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Wnt信號(hào)通路在腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

2017-04-05 16:01:19楊琳琳程閏夏林云曹靈
山東醫(yī)藥 2017年39期
關(guān)鍵詞:系膜腎炎蛋白尿

楊琳琳,程閏夏,林云,曹靈

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院,四川瀘州646000)

Wnt信號(hào)通路在腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

楊琳琳,程閏夏,林云,曹靈

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院,四川瀘州646000)

腎小球疾病是終末期腎病主要病因之一,發(fā)病機(jī)制仍未完全明確。Wnt信號(hào)通路由Wnt配體和Wnt受體組成,效應(yīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)模式分為經(jīng)典信號(hào)通路和非經(jīng)典信號(hào)通路,參與胚胎發(fā)育、機(jī)體代謝、腫瘤發(fā)生等多種過程,在腎臟疾病的發(fā)病中也發(fā)揮重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn),Wnt信號(hào)通路與急進(jìn)性腎小球腎炎、腎病綜合征、狼瘡性腎炎、糖尿病腎病、HIV相關(guān)性腎病等多種腎小球疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān),主要機(jī)制包括引發(fā)足細(xì)胞凋亡、足突融合與增生、系膜細(xì)胞凋亡、基底膜增厚以及細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積等。

Wnt信號(hào)通路;腎小球疾??;足細(xì)胞;系膜細(xì)胞;基底膜;細(xì)胞凋亡

腎小球疾病是主要累及雙腎腎小球的一組疾病,其臨床表現(xiàn)、病理改變、病程和預(yù)后不盡相同,發(fā)病機(jī)制尚不十分明確。Wnt信號(hào)通路作為一種在進(jìn)化中高度保守、高度復(fù)雜的信號(hào)通路,參與胚胎發(fā)育、機(jī)體代謝、腫瘤發(fā)生等多種過程,而且在腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮重要作用。正常機(jī)體腎臟中Wnt信號(hào)是“沉默”的,但學(xué)者們?cè)诖罅縿?dòng)物腎臟病模型和人類腎臟病組織的研究中發(fā)現(xiàn),腎損傷后Wnt信號(hào)會(huì)被再次激活。大量研究證實(shí),Wnt信號(hào)通路激活可促進(jìn)急性腎損傷、腎臟腫瘤、多囊腎、腎臟纖維化的發(fā)生發(fā)展。關(guān)于Wnt信號(hào)通路在腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用,目前研究較多且結(jié)論不統(tǒng)一?,F(xiàn)就Wnt信號(hào)通路在腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 Wnt信號(hào)的組成、效應(yīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)和生理功能

1.1 Wnt信號(hào)通路的組成 Wnt通路主要成分包括Wnt配體(Wnt蛋白)、Wnt受體[Frizzled家族蛋白(Fz)/低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP)、Dishevelled蛋白(Dsh),β-環(huán)連蛋白(β-catenin)、糖原合成激酶-3β(GSK-3β)、支架蛋白(Axin)、結(jié)腸腺瘤性息肉病基因蛋白(APC)、T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子(LEF)][1]。Wnt蛋白主要通過自分泌或旁分泌的方式激活膜受體而發(fā)揮作用,是Wnt信號(hào)通路活化的重要起始信號(hào)[2]。Fz能夠與多種結(jié)構(gòu)及功能各異的配體相互作用,是Wnt信號(hào)通路最重要的受體蛋白。Dsh蛋白是Wnt信號(hào)經(jīng)典信號(hào)從膜受體傳遞至胞內(nèi)的中心分子,是Wnt信號(hào)通路的正調(diào)控因子。Axin與APC一樣起到支架蛋白的作用,是Wnt信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子。β-catenin主要位于細(xì)胞膜,與下游的TCT/LEF結(jié)合激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。除此之外,人體內(nèi)尚存在天然的Wnt信號(hào)抑制劑,如抗衰老蛋白Klotho,其為內(nèi)生Wnt拮抗劑,可溶性形式與Wnt配體有效結(jié)合和解離,從而負(fù)面調(diào)控Wnt信號(hào)[3]。Dickkopf(DKK)家族的DKK1-4可破壞Wnt與共同受體結(jié)合,抑制β-catenin激活[4]。

1.2 Wnt信號(hào)通路的效應(yīng)轉(zhuǎn)導(dǎo) 根據(jù)Dsh的水平,Wnt信號(hào)通路分為經(jīng)典信號(hào)通路和非經(jīng)典信號(hào)通路。在經(jīng)典信號(hào)通路中,Dsh、APC、Axin、GSK-3β、CK1結(jié)合形成"降解復(fù)合體"。在正常和靜止?fàn)顟B(tài)下,β-catenin被GSK-3β持續(xù)磷酸化,磷酸化的β-catenin與泛素連接酶β轉(zhuǎn)導(dǎo)重復(fù)相容蛋白結(jié)合,最終被E3泛素連接酶降解,因而胞質(zhì)內(nèi)游離β-catenin含量極低。然而,當(dāng)Wnt配體在Fz和LRP5/6作用下,胞質(zhì)中的散亂蛋白(DVL)被磷酸化激活,導(dǎo)致β-catenin去磷酸化,使β-catenin不能被降解;大量游離的β-catenin在胞質(zhì)中積聚,進(jìn)入細(xì)胞核,與T細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子(TCF)/淋巴增強(qiáng)結(jié)合因子(LEF)等轉(zhuǎn)錄因子和Legness蛋白及PYGO結(jié)合形成復(fù)合物,從而激活特異性周期蛋白D1(Cyclin-D1)、c-myc、VEGF、結(jié)締組織生子(CTGF)等靶基因表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞凋亡[5]。非經(jīng)典Wnt通路包括Wnt/平面細(xì)胞極性通路(PCP)、Wnt/Ca2+通路。在PCP通路中,激活Dsh,然后將信號(hào)傳導(dǎo)GTP結(jié)合蛋白和Rac蛋白,激活ROCK和JNK。這條通路主要是參與表面上皮細(xì)胞細(xì)胞骨架重排和細(xì)胞極性的建立[6]。在Wnt/Ca2+通路,激活卷曲蛋白受體三聚物G蛋白,使Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度上升時(shí),蛋白激酶C(PKC)和鈣調(diào)磷酸酶被激活。鈣調(diào)磷酸酶引發(fā)核轉(zhuǎn)錄因子激活T細(xì)胞,調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)[7]。

1.3 Wnt信號(hào)通路的生理功能 Wnt信號(hào)通路可參與多種組織器官的生長發(fā)育。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,當(dāng)神經(jīng)元去極化時(shí),刺激Wnt蛋白釋放,激活NMDA受體,上調(diào)海馬組織中Wnt2表達(dá),促進(jìn)樹突發(fā)育[8]。在泌尿系統(tǒng)中,Wnt信號(hào)通路對(duì)腎單位的形成具有重要作用,主要是Wnt4、Wnt9b、β-catenin在腎小管發(fā)生起始階段的作用。Wnt4蛋白由后腎間充質(zhì)通過自分泌途徑產(chǎn)生并作用于自身,由PAX2激活后啟動(dòng)經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)通路,促進(jìn)細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)小泡體轉(zhuǎn)化為腎小囊的上皮結(jié)構(gòu),參與腎小管形成[9]。非經(jīng)典的Wnt/PCP信號(hào)通路主要參與調(diào)節(jié)腎小管上皮細(xì)胞的極性,調(diào)控細(xì)胞分裂和遷移,促進(jìn)腎小管延長[10]。Wnt9b在輸尿管芽中表達(dá),不僅誘導(dǎo)生后腎原基的形成,而且也是誘導(dǎo)各部分腎小囊分化的主要信號(hào)[11]。

2 Wnt信號(hào)通路在原發(fā)性腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

2.1 急進(jìn)性腎小球腎炎 急性腎小球腎炎多急性起病,臨床上表現(xiàn)為在血尿、蛋白尿、水腫、高血壓基礎(chǔ)上短期出現(xiàn)少尿、無尿、急劇性的腎功能減退;病理表現(xiàn)為彌漫性腎小球損害,廣泛性的壁層上皮細(xì)胞增生,新月體形成,因此亦稱為新月體腎炎。研究者發(fā)現(xiàn),急進(jìn)性腎小球腎炎患者β-catenin蛋白高表達(dá),促進(jìn)VEGF、CTGF表達(dá),從而使細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白沉積。一方面,沉積的ECM使壁層上皮發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)形成細(xì)胞性新月體;另一方面,ECM沉積導(dǎo)致纖維細(xì)胞新月體產(chǎn)生[12]。研究[13]報(bào)道,血管損傷是腎小球壞死壁層上皮增殖、新月體形成、腎功能損害的推動(dòng)力。Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)促紅細(xì)胞生成素(EPO)可通過Wnt/β-catenin通路激活從而提高內(nèi)皮細(xì)胞生存能力、防止血管的損傷,抑制新月體形成。

2.2 腎病綜合征 腎病綜合征表現(xiàn)為大量蛋白尿、低蛋白血癥、水腫、高脂血癥的一組臨床癥候群,按照病理分型可分為系膜增生性腎小球腎炎、微小病變型腎病、局灶性節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)、系膜毛細(xì)血管性腎小球腎炎、膜性腎病。研究表明,Wnt信號(hào)通路主要參與了微小病變型腎病、FSGS、特發(fā)性膜性腎病的發(fā)生和發(fā)展。

2.2.1 微小病變型腎病 電鏡下腎小球上皮細(xì)胞足突腫脹、廣泛融合是微小病變性腎病的主要病理特點(diǎn),大量蛋白尿是最常見的臨床特征。有學(xué)者[15]采用阿霉素誘導(dǎo)微小病變型腎病小鼠模型,發(fā)現(xiàn)損傷足細(xì)胞中Wnt1蛋白過度表達(dá),并激活下游β-catenin活性,抑制nephrin的表達(dá),破壞足細(xì)胞裂孔隔膜完整性,導(dǎo)致大量蛋白尿的產(chǎn)生;使用Wnt/β-catenin信號(hào)抑制劑DKK1后可顯著減少β-catenin表達(dá),明顯改善足細(xì)胞病變,減少蛋白尿,保護(hù)腎功能。Li等[16]在阿霉素誘導(dǎo)微小病變型腎病小鼠模型中發(fā)現(xiàn),注射阿霉素1 d后,Wnt1、Wnt2b、Wnt6、Wnt9a mRNA及蛋白表達(dá)量明顯增加,Wnt4、Wnt10a mRNA及蛋白表達(dá)略增加,而Wnt2、Wnt11 mRNA及蛋白表達(dá)輕微減少。同時(shí)研究者也檢測到Wnt1蛋白在腎小球上皮的表達(dá)在注射藥物的第3天達(dá)到高峰,遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于蛋白尿的產(chǎn)生,因此認(rèn)為Wnt1蛋白可用于預(yù)測腎小球上皮足突損傷。Bohr等[17]在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),足細(xì)胞經(jīng)嘌嶺霉素干預(yù)后,Wnt/β-catenin通路被激活,β-catenin表達(dá)增加,并激活下游LEF,抑制裂孔隔膜相關(guān)蛋白的表達(dá),從而引起足細(xì)胞凋亡,形成大量蛋白尿。

2.2.2 FSGS FSGS是以足細(xì)胞損傷為特征的進(jìn)展性腎小球硬化疾病,大量蛋白尿是最常見的臨床癥狀。足細(xì)胞去分化或喪失在FSGS的啟動(dòng)和發(fā)展中起決定性作用。足細(xì)胞去分化表現(xiàn)為維系足細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架分子的破壞,而肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重排引起足突廣泛融合,進(jìn)而導(dǎo)致大量蛋白尿產(chǎn)生。足細(xì)胞的喪失體現(xiàn)為足細(xì)胞凋亡[18]。FSGS患者Wnt/β-catenin信號(hào)異位表達(dá),抑制Nephrin,使Nephrin在硬化區(qū)無法表達(dá),足細(xì)胞正常信號(hào)無法得以傳遞,進(jìn)而引起足細(xì)胞凋亡和肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架分子破壞,出現(xiàn)大量蛋白尿[19]。

2.2.3 特發(fā)性膜性腎病 特發(fā)性膜性腎病大多與抗磷脂酶A2受體抗體相關(guān),抗磷脂酶A2受體抗體與足細(xì)胞上的相應(yīng)抗原結(jié)合,形成原位免疫復(fù)合物,激活補(bǔ)體形成C5b-9復(fù)合物,促進(jìn)足細(xì)胞凋亡,從而產(chǎn)生蛋白尿。目前研究發(fā)現(xiàn),miR-135通過上調(diào)靶基因GSK-3β表達(dá),激活Wnt信號(hào)和β-catenin信號(hào),抑制Nephrin,引起足細(xì)胞凋亡和足細(xì)胞骨架紊亂,破壞腎小球?yàn)V過屏障,最終產(chǎn)生蛋白尿[20]。

3 Wnt信號(hào)通路在繼發(fā)性腎小球疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

3.1 狼瘡性腎炎 狼瘡性腎炎是系統(tǒng)性紅斑狼瘡的常見并發(fā)癥,表現(xiàn)為程度不等的蛋白尿、血尿及腎功能下降。研究表明,免疫復(fù)合物相關(guān)的腎小球基底膜增厚可能導(dǎo)致了腎功能下降。有學(xué)者推測,基底膜成分的合成或降解參與腎小球基底膜增厚過程。在狼瘡性腎炎模型中,Wnt通路被激活,β-catenin與轉(zhuǎn)錄因子LEF/TCF家族成員結(jié)合,激活下游MMP基因,MMP-2、MMP-9表達(dá)減少,減少腎小球基底膜Ⅳ型膠原和層黏連蛋白降解,導(dǎo)致基底膜增厚[21]。研究[22]發(fā)現(xiàn),Wnt通路參與Ⅰ型膠原和纖維蛋白連接素等細(xì)胞外基質(zhì)的形成,表明Wnt通路可能參與狼瘡性腎炎腎臟形態(tài)學(xué)改變?;蚍治鲲@示,在狼瘡性腎炎的進(jìn)展中,Wnt信號(hào)通路改變與腎臟及血清中Wnt抑制劑DKK-1改變是一致的。有學(xué)者[23]建立了F1代雜交大鼠(NZB×NZW)狼瘡性腎炎模型,發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路被激活,β-catenin在腎組織中高表達(dá),并且伴有DKK-1水平代償性升高,提示W(wǎng)nt信號(hào)通路激活可促進(jìn)狼瘡性腎炎的進(jìn)展;后期隨著腎功能逐漸下降,最終導(dǎo)致腎臟纖維化。有學(xué)者[23]發(fā)現(xiàn)β-catenin在狼瘡性腎炎患者腎組織中高表達(dá),伴隨Axin2 mRNA高表達(dá),而Axin2是TCF/LE的應(yīng)答基因,其激活可活化β-catenin蛋白表達(dá),上調(diào)c-jun、CTGF、TWIST等間充質(zhì)細(xì)胞基因的表達(dá),抑制E-cadherin上皮細(xì)胞基因表達(dá),導(dǎo)致腎細(xì)胞外基質(zhì)沉積。

3.2 糖尿病腎病 糖尿病腎病是糖尿病嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥,也是導(dǎo)致終末期腎疾病的最主要原因。腎小球基底膜增厚、系膜基質(zhì)堆積、足細(xì)胞凋亡是糖尿病腎病的病理特點(diǎn)。高糖誘導(dǎo)下的系膜細(xì)胞、足細(xì)胞凋亡是糖尿病腎病重要的發(fā)病機(jī)制之一。糖尿病腎病患者Wnt1、β-catenin mRNA和蛋白表達(dá)上調(diào),Wnt1和β-catenin抑制nephrin的表達(dá),最終導(dǎo)致足細(xì)胞凋亡。在高糖誘導(dǎo)下的系膜細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)中,Wnt信號(hào)通路是被抑制的,表現(xiàn)為Wnt4和Wnt5a表達(dá)下調(diào),β-catenin降解增強(qiáng),核內(nèi)β-catenin表達(dá)減少,系膜細(xì)胞中Capase-3表達(dá)增多,從而導(dǎo)致系膜細(xì)胞凋亡。轉(zhuǎn)染W(wǎng)nt4、Wnt5a的系膜細(xì)胞中β-catenin表達(dá)增強(qiáng),激活Wnt信號(hào)通路,減少高糖誘導(dǎo)下的系膜細(xì)胞凋亡[24];使用硫化氫可阻斷Wnt信號(hào)通路,上調(diào)nephrin表達(dá),減少足細(xì)胞凋亡[25]。

3.3 HIV相關(guān)性腎病 HIV相關(guān)性腎病是由HIV-1病毒感染引起的繼發(fā)性腎小球疾病,主要表現(xiàn)為蛋白尿和腎功能不全,塌陷性局灶性節(jié)段性腎小球硬化。塌陷性局灶性節(jié)段性腎小球硬化與足突的增生和分化標(biāo)志丟失有關(guān)。在人類和小鼠HIV相關(guān)性腎病的腎臟組織中,Wnt信號(hào)被激活,足細(xì)胞中β-catenin表達(dá)上調(diào)?;罨摩?catenin一方面促進(jìn)足突細(xì)胞中Cyclin D1表達(dá),導(dǎo)致足突增殖;另一方面促進(jìn)podocalyxin表達(dá),導(dǎo)致足突分化標(biāo)志丟失。用HIV-1 Tg26轉(zhuǎn)基因小鼠可以復(fù)制HIV相關(guān)性腎病相似的足突細(xì)胞病變[26]。有學(xué)者在HIV-1 Tg26轉(zhuǎn)基因小鼠相關(guān)實(shí)驗(yàn)中,使用DKK1抑制Wnt信號(hào),下調(diào)β-catenin表達(dá),發(fā)現(xiàn)可抑制足突細(xì)胞增生,促進(jìn)分化標(biāo)志的重新表達(dá),改善腎小球?yàn)V過屏障功能,減少蛋白尿,保護(hù)腎功能[27]。

綜上所述,Wnt信號(hào)通路通過多種途徑引起腎小球足細(xì)胞病變、系膜細(xì)胞凋亡、基底膜增厚以及ECM沉積,抑制Wnt信號(hào)通路激活則可減輕腎小球損傷。鑒于Wnt信號(hào)通路與腎小球疾病的關(guān)系,調(diào)控Wnt通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)將是一種有前景的治療腎小球疾病的方法。

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1002-266X(2017)39-0107-04

四川省衛(wèi)生廳科研項(xiàng)目(120342);瀘州市科技局重點(diǎn)項(xiàng)目(2012-S-37)。

曹靈(E-mail: lzcaoling@163.com)

2017-05-28)

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