李翠瓊，林云，曹靈

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，四川瀘州646000)

近年來，慢性腎臟病的患病率呈明顯上升趨勢(shì)，已成為世界各國所面臨的重要公共衛(wèi)生問題。足細(xì)胞是位于腎小球基底膜(GBM)外側(cè)高度分化的細(xì)胞，包繞腎小球毛細(xì)血管袢，通過整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附著于GBM上，構(gòu)成腎小球?yàn)V過膜的最后一道屏障，并依賴其高度分化后的表型維持腎小球?yàn)V過膜的結(jié)構(gòu)和功能。這種高度特異的表型決定了足細(xì)胞脆弱易損的特性。腎小球足細(xì)胞承受各種應(yīng)激和病理刺激，并適應(yīng)以維持細(xì)胞平衡，但過度的應(yīng)激可導(dǎo)致適應(yīng)不良，且伴隨復(fù)雜的生物學(xué)改變，導(dǎo)致足細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而啟動(dòng)腎小球硬化并逐漸進(jìn)展直至終末期腎病。

1 足細(xì)胞應(yīng)激的方式

1.1 機(jī)械應(yīng)激 跨膜壓力是形成濾過功能的前提，但當(dāng)這個(gè)壓力上升超過生理水平，會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生刺激。最近活體多光子顯微鏡成像技術(shù)證實(shí)，在殘余腎模型的研究中存在足細(xì)胞的機(jī)械應(yīng)激[1]。在大鼠腎小球灌注三維重建模型研究中發(fā)現(xiàn)，腎小球高壓或超濾過會(huì)導(dǎo)致足突下間隙的擴(kuò)大，進(jìn)一步導(dǎo)致足細(xì)胞胞體的上提[2]。永生化條件的足細(xì)胞暴露在機(jī)械應(yīng)力下時(shí)，整合素β1和自噬相關(guān)蛋白LC3及Atg5表達(dá)降低，PI3K/Akt/mTOR 通路異常活化，逐步導(dǎo)致腎小球黏附性損傷[3]。足細(xì)胞可通過細(xì)胞肥大來適應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，但過度的壓力會(huì)造成細(xì)胞功能和骨架的失調(diào)。

1.2 氧化應(yīng)激 活性氧(ROS)是活潑的氧自由基和具有氧自由基反應(yīng)性的其他含氧物質(zhì)的總稱，能攻擊細(xì)胞蛋白和脂質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙。足細(xì)胞合成ROS是對(duì)損傷性刺激如缺血再灌注、原尿中的化學(xué)毒物及炎癥細(xì)胞的普遍反應(yīng)。在嘌呤霉氨基核苷誘導(dǎo)的微小病變性腎病大鼠模型中，可見到典型的ROS驅(qū)動(dòng)的足細(xì)胞應(yīng)激[4]。阿霉素誘導(dǎo)的腎小球硬化癥與足細(xì)胞釋放的內(nèi)皮素1(EDN1)可通過活化旁分泌EDN1型受體 (EDNRA)，介導(dǎo)線粒體氧化應(yīng)激的發(fā)生，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞障礙[5]。哺乳動(dòng)物的Rho蛋白R(shí)ac1是控制許多細(xì)胞過程的分子開關(guān)，最重要的就是調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞的骨架動(dòng)力學(xué)。醛固酮作為鹽皮質(zhì)激素受體的配體，能夠通過激活Rac1誘導(dǎo)足細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)而損害足細(xì)胞功能，特別是造成足細(xì)胞骨架失調(diào)[6]。在各種腎臟疾病包括高血壓腎病和糖尿病腎病中，均可見醛固酮/血管緊張素Ⅱ-Rac1介導(dǎo)的足細(xì)胞氧化應(yīng)激[7]。

1.3 免疫應(yīng)激 研究發(fā)現(xiàn)，在特發(fā)性膜性腎病(IMN)患者外周血中輔助性T細(xì)胞2(Th2)因子增加，Th2因子能刺激B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生IgG4，而IgG4的增加正是IMN免疫反應(yīng)的特征[8]?？乖贵w形成免疫復(fù)合物沉積于腎小球后，可進(jìn)一步激活補(bǔ)體系統(tǒng)，最終形成膜攻擊復(fù)合物C5b-9，并活化足細(xì)胞相關(guān)信號(hào)通路，引起足細(xì)胞凋亡、損傷、脫離等，這也是目前公認(rèn)的IMN發(fā)病機(jī)制之一。此外，在溶血性尿毒癥綜合征時(shí)，補(bǔ)體還會(huì)靶向攻擊足細(xì)胞，影響足細(xì)胞骨架及裂孔隔膜蛋白的完整性，甚至促進(jìn)足細(xì)胞脫離[9]。

2 足細(xì)胞應(yīng)激后的適應(yīng)與損傷

足細(xì)胞可通過上調(diào)許多蛋白的表達(dá)以適應(yīng)損傷性因素的作用，防止細(xì)胞進(jìn)一步損害。嘌呤霉素腎病大鼠模型中，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)表達(dá)增加，并能通過加強(qiáng)PI3K/Akt下游通路促進(jìn)足細(xì)胞的生存[10]。最近研究表明，去乙酰化酶(SIRT1)具有腎臟保護(hù)作用，可通過脫乙酰皮層蛋白維持肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的完整性，進(jìn)而保護(hù)足細(xì)胞[11]。Notch信號(hào)作為一類在物種進(jìn)化過程中高度保守的信號(hào)通路，與細(xì)胞遷移、擴(kuò)散、死亡相關(guān)。在局灶節(jié)段性腎小球硬化的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，Notch2競(jìng)爭(zhēng)劑單克隆抗體可減輕蛋白尿，而在體外培養(yǎng)的足細(xì)胞，敲除其Notch2基因后，細(xì)胞凋亡增加[12]。雷帕霉素(mTOR)可激活A(yù)kt2，在腎單位減少的小鼠模型中發(fā)揮足細(xì)胞保護(hù)作用[13]。因此，足細(xì)胞損傷是一個(gè)復(fù)雜的、為維持平衡對(duì)損傷因素作出適應(yīng)性反應(yīng)的結(jié)果，伴隨細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，成為導(dǎo)致各種腎臟疾病的基礎(chǔ)性病變。

3 足細(xì)胞應(yīng)激后的細(xì)胞學(xué)改變

3.1 足細(xì)胞足突消失 足細(xì)胞足突功能依靠細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白系統(tǒng)維持，肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重排會(huì)導(dǎo)致足突消失，這是許多進(jìn)展性蛋白尿疾病的一個(gè)基本特點(diǎn)。Cdc42分子在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，靶向敲除足細(xì)胞Cdc42基因的小鼠與高血壓腎損害小鼠模型相比，更早表現(xiàn)出足突消失、嚴(yán)重蛋白尿和腎小球硬化[14]。通過對(duì)122例腎穿刺術(shù)患者臨床表現(xiàn)與病理結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，蛋白尿的嚴(yán)重程度與足突消失程度顯著相關(guān)[15]。Kfoury等[16]研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性局灶節(jié)段性腎小球硬化癥(FSGS)患者表現(xiàn)出明顯的彌漫性足細(xì)胞足突消失，而繼發(fā)性FSGS足突消失為局灶性。足細(xì)胞足突消失代表著細(xì)胞骨架紊亂的改變，可能同時(shí)伴有細(xì)胞運(yùn)動(dòng)或表型變化。因此在臨床中，通過腎穿刺術(shù)了解足細(xì)胞足突消失情況可能為疾病的診斷和預(yù)后提供參考信息。

3.2 GBM異常 腎小球GBM是層狀細(xì)胞外基質(zhì)，分隔毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞，三者共同構(gòu)成腎小球?yàn)V過屏障。GBM主要組成成分為Ⅳ型膠原和纖維連接蛋白(FN)，可由足細(xì)胞分泌，在促腎纖維化因子的刺激下，足細(xì)胞還能分泌具有降解GBM作用的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)、組織蛋白酶，因此足細(xì)胞在GBM的代謝平衡中發(fā)揮重要作用[17]。足細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)活性增強(qiáng)，可刺激腎小球GBM蛋白產(chǎn)生過多導(dǎo)致GBM增厚。并且TGF-β還可上調(diào)足細(xì)胞源性VEGF的表達(dá)，引起GBM通透性增加，這與蛋白尿的發(fā)生密切相關(guān)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，WT1是調(diào)節(jié)足細(xì)胞分化和功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，WT1基因突變小鼠顯示GBM的異常，表明足細(xì)胞損傷與GBM異常密切相關(guān)[19]。

3.3 足細(xì)胞損傷與脫離 持續(xù)或嚴(yán)重的足細(xì)胞損傷可導(dǎo)致細(xì)胞脫離，這是足細(xì)胞損傷的終末事件，并進(jìn)一步促進(jìn)腎小球損傷。最近一項(xiàng)研究對(duì)170 例抗中性粒細(xì)胞胞漿抗體 (ANCA)相關(guān)腎小球腎炎患者的腎穿刺病理結(jié)果進(jìn)行分析，認(rèn)為足細(xì)胞脫離可能是預(yù)測(cè)腎臟結(jié)局的獨(dú)立指標(biāo)[20]。足細(xì)胞通過整合素α3β1和蛋白聚糖等分子附著于GBM上。α3β1位于足細(xì)胞足突基底外，能與幾個(gè)胞內(nèi)蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)整合素與足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白系統(tǒng)間的相互作用[21]。整合素與細(xì)胞骨架蛋白之間的相互作用可被T細(xì)胞共刺激分子B7-1破壞，而B7-1的抑制劑阿貝西普能成功誘導(dǎo)FSGS患者蛋白尿緩解[22]。這些結(jié)果表明，足細(xì)胞骨架-整合素系統(tǒng)中斷可能是導(dǎo)致足細(xì)胞脫離的原因之一。此外，完全分化的足細(xì)胞功能是由正常細(xì)胞周期維持的，有絲分裂災(zāi)難可被定義為由于異常有絲分裂導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，目前認(rèn)為有絲分裂災(zāi)難參與了足細(xì)胞從GBM脫離，并與足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架相關(guān)。此外，細(xì)胞死亡如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬也參與了足細(xì)胞脫離。

4 足細(xì)胞應(yīng)激的終末病理結(jié)局

足細(xì)胞持續(xù)性損傷最終可致腎小球硬化，腎小球肥大、系膜硬化、血管腔閉塞是腎小球硬化常見的病理表現(xiàn)，初期為局灶節(jié)段性，后期則彌漫性分布。足細(xì)胞增殖減弱、細(xì)胞脫離、凋亡等因素使足細(xì)胞數(shù)目減少，是腎小球硬化的關(guān)鍵因素。Kriz等[23]推測(cè)，腎小球足細(xì)胞減少后引起腎小球硬化的機(jī)制可能為：足細(xì)胞的缺失導(dǎo)致GBM裸露，裸露區(qū)域由于沒有足細(xì)胞的彈性支持，毛細(xì)血管襻及GBM受到腎小球升高的靜水壓作用易外突，并與包曼氏囊形成粘連。此外，足細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(EMT)在腎小球硬化中也發(fā)揮了重要作用。任何可損傷足細(xì)胞的因素，如免疫、代謝、血流動(dòng)力學(xué)異常及藥物毒物等都可激活足細(xì)胞EMT信號(hào)通路。轉(zhuǎn)分化的足細(xì)胞可分泌大量Ⅰ型膠原和纖維粘連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)成分，細(xì)胞外基質(zhì)的增加壓迫毛細(xì)血管袢，導(dǎo)致毛細(xì)血管閉塞，最終引起或加重腎小球硬化[24]。壁層上皮細(xì)胞(PEC)作為腎小球固有細(xì)胞，近年研究發(fā)現(xiàn),PEC與腎小球硬化有密切關(guān)系，尤其是PEC的活化。Ueno等[25]研究發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞損傷時(shí)可通過激活Notch1信號(hào)通路活化PEC。CD44是一種黏附分子，可與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合，影響細(xì)胞的流動(dòng)和遷移。在足細(xì)胞損傷的腎小球疾病實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃腿祟怓SGS中，CD44分子常作為活化PEC的標(biāo)記物。在阿霉素腎病大鼠中，CD44陽性的PEC增多伴隨著多種足細(xì)胞標(biāo)記物的減少，此外，在硬化的腎小球中可見到CD44分子及其配體骨橋蛋白的共表達(dá)[26]。以上結(jié)果表明，足細(xì)胞應(yīng)激性損傷可通過活化PEC導(dǎo)致腎小球硬化的發(fā)生。

綜上所述，足細(xì)胞可通過機(jī)械應(yīng)激、氧化應(yīng)激、免疫應(yīng)激等方式對(duì)各種應(yīng)激產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)，并通過應(yīng)激后的適應(yīng)與損傷導(dǎo)致足細(xì)胞足突消失、GBM異常、足細(xì)胞損傷與脫離等細(xì)胞學(xué)變化，并最終可致腎小球硬化的發(fā)生，在腎小球疾病進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。深入了解足細(xì)胞在腎小球疾病過程中的病變作用及其機(jī)制，可為腎臟疾病的防治開辟廣闊的前景。