李 涵，葛許華，繆紅軍

南京醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院急診/重癥醫(yī)學科，江蘇 南京 210008

足細胞及內(nèi)皮細胞、腎小球基底膜共同組成腎小球濾過屏障。血液濾過腎小球時，足細胞作為最后屏障，決定血液中蛋白質(zhì)是否丟失。因此，足細胞在維持腎小球濾過屏障的完整性以及防止蛋白尿的產(chǎn)生中起到不可或缺的作用［1］。足細胞骨架成分以及狹縫隔膜（slit diaphragm，SD）蛋白的突變或異常會引起足細胞損傷和破壞，導致蛋白尿和進行性腎小球硬化［2］。目前，氧化應激被認為是足細胞損傷的主要原因，對足細胞損傷的其他潛在機制仍然知之甚少［3］。

1 足細胞結(jié)構

足細胞是一種特殊類型的分化上皮細胞，也是維持腎小球濾過屏障結(jié)構和功能的完整性以及選擇濾過蛋白質(zhì)大小的重要組成部分［4-5］。足細胞具有復雜的細胞形態(tài)，即復雜的細胞極性組織——細胞體和廣泛的突起網(wǎng)絡——足突。它的初級足突逐漸延伸形成次級足突，并與相鄰足細胞的次級足突連接形成SD，參與構成腎小球濾過屏障［6］。早期有研究發(fā)現(xiàn)，初級足突和次級足突具有獨特的細胞骨架特征和成分。細胞體和初級足突主要的細胞骨架成分是微管（microtubule，MT）和中間絲（inter?mediate filaments，IF）［7］。其中，MT 主要以a/β微管蛋白亞基為基本元件構成，是一種高度動態(tài)的結(jié)構，參與多種生物的細胞有絲分裂以及纖毛的形成［8］；IF主要由波形蛋白和結(jié)蛋白構成，在孤立腎小球中，已證實IF可調(diào)節(jié)細胞彈性［9］。次級足突的主要細胞骨架成分是微絲，它主要是由F?肌動蛋白和肌球蛋白聚集組成。肌動蛋白細胞骨架廣泛分布于次級足突中，是導致足細胞損傷和功能障礙的重要成分［7］。足細胞損傷或功能障礙可由不同的代謝紊亂引起，使足細胞從腎小球基底膜脫離，導致腎小球濾過屏障功能障礙，從而引起蛋白尿和多種腎臟疾?。?0］。

2 足細胞損傷原因

2.1 先天性因素

母源性同種免疫性腎小球病是一種新的器官特異性母源性疾病，主要是由于遺傳缺陷導致母親孕后產(chǎn)生針對胎兒的抗體，該抗體穿過胎盤，與胎兒腎小球足細胞結(jié)合，引起足細胞破壞，從而導致腎功能障礙［11］。有研究者在檢測膜性腎病患兒及母親的血液樣品時，發(fā)現(xiàn)了一個90 kDa 的抗原，即中性內(nèi)肽酶（neutral endopetidase，NEP）［12］。NEP 抗原缺陷母親在懷孕時，產(chǎn)生針對胎兒NEP抗原的抗NEP IgG1 抗體，該抗體通過胎盤，在足細胞基底膜形成原位免疫復合物引起足細胞破壞、蛋白尿的產(chǎn)生，甚至發(fā)生終末期腎衰竭。同時，也發(fā)現(xiàn)金屬膜內(nèi)肽酶基因截短突變是孕期同種免疫的誘因，可誘導抗NEP抗體的產(chǎn)生［12-13］。這一發(fā)現(xiàn)打開了膜性腎病在病理生理學和治療方面的新大門。

2.2 遺傳因素

隨著編碼狹縫隔膜相關蛋白的突變基因（如NPHS1、NPHS2、NPHS3 和CD2AP）的報道，近年來，越來越多涉及足細胞損傷的突變基因被研究者們發(fā)現(xiàn)［14］。其中，細胞骨架成分相關的編碼基因如輔肌動蛋白A4（recombinant actinin alpha 4，ACTN4）、MYH9 等突變備受關注。有研究者發(fā)現(xiàn)，足細胞特異性表達的編碼ACTN4 基因突變或表達異常可導致足細胞形態(tài)和結(jié)構的嚴重破壞，老年小鼠出現(xiàn)蛋白尿［15］。最近發(fā)現(xiàn)，編碼非肌肉肌球蛋白的MYH9基因突變引起足細胞足突消失以及足突之間的SD 破壞，使機體出現(xiàn)大量蛋白尿甚至腎小球硬化［16］。另外，有研究者在患有局灶性節(jié)段性腎小球硬化癥（focal segmental glomerulosclerosis，F(xiàn)SGS）和腎小管間質(zhì)病變的家庭中鑒定出純合的TTC21B p.P209L基因突變。通過測序?qū)ν蛔兓蚍治霭l(fā)現(xiàn)TTC21B隱性突變有致病作用。TTC21B突變的患者會在兒童期或者成年期出現(xiàn)蛋白尿并迅速發(fā)展為終末期腎?。?7］。

2.3 獲得性因素

2.3.1 免疫相關

近年來，越來越多的研究表明足細胞具有先天免疫活性。同時，各種抗原誘導的免疫反應具有病理作用，可導致足細胞損傷和腎臟疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，足細胞磷脂酶A2受體（phospholipase A2 re?ceptor，PLA2R）是成人膜性腎病自身免疫反應的抗原靶點［18］。約70%成年原發(fā)性膜性腎病患者可產(chǎn)生針對足細胞M型PLA2R的抗IgG4抗體，引起足細胞損傷［19］。與PLA2R相似特性的足細胞抗原?血小板反應蛋白1 型結(jié)構域7A（thrombospondin type 1 domain?containing 7A，THSD7A）也被報道［20］。在Heymann 腎炎模型中，研究者發(fā)現(xiàn)一種分子量達600 kDa的自身抗原，即足細胞跨膜蛋白?巨蛋白［13］。它可與體內(nèi)的抗巨蛋白抗體結(jié)合，形成原位免疫復合物，引起補體激活形成膜攻擊復合物C5b?9 破壞足細胞結(jié)構和功能，引起SD 損害，從而導致腎小球濾過屏障破壞，蛋白質(zhì)滲漏，產(chǎn)生大量蛋白尿［19］。

2.3.2 非免疫相關

除了上述原因外，感染、代謝等因素也會引起足細胞損傷。當細菌等感染引起膿毒癥時，促炎細胞因子如白介素（IL）?1β、IL?6、腫瘤壞死因子α（TNF?α）等表達水平升高，導致足細胞破壞和凋亡［21］。慢性人類免疫缺陷病毒感染機體，會激活先天性抗病毒機制，使載脂蛋白L1 表達上調(diào)，引起足細胞肌動蛋白細胞骨架腎病蛋白（nephrin）表達下調(diào)，從而導致足細胞骨架及細胞形態(tài)的穩(wěn)定性破壞［22］。此外，糖尿病引起的機體代謝變化（如高血糖、高氨基酸血癥等）會引起足細胞破壞，腎小球肥大和硬化以及腎小管炎癥和間質(zhì)纖維化［23］。

3 足細胞損傷機制

3.1 細胞骨架破壞

足細胞的肌動蛋白細胞骨架為細胞形態(tài)及其與細胞外基質(zhì)的連接提供結(jié)構和功能支持［24］。已有研究表明，足細胞損傷時，細胞骨架失調(diào)是導致足細胞足突消失的根本原因［25］，表現(xiàn)為足突中高度有序的平行收縮的肌動蛋白絲束在病理條件下變得紊亂、縮短、分枝，足細胞足突消失，抵消濾過壓力的能力下降，毛細血管擴張，從而導致蛋白尿［24-25］。然而，最近研究發(fā)現(xiàn)，雖然足細胞損傷會引起足突消失，但如果足細胞仍附著于基底膜上，足突是可以再生的。通過電子顯微鏡可以看到，在足突消失后期，足細胞的基底膜側(cè)會形成肌動蛋白層。之后，致密的肌動蛋白層溶解，新的足突從細胞中再生出來［26］。因此，足細胞骨架與足突細胞的消失和再生均有著密切聯(lián)系。

3.2 細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子異常

Krüppel 樣因子（Krüppel?like factor，KLF）是一種鋅指結(jié)構的DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，參與細胞分化、代謝以及DNA 修復等多種生物學過程［27］。其中，KLF15 是足細胞分化的關鍵調(diào)控因子，通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)足細胞特異性蛋白如突觸足蛋白（synaptopodin）、足蛋白（podocin）及nephrin 等的表達，保護足細胞。KLF15缺失導致肌動蛋白細胞骨架穩(wěn)定性破壞和足細胞損傷。然而，足細胞在應激時會通過過表達KLF15來穩(wěn)定肌動蛋白細胞骨架，減輕腎纖維化、炎癥和足細胞損傷，改善腎功能［28］。最新的啟動子分析發(fā)現(xiàn)KLF15結(jié)合位點的代表基因——活化T細胞核因子c1（nuclear factor of activated T cells c1，NFATc1），又稱NFAT2，是NFAT 轉(zhuǎn)錄因子家族成員。在生理情況下，KLF15通過直接結(jié)合到NFATc1的啟動子區(qū)域來抑制NFATc1基因的轉(zhuǎn)錄。在病理條件下，KLF15 缺失導致結(jié)合NFATc1 啟動子區(qū)域的KLF15減少，從而增強NFATc1基因的轉(zhuǎn)錄，導致足細胞損傷、凋亡以及足突消失［29］。也有研究發(fā)現(xiàn)，E2F 轉(zhuǎn)錄因子3（e2f transcription factor 3，E2F3）是E2F 家族的一員，與細胞增殖和凋亡密切相關。高糖刺激的足細胞會使E2F3表達下調(diào)，促進足細胞損傷［30］。

3.3 胞漿內(nèi)線粒體能量代謝異常

線粒體作為細胞的動力源，提供ATP，以維持足細胞肌動蛋白細胞骨架的穩(wěn)定。在腎臟中，線粒體功能障礙與多種腎臟疾病密切相關，其中對足細胞損傷的影響最為顯著［31］。過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子?1α（peroxisome proliferator?acti?vated receptor γ coactivator?1α，PGC?1α）是誘導線粒體生物合成和功能的上游轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。足細胞中PGC?1α水平升高促進線粒體的生物合成，提高細胞的氧化磷酸化，增加活性氧（reactive oxygen，ROS）副產(chǎn)物的產(chǎn)生。同時，PGC?1α調(diào)節(jié)ROS抑制物的轉(zhuǎn)錄表達，促進細胞呼吸和ATP 合成，減少細胞氧化損傷。當各種因素引起足細胞PGC?1α表達降低時，出現(xiàn)線粒體功能障礙，ROS 大量產(chǎn)生，從而誘導線粒體外膜孔道開放，釋放Ca2+、細胞色素C、凋亡誘導因子，引起足細胞凋亡［32］。然而也有研究顯示，誘導小鼠足細胞PGC?1α過表達可導致足細胞分化標志物缺失，使腎小球上皮細胞增殖，引起腎小球病變塌陷［33-34］。此外，動力相關蛋白?1（dynamin?relat?ed protein?1，Drp1）是動力超家族中的一個大型GTP酶，對哺乳動物細胞的線粒體分裂具有重要作用。在線粒體分裂時，Drp1 從細胞質(zhì)聚集到線粒體外膜，在外膜自行組裝成寡聚體破壞線粒體膜［35］。有研究發(fā)現(xiàn)，醛固酮可劑量依賴性誘導Drp1 的表達，并通過Drp1介導線粒體分裂，從而引起線粒體功能障礙和足細胞的凋亡［36］。同時，足細胞是高度分化的終末細胞，其特性與神經(jīng)細胞、肌肉細胞等永久細胞類似，易發(fā)生線粒體突變。當突變的異常線粒體聚集于足細胞時，會破壞線粒體的蛋白質(zhì)合成和能量供應，引起足細胞破壞和功能障礙，甚至發(fā)生腎小球硬化［37］。

3.4 細胞內(nèi)鈣離子動態(tài)穩(wěn)定性改變

瞬態(tài)受體電位陽離子通道（transient receptor po?tential cation channel，TRPC）是哺乳動物細胞中非選擇性的鈣離子通道。TRPC 具有7 種亞型，即TRPC1?7，除TRPC2 外的其他6 種亞型在哺乳動物中表達［38］。通過電生理記錄，研究者發(fā)現(xiàn)TRPC6在足細胞足突的SD處高度表達，并與SD蛋白podocin和nephrin相互作用［39］。生理情況下，TRPC6通道被激活后，促使Ca2+流入細胞，觸發(fā)細胞內(nèi)信號級聯(lián)反應，從而引起基因轉(zhuǎn)錄增強，維持足細胞結(jié)構和功能的穩(wěn)定。然而，在病理條件下，如高血糖、血管緊張素Ⅱ等刺激引起ROS和過氧化氫產(chǎn)生增加，通過G 蛋白偶聯(lián)受體級聯(lián)反應使TRPC6 通道過度激活，足細胞Ca2+內(nèi)流急劇增加，導致足細胞肥大，足細胞以及足突破壞，從而引起腎小球濾過屏障破壞和功能障礙，甚至產(chǎn)生蛋白尿［40］。也有研究發(fā)現(xiàn)，TRPC6和Rho 蛋白家族的成員RhoA 構成一種分子復合物。TRPC6 介導的足細胞Ca2+內(nèi)流增加也增強了RhoA 的活性，而RhoA的異常激活可導致足細胞骨架結(jié)構紊亂，F(xiàn)?肌動蛋白纖維重排，足細胞損壞［39］。Verheijden 等［41］發(fā)現(xiàn)TRPC6 介導的Ca2+內(nèi)流激活足細胞鈣蛋白酶家族成員?鈣蛋白酶1，使SD 蛋白nephrin和足突細胞骨架相關錨定蛋白踝蛋白?1（ta?lin?1）降解，從而破壞足細胞的完整性，導致嚴重的蛋白尿。

3.5 裂孔膜上其他成分異常

足細胞的SD 特異性蛋白與肌動蛋白細胞骨架密切作用，影響足細胞的信號通路和運動。SD蛋白及其相關蛋白表達或功能異常對足突缺失影響顯著，甚至引起蛋白尿和腎病的發(fā)生發(fā)展［42］。SD的蛋白質(zhì)主要包括nephrin、podocin等。由Nphs1基因編碼的nephrin 是一種表達于腎小球足細胞連接處的黏附蛋白。Nphs1基因突變、糖尿病腎病、腎性蛋白尿以及細菌感染誘發(fā)的腎病患者nephrin 表達會減低，引起SD 損傷，同時也減弱足細胞在損傷后的修復能力［43］。SD 損傷導致肌動蛋白細胞骨架的重新排列，使高度復雜的肌動蛋白骨架結(jié)構簡化，主要表現(xiàn)為足突回縮、結(jié)構扁平和相互之間交錯減少，最終導致足細胞凋亡或脫離［42］。podocin 是一個含有383 個氨基酸殘基的類似發(fā)夾狀結(jié)構的SD 蛋白質(zhì)，可激活并增強nephrin誘導的信號轉(zhuǎn)導。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腎病中，podocin 表達隨著足細胞損傷和基底膜的破壞而減低，這表明podocin表達減低與足細胞損傷密切相關［44］。

4 小結(jié)與展望

在許多腎小球疾病中，引起疾病的明確發(fā)病機制尚不清楚。近年來，隨著足細胞生物學和細胞學的研究進展，我們對足細胞損傷機制的了解顯著增加。然而，足細胞對損傷的反應是復雜的，涉及多種機制，并且一些機制參與多種腎小球疾病過程。目前，我們對足細胞損傷機制的研究仍然有限。未來我們還需要進一步研究，更深入探索足細胞損傷的機制，這對尋找腎臟疾病新的治療靶點具有重要意義。