湯 曦 綜述 鄭春霞 審校

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為腎小球濾過屏障(glomerular filtration barrier,GFB)由內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球基膜(glomerular basement membrane,GBM)以及足細(xì)胞三層結(jié)構(gòu)組成。最新發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞表層(endothelial surface layer,ESL)和足細(xì)胞下間隙(subpodocyte space,SPS)均具有溶質(zhì)分子篩選特征,對腎小球濾過功能具有重要影響。因此,本文就腎小球濾過屏障五層結(jié)構(gòu)(圖1)及相互調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

圖1 腎小球濾過屏障五層結(jié)構(gòu)[1]

腎小球的選擇通透性

GFB的功能主要體現(xiàn)在對水和小分子溶質(zhì)的自由通透性和對中大分子溶質(zhì)的選擇通透性。大量證據(jù)支持 GFB對白蛋白等溶質(zhì)分子具有高度選擇通透性。GFB對溶質(zhì)分子的選擇性常用篩選系數(shù) θ來評價。θ=某溶質(zhì)包曼囊內(nèi)濃度/相應(yīng)的血漿濃度。白蛋白等帶有負(fù)電荷的大分子主要以彌散方式通過 GFB。按已知的多層濾過屏障模型分析,θ為各層濾過屏障篩選系數(shù)之積,且各層篩選系數(shù)間相互影響。θ為復(fù)合參數(shù),受兩方面因素影響:一方面為溶質(zhì)的濃度、電荷、大小、通過 GFB的方式以及GFB表面作用力如毛細(xì)血管壓等;另一方面為 GFB本身對毛細(xì)血管內(nèi)物質(zhì)的濾過阻力,由水傳導(dǎo)率(水自由通過 GFB的能力)、溶劑曳引反射系數(shù) (水流曳引溶質(zhì)跨過 GFB的程度)以及溶質(zhì)彌散通透力(溶質(zhì)彌散的阻力大小)構(gòu)成[1]。后者中各參數(shù)值的大小取決于 GFB的精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此,對 GFB各層結(jié)構(gòu)和功能的深入認(rèn)識對了解腎小球整體濾過功能具有重要意義。

腎小球內(nèi)皮細(xì)胞表層

腎小球內(nèi)皮細(xì)胞表層是指覆蓋于腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、窗孔表面的凝膠狀糖萼以及附著的部分血漿蛋白[2]。內(nèi)皮細(xì)胞表層糖萼為富含碳水化合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),由帶陰電荷的蛋白核心 (perlecan、syndecan、versican)與側(cè)鏈糖胺聚糖(硫酸肝素,硫酸軟骨素)共價結(jié)合形成。這些組分由內(nèi)皮細(xì)胞自身合成分泌,并結(jié)合于細(xì)胞膜表面或填充于內(nèi)皮窗孔間形成網(wǎng)塞[3]。ESL厚度約 200～400 nm[4],常規(guī)電鏡處理標(biāo)本后需再加陽離子染色才能顯示。由于組織塊經(jīng)固定、脫水等技術(shù)處理可能導(dǎo)致 ESL塌陷,所以測得的 ESL厚度常小于實際厚度。

ESL組分的排列和密度決定了篩選分子的范圍及靜水壓阻力[5],構(gòu)成了腎小球濾過的第一道屏障。體外實驗發(fā)現(xiàn) ESL部分降解酶(如肝素酶、硫酸軟骨素酶、玻璃酸酶)可導(dǎo)致離體灌注腎白蛋白通透性增加[6]。Singh等[7]進(jìn)一步采用神經(jīng)氨酸酶作用于永生化溫度敏感人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞,在排除ESL降解酶對 GBM和足細(xì)胞表面分子影響的情況下,發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞白蛋白通透率及電荷阻力均發(fā)生變化。硫酸肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycan,HSPG)經(jīng)肝素酶 III或人肝素酶選擇性裂解后,白蛋白跨內(nèi)皮細(xì)胞的通透性增加,而電荷阻力無變化。這提示 ESL特別是 HSPG在腎小球濾過中起著重要作用。在阿霉素腎病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)腎小球ESL較正常對照組減少 80%,白蛋白通透性增加[8]。

此外,ESL附著的血清粘蛋白、白蛋白等血漿成分,與血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的糖萼發(fā)生作用,參與調(diào)節(jié)毛細(xì)血管的通透性[9]。血清粘蛋白為高度唾液酸化、多價陰離子的糖蛋白,由肝臟或毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞合成分泌,并與 ESL糖萼結(jié)合,加強陰離子電荷屏障,降低毛細(xì)血管通透性[10,11]。遺傳性白蛋白缺陷大鼠尿液中 60～90 kD大小的蛋白分子增加,注射小牛血清白蛋白 12h后尿蛋白消失[12]。這提示循環(huán)中的白蛋白分子參與維持腎小球選擇通透性。

腎小球內(nèi)皮細(xì)胞

腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞屬窗孔型內(nèi)皮細(xì)胞。腎小球內(nèi)皮窗孔總面積占內(nèi)皮細(xì)胞表面積的 20%～50%;孔徑約 60～100 nm,為白蛋白分子直徑(3.6 nm)的 15倍以上[14],水和小分子溶質(zhì)易通過,但不能限制中大分子物質(zhì)通過。

腎小球內(nèi)皮窗孔是否存在隔膜一直為研究的焦點。Rostgaard等[15]發(fā)現(xiàn)窗孔內(nèi)存在絲狀網(wǎng)塞,即富含硫酸肝素、透明質(zhì)酸的 ESL糖萼[14,16],能阻止大分子物質(zhì)通過。Hjalmarsson等采用還原鐵氰化物鋨酸染色法,電鏡下顯示了窗孔內(nèi)有 1或 2層隔膜[4]。據(jù)此,人們推測窗孔隔膜可能支撐上層的ESL并調(diào)節(jié)腎小球窗孔直徑。但并非所有的腎小球內(nèi)皮窗孔均有隔膜。腎小球內(nèi)皮細(xì)胞窗孔的發(fā)育形成及由隔膜型轉(zhuǎn)化為無隔膜型的過程受血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)調(diào)節(jié)[14]。Ichimura等發(fā)現(xiàn)成熟小鼠的腎小球中僅 2%毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞窗孔表達(dá)細(xì)胞膜囊泡相關(guān)蛋白 1(plasmalemmal vesicle-associated protein-1,PV-1)[17]。有趣的是,在腎小球發(fā)育及 Thy-1.1腎炎恢復(fù)的不同階段,腎小球內(nèi)皮窗孔 PV-1的表達(dá)不一。未成熟的腎小球和治療后的 Thy-1.1腎炎中,內(nèi)皮窗孔隔膜數(shù)目和 PV-1表達(dá)增加[18]。這一方面提示隨著腎小球分化發(fā)育成熟,隔膜結(jié)構(gòu)逐漸消失,以保證高效濾過功能;另一方面,腎小球疾病恢復(fù)過程中,窗孔隔膜及 PV-1的重現(xiàn)可能參與了腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮的重塑修復(fù)過程。

腎小球基膜(GBM)

GBM為凝膠狀的細(xì)胞外基質(zhì),主要由 IV型膠原、層粘連蛋白(laminin)、巢蛋白以及蛋白聚糖構(gòu)成,為最重要的靜水壓緩沖結(jié)構(gòu)。隨著 GBM的發(fā)育成熟,IV膠原的組分由 α1、α2亞鏈逐漸向更加堅韌的 α3、α4、α5亞鏈轉(zhuǎn)化。發(fā)育成熟的 GBM中l(wèi)aminin構(gòu)成以 α5β2γ1鏈為主,鏈接 GBM各成分,并與足細(xì)胞基底側(cè)表面受體 α3β1整合素、α6β1整合素及 α-dystroglycan相互作用。GBM中蛋白聚糖以 HSPG為主,主要分布于外疏松層。GBM中HSPG的基質(zhì)蛋白核心包括基膜蛋白聚糖、集聚蛋白(agrin)、膠原 XVIII。隨著腎單位的發(fā)育,GBM中基膜蛋白聚糖、膠原 XVIII減少,而 agrin表達(dá)增加,構(gòu)成 GBM中主要的 HSPG。

GBM既往被認(rèn)為是腎小球濾過的主要機械和電荷屏障。隨著足細(xì)胞裂孔膜復(fù)合體的發(fā)現(xiàn),人們認(rèn)為 GBM是腎小球的粗過濾裝置。部分學(xué)者認(rèn)為與 agrin相連的 HSPG是 GBM電荷屏障的主要組分,HSPG的減少是蛋白尿產(chǎn)生的原因。動物實驗發(fā)現(xiàn)非肥胖性糖尿病小鼠、嘌呤霉素腎病、被動型Hyemann腎炎模型中均有硫酸肝素表達(dá)下調(diào)。Raats等[19]利用 agrin抗體和硫酸肝素抗體觀察不同腎臟疾病患者的 GBM,發(fā)現(xiàn) agrin沒有變化,側(cè)鏈硫酸肝素表達(dá)量與蛋白尿呈反比。并探討了不同腎臟疾病動物模型中硫酸肝素減少的機制:狼瘡性腎小球腎炎中抗核抗體核小體遮蔽了硫酸肝素;阿霉素腎病中硫酸肝素被活性氧自由基解聚;鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)大鼠中高糖抑制硫酸肝素的合成。Van den Hoven等[20]也發(fā)現(xiàn)尿蛋白 ＞2g/24h的顯性糖尿病腎病(DN)患者中硫酸肝素表達(dá)減少,伴有肝素酶的升高。相反,有的學(xué)者認(rèn)為硫酸肝素減少可能是繼發(fā)于蛋白尿的變化。因為離體GBM對陰電荷硫酸蔗聚糖和中性蔗聚糖的篩選系數(shù)無差異;早期 DN和微小病變性腎病患者的 GBM硫酸肝素表達(dá)無明顯變化[21,22];體內(nèi)注射類肝素酶的小鼠未產(chǎn)生蛋白尿[23];足細(xì)胞特異 Ext1基因敲除的小鼠缺乏硫酸肝素側(cè)鏈多聚化相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶,出生 8月后才產(chǎn)生蛋白尿[24]。然而,肝素酶抗體或抑制劑 PI88可以減少被動型 Hyemann腎炎大鼠的蛋白尿[25]。綜上可見,HSPG在腎臟蛋白尿的發(fā)生中并非僅僅依賴于其陰電荷屏障作用。因為硫酸肝素還介導(dǎo)足細(xì)胞與基膜黏附、結(jié)合并轉(zhuǎn)導(dǎo)生長因子信號等[19]。此外,IV型膠原 α3和(或)α5亞鏈缺失所致的 Alport綜合征,及近期研究發(fā)現(xiàn)lamininβ2、α5缺陷導(dǎo)致的蛋白尿[26,27],均提示 GBM為腎小球機械屏障的重要組分。

足細(xì)胞與裂孔膜復(fù)合體

蛋白尿的產(chǎn)生常伴有足突融合等足細(xì)胞損傷現(xiàn)象。1999年nephrin的發(fā)現(xiàn),讓人們認(rèn)識到足細(xì)胞和裂孔膜復(fù)合體是 GFB的最關(guān)鍵部分。隨后發(fā)現(xiàn)許多足細(xì)胞分子基因突變導(dǎo)致大量蛋白尿,如nephrin(NPSH1)、podocin(NPHS2)、α-actinin IV(ACTN4)、瞬時受體電位陽離子通道蛋白 6(transient receptor potential cation channel 6,TRPC6)、willims瘤抑癌基因 (WT1)、lamininβ2(LAMB2)、Phospholipase C eplison 1(PLCE1)。根據(jù)分布的部位,足細(xì)胞分子可以分為裂孔膜、頂膜、基底膜及骨架蛋白四大類。其中細(xì)胞骨架蛋白為中心環(huán)節(jié),其余三類分子直接或間接與骨架蛋白相連,動態(tài)維持足細(xì)胞的極性結(jié)構(gòu)和功能。

足細(xì)胞與神經(jīng)元類似,為高度分化的極性細(xì)胞,通過極性復(fù)合物與小 G蛋白如 Rac、Rho、Cdc42協(xié)調(diào)作用,調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架,維持頂部、底部和側(cè)部分子的分布及功能差異。目前已知在上皮細(xì)胞極性建立和維持中最主要的三個極性復(fù)合物是:Par-aPKC復(fù)合物、Scribble(Lgl-Dlg-Scrib)復(fù)合物和 Crb(Crb-Pals-PATJ)復(fù)合物。三者共同配合發(fā)揮功能。Par-aPKC復(fù)合物即 aPKC-Par3-Par6,分布于上皮細(xì)胞緊密連接處、神經(jīng)元軸突生長錐和足細(xì)胞裂孔膜。Par-aPKC復(fù)合物在足細(xì)胞分化發(fā)育過程中由頂部轉(zhuǎn)至基底面和側(cè)面,早于裂孔膜復(fù)合體的形成,在維持足突的形態(tài)功能以及誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷后修復(fù)中起著重要作用。Par3為載體蛋白,承載 Par6和蛋白激酶 C(aPKC),與 Par6同樣具有 PDZ結(jié)構(gòu)域,即最初發(fā)現(xiàn)于后突觸密度蛋白(PSD95/SDP90)、果蠅腫瘤抑制因子(DLG-A)和緊密連接蛋白(ZO-1)中 80～90 kD大小的同源結(jié)構(gòu)。Par3的兩個 PDZ結(jié)構(gòu)域分別直接與 nephrin以及 neph1結(jié)合,參與足細(xì)胞裂孔膜復(fù)合體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Rac、Cdc42激活后導(dǎo)致 Par6構(gòu)象改變,促進(jìn) aPKC磷酸化激活?；罨蟮?aPKC直接結(jié)合并磷酸化 KIBRA(kidney brain)。KIBRA為新發(fā)現(xiàn)的一種具有 WW結(jié)構(gòu)域的胞漿蛋白,因主要分布于大腦和腎臟而得名,在腎臟正常表達(dá)于足細(xì)胞、部分小管及集合管上皮細(xì)胞內(nèi)。足細(xì)胞內(nèi)的KIBRA與 PATj作用后結(jié)合dendrin、synaptopodin,調(diào)節(jié)肌動纖維,使足細(xì)胞定向移行[28]。抑制 aPKC可致足突融合和細(xì)胞骨架紊亂;足細(xì)胞特異性敲除aPKCλ/ι的小鼠足細(xì)胞 Podocalyxin、裂孔膜分子分布異常伴毛細(xì)血管袢節(jié)段硬化,表現(xiàn)為腎病綜合征[29,30]。

足細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)節(jié)在維持 GFB功能中的地位越來越被重視。體外永生化溫度敏感小鼠和人足細(xì)胞系的建立使足細(xì)胞信號通路的研究成為可能。 nephrin、podocin、α3β1整合素等分子除作為足細(xì)胞結(jié)構(gòu)分子外,還具有跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。近期在獲得性腎臟疾病中,參與足細(xì)胞損傷的受體分子及信號通路的相關(guān)研究取得了突破性進(jìn)展。尿激酶受體(urokinase receptor,uPAR)、M型磷脂酶 A2受體(phospholipase A2 receptor,PLA2R)Notch、鈣調(diào)神經(jīng)蛋白(calcineurin)等分子的發(fā)現(xiàn)為足細(xì)胞病變的發(fā)病機制以及針對性治療開啟了新紀(jì)元。

uPAR為分布廣泛的細(xì)胞表面糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白激酶,無胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域,通過結(jié)合尿激酶或與整合素、G蛋白偶聯(lián)受體等分子作用轉(zhuǎn)導(dǎo)信號,調(diào)節(jié)細(xì)胞流動性,參與炎癥、損傷修復(fù)以及腫瘤轉(zhuǎn)移等。近來 Wei等[31]發(fā)現(xiàn) uPAR-αvβ3-Vitronectin信號通路參與了蛋白尿的產(chǎn)生。uPAR在正常腎組織固有細(xì)胞中組成性表達(dá),而高表達(dá)于 DN、局灶節(jié)段性腎小球硬化 (FSGS)患者的足細(xì)胞。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)小鼠足細(xì)胞 uPAR上調(diào)、Vitronectin表達(dá)增加,激活 β3整合素,導(dǎo)致蛋白尿;而 uPAR基因敲除的 Plaur-/-小鼠對 LPS抵抗,無蛋白尿產(chǎn)生?？梢?足細(xì)胞 uPAR是參與蛋白尿產(chǎn)生的關(guān)鍵分子之一。

PLA2R為 1型跨膜受體,屬哺乳動物甘露糖家族,與分泌型的磷脂酶 A2具有高親和力。人PLA2R最早從腎組織中克隆發(fā)現(xiàn)。Beck等[32]采用移植供腎的腎小球與膜性腎病(MN)患者血清反應(yīng)后進(jìn)行 western blot和質(zhì)譜分析,發(fā)現(xiàn) 70%特發(fā)性膜性腎病患者腎小球足細(xì)胞表達(dá) M型 PLA2R;且循環(huán)中存在 IgG4亞型的抗 M型 PLA2R抗體,隨病情緩解滴度降低。但足細(xì)胞 M型 PLA2R介導(dǎo)的胞內(nèi)信號通路以及對腎小球濾過功能的影響尚待進(jìn)一步探討。

Notch是一種跨膜蛋白,由胞外受體和胞內(nèi)段兩部分構(gòu)成,分為 1-4亞型,表達(dá)分布具有組織和細(xì)胞特異性。相鄰細(xì)胞間通過 Notch受體放大并固化彼此間的分子差異,在發(fā)育過程中對細(xì)胞的分化方向、增殖和凋亡至關(guān)重要,決定著細(xì)胞的命運[39]。Notch信號通路最初發(fā)現(xiàn)于果蠅的神經(jīng)系統(tǒng),在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的早期通過抑制原神經(jīng)基因決定外胚祖細(xì)胞向具有神經(jīng)系統(tǒng)或上皮層潛能的干細(xì)胞分化,隨后進(jìn)一步調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)母細(xì)胞或周圍神經(jīng)系統(tǒng)的感覺器官前體細(xì)胞等特定的神經(jīng)細(xì)胞亞群分化[40]。Notch胞外受體與 Jagged及 Delta家族結(jié)合后,經(jīng)解離素金屬蛋白酶(a disintegerin and metalloproteinase,ADAMs)、γ分泌酶復(fù)合體裂解產(chǎn)生 Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(ICN1)。ICN1入核后與轉(zhuǎn)錄激活因子 RBPj、MAML、P300結(jié)合后誘導(dǎo) hes、hey家族基因轉(zhuǎn)錄。Notch信號通路與腎臟發(fā)育和疾病密切相關(guān)。最早腎單位囊泡期表達(dá)Notch 1和 Notch 2 mRNA,S期內(nèi)皮細(xì)胞和遠(yuǎn)端小管上皮細(xì)胞分別表達(dá) Notch3和 Notch4。Niranjan等[41]發(fā)現(xiàn)活性 Notch即 ICN1在健康嚙齒類動物中無表達(dá);而在 8周齡的 STZ大鼠、db/db小鼠足細(xì)胞中高表達(dá),導(dǎo)致 nephrin、podocin和 WT-1減少,足突融合、足細(xì)胞脫落和球性硬化。足細(xì)胞特異的 RBPj敲除可以緩解 db/db小鼠腎臟損傷,γ分泌酶抑制劑能減輕嘌呤霉素大鼠的蛋白尿。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DN、FSGS患者中足細(xì)胞 ICN1表達(dá)上調(diào),激活 p53,介導(dǎo)足細(xì)胞凋亡。

calcineurin為近期發(fā)現(xiàn)的與足細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)密切相關(guān)的分子之一。calcineurin是一種鈣離子依賴的絲/蘇氨酸磷酸激酶,由活性亞基 A(CnA)、催化亞基 B(CnB)構(gòu)成。A亞基具有 α(CnAα)、β(CnAβ)、γ(CnAγ)三種異構(gòu)體,分布具有組織特異性。caclineurin最初在大腦發(fā)現(xiàn),通過活化 T細(xì)胞核因子 (nuclear factor of activated T-cells,NFAT)信號通路或者與細(xì)胞骨架蛋白結(jié)合,參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)元的軸突延伸和凋亡等[33]。小鼠腎小管表達(dá) CnAα、CnAβ[34],參與腎臟發(fā)育、調(diào)節(jié)腎小管上皮細(xì)胞 Na+/K+ATP酶活性和水通道蛋白的表達(dá)分布[35,36]。Faul等[37]發(fā)現(xiàn) CnA與 synaptopodin結(jié)合,使 synaptopodin去磷酸化、與 14-3-3蛋白解離,從而易被 capthesin L降解,導(dǎo)致肌動蛋白排列紊亂。轉(zhuǎn)基因或 LPS誘導(dǎo)小鼠足細(xì)胞 calcineurin表達(dá)上調(diào),synaptopodin、RhoA、dynamin、ZO-1表達(dá)下降,產(chǎn)生大量蛋白尿。劉志紅等[38]研究表明,部分特發(fā)性膜性腎病患者的足細(xì)胞 CnAα表達(dá)增加伴synaptopodin表達(dá)減弱。其中 2例患者經(jīng) FK506治療達(dá)臨床完全緩解后重復(fù)腎活檢,發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞CnAα表達(dá)減少伴隨 synaptopodin表達(dá)增加。這為MN足細(xì)胞損傷的機制以及分子靶向治療提出了新的闡釋和方向。

足細(xì)胞下間隙

傳統(tǒng)認(rèn)為腎小球只有兩個囊腔即毛細(xì)血管腔和包曼囊腔。毛細(xì)血管腔內(nèi)液體通過內(nèi)皮細(xì)胞、GBM,經(jīng)足細(xì)胞裂孔膜濾過后進(jìn)入包曼囊腔。然而,足細(xì)胞發(fā)出初級和次級突起,以足突附著于基膜[42],而非以胞體直接錨定。因此,人們推斷 GBM與足細(xì)胞胞體間可能存在間隙。隨著電鏡技術(shù)的應(yīng)用,20世紀(jì) 50年代人們發(fā)現(xiàn)腎小球毛細(xì)血管與足細(xì)胞胞體間存在腔隙[43]。2005年Neal等采用電鏡三維重建技術(shù),進(jìn)一步證實了足細(xì)胞胞體、足突、和基膜三者間存在第三腔隙,即 SPS(圖2),占 GBM外表面積的60%[44]。液體經(jīng)GBM濾過后大部分匯入 SPS,再經(jīng)狹窄的 SPS出孔,匯入足細(xì)胞間腔隙,最后到達(dá)包曼囊腔;僅小部分經(jīng)裂孔膜濾過直接進(jìn)入包曼囊腔。

圖2 足細(xì)胞下間隙[71]

SPS為 GFB阻力的重要組成部分。SPS覆蓋區(qū)域的毛細(xì)血管外周阻力為 SPS裸露區(qū)的 900～14 500倍[45]。SPS內(nèi)的液壓為內(nèi)皮細(xì)胞和 GBM承受的水流壓力之和的 2.5倍,受SPS出孔調(diào)節(jié),在毛細(xì)血管外壓調(diào)節(jié)中起著重要作用[45]。足細(xì)胞可通過 SPS感受腎小球灌注壓和濾過速率,調(diào)節(jié)整個濾過屏障的阻力。當(dāng)腎小球灌注壓升高時,足細(xì)胞通過牽張感受器激活 Ca2+通道,足細(xì)胞骨架收縮,SPS出孔縮小,SPS深度縮小且壓力增加,限制液流通過GBM[44,45]。

SPS不僅調(diào)節(jié)濾過屏障液流阻力,還限制中大溶質(zhì)分子的移動。Salmon等[46]在離體灌注腎小球及大鼠腎臟中,分別選取羅丹明標(biāo)記的右旋糖酐(10kD)和熒光黃(lucifer yellow)作為示蹤劑,采用多光子熒光成像法動態(tài)觀察比較了不同大小的溶質(zhì)分子通過腎小球毛細(xì)血管袢SPS覆蓋區(qū)與裸露區(qū)的過程。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)羅丹明標(biāo)記的右旋糖酐在腎小球毛細(xì)血管腔內(nèi)灌注濃度穩(wěn)定的情況下,隨著時間推移,腎小球毛細(xì)血管腔外圍 SPS裸露區(qū)熒光強度恒定,而 SPS覆蓋區(qū)熒光強度逐漸增加。但熒光黃在腎小球毛細(xì)血管袢SPS覆蓋區(qū)和裸露區(qū)的熒光強度均恒定,不隨時間延長而增加。這提示羅丹明標(biāo)記的右旋糖酐滯留并蓄積于 SPS,SPS對大分子物質(zhì)具有篩選作用。

GFB結(jié)構(gòu)間的交互作用

GFB各層之間緊密聯(lián)系,相互依賴,維持著腎小球的選擇通透性。VEGF、骨形成蛋白 (bone morphogenetic protein,BMP)、內(nèi)皮素 1(endothelin 1,ET-1)、谷氨酰胺等生長因子或神經(jīng)介質(zhì),通過旁分泌或自分泌方式參與 GFB的動態(tài)調(diào)節(jié)。

足細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞 腎臟局部 VEGF主要由足細(xì)胞合成分泌,部分可與硫酸肝素結(jié)合貯存于GBM。VEGF以旁分泌或自分泌方式作用于內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞本身,在 GFB功能維持中起著重要作用。VEGF家族包括 VEGF-A、B、C、D、E五種類型及胎盤生長因子、血小板衍生生長因子?，F(xiàn)已知足細(xì)胞合成 VEGF-A、C。腎臟 VEGF-A主要有 VEGF165,120,188三種亞型,以 VEGF165異構(gòu)體為主,通過VEGF受體 2發(fā)揮作用。VEGF-A旁分泌作用于內(nèi)皮細(xì)胞 flt-1、flk-1受體,調(diào)節(jié)內(nèi)皮窗孔形成,維持內(nèi)皮細(xì)胞對大分子物質(zhì)的通透[47,48],而 VEGF-C限制大分子物質(zhì)通過[49]。自分泌的 VEGF-A、C通過nephrin、PI3K/AKT、p38MAPK等信號通路調(diào)節(jié)足細(xì)胞的存活和功能。VEGF-A的中和抗體通過抑制PI3K/AKT、上調(diào) p38MAPK促足細(xì)胞凋亡,而該作用可被外源性 VEGF-C部分緩解[50,51]。缺氧、高糖及血管緊張素 II等刺激 VEGF合成[52]。DN患者早期VEGF升高伴高濾過[53],隨著病情進(jìn)展、球性硬化,VEGF表達(dá)減少[54]。先兆子癇患者 sflt-1增加伴NO合成減少,VEGF活性降低,腎臟表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞溶解、血栓性微血管病變[55]。另外,腎小球發(fā)育亦受 VEGF的精細(xì)調(diào)節(jié)。足細(xì)胞特異敲除 VEGF的小鼠內(nèi)皮細(xì)胞移行、分化、窗孔形成障礙,圍產(chǎn)期腎功能衰竭導(dǎo)致死亡[56]。VEGF單個等位基因缺失的小鼠內(nèi)皮細(xì)胞溶解,出生后 2.5周內(nèi)出現(xiàn)蛋白尿,進(jìn)行性腎功能惡化,于 9～12周時死亡[56]。而VEGF過度表達(dá)的小鼠腎小球毛細(xì)血管袢溶解,產(chǎn)生蛋白尿,出生后 1周內(nèi)腎衰竭死亡[56]。

足細(xì)胞產(chǎn)生的 BMP,也通過旁分泌或自分泌方式作用于腎小球內(nèi)皮細(xì)胞或足細(xì)胞,維持 GFB的結(jié)構(gòu)和功能。BMP屬轉(zhuǎn)化生長因子 β(TGF-β)超家族,與細(xì)胞膜上 BMP I型或 II型受體結(jié)合后,經(jīng)Smad或非 Smad(如 p38 MAPK)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),與腎臟、心腦血管疾病密切相關(guān)[57]。內(nèi)皮細(xì)胞表面存在 BMP2,4,6,7對應(yīng)的受體。不同的受體亞型作用各異。BMP2促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞移行,BMP4促凋亡,二者均可抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖[57]。BMP7為保護性分子,在 DN足細(xì)胞中表達(dá)減少伴足細(xì)胞脫落;轉(zhuǎn)基因或者外源性BMP7通過穩(wěn)定 podocin、synaptopodin緩解高糖對足細(xì)胞的損傷[58]。另外,腎小管上皮細(xì)胞產(chǎn)生的 BMP7通過拮抗 TGF-β1抑制腎小管上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化,延緩糖尿病小鼠腎臟纖維化[59]。

病理情況下,內(nèi)皮細(xì)胞釋放的 ET-1激活足細(xì)胞內(nèi)皮素 A受體(endothelin receptor A,ETAR),通過基質(zhì)金屬蛋白酶 9(MMP-9)、p38MAPK、Rho/PI3K等信號通路介導(dǎo)足細(xì)胞損傷,導(dǎo)致蛋白尿和腎小球硬化。Collino等[60,61]體外實驗發(fā)現(xiàn)先兆子癇患者的血清或持續(xù)高糖刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生ET-1;ET-1作用于足細(xì)胞,使 nephrin、synaptopodin表達(dá)減少,細(xì)胞骨架紊亂。以上病變可被 ETAR阻斷劑抑制。臨床試驗也證實 ETAR阻斷劑可以緩解蛋白尿,延緩慢性腎臟疾病進(jìn)展[62]。此外,內(nèi)皮細(xì)胞損傷后釋放的血管緊張素 II、人單核細(xì)胞趨化蛋白 1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1),也可以導(dǎo)致足細(xì)胞骨架和 nephrin改變[62]。綜上可見,無論生理還是病理情況下,腎小球足細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間存在緊密聯(lián)系。

足細(xì)胞與基膜 足細(xì)胞與 GBM的交互作用對維持 GFB功能至關(guān)重要。發(fā)育成熟的腎小球中,主要由足細(xì)胞合成分泌 GBM成分、基質(zhì)降解酶,調(diào)節(jié)GBM的更新。足細(xì)胞基底側(cè)膜受體分子α-dystroglycan、整合素與 laminin、agrin結(jié)合,介導(dǎo)足細(xì)胞黏附于 GBM,并且通過整合素連接激酶(integrin-linked kinase,ILK)等參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo),調(diào)節(jié)足細(xì)胞骨架、足突分化和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化。ILK不僅連接整合素與細(xì)胞骨架、裂孔膜分子nephrin[63],而且還通過磷酸化下游的 PKB/AKT、GSK-3β等分子,促進(jìn)足細(xì)胞凋亡、β-catenin蓄積并向核內(nèi)轉(zhuǎn)移,從而誘導(dǎo) E鈣粘素、MMP-9表達(dá),導(dǎo)致足細(xì)胞表型轉(zhuǎn)分化、與基膜黏附減弱。因而,ILK被認(rèn)為是蛋白尿發(fā)生中的下游效應(yīng)分子。DN、先天性芬蘭型及移植后復(fù)發(fā)的 FSGS患者足細(xì)胞均存在ILK過度表達(dá)[64-66]。ILK抑制劑可阻止足細(xì)胞發(fā)生上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化,從而緩解蛋白尿[67]。

GBM與足細(xì)胞相輔相成。一方面,基膜分子缺失導(dǎo)致足細(xì)胞黏附、分化功能障礙。lamininβ2-/-的小鼠 GBM超微結(jié)構(gòu)似乎完整,但 laminin陰電荷分布異常;出生后早期即產(chǎn)生白蛋白尿,而后出現(xiàn)足突融合和裂孔膜缺失,表現(xiàn)為先天性腎病綜合征伴視網(wǎng)膜、神經(jīng)肌接頭病變[68]。常染色體隱性LAMB2突變所致 lamininβ2缺失可致先天性Pierson綜合征[26]。另一方面,足細(xì)胞病變導(dǎo)致基膜成分改變。足細(xì)胞特異的 lamininα5缺失導(dǎo)致基膜蟲蝕狀增厚,足突融合[27]。LAMA5突變的小鼠發(fā)生蛋白尿、血尿和多囊腎,出生 3～4周后死亡[27]。此外,足細(xì)胞還通過牽張感受器感受張力,足突收縮調(diào)節(jié)SPS壓力和 GBM的擴張度。

足細(xì)胞間突觸傳遞對話 足細(xì)胞間的谷氨酰胺信號通路在 GFB中亦起著重要作用。Rastaldi等[69]發(fā)現(xiàn)成熟的足細(xì)胞具有與神經(jīng)元類似的谷氨酰胺突觸囊泡結(jié)構(gòu),并且表達(dá)與谷氨酰胺胞吐密切相關(guān)的小 G蛋白 Rab3A;同時檢出腎小球足細(xì)胞表達(dá)代謝型和離子型谷氨酰胺受體如 N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)。NMDAR拮抗劑可導(dǎo)致細(xì)胞骨架重排、nephrin重分布,而 NMDAR激動劑可以逆轉(zhuǎn)該現(xiàn)象[70]。足細(xì)胞特異 Rab3A敲除的小鼠足突融合;特異性阻斷NMDAR導(dǎo)致小鼠尿白蛋白增加[70]。臨床也觀察到采用氯胺酮全身麻醉的患者出現(xiàn)白蛋白尿的現(xiàn)象?？梢?足細(xì)胞的谷氨酰胺信號通路在維持自身結(jié)構(gòu)和功能中起著重要作用。

展 望

蛋白尿是腎臟疾病的標(biāo)志,其發(fā)生機制一直為研究的焦點。隨著分子生物學(xué)、免疫學(xué)以及電鏡三維技術(shù)的發(fā)展,ESL、SPS的發(fā)現(xiàn),更新了人們對 GFB精細(xì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。濾過屏障各層結(jié)構(gòu)間的相互調(diào)節(jié),在維持固有濾過屏障的功能中起著關(guān)鍵作用。足細(xì)胞特異基因的發(fā)現(xiàn),體外永生化溫度敏感小鼠和人足細(xì)胞系的應(yīng)用,極大地幫助人們探索足細(xì)胞分子的結(jié)構(gòu)和功能。足細(xì)胞中尿激酶受體、Notch等分子信號通路的發(fā)現(xiàn),為足細(xì)胞靶向性治療提供了新方向。

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