郝 旭 綜述 陳 楠 審校

局灶節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)是慢性腎臟病(CKD)的主要病因之一。國外報道成人原發(fā)性腎病綜合征患者中，F(xiàn)SGS占腎活檢的12%～35%［1］，且近年來FSGS發(fā)病率呈逐年上升趨勢，逐步成為研究的熱點(diǎn)，根據(jù)病因可分為原發(fā)性、繼發(fā)性和家族性三種。其中家族性FSGS(FFSGS)指同一家族有多人患病，目前研究表明FFSGS的遺傳方式多為常染色體隱性遺傳(AR)和常染色體顯性遺傳(AD)兩種［2］，臨床上多表現(xiàn)為對激素和免疫抑制劑治療不敏感，預(yù)后較差。近年來，國外學(xué)者通過對FFSGS的連鎖分析及定位克隆研究，明確了多個FFSGS的致病基因［3］。2010年美國學(xué)者報道，INF2(inverted formin 2)基因是常染色體顯性遺傳性FFSGS的主要致病基因之一［4］，為FFSGS致病基因的研究提供了新的視點(diǎn)。

INF2基因編碼一種成蛋白(Formin)家族成員——INF2蛋白，目前國內(nèi)外對該基因突變所導(dǎo)致的FFSGS致病機(jī)制研究尚少。本文將對INF2基因及INF2蛋白在FFSGS的研究進(jìn)展進(jìn)行一綜述。

Formin概述

1982年，Kleinebrecht等［5］研究的小鼠 ld(limb deformity)基因是第一個研究的成蛋白基因，發(fā)現(xiàn)該基因的突變可導(dǎo)致小鼠不能形成(form)正常的肢體和腎，因此而得名Formin。目前酵母、真菌、哺乳動物和植物中的許多成蛋白基因或蛋白均已得到鑒定，其中哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了15個成蛋白同種型，如mDia1(mouse Diaphanous 1)，mDia2 等［6］。成蛋白包含多個不同功能的結(jié)構(gòu)域，其典型結(jié)構(gòu)特征是C端的FH區(qū)域，包括靠近N端的FH1結(jié)構(gòu)域和靠近C端的FH2結(jié)構(gòu)域兩部分［7］。此外，其N端或C端還含有多種其他結(jié)構(gòu)域，根據(jù)不同的調(diào)控區(qū)域成蛋白可分為不同的亞類。其中Diaphanous相關(guān)成蛋白家族(Diaphanous－related formins，DRF)成員因具有N端的GTP酶結(jié)合結(jié)構(gòu)域(GTPase binding domain，GBD)、Diaphanous抑制結(jié)構(gòu)域(Diaphanousinhibitory domain，DID)和C端的Diaphanous自調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域(Diaphanous－autoregulatory domain，DAD)而被定為成蛋白家族的一個亞類［8］，廣泛存在于從酵母到哺乳動物的真核細(xì)胞中，是目前研究最多的成蛋白家族成員之一。

研究表明，不同的結(jié)構(gòu)域賦予成蛋白不同的功能，并將其與其他信號分子相聯(lián)系，發(fā)揮正常的生物學(xué)功能。真核細(xì)胞存在動態(tài)的微絲骨架系統(tǒng)，對發(fā)育及環(huán)境刺激信號發(fā)生反應(yīng)，可在聚合與解聚兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變而調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分裂和極性建立［9］。以DRF為例，基礎(chǔ)狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi) DRF的DID和DAD相互作用而處于自我抑制狀態(tài)，當(dāng)活化的Rho(ras homologus oncogenes)GTP酶與GBD結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，自我抑制狀態(tài)被解除，從而暴露FH1和FH2功能結(jié)構(gòu)域［10］。其中FH1結(jié)構(gòu)域富含脯氨酸，可與另一種肌動蛋白結(jié)合蛋白前纖維蛋白結(jié)合，后者可加速微絲延長［11］。FH2結(jié)構(gòu)域高度保守，體外研究已證實(shí)可與肌動蛋白直接作用，穩(wěn)定肌動蛋白二聚體或三聚體，加速肌動蛋白聚合、成核，并刺激纖維狀肌動蛋白(F－actin)的聚集，加速肌動蛋白的延伸［12，13］。由此可見，DRF作為一種重要的肌動蛋白成核因子之一，參與了形態(tài)的發(fā)生、胞質(zhì)分裂、細(xì)胞極性的形成、細(xì)胞黏附和運(yùn)動等多種以肌動蛋白為基礎(chǔ)的生物學(xué)過程［14］。

INF2獨(dú)特性及其生物學(xué)作用

INF2是由位于14q的INF2基因編碼的一種成蛋白家族成員，DRF亞類，與普通成蛋白相比具有其獨(dú)特性。正常情況下，球狀肌動蛋白的自發(fā)聚合無法滿足微絲骨架的快速動態(tài)變化，需要肌動蛋白成核因子來加速肌動蛋白聚合為微絲。成蛋白作為一種重要的肌動蛋白成核因子，可以促進(jìn)肌動蛋白的聚合，在維持細(xì)胞骨架正常結(jié)構(gòu)與功能方面發(fā)揮了重要作用。與普通成蛋白相比，INF2的獨(dú)特性主要表現(xiàn)在其可同時促進(jìn)肌動蛋白的聚合及解聚［15］。

目前已證實(shí)，INF2含有DID和DAD結(jié)構(gòu)域，與其他成蛋白(如mDia1、mDia2)相似，兩者的相互作用可影響INF2的功能結(jié)構(gòu)域而調(diào)控其功能狀態(tài)［8，16］。此外，INF2 的 C 端含有一個特殊的結(jié)構(gòu)——肌動蛋白綁定的WH2(WASP homology 2)結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域可與肌動蛋白直接作用(圖1)。已有研究證實(shí)，INF2的DAD結(jié)構(gòu)域與WH2結(jié)構(gòu)域具有相似性，兩者均具有三個高度保守的亮氨酸殘基［20，21］，該氨基酸序列對 WH2 的功能發(fā)生至關(guān)重要［22］，在INF2中，WH2結(jié)構(gòu)域在其自我調(diào)控中發(fā)揮著類似DAD的作用。肌動蛋白聚合微絲延伸過程中INF2結(jié)合在其生長端，當(dāng)新的肌動蛋白亞單位結(jié)合到微絲的生長端時，與其結(jié)合的ATP水解成ADP和磷酸基團(tuán)，后者誘使INF2切割已形成的微絲而引起肌動蛋白的解聚，而編碼WH2的基因突變后，肌動蛋白的解聚功能受損，由此可見，INF2 C端的WH2結(jié)構(gòu)域?yàn)?INF2的獨(dú)特性提供了理論基礎(chǔ)［15］。

圖 1 INF2 主要功能結(jié)構(gòu)域及目前已知突變［4，17－19］

關(guān)于INF2的分子水平上的功能研究，Chhabra等［23］的研究首次提出INF2可通過其C端的法尼基基團(tuán)的轉(zhuǎn)錄后修飾及膜離子作用而結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的胞質(zhì)側(cè)，提示肌動蛋白可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面聚合并發(fā)揮作用，但具體機(jī)制尚不清楚。此外該研究還發(fā)現(xiàn)，INF2的DID－DAD相互作用不能抑制FH2結(jié)構(gòu)域的肌動蛋白聚合活性，反而抑制INF2所特有的依賴于DAD/WH2的解聚活性，提示DID可競爭性結(jié)合肌動蛋白單體，從而阻斷DAD/WH2的解聚功能［23］，可見INF2存在與成蛋白家族其他成員不同的自我調(diào)控機(jī)制。另有研究表明肌動蛋白參與了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的逆行運(yùn)動［24，25］，而INF2 作為肌動蛋白重要的調(diào)控因子，可能也參與了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的一系列生物學(xué)過程。

INF2基因在腎臟病領(lǐng)域的進(jìn)展

自2010年P(guān)ollak團(tuán)隊(duì)首次報道INF2基因可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳性 FSGS［4］，該基因在 FFSGS的致病性逐漸引起關(guān)注。

INF2基因突變與 FFSGS 2010年，Brown等［4］對一個AD的FFSGS家系進(jìn)行連鎖分析表明FSGS發(fā)病與14q32連鎖，隨即對該區(qū)域所有15個已知基因進(jìn)行外顯子測序發(fā)現(xiàn)INF2基因與疾病相關(guān)，并檢測出9個該基因的錯義突變，所有突變位點(diǎn)均位于編碼INF2 DID結(jié)構(gòu)域的區(qū)域，該發(fā)現(xiàn)為FFSGS致病基因的研究提供了新的方向。

隨即，韓國學(xué)者報道由INF2基因突變(E220K)所致的FFSGS新增家系，該家系中3個攜帶該突變的成員在發(fā)病年齡、腎病綜合征及進(jìn)展至終末期腎病(ESRD)的時間均存在明顯差異，顯示INF2相同的基因突變在同一家系中的不同成員其致病性具有顯著的異質(zhì)性［17］。此外法國 Corinne等［26］在54 個FSGS家系(78個成員)中，檢出17%的家系存在INF2基因錯義突變，此外在84個散發(fā)性FSGS患者中檢出1例患者存在INF2的基因突變，所有突變均位于編碼INF2蛋白N端DID結(jié)構(gòu)域的區(qū)域，提示INF2是導(dǎo)致AD FSGS的主要致病基因。同時美國研究小組對248例FSGS患者(其中包含31位散發(fā)患者，15個AR FFSGS家系和49個AD FSGS家系)進(jìn)行INF2基因突變篩查，在49個AD家系中檢出8個家系存在INF2基因突變，突變檢出率達(dá)16%，該結(jié)果再次驗(yàn)證INF2基因突變會導(dǎo)致AD FSGS，同時提出對該基因檢測會成為快速、有效、無創(chuàng)的篩查AD FSGS的方法［27］。新近在NEJM中有研究對進(jìn)行性神經(jīng)性肌萎縮綜合征合并腎臟損傷(主要表現(xiàn)為FSGS)患者進(jìn)行INF2基因突變篩查發(fā)現(xiàn)，在16例患者中有12例患者存在INF2的基因突變，陽性檢出率達(dá)75%，突變位點(diǎn)均位于2號和3號外顯子，編碼INF2蛋白DID結(jié)構(gòu)域，該研究為INF2蛋白在腎小球足細(xì)胞及神經(jīng)系統(tǒng)施萬細(xì)胞中病理生理機(jī)制提供了新的視點(diǎn)［18］。目前為止在FFSGS中發(fā)現(xiàn)的INF2的基因突變總結(jié)見圖1。

INF2基因突變在FFSGS中致病機(jī)制 作為一種新的家族性FSGS致病基因，INF2基因突變在FFSGS發(fā)病中的機(jī)制尚未完全清楚。目前所檢測到的INF2基因突變位點(diǎn)均2、3、4號外顯子，編碼INF2蛋白DID結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域是INF2蛋白重要功能調(diào)控區(qū)，其通過與DAD結(jié)構(gòu)域的相互作用調(diào)節(jié)INF2的功能狀態(tài)，因此關(guān)于其致病機(jī)制的研究主要集中于DID結(jié)構(gòu)域功能的研究。

Brown等［4］研究表明原位雜交技術(shù)觀察人類腎臟組織中INF2 mRNA主要表達(dá)于腎小球足細(xì)胞及部分腎小管上皮細(xì)胞，通過向足細(xì)胞中轉(zhuǎn)染突變型INF2質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)，未明顯改變纖維狀肌動蛋白的聚合，而改變了F－actin在足細(xì)胞中的定位，表明疾病相關(guān)的INF2基因突變可影響肌動蛋白介導(dǎo)的足細(xì)胞骨架正常結(jié)構(gòu)的維持其及自我修復(fù)功能，可能與突變影響了INF2蛋白DID結(jié)構(gòu)域的正常生理功能有關(guān)。如前所述，Rho GTPase與GBP結(jié)合，可解除DID/DAD的自我抑制狀態(tài)，暴露FH1/FH2的活性結(jié)構(gòu)域從而有利于球狀肌動蛋白向纖維狀肌動蛋白的轉(zhuǎn)化。目前研究較多的是可與INF2相互作用的Rho家族蛋白有細(xì)胞分裂周期蛋白2(Cdc42)及其效應(yīng)分子IQ模體的RasGTP酶活化蛋白1(IQGAp1)，兩者廣泛參與了細(xì)胞骨架的各種生理功能。

Cdc42又稱為細(xì)胞分裂周期蛋白42，其對肌動蛋白骨架的調(diào)節(jié)具有重要作用，可調(diào)控絲狀偽足的產(chǎn)生或通過靶蛋白人威－奧綜合征蛋白(Wiskott－Aldridge syndrome protein，WASP)作用于肌動蛋白相關(guān)蛋白 2/3(Actin－related proteins 2/3，Arp2/3)，從而促進(jìn)微絲核化及肌動蛋白聚合。新近研究顯示具有GTPase活性的Cdc42可與INF2的DID結(jié)構(gòu)域結(jié)合而調(diào)控 INF2介導(dǎo)的跨細(xì)胞作用［28］，表明Cdc42與INF2的DID之間存在相互作用。進(jìn)行性神經(jīng)性肌萎縮綜合征合并腎臟損傷的研究結(jié)果顯示，突變型INF2與Cdc42的活體形式Cdc42－Q61L之間的相互作用存在增強(qiáng)趨勢，同時在含有突變型INF2的細(xì)胞中 Cdc42－Q61L的亞細(xì)胞定位發(fā)生改變，而未明顯改變 Cdc42的活性［18］，表明 INF2是Cdc42 下游的靶蛋白［29］。

眾所周知，血清反應(yīng)因子(serum response factor，SRF)是Rho家族介導(dǎo)的信號通路中重要的反式作用因子，介導(dǎo)某些足細(xì)胞特異性相關(guān)蛋白的基因表達(dá)(如 ACTN4、MYH9 等［30］)，兩者均已被證實(shí)為導(dǎo)致 FFSGS的致病基因［31，32］。有學(xué)者在研究INF2_DID與mDia_DAD之間相互作用時提出兩者的相互作用可抑制肌動蛋白的聚集及Rho_和Cdc42依賴的SRF所介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄［33］，進(jìn)一步影響足細(xì)胞相關(guān)蛋白的表達(dá)進(jìn)而影響足細(xì)胞功能。

IQGAp1是 Cdc42的重要效應(yīng)分子［34］，主要參與調(diào)控鈣黏蛋白依賴性的細(xì)胞間黏附。IQGAp1的N端有4個可與鈣調(diào)蛋白相互作用的IQ模體，參與鈣離子介導(dǎo)的信號過程。以往研究免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)已證實(shí)在細(xì)胞遷移及吞噬杯形成過程中，RhoA解除mDia的自我抑制狀態(tài)后，IQGAp1可與mDia1_DID結(jié)合而發(fā)揮作用［35］。此外，IQGAp1還參與了肌動蛋白細(xì)胞骨架的動力學(xué)過程，并且可與足細(xì)胞相關(guān)蛋白，如 Nephrin［36］和 PLC1［37］相互作用。在研究INF2基因突變與FFSGS致病機(jī)理中，突變型INF2可能通過影響INF2－IQGAp1之間的相互作用，進(jìn)而影響足細(xì)胞骨架蛋白的正常功能。

目前存在的問題 作為一種新近發(fā)現(xiàn)的可導(dǎo)致AD FFSGS的主要致病基因，INF2基因的研究目前主要集中于北美及歐洲地區(qū)，在亞洲尚無相關(guān)大樣本研究，因此目前所報道的INF2基因在FFSGS中的突變率也主要適用于歐美地區(qū)。由于地域及人種差異，INF2在亞洲人群的突變率可能與現(xiàn)有報道存在偏倚，因此，在亞洲人群FFSGS患者中進(jìn)行INF2基因突變的檢測并確定其在亞洲人群中的突變率尤顯重要，可為今后FFSGS的篩查提供更便捷和直接的方法。另外，關(guān)于IFN2基因突變導(dǎo)致的足細(xì)胞損傷機(jī)制尚需進(jìn)一步研究，明確INF2蛋白與足細(xì)胞特異性相關(guān)蛋白是否存在相關(guān)性，以便建立足細(xì)胞相關(guān)蛋白網(wǎng)絡(luò)框架，為 FFSGS的基礎(chǔ)研究提供新方向。

小結(jié):INF2基因作為一種FFSGS的主要致病基因，其陽性檢出率達(dá)13% ～17%，但在亞洲人群中目前尚無相關(guān)報道。在可疑FFSGS患者中對該基因篩查可能為其診斷提供新的線索。而對于該基因的致病機(jī)制可能涉及多條通路，最終影響足細(xì)胞骨架蛋白的表達(dá)及足細(xì)胞特異性相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而影響足細(xì)胞正常生理功能而致病，其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

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