足细胞相关蛋白对糖尿病肾病的影响

李思佳，刘育军

(1.上海中医药大学，上海 200062；2.上海中医药大学附属普陀医院 肾内科,上海 200062)

糖尿病肾病(DN)是糖尿病(DM)微血管并发证之一，其发病率及病死率均较高，其确切发病机制尚未完全阐明。美国的一项研究表明，病程超过25年的DM患者约有25%～40%的DM发生DN，而约有40%的ESRD是因糖尿病肾病引起的[1]。DN最显著的临床特征是尿蛋白排泄增加，从微量白蛋白排泄增多渐进发展至大量蛋白尿，而蛋白尿又是加重肾损害的危险因素之一。蛋白尿的发生与肾小球滤过屏障的结构和功能改变有着密切的关系。 足细胞是附着在肾小球基底膜外的高度分化的细胞,它与GBM、肾小球内皮细胞共同构成了肾小球滤过屏障,近年来研究[2]证明足细胞损伤在糖尿病肾病发生发展过程中起着重要作用。随着对足细胞的深入研究，发现足细胞裂孔隔膜上有与肾小球滤过屏障功能及蛋白尿发生密切相关的重要物质，这些足细胞相关蛋白对糖尿病发生发展有着密切联系。

1 足细胞生理结构和功能

肾小球脏层上皮细胞(glomerular visceral epithelialcel1)又称足细胞(Podocyte)，是一种终末分化多突状细胞,可分为结构和功能不同的3部分，即细胞体、主突和足突。细胞体和主突分布于肾小球囊腔侧并通过足突与肾小球基底膜相连。足突分顶部、基底部及裂隙隔膜(Slit diaphragm，SD)。足突是足细胞的标志性特征，通过α3β1整合素复合体和α-β-蛋白聚糖复合体连接于肾小球基底膜上[3]。Dalla Vestra等[4]对白种人Ⅱ型DM患者的研究也发现有肾小球足细胞密度和数量减少、足突宽度增加等改变，且尿白蛋白排泄率(UAER)与足细胞密度呈反相关，与足突宽度呈正相关；足细胞还可发生肥大、变性，进而从GBM上脱落、丢失，致使硬化肾小球的GBM广泛裸露，持续性损伤将导致足细胞凋亡，最终进展终末期肾功能衰竭[5]。

2 足细胞相关蛋白分子对DN的影响

2.1 Nephrin Nephrin是跨膜蛋白的蛋白,它是免疫球蛋白超家族的一种含1 241个残基的细胞黏附分子，被认为是SD拉链状结构的一部分，分子量为135KD。在其c端富含丝氨酸和酪氨酸残基。它与配体结合时，某些酪氨酸残基发生磷酸化而介导细胞间的信号传递。有研究[7]报道，新生小鼠足细胞开始分化、裂孔隙隔膜形成初期就有nephrin表达。

Nephrin与足细胞胞浆内的ZO-1、肌动蛋白等紧密连接并与细胞骨架相关蛋白相互作用以维持足细胞的正常形态和功能，其基因和(或)蛋白表达异常在蛋白尿的发生机制中有重要作用。对糖尿病患者研究[8]发现，高糖环境下肾小球足细胞Nephrin表达减少，尿蛋白排泄增加，提示DN发病可能与Nnphrin表达下调而增加GBM通透性和基质沉积有关。Forbes JM等[9]的动物模型也发现DN早期nephrin mRNA表达增加，尿中出现nephrin蛋白，后期nephrin mRNA表达逐渐下降，由此推测DN早期nephrin mRNA表达增加是对nephrin蛋白从尿中丢失的代偿性变化。

足细胞nephrin表达减少可能通过下述途径致糖尿病肾病进展及尿白蛋白排泄率增加:1)相邻足突裂孔隔膜分子筛结构破坏，失去肾小球选择性滤过最后屏障。2)肌动蛋白细胞骨架的重排和足突的消失。3)nephrin-CD2AP-podocin复合体是足细胞抗凋亡信号的关键[10]。

2.2 Podocin Podocin是继nephrin之后新近发现的一种蛋白因子，分子量42KD,存在于裂孔膜上呈发夹样结构，插入细胞膜，折叠处位于膜表面。体内外研究[11]证实podocin羧基末端与nephrin胞内段羧基末端及CD2AP相互作用形成蛋白复合体，介导SD与足细胞骨架相连，增强nephrin信号传导。同时Kawachi[12]研究还发现podocin和nephrin可能具有亲和性，蛋白尿时，二者的表达都呈下降趋势，进一步证明二者变化部位几乎相同，从而推测二者的协同表达是维持SD通透性的重要因素。

在同时研究podocin和nephrin在DN中表达变化的实验中,Wu Yc等[13]对DN大鼠通过Westernblot等方法研究发现肾小球足细胞中podocin和nephrin蛋白的表达明显降低。

2.3 CD2AP CD2AP是一种分子量约80kD，富含SH3(Srchomolog 3)结构的连接蛋白，属于免疫球蛋白超家族成员。其主要功能是通过其在T细胞与抗原提呈细胞间的特异性连接中表达，结合CD2黏附分子胞质区，将其与细胞骨架相连，促进T细胞与抗原呈递细胞的黏附，从而使抗原呈递得以进行。CD2AP在足细胞中的功能主要是与nephrin及podocin结合参与足细胞信号转导。研究[14]已证实CD2AP的C末端功能区与Nephrin的胞浆末端结合，在Nephrin和肌动蛋白细胞骨架间起桥梁作用。palmen等[15]通过免疫共沉淀试验发现，CD2AP可经其羧基端的第3个SH3结构域和nephrin直接发生相互作用。

Iyengar等[16]应用连锁分析未发现212例有家族史的糖尿病肾病患者的发病与CD2AP相关，Benigni等[17]的研究中发现DN患者中nephrin的表达明显降低，而podocin和CD2AP的表达没有明显的变化，并且认为nephrin的表达降低和podocin、CD2AP的正常表达可能是DN的特征之一。

2.4 a-actinin-4 a-actinin-4是一种足细胞骨架蛋白，足细胞骨架支撑足细胞的细胞体、主突和足突，在维持足细胞正常形态和功能上发挥着重要作用。a-actinin-4分子是一种actinin微丝交联蛋白，可将松散的肌动蛋白交联成具有收缩能力的纤维束，对于锚定纤维束至胞浆膜具有辅助作用。在足细胞中以Nephrin、Podocin、CD2AP为中心组成的裂隙膈膜复合体也直接或间接地与a-actinin-4 相联系[18]。它的基因突变可引起的遗传性家族性局灶节段性肾小球硬化(FSGS)即表现为足细胞足突融合消失和SD结构破坏[19]。

Kimura M等[20]对17例糖尿病肾病患者肾组织通过原位杂交和免疫组化，发现a-actinin-4 mRNA和蛋白表达均明显降低。Ha.TS[21]在体外研究发现，高糖与糖基化终末产物(AGEs)联合干预下，足细胞a-actinin-4的表达下调，导致DN肾小球足细胞骨架破坏。有研究表明，a-actinin-4表达改变可能是造成足突融合以致发生蛋白尿的原因[22]。

2.5 ZO-1 ZO-1是一个225KD鸟氨酸激酶家族的紧密连接蛋白,位于SD插入足突处的胞质侧，主要表达在足突上，能和actin 细胞骨架相互作用，将SD蛋白连接至肌动蛋白细胞骨架上，对稳定足突结构非常重要[23]。Fukasawa等[24]研究认为，裂孔隔膜上存在紧密连接蛋白(JAM)，可紧密连接足突和GBM，使其不易从GBM上脱落。ZO-1可能通过酪氨酸磷酸化参与信号转导，其分布异常和酪氨酸磷酸化可能与nephrin同源蛋白NEPH1羧基端最后3个氨基酸结合和相互作用，导致细胞内骨架与足突重排，从而引起足细胞形态结构与功能的改变，导致蛋白尿的发生[25]。

Rincon-Choles H等[26]通过免疫组化和WesternWesternblot对Ⅰ型和Ⅱ型DN小鼠模型的研究表明，裂孔膜上的ZO-1在糖尿病小鼠的肾小球上表达减少，ZO-1可从足细胞膜上重新分布到细胞质中,提示ZO-1浓度和位置的改变可能与DN蛋白尿的发病机制有关。Macconi D等[27]在血管紧张素Ⅱ干预了的足细胞的实验研究中发现了ZO-1重分布和选择通透性障碍,并以此推测ZO-1的分布及表达改变在蛋白尿的发生机制中发挥作用。

2.6 podocalyxin 足细胞顶膜区一重要成分即podocalyxin。Podocalyxin是一种CD34相关的跨膜糖蛋白，富含唾液酸，在足细胞表面形成多聚糖蛋白复合物是肾小球滤过膜负电荷屏障的主要组成成分。podocalyxin表面电荷具有抗黏附作用，可以防止带负电荷的蛋白分子从裂孔隔膜中漏入原尿中，podocalyxin蛋白的正常表达是保证肾小球滤过膜电荷屏障的基础，能够抵制相邻足突间及其与基质间的黏附，维持其独特的形态结构[28]。

Koop K等[29]在有蛋白尿的肾小球疾病(局灶节段性肾小球硬化、微小病变、糖尿病肾病、IgA肾病等)患者的肾活检组织中发现肾小球podocalyxin蛋白表达低于正常对照组；Nakaln T等[30]研究发现随着DN病程由微量蛋白尿到大量蛋白尿的形成，足细胞在尿中的检测也有显著差异性，通过应用podocalyxin抗体检测尿中足细胞数量可以作为预测DN严重性和指导治疗的一种指标。

3 小结与展望

近年来的研究都已经证实在糖尿病肾病发生、发展过程中，足细胞在其中起着关键的作用。在高血糖、TGF-β和血管紧张素Ⅱ等致病因素作用下,足细胞裂孔隔膜蛋白、细胞骨架蛋白及细胞骨架与裂孔隔膜之间紧密连接蛋白和顶膜区蛋白表达的改变，继而出现足突融合，足细胞从基底膜上脱离，肾小球滤过屏障通透性增高等结构改变，促进局灶节段性肾小球硬化的发生，肾功能下降，出现蛋白尿。因此研究足细胞相关蛋白分子的表达改变及相应的逆转措施可为糖尿病肾病早期防治带来新的希望。目前对足细胞相关蛋白分子对DN及蛋白尿影响的研究还有许多不完善之处，值得进一步探索研究。

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