脂质代谢紊乱与足细胞损伤研究进展

李 莉 冯 科 巩永凤

滨州医学院基础医学院生理学教研室 山东 烟台 264003

截至2017年，全球共有慢性肾脏疾病(chronic kidney diseases，CKD)患者6.97亿例，中国占其中的1/6，并且呈现出逐年上升的趋势[1]。CKD主要包括肥胖相关性肾小球病、糖尿病肾病、局灶节段性肾小球硬化、膜性肾病和微小病变型肾病[2]。进行性蛋白尿与肾小球硬化是它们的共有特征[3]。

肾小球硬化的组织学特征与动脉粥样硬化相似，学术界由此提出了“肾小球粥样硬化”一词[4-5]。这说明CKD的发生与发展与脂质代谢紊乱密切相关。1982年Moorhead等[6]提出了“脂质肾毒性”假说，随后Ruan等[7]于2009年进一步完善这一假说。目前认为，脂肪肾毒性是由于过量脂质在肾脏细胞中积聚，导致细胞内的胰岛素信号异常、线粒体功能障碍、内质网应激和凋亡[8-13]。足细胞是肾小球中终末分化的上皮细胞，能够保持肾脏正常的滤过功能，足细胞数量和功能的改变是导致进行性蛋白尿与肾小球硬化的主要原因。足细胞容易受脂质毒性的影响，一旦失去就不容易被替代[14-15]。本文就脂质在足细胞生物学功能中起到的作用以及足细胞脂质积累在蛋白尿肾病发病中调控机制的研究进展作一综述。

1 胆固醇代谢紊乱与足细胞损伤

相近的足细胞足突相互交错，它们之间留有的缝隙通过40 nm的裂孔隔膜(slit diaphragm，SD)连接。SD是一种蛋白复合物，包括nephrin、podocin、结构蛋白以及离子通道、受体、信号转接器和其他参与细胞信号转导的蛋白，足细胞的结构和功能在很大程度上依赖于SD的完整性。SD实际上是一种脂质筏状结构，胆固醇在SD中的含量是质膜其他部分的5～8倍，这表明胆固醇紊乱可能在足细胞损伤以及蛋白尿发生与发展中发挥重要作用[16-17]。胆固醇合成、内流或外排等过程的紊乱都会对足细胞造成损伤。

胆固醇的合成受到胆固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding proteins，SREBPs)严格调控，SREBP1在1型糖尿病小鼠模型的脂滴积聚过程中发挥作用[18]。SIRT1是组蛋白去乙酰化酶(class III histone deacetylase，SIRTs)家族中的一个成员，可以通过连接粘附分子JAM样蛋白【junctional adhesion molecule(JAM)-like protein，JAML】影响SREBP1的表达水平进而调控足细胞的脂质代谢[19]。SIRT1还可通过表观遗传学机制调控脂质代谢[20]。然而有研究报道，脂肪抑素(SREBP-1和SREBP-2的抑制剂)能够抑制胆固醇合成，治疗链脲佐菌素诱导的糖尿病雄性小鼠，防止肾小球基底膜增厚，但不能改善蛋白尿或高滤过症状[21]。因此，需要进一步研究影响胆固醇合成的其他代谢通路。

CKD患者常常发生血脂异常，包括低密度脂蛋白(LDL)水平异常降低、高密度脂蛋白脂蛋白(HDL)水平异常升高等[22]。LDL和HDL是血液循环中胆固醇的主要载体。胆固醇内流主要是通过LDL受体(LDLR)摄取LDL完成的，LDL进入细胞后被水解成的游离胆固醇通过尼曼匹克C1或C2型转运体(Niemann-Pick C1/C2，NPC1/NPC2)转运至内质网或质膜，而多余的胆固醇则从组织转移到血液循环中。前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)抑制剂通过影响肝细胞内LDL的摄取和清除来调控高脂血症症状[23]。足细胞通过下调磷酸酶张力蛋白同源物PTEN来增加丝切蛋白1型(cofilin-1)的磷酸化进而导致其失活，以此来刺激丝状肌动蛋白的形成，促进胆固醇内吞作用，导致胆固醇在足细胞中积累[24]。

胆固醇从细胞流出主要是通过ATP结合盒转运体A1、G1(ATP-binding cassette transporter A1/G1，ABCA1/ABCG1)和清道夫受体B类I型(scavenger receptor class B type I，SR-BI)进行的。ABCA1介导胆固醇通过载脂蛋白AI(apolipoprotein AI，Apo-AI)和未成熟HDL的转运，ABCG1和SR-BI介导胆固醇通过成熟HDL的转运。当正常的人类足细胞暴露于1型和2型糖尿病患者血清中时，ABCA1表达减少而脂滴积累增加，这表明脂滴的形成与ABCA1有关，且造成了足细胞损伤[11-12, 25]。在人类肾小球细胞中，白介素-1β可通过抑制ABCA1表达来抑制胆固醇外流[26]。艾塞那肽(exendin-4)是一种胰高血糖素样肽1型的激动剂，可以上调肾小球内皮细胞中ABCA1的表达，改善肾小球肥大、基底膜增厚和系膜扩张的病理改变[27]。但是也有研究提到ABCA1的缺乏导致足细胞脂滴的积聚，但不足以引起肾小球损伤[11-12]。因此，关于ABCA1缺乏与足细胞损伤的关系还需要进一步研究。

载脂蛋白L1(apolipoprotein L1，Apo-L1)是与HDL相关的蛋白，可以与APO-A1结合，并促进胆固醇外流，也可能直接参与足细胞的胆固醇代谢过程。在生理条件下，APO-L1有助于保持细胞胆固醇稳态；但在疾病条件下，足细胞APO-L1表达的减少可能导致足细胞胆固醇外排减少和细胞胆固醇积聚，从而导致局灶节段性肾小球硬化和艾滋病毒相关肾病等肾小球疾病的发生与发展[28-29]。

卵磷脂-胆固醇酯酰转移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT)是一种HDL相关酶，它能将胆固醇转化为胆固醇酯，在胆固醇从外周组织逆向运输到肝脏过程中起着重要作用。LCAT缺乏导致胆固醇在许多组织中积累，LCAT浓度或者活性异常将导致胆固醇酯化缺陷以及HDL成熟受损[30]。喂食常规鼠粮的LCAT缺陷小鼠没有表现出肾小球表型，而喂养高脂肪饮食的LCAT缺陷小鼠发生了肾小球病变，包括血管间隙减少、系膜扩张和硬化、细胞外基质增加、脂滴和巨噬细胞聚集[31-32]。

NPC1、NPC2在肾脏中均有表达，NPC2多在肾的近曲小管和远曲小管表达[33-34]。NPC2基因的突变导致细胞内和细胞间运输游离胆固醇受到阻碍，进而导致游离胆固醇在肾细胞核内体与溶酶体中积累，而过量游离胆固醇的积聚对细胞有毒害作用。活检NPC相关的病变肾脏发现泡沫足细胞、空泡状管状上皮细胞和间质中聚集泡沫细胞[35]。

2 甘油三酯和脂肪酸与足细胞损伤

约50%的CKD患者出现了高甘油三酯血症，而游离脂肪酸(FFA)和甘油是甘油三酯的主要组成成分[36-37]。FFA的过量积累在足细胞的损伤和蛋白尿的产生中起到关键作用，FFA以甘油三酯的形式储存在脂滴中，可以有效保护细胞免受其损伤作用[38-39]。细胞通过调节脂肪酸的合成、摄取、储存和β-氧化来维持脂肪酸平衡。脂肪酸和甘油三酯的合成由SREBP1c控制，SREBP1c调控乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)和脂肪酸合酶(fatty acid synthase，FASN)等脂肪生成酶的表达。碳水化合物反应元件结合蛋白(carbohydrate-responsive element-binding protein，ChREBP)是细胞中脂肪合成的重要转录因子。ChREBP的缺乏能够抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1)的活性，从而减缓糖尿病肾病中的脂质积聚[40]。CD36(cluster of differentiation 36)是足细胞吸收FFAs的主要受体。足细胞中的CD36可以通过直接或间接增加脂肪酸的摄取来诱导氧化应激和凋亡[41-42]。脂肪酸转运蛋白4(fatty acid transport protein 4，FATP4)定位于内质网，间接驱动脂肪酸进入细胞[43]。肾脏中的FATP1、FATP2和FATP4的表达被认为是肥胖相关肾小球肾病患者脂质摄取异常的主要原因[44]。细胞中的脂肪酸通常被酯化形成甘油三酯、磷脂和胆固醇三种主要的酯类，或转运到线粒体中进行β氧化和ATP生成。甘油三酯积累增加导致足细胞凋亡和肾小球硬化[45]。Kampe等[46]发现，抑制肉碱棕榈酰转移酶1(脂肪酸氧化限速酶)和AMP活化蛋白激酶(AMPK)下游靶点可增加棕榈酸诱导的足细胞死亡率。

3 其他脂质与足细胞损伤

甘油磷脂和鞘脂也与足细胞损伤有关。Ducasa等[12]发现，足细胞特异性ABCA1缺乏导致线粒体心磷脂(cardiolipins，CL)的积累，促进足细胞的损伤。鞘脂及鞘脂代谢物被认为是细胞信号转导的重要调控因子，对多种疾病的发生与发展起着重要作用。神经酰胺是神经鞘脂代谢途径的核心部分。鞘氨醇激酶将鞘氨醇磷酸化为鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)，神经酰胺激酶催化另一种生物活性脂质神经酰胺-1-磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)的形成。在肥胖相关肾小球肾病患者中，神经酰胺和S1P在足细胞中的积累产生活性氧来诱导线粒体损伤[47]。鞘磷脂磷酸二酯酶样3b蛋白(sphingomyelin phosphodiesterase acid like 3b，SMPDL3b)是一种脂层相关蛋白，在肥胖相关肾小球肾病患者的肾小球中SMPDL3b表达升高。糖尿病小鼠中的足细胞特异性Smpdl3b的缺失导致C1P含量的恢复，与肥胖相关肾小球肾病延迟进展有关[13]。

4 脂滴与足细胞损伤

脂滴是富含脂质的细胞器，从结构上看，脂滴由中性脂核(三酰甘油和胆固醇酯)和磷脂单层组成。脂滴包被蛋白(perilipins)是脂滴外壳中的蛋白质，肥胖相关肾小球肾病患者足细胞中perilipin2表达显著上调，这表明perilipin2表达的增加可能导致糖尿病肾脏中脂滴积累的增加[48]。肥胖相关肾小球肾病患者的尿中perilins2水平升高[49]。自噬可以调节脂代谢和脂滴形成，并显著促进肾纤维化[50]。

5 小结

本文阐述了不同脂质对于足细胞损伤的研究进展，但是不同脂类如何相互作用导致足细胞损伤和CKD进展的机制细节仍不清楚，需要进一步研究脂滴的形成、动力学和降解机制来帮助了解CKD的发病机制。目前治疗CKD的降脂药主要有抑制胆固醇合成的他汀类药物，如洛伐他汀和辛伐他汀(lovastatin and simvastatin)；PPARα/γ激动剂抑制，如非诺贝特(fenofibrate)；抑制ABCA1上调的2-羟丙基-β-环糊精(2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin)；具有抗炎、抗纤维化和抗氧化作用的脂联素[25]。但是这些药物的应用仍然具有一定局限性，如他汀类药物可以减少蛋白尿发病率和患者死亡率，但这一效果不足以减缓非终末期CKD的临床进展[54]。因此，需要进一步明确脂质代谢紊乱与足细胞损伤的关系，并为开发肾脏疾病新的治疗靶点提供理论依据。