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细胞外基质与多囊肾病发生发展之间的关系

时间:2006-11-26栏目:医药卫生论文

  细胞外基质与多囊肾病发生发展之间的关系
  
  【关键词】  多囊肾病(PKD);多囊蛋白(PC);细胞外基质重构
  
  多囊肾病(polycystic kidney disease,PKD)是一种与肾小管上皮细胞异常增殖,内含液体的囊泡形成与增大以及细胞外基质异常有关的疾病[1].常染色体显性遗传PKD(autosomal dominant polycystic kidney disease,ADPKD)的发病率介于1/1000——1/400,是最常见的一种PKD[2],占我国终末期肾衰竭病因的第4位。至少有3种基因Pkd1、Pkd2、Pkd3突变可以引起ADPKD,其中85%是由Pkd1突变引起的。Pkd1基因表达产物为多囊蛋白-1(PC1),目前认为PC1结构功能缺陷是肾囊泡发生和发展的主要原因。斑马鱼实验模型研究提示,与人类PKD基因高度同源的pkd1a/b和pkd2与调节细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的分泌和装配有关,从而改变基质完整性,这可能是ADPKD病变中的病理学基础之一[3].以人类ADPKD肾为材料,采用标准EnVision免疫组织化学方法(又称ELPS法)的研究表明,PC1的异常表达可以引起多种细胞外基质的异常[4].PC1具有特殊的胞外功能域,这些功能域被证明与多种细胞外基质组分有联系。近期研究者们综合应用多种方法研究细胞外基质与多囊肾病发展的关系,并试图通过调控细胞外基质的重构,抑制多囊肾病的病程发展,许多抑制细胞外基质重构的药物也应用于动物ADPKD模型中。 本文将从PC1结构和功能,PC1与细胞外基质的联系,细胞外基质与ADPKD发展的相互影响和通过影响ECM重构而在ADPKD病程发展中起抑制作用的药物几方面介绍细胞外基质与多囊肾病的发生发展之间的关系。
  
  1 多囊蛋白1(PC1)
  
  1.1 PKD基因
  
  将斑马鱼的PKD1同源基因pkd1a&b敲除引起背轴弯曲、脑积水、软骨和颅侧缺陷,前肾低频率(10%——15%)的囊泡形成。在敲除PKD2基因的个体中则重点表现为背轴异常弯曲。研究提示ipkd1a/b和pkd2与调节ECM分泌和装配有关,从而改变基质完整性,这可能是ADPKD病变中的基础缺陷之一[3].
  
  1.2 PC1的结构与功能
  
  PC1功能域中包括位于N端附近的两个富含亮氨酸的重复序列(LRR),其两端分别为富含半胱氨酸和羧基区域,合称flank-LRR-flank.flank-LRR-flank排列与蛋白质-蛋白质间联系密切相关[5].还包括一个糖基化的C型凝集素功能域。15个Ig样重复序列连续排列于C型凝集素功能域C端,另外一个Ig样重复序列则位于C型凝集素功能域N端一侧。紧接着15个Ig样片段C端处的是4个纤连蛋白3型相关序列。此外,发现在凝集素和Ig样重复之间存在一个富含半胱氨酸的,低密度的脂蛋白A功能域[6].在正常情况下,这些功能域排列于细胞外并且参与细胞-细胞或细胞-基质间联系。
  
  2 PC1与ECM的联系
  
  2.1 PC1与信号转导
  
  近期研究显示ADPKD肾中的失去极性的上皮细胞可以异常表达上皮生长因子受体和具有Na+-K+-ATP酶活性的膜蛋白[7].这种异常表达是由于胚胎基因ErbB2和Na+-K+-ATP酶β-2亚基基因没有正常关闭所致。有学者提出一种可能的模型,认为PC1参与了上述基因的表达调控[8].根据这个模型,正常情况下,PC1通过与细胞外成分结合而获取信息,并通过其C端磷酸化信号传导调控基因转录。在ADPKD细胞中缺乏这种信号级联反应,引起基因转录异常导致肾的异常发育。在PC1与基质配体,比如整合素簇和粘着斑复合体结合后,这些配体被酪氨酸蛋白激酶如粘着斑激酶和Src磷酸化而产生活性,进一步引起下游的级联反应影响活性基因调控蛋白(active gene regulatory protein,AP-1)依赖型基因的转录[9].除了通过调控AP-1依赖型基因的转录,PC1还被发现能通过wnt通路调节TCF依赖型基因的转录。PC1抑制中间转导物糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)的磷酸化,从而导致β-连环蛋白的稳定性增加而积聚,β-连环蛋白又可以与转录因子TCF结合成为复合体,从而激活TCF反应性基因的转录[10](见图1)。图1 PC1通过c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)途径调节AP-1类基因的表达以及通过Wnt途径调节TCF反应性基因的表达哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白简称mTOR,此通路在正常情况下被抑制,在ADPKD中则被激活,mTOR影响胶原蛋白的合成与稳定,并与TGF-β和αvβ3整合素信号通路相互作用,影响细胞外基质的产生。PC1可以调节mTOR和转录因子STAT6通路。薯球蛋白是结节性硬化基因-2(tuberous sclerosis2,TSC2)的编码产物,是mTOR途径中的重要调节因子。mTOR活性依赖于小片段G蛋白的GTP结合状态,薯球蛋白通过其GAP功能域调节这些小片段的GTP/GAP状态发挥功能。GAP有活性的前提是与错构素(一种PKD1编码产物)结合形成复合物,这种薯球蛋白-错构素复合物在正常情况下抑制mTOR[11,12].ADPKD中PKD1的突变或缺失导致薯球蛋白呈游离状态,并可以作为Akt和RSK1等激酶的底物而激活mTOR.这又会引起上皮细胞对生长因子的敏感度上升而激活PI3K或Erk通路。EGF受体信号导致的Erk激活已经在多种人类和动物的囊化性疾病中有所记录[13].
  
  2.2 PC1与细胞外基质组分的关系
  
  有学者提出PC1作为细胞外基质受体通过粘着斑蛋白联系ECM与肌动蛋白细胞骨架。免疫共定位和免疫共沉淀结果表明在正常胚胎肾和亚融合上皮细胞培养中,PC1与α2β1整合素、踝蛋白(talin)、纽带蛋白(vinculin)、桩蛋白(paxillin)、P130cas、粘着斑激酶和c-src形成多蛋白复合物。在正常成人肾和融合上皮培养中,PC1表达下调并与E-钙粘素和β、γ、α-连环蛋白形成细胞之间连接。抑制酪氨酸磷酸化和细胞内钙离子浓度上升引起PC1-黏着斑蛋白复合物相对于细胞间连接复合物增多[10].用酪氨酸磷酸化抑制剂处理细胞后,PC1与FAK的联系被切断,同时PC1与β-连环蛋白连接,提示PC1通过酪氨酸磷酸化而调节细胞分化[14].在发育和突变的过程中,PC1的分布由细胞-基质粘合转向细胞间连接。提示PC1可能以此方式调控细胞分化。从结构上讲,除了PC1 N端富含半胱氨酸的区段被发现与多种粘着斑蛋白有关联。对PC1Ig样功能域序列10的核磁共振结构分析表明,从人类到河豚中均有一个Ig样β折叠也可以与细胞外基质结合[15].此外,PC1最末端的1000AA序列与海胆卵胶受体有高度同源性,其功能不清。近期,海胆卵胶受体(REJ)家族的其他成员在人类睾丸中被发现[16].尽管PC1中此功能域的作用尚不清楚,但在海胆中它与精卵接触后,钙离子流入从而改变精子膜结构以受精中起到作用。可能在PC1中此结构也有类似的介导钙离子流入的功能。钙离子浓度的变化又可以调节多种下游级联反应的发生与程度,从而调节细胞的增殖和分化。ADPKD细胞中,细胞内钙离子浓度降低也是其过度增殖和低分化产生的原因之一。
  
  3 多囊蛋白-2(PC2)与细胞外基质
  
  多囊蛋白-2(PC2)是定位于4q12——22的另一种多囊肾基因PKD2的编码产物。尽管PC2结构中有多个功能域与PC1同源,但与PC1不同的是,PC2的N端和C端都位于细胞内。尽管人们对PC2的结构还不是很清楚,但人们假定PC2的C端存在一个特殊的盘绕的功能域,PC2通过此功能域与PC1相连[17].在PC2的C端发现了一个EF手样的基序。EF手样基序包含多个钙离子结合位点并,

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