基因(Podo-β-cat-/-)的条件性敲除小鼠被保护免受足细胞损伤和产生白蛋白尿。AOPPs通过晚期糖基化终产物(AGES)诱导烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶活化，促进活性氧(ROS)产生和核因子-κB(NF-κB)转录因子的活化，导致Wnt配体如Wnt1和Wnt7a的诱导和β-catenin的活化。这种级联事件使足细胞损伤和功能障碍，导致肾小球滤过功能受损和蛋白尿产生[18]。

(3)PI3K/AKt通路：磷酸酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKt)信号通路参与细胞生存、增殖、分化及凋亡等过程，过度激活则会导致细胞功能失调。AKT是PI3K的关键下游效应子，在足细胞凋亡中起关键作用。去磷酸化的AKt可增加Bax蛋白表达并降低B细胞淋巴瘤/白血病-2(Bcl-2)表达。Bax是促凋亡蛋白，而Bcl-2是凋亡蛋白的抑制剂。Bax和Bcl-2表达的失衡激活半胱氨酸蛋白酶-9(caspase-9)和caspase-3表达，最终诱导足细胞凋亡[19]。研究表明，在DN模型中ROS介导的PI3K/AKt是介导足细胞凋亡的重要途径[20]。高糖可增加DN中足细胞的ROS水平并诱导氧化应激[21]。同时，ROS降低PI3K表达并抑制AKT磷酸化[22]。AKT磷酸化的减少会增加Bax和caspase-3的表达并诱导足细胞凋亡[19]。因此，ROS介导的PI3K/AKT途径会介导足细胞表型改变，引起足细胞损伤。

2.足细胞与免疫：除抗氧化作用外，硒的另一个重要生理功能是调节免疫。已经证明微量元素硒可调节免疫的各个方面，包括非特异性免疫和特异性免疫。当相应抗体与靶抗原特异性结合后，形成原位免疫复合物，并诱导补体激活，形成膜攻击复合物C5b-9,从而破坏足细胞结构[23]。实验证明补硒能显著抑制流行性出血热患者的补体C3活化，并降低死亡率[24]。但硒缺乏是否可能通过增加补体活化介导足细胞的损伤还需进一步实验证明。此外，研究证明Th2细胞激活及其分泌的细胞因子，如白细胞介素(IL)-4、IL-13可与足细胞表面受体结合，导致足细胞骨架重排，从而引起足细胞损伤[25]。但是低硒对足细胞Th2激活及细胞因子的产生是否有影响还未可知。

综上所述，硒缺乏会导致GSH-Px合成减少，机体抗氧化能力下降，对足细胞产生氧化损伤。Gpx3的活性降低可能对Podocin产生影响，导致足细胞结构受损，产生蛋白尿。CKD患者体内ROS产生会诱导Wnt配体和β-catenin的活化，从而导致足细胞损伤和功能障碍。另一方面，ROS介导的PI3K/AKT是诱导足细胞凋亡的重要途径。此外，低硒还会降低人体的免疫功能。足细胞表面有许多表面抗原，机体内特异性抗体与之结合会产生原位免疫复合物沉积并激活补体，导致足细胞损伤。但低硒是否能通过免疫调节机制损伤足细胞尚未明确。微量元素硒对足细胞影响的研究还有许多未知领域等待探索，其具体的产生机制有待进一步深入研究。