公益中国援助定点白癜风医院 http://news.39.net/bjzkhbzy/180415/6169081.html
慢性肾脏疾病影响世界人口的10％以上，大多数情况是由肾脏滤过障碍的疾病引起的，肾脏滤过障碍位于一百万个称为肾小球的微血管单位内。尽管几十年来人们已经知道，肾中的肾小球是血浆超滤和尿液生成的场所，但直到最近，过滤屏障的分子机制和功能仍然没有完全明了。几十年以来，人们认识到肾素-血管紧张素系统抑制剂对降低蛋白尿和减慢糖尿病性肾脏疾病的进展是有益的，但许多患者仍然处于糖尿病和其他蛋白尿性肾脏疾病导致终末期肾衰竭的风险中。
越来越多的证据表明，当钠-葡萄糖共转运蛋白2（SGLT2）抑制剂用于治疗患有蛋白尿和肾功能下降的糖尿病患者或无糖尿病的患者时，它们的降糖作用超出了降糖作用。已经提出了多种机制来解释SGLT2抑制剂的肾脏保护作用，包括降低肾小球毛细血管内的压力，从而保护肾小球足细胞，肾小球足细胞是大多数（即使不是全部）蛋白尿性肾脏疾病的损伤目标。肾小球压力的降低似乎是由传入小动脉的收缩介导的，这些小血管为肾小球微循环提供了来自循环的大量血液。如下所述，这些观察结果与我们目前对肾小球毛细血管压力，肾小球基底膜（GBM）和足细胞在调节肾小球对白蛋白和其他蛋白质的通透性中各自作用的理解非常吻合。
肾脏功能取决于水和小溶质的大量过滤，以清除源自细胞内代谢和胃肠道微生物代谢的潜在毒素，以及维持盐和水以及酸碱稳态。在健康的成年人中，肾小球每天可产生多达升的肾小球滤液，但只有极少量的白蛋白渗入最终产品尿液尿中。尽管估计肾小球滤过液中白蛋白含量的比例（与血浆中相比）根据测量技术而结果有所不同，并且某些经过过滤的白蛋白无疑是通过肾小管重吸收而回收的，与肾小球滤过液一起逸出的血浆蛋白的数量很少，这取决于肾小球滤过屏障的选择性渗透性减少，或者肾小球毛细血管表面积或改变毛细血管壁固有渗透性的疾病会降低肾小球滤过率（GFR）。尽管下游的补偿机制可以在生理水平上维持肾小球-肾小管平衡并调节体液，电解质和酸碱平衡，但即使GFR的小幅降低也与心血管疾病的发病率和死亡率增加以及总生存期降低有关。蛋白尿是通过改变其选择性通透性而影响肾小球毛细血管壁的另一种疾病表现，即使在通常不被视为病理性的尿白蛋白水平下，甚至在没有高血压和糖尿病的情况下，也与心血管发病率和死亡率增加相关。
在本综述中，我们基于定义肾小球滤膜大小和电荷选择特性的经典研究讨论当前的见解，以帮助解释肾小球毛细血管壁的独特结构和成分如何保持高选择性过滤健康时的特性，以及肾脏疾病的变化方式。
足细胞损伤的影响
人肾中每百万个肾小球中的每个毛细血管都包含一个过滤装置。每个过滤装置由三层组成：专门的和有孔的内皮细胞，它们衬在毛细血管壁的内腔侧。基于细胞外基质的GBM，其中包含IV型胶原蛋白，层粘连蛋白和胶原蛋白以及硫酸化蛋白聚糖；以及覆盖GBM外表面的足细胞，通过与相邻足细胞的手指交叉的延伸（足突）紧密包裹肾小球毛细血管（图1）。相邻细胞的足细胞足突被过滤缝隙隔开，过滤缝隙被膜状细胞接合处桥接，称为缝隙隔膜；足突通过各种蛋白质牢固地附着在GBM上，从而导致细胞基质粘附。足细胞的复杂结构可以超滤大量液体和少量溶质，这对于正常清除有毒废物是必不可少的。白蛋白和大多数其他血浆蛋白成分保留在血液中。
足细胞表达的基因突变是家族性和散发性肾脏疾病中白蛋白尿的遗传原因，这刺激了足细胞病理生物学的研究，并加深了我们对肾小球滤过屏障的了解。大约二十年前，这种研究开始于确定芬兰类型的先天性肾病综合征的遗传病因，这是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，由NPHS1突变引起。这些突变导致婴儿和幼儿出现严重的蛋白尿，并伴有进行性肾衰竭。
NPHS1编码免疫球蛋白超家族蛋白nephrin，它是缝隙隔膜的主要组成部分（图1）。肾素分子桥接两个相邻足突之间的距离，形成40nm的膜状细胞连接。Nephrin是滤膜缝隙处的大型多蛋白复合物的一部分（图1），其募集衔接子蛋白以诱导向足细胞细胞骨架的信号传导。现在很清楚，基于肾素的蛋白质相互作用对于塑造独特的足细胞超微结构至关重要，它通过响应机械信号和控制足细胞的细胞骨架重排来介导信号转导（图1）。此外，podocin是NPHS2已经显示出与缝隙膜片处的肾素相互作用并且在也包含离子通道的过滤缝隙处作为机械传感器组织缝隙-隔膜复合物的脂质环境。Podocin是患有“类固醇抵抗”肾病综合征（不能通过糖皮质激素治疗缓解的肾病综合征）的儿童和青少年中最常见的突变蛋白。
许多附加的足细胞表达的基因已经确定的是，当发生突变，导致蛋白尿，包括细胞骨架的基因ACTN4和INF;这些观察结果与足细胞的肌动蛋白细胞骨架在维持足突结构和肾小球滤过屏障的完整性中的关键作用相一致。对这些突变及其产生的突变蛋白的研究清楚地表明，足细胞损伤可引起白蛋白尿。此外，许多获得性疾病，包括糖尿病性肾病，微小变化疾病，局灶性和节段性肾小球硬化，膜性肾病，高血压性肾脏疾病，人类免疫缺陷病毒相关性肾病和狼疮性肾炎，也会影响足细胞，导致滤过屏障和蛋白尿功能障碍。当足细胞受损时，足突的细胞间连接和细胞骨架结构会发生变化，并且这些细胞的特征在于简化的结构，这些变化原则上是可逆的，强调了足细胞的动态结构。但是，足细胞是有丝分裂后的细胞，自我更新的能力非常有限。因此，足细胞的丢失，无论是由于脱落还是细胞死亡，都会导致不可逆转的损害和肾脏滤过单元的瘢痕形成。
足细胞丢失是肾小球硬化发展的罪魁祸首的假设是在30多年前提出的，随后在实验和临床上均得到了证实。在患有类固醇抵抗性肾病综合征的人中，还已经在编码线粒体蛋白的基因中鉴定出突变，从而导致线粒体功能障碍和呼吸酶活性受损。在蛋白尿症的小鼠模型中类似地观察到了这种突变，其中在足细胞中发生了氧自由基的破坏。尽管已鉴定出许多涉及足细胞蛋白质的突变-随着技术的进步，列表不断增加，并且发现更多基因可调节足细胞的功能-多数形式的足细胞损伤都是获得的，其中许多是抗体介导的。
足细胞自身免疫的影响
获得性足细胞自身免疫的一些最早的例子来自海曼肾炎的研究，海曼肾炎是大鼠的膜性肾病模型，循环抗体与靶抗原megalin结合，在足细胞足突脚底的包覆坑中激活补体并引起人类膜性肾病特有的形态学改变。这些改变包括足部过程消失，缝隙隔膜脱位，严重的蛋白尿，活性氧的产生，通过新基质的产生和IV型胶原脂质过氧化导致GBM的紊乱。随后在大多数膜性肾病病例中鉴定了该抗原，并证明该抗原是针对M型磷脂酶A2受体（PLA2R）的循环自身抗体的靶标。PLA2R在人足细胞上表达，并与抗PLA2R自身抗体一起脱落形成上皮下免疫沉淀物。随后在抗PLA2R抗体阴性的膜性肾病病例中发现了越来越多的足细胞靶抗原。与抗PLA2R抗体相比，这些抗体具有相同或非常相似的病理特征，并在临床上表现为肾病综合征或严重的蛋白尿。针对足细胞蛋白的同种抗体引起的肾小球病变。在NPHS1突变（主要为Fin突变）的婴儿中，不存在膈肌膜蛋白Nephrin，因此终末期肾衰竭会在生命的早期发展。当此类患者接受肾脏移植时，有时会复发肾病综合征。但是，其机制不同于先天性肾病综合征。在从未表达过肾素的患者中，该综合征是由于在移植肾脏中针对新抗原的抗血管紧张素同种抗体的发展所致。在啮齿动物模型中，通过针对肾上腺素细胞外区域注射抗体来概括这一观察结果。在患有肾病综合征的婴儿中描述了涉及足细胞抗原的同种免疫肾病患者，其母亲缺乏中性内肽酶（NEP），这是由于先前怀孕时对NEP阳性伴侣致敏。NEP抗体与胎儿足细胞上的NEP结合并在新生儿中诱发膜性肾病，表现为严重的蛋白尿。在所有这些情况下，足细胞损伤，足部过程的简化和GBM的继发性改变是常见的。尽管此类研究明确支持足细胞在维持功能性肾脏滤过屏障中的关键作用，但GBM的缺陷以及肾小球内皮细胞的损伤也可引起白蛋白尿，从而强化了要求所有三层滤过屏障的概念用于选择性肾小球超滤。GBM的贡献可以通过以下事实来例证：皮尔逊氏综合征中层粘连蛋白的成分突变，层粘连蛋白β2链的遗传突变以及IV型α3，α4和α5链的突变Alport综合征中的胶原蛋白64导致白蛋白尿和进行性肾脏疾病。此外，肾小球内皮损伤也可引起白蛋白尿。例如，在先兆子痫中，干扰肾小球内皮细胞的血管内皮生长因子（VEGF）信号导致白蛋白尿和肾病综合症。先兆子痫是一种复杂的高血压疾病，其特征是在美国患有5％至10％的孕妇。通过过度表达可溶性fms样酪氨酸激酶1（sFlt-1），一种可结合并中和VEGF的可溶性VEGF受体。随之而来的VEGF缺乏会导致孕妇血管功能障碍和器官损害。类似地，贝伐单抗的抗VEGF治疗可能会导致白蛋白尿症，高血压和肾小球疾病。
肾小球超滤的生物物理模型
尽管对肾小球滤过屏障进行了数十年的研究，但直到最近才缺乏一种生物物理模型来解释肾滤器如何在允许大分子筛分的同时进行广泛的液体过滤。几十年前，电子显微镜对白蛋白或更大蛋白大小的不同示踪剂进行定位的研究表明，GBM在将血浆中的蛋白质保留同时允许自由过滤水和溶质的过程中起着重要作用，因为示踪剂没有进入水中。GBM但仅限于其内皮下表面。嘌呤霉素介导的足细胞受损，嘌呤霉素是一种抑制蛋白质合成的抗生素，用于研究蛋白尿模型，导致示踪剂连续渗入GBM并被足细胞摄取。相反，其他注入的示踪剂似乎通过了GBM，但在足细胞裂隙隔膜的水平受到阻碍，观察结论是裂隙隔膜是选择性过滤器的主要屏障。几十年来，关于肾小球过滤的争议一直无法解决，基于GBM上的粗滤器和裂隙膜片上的细滤器的解释不能解释为什么肾小球不会被部分过滤的蛋白质阻塞。
鉴于有大量证据表明足细胞损伤是大多数（即使不是全部）蛋白尿性肾脏病的根本原因，因此，采用了包括超高分辨率成像和人类疾病的基因工程小鼠模型在内的新技术，可以在以前没有的条件下检查肾小球滤过屏障超微结构示踪剂以及常规的光和荧光显微镜可以实现。这些进展导致了肾小球超滤实验验证的生物物理模型的发展。约20mmHg的净过滤压力驱动着整个肾小球毛细血管的过滤，该净过滤压力来自约40mmHg的静水压力梯度减去血浆的渗透压（血液进入肾小球毛细血管时约为24mmHg），起到抑制过滤的作用（图2）。出色的腔内压力在毛细管壁上施加了物理力，该力被GBM和足细胞所抵消。具体地，指状足细胞足突充当抵抗肾小球毛细血管中的静水压力的物理力的支柱，从而压缩GBM的凝胶状结构（图3）。由于这些生物物理特性的改变，GBM充当了选择性渗透过滤器78，并限制了对通过扩散和整体流动传输的大分子的渗透性。因此，足细胞的复杂的处理过程不仅最大程度地增加了可用于过滤水和小溶质的面积，而且还提供了抗血压的机械抵抗力，可压缩GBM，保留渗透性并防止白蛋白和其他大分子的损失（图4）。
当足细胞受伤时，它们的结构会更加简化，缝隙膜片的长度会大大减少，从而导致过滤缝隙面积的减少以及水和小溶质的肾小球滤过率的降低（图4）。同时，足细胞的支撑力消失，GBM的压缩力降低，从而增加了对白蛋白的渗透性（图3）。这种结构解释了当白蛋白通透性增加时GFR可能如何下降的难题，这是蛋白尿性肾病患者的一种优雅研究和记录的现象。尽管其他因素的贡献，例如GBM上的电动势以及内皮细胞带电糖萼的排斥功能可能也起了作用。生物物理模型解释了肾小球滤过器如何通过最大化滤过面积（由滤纸的长度定义）如何优化水力传导性，以过滤大量液体过滤狭缝），同时阻止蛋白质通过GBM的压缩而通过。
这些有关肾小球滤过的新数据强调了调节肾小球血流动力学的重要性，并且除了更好地了解血管紧张素转化酶抑制剂或血管紧张素受体阻滞剂的有益作用外，还具有基本的临床意义。在早期蛋白尿疾病中，裂隙膜的长度明显减少。由于认为过滤狭缝的宽度是固定的，并且由桥接相邻足突之间距离的相互作用分子决定，因此缩短过滤狭缝似乎会导致过滤面积的减小。在这种情况下，滤过率至少部分地由血管紧张素II介导的传出小动脉收缩来维持，其有害作用抵消了维持GFR的益处。首先，毛细血管压力的增加不能被有缺陷的足细胞完全抵消，这导致蛋白尿的增加，并可能导致进一步的伤害。其次，在过滤面积减少的同时保持GFR会大大增加屏障处的局部液体流量，通过阻断肾素-血管紧张素系统来预防血管紧张素II介导的小动脉收缩是抗蛋白尿疗法的基石，以限制糖尿病和非糖尿病性肾脏疾病的进行性足细胞损伤和损失。
然而，超滤也通过失去对传入小动脉的调节而发生。数项研究表明，SGLT2抑制剂可减轻糖尿病患者（以及潜在的非糖尿病患者）肾功能的恶化，例如进展为终末期肾脏疾病，血清肌酐水平增加一倍或因肾脏原因死亡。认为主要通过收缩传入小动脉和防止超滤介导的作用。SGLT2抑制作用会减少近端小管内葡萄糖和钠的重吸收，从而重新建立钠向黄斑部牙本质的输送，并通过肾小管肾小球反馈和传入血管收缩来纠正超滤。功能失调的足细胞不能充分抵消肾小球毛细血管压力的升高，提示SGLT2介导的传入小动脉血管收缩可能是有益的（图2）。SGLT2抑制剂的作用在所有肾功能水平上似乎是一致的，估计低至每1.73m2体表面积每分钟30ml的GFR，而降低葡萄糖的作用与肾小球滤过成正比，并且基本上是当肾功能下降时，肾小球的血流动力学下降，强调了在进行性肾脏疾病中调节肾小球血流动力学的重要性。
结论
在过去的20年中，我们对肾小球毛细血管滤过器的功能以及蛋白尿症的潜在机制的探索在不断发展。经过数十年的研究，现在有机会开发基于机制的疗法，该疗法一方面调节肾小球的血流动力学，另一方面保护机械敏感的足细胞，以防止慢性肾脏病的进展。
Figure1(facingpage).MorphologicFeaturesofPodocyteFootProcessesonUltra-High-ResolutionImaging.Scanningelectronmicroscopyshowstheouteraspectofglomerularcapillaries,whereplasmaultrafiltrationoccurs(PanelsAandC).Stimulatedemissiondepletionmicroscopyshowstheslitdiaphragmconnectingadjacentfootprocesses(PanelsBandD)(magentaindicatesnephrin,andgreen,podocin).Colorcodingofadjacentinterdigitatingfootprocesses(PanelsCandD)showstheinteractionbetweenneighboringpodocytes.Alsoshownisaschematicrepresentationoftheslit-diaphragmprotein
