蛋白尿的发生机制ppt课件

蛋白尿的发生机制临床肾脏病,遗传性蛋白尿包括一组以肾小球功能障碍和蛋白尿为主要临床表现的罕见遗传性综合征。遗传性蛋白尿综合征虽然少见，但通过对这 类疾病的研究， 使肾脏病学界在其遗传学、 生物化学和形态学上取得重要贡献，这些研究同时促进我们了解 正常小球的滤过和蛋白尿产生的机制。,无论患者是表现为严重的先天肾综、大量蛋白尿，还是表现为中等程度的蛋白尿，疾病常进展到终末期肾脏病（ESRD）；由于许多患者的发病年龄不尽相同，临床表现可以出现变化，故对这些疾病进行分类较为困难；近年来对某些疾病的遗传学背景有了深入的研究，例如：某些遗传性肾病综合征和局灶节段肾小球硬化之间的重叠；,从临床观点来说，我们需要知道为什么某些遗传性蛋白尿综合征对治疗有反应，而有些却无反应？为了回答这问题， 需要尽量进行遗传学检测或研究；同时需要加强蛋白尿的发生机制的了解。,肾小球滤过屏障The Glomerular Filtration Barrier,Fenestrated Endothelium 有孔的内皮,内皮与滤过的关系还知之甚少：内皮有许多开口，直径为70 -100 nm 故称为 “ Fenestrated Endothelium ” ；内皮在成熟的小球没有几何学上的隔膜，为血浆中的大分子的主要滤过屏障；近年来研究证实： 足细胞由来的VEGF（vascular endothelial growth factor）在内皮的发生和维持开口非常重要；内皮表面有许多带负电荷的多糖-蛋白复合物：蛋白多糖、涎(唾液)蛋白，目前为止，尚缺少这些这些物质参与滤过的直接证据。,Glomerular Basement Membrane 肾小球基底膜（GBM）,GBM为无细胞性基质， 厚度为 300 -350 nm ，为毛细血管提供结构支持；主要由IV型胶原（ IV-col）, 蛋白聚糖（proteoglycans）, 层粘连蛋白（ laminin）和巢蛋白（nidogen ）等组成。,IV型胶原 （IV-col）,胎儿时期, 三重螺旋 IV-col分子包含有: 1(IV) 和2(IV) 链,比例为 2:1 ；成人阶段包含 3(IV), 4(IV), 和 5(IV) 链，比例为 1:1:1 ；交叉连锁的 IV-col 主要为GBM提供弹力，但不提供分子屏障和电荷屏障；这种观点在 Alports syndrome 得到一定的支持， IV-col 改变明显，而蛋白尿却不多。,AS ： Diffuse, moderate to severe basket weaving of the lamina densa (A and C)； segmental, mild to moderate basket weaving of the lamina densa (B and D).,Liu Zhihong：Nephrology Dialysis Transplantation 2006 21(11):3146-3154,A and C： 正常组织. 5(IV) 链染色；小球GBM (B) 和EBM (D) of 女性 X-linked Alport syndrome.,Laminin对GBM的重要性,层粘蛋白（Laminins，LM） 为大的异源三聚体蛋白，主要与细胞分化和粘附有关； LM的解剖学功能 ：聚集成GBM上的LM网络。 在胎儿时期的 GBM内的LM-10 (5: 1:1), 成年后逐渐被LM-11 ( 5: 2: 1)取代；LM2 基因敲除小鼠 会出现 LM-11缺失、蛋白尿和新生儿死亡。LM2 基因突变会引起Piersons 综合征, 一种 早期发生的先天性、致命性综合征。,电镜扫描显示GBM的阴离子部位在基底膜蛋白多糖的硫酸样肝素、软骨素和硫酸软骨素集聚蛋白支链上。阴离子数量影响滤过，数量减少可以发生蛋白尿；小球GBM的电荷改变可能不会是一个关键作用，因为静脉注射氨基葡聚糖降解酶，对基底膜的三层结构上的氨基葡聚糖降解，却不产生蛋白尿。电荷改变的动物在白蛋白负荷超载时易于产生蛋白尿。,Podocyte Slit Diaphragm（足细胞裂孔隔膜）,足细胞裂孔隔膜（PSD）于肾小球滤过直接和重要的相关；PSD上的某些蛋白参与蛋白尿的发生；这些蛋白构成复杂的结构，在参与组成PSD的同时，并与细胞内的肌动蛋白细胞骨架相链接。这些蛋白参与滤过的信号转换；这些蛋白功能障碍或其相关的基因突变，均能引起蛋白尿。,足细胞裂孔隔膜蛋白,电镜成像 (A 、B) 和电子-DSA体层摄影数字减影血管造影 (C) 观察 足细胞裂孔,A, nephrin在细胞内有一段的片段， 跨膜段 (TM), 和 N-端细胞外段 。 近端为 fibronectin (FN) ，远端为N-端，有8个 IgG-样的 基序相链；B：nephrin 分子间的嗜同种受体反应； 在邻近的足突裂隙中心相互交织 ，形成一种拉链样的主链。,CD2AP,CD2AP 是一种 胞内蛋白，最先认为是一种T淋巴细胞CD2调节蛋白；这种蛋白存在于肾小球足突裂膜孔区域，与nephrin 和 podocin 的胞内部分相互作用，参与细胞的内吞作用和信号传递；大多数 CD2AP敲除小鼠将在6-7周死于肾综；存在 CD2AP 等位基因缺陷的人，将出现 一种复杂的肾病表现； 表现为不同程度的肾炎和肾小球硬化；因此， CD2AP 被认为是肾小球肾炎的易感基因。,FAT1 and FAT2,FAT1和 FAT2 为巨大的裂孔膜跨膜蛋白 ，包含 34 串联的 钙粘蛋白样复合体。FAT1缺失 小鼠可以导致 裂孔隔膜消失、蛋白尿 、前脑和眼缺陷，以及围产期死亡； FAT2缺失 只引起蛋白尿； P-cadherin （钙粘蛋白）和连接粘附分子-4（junctional adhesion molecule 4） 也证实存在于裂孔隔膜 ，但前者并非肾小球滤过必不可少的；后者的作用有待于进一步阐明 。,Podocin,足细胞裂孔隔膜处足突质膜上有特异表达的寡聚体；对激素抵抗的先天性肾病综合征的原位基因 (NPHS2)克隆过程中发现了Podocin单独存在于裂孔隔膜上，发夹样的膜连接蛋白，两端插入细胞内。 Podocin 与细胞内的 nephrin 、Neph1和CD2AP的细胞内段相互作用；Podocin基因敲除小鼠出现严重的蛋白尿，而且出生几天后即死亡。,ZO-1,一种广泛存在于细胞内和隔膜区的与上皮细胞紧密联结项关的蛋白； 功能上和 Nephrin家族相互作用，确切作用好有待于探讨。,最近又发现5种亚细胞蛋白：高度肾小球特异性、 在足细胞内表达、 异常表达可能与肾小球肾病有关。Dendrin Ehd3；Sh2d4a；Plekhh22310066E14RikJ Am Soc Nephrol 18: 689-697, 2007,Podocyte Injury and Proteinuria,肾小球性蛋白尿是肾小球受损的标志；正常情况下，分子量比白蛋白大的蛋白质不能够通过滤过屏障，而低分子量蛋白质能通过， 且部分在近端小管被重吸收； 正常情况下每日排出的尿蛋白为 0 150 mg；蛋白尿的定义为通过丢失在尿中的蛋白质每日超过150mg。 3 (or 3.5) g/每天 的蛋白尿被定义为”肾病范围的蛋白尿”（nephrotic-range proteinuria）。许多肾小球疾病的蛋白尿的产生是因为足细胞受损或与之关联。,足细胞结构完整性受损可以导致严重的蛋白尿甚至出现高血压；电镜可以发现足突消失，足细胞扁平，裂孔隔膜缺失；严重者可见足细胞空泡、伪包囊形成和足细胞基底膜分离。由于高度分化的足细胞很难（几乎不能）复制，随着时间的推移，可以出现足细胞耗竭，肾小球硬化慢性肾衰竭。,Cytoskeletal Make-up of Podocytes,细胞骨架是一种纤维结构，为细胞的稳定和动态功能提供保证；细胞类型不同，细胞骨架也随着改变，主要的超微结构：微丝（microfilaments，直径7 9 nm)，中间丝（intermediate filaments ，10 nm)，和微管（ microtubules，24 nm），这些纤维结构组成不同的亚单位。在足细胞，细胞骨架构成肾小球的滤过屏障和足突 ：微管和中间丝为足细胞足突和细胞主体的支架，足突含有稠密的肌动蛋白网，由 CD2AP和NCK等交织成 基底外侧膜的裂孔膜。肌动蛋白和足细胞底层的灶性黏附分子如 整合素（ integrins ）和蛋白聚糖（dystroglycans ）锚链在一起。,在足突有两种机动蛋白群：细胞膜下的薄皮层肌动蛋白和足突中心的稠密的肌动蛋白束。肌动蛋白 在足突弓部形成一个环状束,弓部的这些蛋白束位于足突的中心部位，并通过微管相关蛋白链接微管 。 在外周, 肌动蛋白束锚链在靠近足细胞底部细胞膜的胞浆中。,足细胞结构的完整对于维护裂孔隔膜和足细胞基质之间的连接的稳定性非常关键。保持滤过裂孔的开放和足细胞与毛细血管之间的黏附，足突内形成一些专门的细胞骨架。其主要的功能就是维系这些裂孔膜 多蛋白复合物和毛细血管基底膜之间的黏附；肾小球的滤过是一个动态的过程，需要机械力和滤过膜的通透性。足细胞内的细胞骨架保证了足细胞的收缩以适应滤过时的毛细血管扩张。,F-actin Forms the Structural Support in Podocyte Foot Processes,Microfilaments are the predominant cytoskeletal constituent of the foot process. The individual subunits of actin are known as globular actin (G-actin), whereas the filamentous polymer composed of G-actin subunits (a microfilament), is called F-actin. The microfilaments are the thinnest component of the cytoskeleton, measuring 7 nm in diameter. Similar to microtubules, actin filaments are polar, with a rapidly growing plus (+) or barbed end and a slowly growing minus (-) or pointed end.36 The terms barbed and pointed end are adapted from the arrow-like shape of microfilaments with the associated motor domain of myosin as seen in electron micrographs. Filaments elongate approximately 10 times faster at the plus (+) than at the minus (-) end. This phenomenon is known as the treadmill effect. The process of actin polymerization, nucleation, starts with the association of three G-actin monomers into a trimer. ATP-actin then binds the plus (+) end, and the ATP is subsequently hydrolyzed (half time 2 seconds) and the inorganic phosphate released (half time 6 minutes), which reduces the binding strength between neighboring units and generally destabilizes the filament. ADP-actin dissociates from the minus end and the increase in ADP-actin stimulates the exchange of bound ADP for ATP, leading to more ATP-actin units. This rapid turnover is important for the cells movement and supports the dynamic features of the foot processes. End-capping proteins such as CapZ prevent the addition or loss of monomers at the end of the filament where actin turnover is unfavorable.,遗传性蛋白尿综合征Hereditary Proteinuria Syndromes,芬兰型先天性肾病综合征,芬兰型先天性肾病综合征（Congenital Nephrotic Syndrome of the Finnish Type ，CNF)：由于 nephrin 基因突变所引起，在芬兰这种疾病在新生儿发病率为 1/8200，全球均有发病；大量蛋白尿、 和肾病综合征；出生前既有 CNF ；出生体重与正常新生儿相差25；出生后迅速出现典型的低蛋白血症；电镜 显示组细胞融合、狭小裂缝和裂膜膜缺失。,激素抵抗肾病综合征，Corticosteroid-Resistant Nephrotic Syndrome,家族性抵抗型肾病综合征（Familial autosomal recessive corticosteroid-resistant nephrotic syndrome ，SRNS, or NPHS2 ），在儿童早些时候就出现蛋白尿， 免疫调节治疗无效， 较早进展到肾小球轻微改变和FSGS；病因为 NPHS2 突变；NPHS2 突变还可以出现家族性迟发FSGS；所有形式的由于NPHS2 突变导致的肾病激素均无效。,Piersons Syndrome,Piersons syndrome 是一种少见的先天性的常染色体隐性遗传性疾病； 临床为新生儿大量蛋白尿、肾病综合征，在2个月内因为进展到明显的肾衰竭而死亡；病理为弥漫性系膜增生, 特征性的视觉异常，由于瞳孔固定、缩小所致。突变的基因位于 染色体3p21,纯合子或兼杂合子的突变；上述基因突变导致 LM-2 链异常，导致 LM-11 (5: 2: 1) GBM功能改变. LM-2 链缺失小鼠 表现为类似于人的病变。,甲-膑综合征NailPatella Syndrome,常染色体显性遗传，存活新生儿发生率1/50,000 同时出现指甲、骨骼、眼和肾脏相对称性的病变；肾病的发作和预后差别很大，从儿童早期就出现肾衰竭到终生无明显的肾病临床症状。特征性的病例改变为肾小球基底膜增厚、断裂，伴随纤维丝沉积。发病原因是： LMX1B 突变，功能丧失；LMX1B 在肾脏由足细胞表达， 作为一种转录因子，参与大多数足细胞蛋白质表达的调节。例如：nephrin, podocin, CD2AP, and 3(IV) and 4(IV) 胶原链。 足细胞基因失调，被认为是甲-膑综合征的肾病发生 的关键机制。,常染色体显性遗传性局灶节段性肾小球硬化Autosomal Dominant Focal Segmental Glomerulosclerosis,常染色体显性遗传性FSGS是一组在青春期和在成人后早些时候发病的一组异质性的遗传性疾病；主要表现为轻度蛋白尿起病，逐渐进展到节段性硬化，最终进入ESRD。已经描绘出其病变基因，个位点：FSGS1：染色体 19q13 (OMIM number 603278) FSGS：染色体 11q2122 (OMIM number 603965).,FSGS1是由于ACTN4突变所致，导致辅肌动蛋白actinin-4.编码异常，辅肌动蛋白（Actinins）是肌动蛋白纤维十字链接蛋白，广泛分布于全身不同组织；-Actinin-4 在足细胞内大量表达，形成足突上F-actin 丝 ； 疾病状态下 -actinin-4与 F-actin亲和力增加，干扰了足细胞内肌动蛋白的正常组装； 表达类似高亲和力的 -actinin-4 则出现