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整合素连接激酶与肾脏病变研究进展  

2015-01-23 22:03:57|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【关键词】  整合素连接激酶;足细胞;系膜细胞;肾间质纤维化;文献综述

整合素连接激酶(integrinlinked kinase,ILK)是一多功能蛋白,参与多种信号转导通路,在调节细胞周期、细胞黏附、基质积聚、肿瘤发生、胚胎发育等过程中起重要作用。近年研究发现,ILK与肾脏的正常发育和功能调节有密切关系,参与许多肾脏病变的发生和发展。作者现对ILK与肾脏病变研究进展作一综述。

  1 ILK的分子学结构和生物学效应

  1.1 ILK的结构及其结合蛋白

  ILK作为一种丝氨酸苏氨酸蛋白激酶,于1996年被Hannigan等[1]首次发现。它在进化上高度保守,在果蝇、线虫、小鼠及人类中都有同源类似物。人的ILK基因位于染色体11p15.5—p15.4[2]。ILK的cDNA全长1.8kb,编码452个氨基酸,相对分子质量为59000。Northern 杂交结果显示ILK 能在哺乳动物绝大多数细胞和组织中表达,特别是在心肌和骨骼肌中表达量高[1]。

  ILK分子中包含3个结构域:N端(33164位氨基酸)有4个锚蛋白重复序列(ANK)。通过ANK,ILK能和接头蛋白PINCH结合。PINCH含有5个LIM结构域,其LIM1与ILK结合。PINCH对ILK的定位和功能有重要调节作用[34]。ANK也介导了ILK和ILK相关磷酸酶(ILKAP)的相互作用[5]。中间为磷脂酰肌醇结合结构域(又名PH结构域),定位于ILK的180212位氨基酸残基之间[1]。其与C端结构域有部分的重叠,ILK通过它和3羟基磷脂酰肌醇激酶(PI3K)的产物——PIP3结合而被激活[6]。ILK的C端包含186451位氨基酸,为激酶催化结构域,与整合素β1、β3(位于293451位氨基酸),parvin家族(actopaxin/CHILKBP/αparvin、affixin/βparvin、γparvin),Mig2/Kindlin2,paxillin等结合而发挥不同的生物学作用[7]。

  1.2 ILK活性调节和生物学效应

  ILK能自我磷酸化激活,也能以依赖于PI3K的方式与细胞黏附或生长因子受体结合而激活,ILK的PH结构域与PI3K的脂质产物PIP3结合而被激活[6]。激活后的ILK通常通过以下途径发挥生物学效应:(1) 激活PKB/AKTser473通路,其途径十分复杂而且有环境和细胞依赖性,其中常见的就是磷酸化蛋白激酶B(PKB)473位的丝氨酸[6],促进细胞增殖,抵抗凋亡[810]。(2) ILK能磷酸化糖原合成激酶3β(GSK3β),使其失活,导致Ap1活性和βcatenin/TCF转录活性增强,促进细胞增殖[1112]。(3) 活化Wnt通路,导致βcatenin核转位和LEF1转录活性增强,减少Ecadherin的表达[11]。(4) ILK的过度表达能通过调节AP1的活性引起MMP2,9的表达和分泌增多,破坏基底膜的完整性,增加细胞迁移和侵袭力,使上皮细胞通过基底膜向间质游走[13]。(5) 此外还能磷酸化MLC刺激平滑肌细胞收缩[1415]。

  ILK主要通过以下两条途径失去活性,通过PH结构域, PTEN(protein tyrosine phosphatase and tensin homolog)能使PIP3去磷酸化为PIP2,拮抗PI3K的信号转导,抑制βcatenin 核转录和cyclinD1蛋白水平[1618]。PTEN失活或缺失,导致多种肿瘤的发生,ILK已作为许多肿瘤治疗的重要靶点[19]。ILKAP,通过抑制GSK3βcatenin/TCFcyclinD1信号通路而抑制ILK活性[5,20]。

  总之,ILK作为重要的蛋白激酶和连接细胞内外各种信号转导通路的重要平台,以不同方式激活,同时也受负性调节因子的调节,与其它信号通路交互通话,共同调节细胞的生理和病理学功能。

  2 ILK与肾脏病变

  ILK与PINCH及αparvin形成复合物,广泛存在于肾脏各种细胞中。用免疫组化和免疫荧光染色发现正常人肾脏组织ILK主要表达于肾小球上皮细胞,远端小管、近曲小管中几乎没有ILK的表达,在肾小球系膜细胞中的表达较弱。ILK对肾脏发挥正常的生理功能起重要作用[2125]。

  2.1 ILK与系膜细胞病变

  肾小球系膜细胞的增殖及纤维连接蛋白(FN)的沉积是肾小球发生硬化的重要标志。研究表明,PINCHILKCHILKBP复合物(PIP)参与系膜细胞增殖和FN的沉积,ILK激活下游的PKB/AKT,抑制GSK3β,导致细胞增殖和基质沉积。如阻断ILK或ILKBP都抑制此作用,说明PIP促进系膜细胞增殖[21]。在糖尿病肾病患者的肾组织中, Guo等[23]发现ILK在系膜细胞表达显著增加且与系膜细胞弥漫扩张相关,但在球性硬化和结节性硬化显著部位,ILK表达减少。体外培养的肾小球系膜细胞在高糖环境下ILK蛋白的表达水平明显增加,并且伴随着ILK水平的增加纤维连接蛋白在细胞基质的聚集亦增加,说明早期ILK表达增加与糖尿病肾小球硬化相关。进一步研究表明,在糖尿病系膜细胞ILKmRNA和蛋白水平增高是由于高糖造成渗透压增高,激活ILK的结果[26]。TGFβ1是公认的致肾纤维化因子,实验证实其可促进PIP形成,导致系膜细胞增殖和系膜基质沉积,说明ILK作为其下游信号参与肾纤维化[27]。

  2.2 ILK与足细胞病变

  足细胞是肾小球滤过屏障重要组成部分,其结构功能异常是许多肾小球疾病的标志之一。敲除足细胞ILK,导致严重的蛋白尿,肾功能衰竭,最后导致小鼠死亡[2425]。在儿童先天性肾病综合征芬兰型(CNF),Kretzler等[2829]用RTPCR方法观察到CNF的肾小球足细胞ILKmRNA水平增高,在小鼠肾毒性肾炎模型中,足细胞ILK表达增高亦引起足细胞表型改变,与基底膜黏附减少,从基底膜脱落,导致严重蛋白尿,由此证明ILK介导足细胞与肾小球基底膜的黏附和蛋白尿的发生。PIP调节足细胞与基质黏附,保护足细胞免于凋亡[22]。用足细胞诱导分化系统研究足细胞,发现伴随足突形成,PINCHILKαparvin复合物表达增加;显性负性作用ILK或ILK抑制剂都损害足细胞细胞骨架形成和生存[22]。

  Dai等[24]发现小鼠足细胞ILK基因敲除4周后产生严重的蛋白尿,而没有发现足细胞脱落和凋亡。进一步研究发现,在缺乏ILK后引起足细胞nephrin 和αactinin4分布异常,免疫共沉淀发现ILK和nephrin共同形成复合物,而αactinin4参与此复合物的形成。表明ILK在维持nephrin和αactinin4的正常分布,保持裂隙膜的完整性,介导足细胞与肾小球基底膜黏附、基底膜结构和足细胞功能方面发挥重要作用。用TGFβ1作用于足细胞后发现,与TGFβ1促进系膜细胞PIP形成相反,其抑制足细胞PIP的形成,从而激活p38MAPK促进足细胞凋亡。由此说明ILK作用的复杂性,不同肾组织细胞中ILK对TGFβ1的反应不相同[27]。

  在小鼠足细胞中,用高糖(30mmol·L-1)培养时,ILKmRNA在6、24、72h分别较对照组增加1.66、1.89、1.28倍;用1、10、100nmol·L-1 AgⅡ培养足细胞6h,ILKmRNA分别较对照组增加1.38、1.55、1.93倍。并且随着ILK表达增加,发生足突融合和足细胞脱落等改变,而抑制ILK可阻断上述变化,从而揭示ILK在高糖和AgⅡ介导的糖尿病肾病以及其他涉及足细胞损伤的肾脏疾病的发病机制中起到一定作用[30]。最近Chen等[31]对高糖诱导的小鼠足细胞黏附功能进行研究,发现黄芪甙Ⅳ能以时间和剂量依赖方式抑制ILK活性,上调整合素α3β1活性,改善足细胞与基底膜的黏附,为中草药治疗糖尿病肾病提供了理论依据。

  2.3 ILK与上皮细胞间充质转化(EMT)

  肾间质纤维化(renalinterstitial fibrosis, RIF) 是所有慢性肾脏疾病进展到终末期肾衰的共同形态学特点,因而阻止或延缓小管间质纤维化是阻止或逆转进行性肾功能恶化的关键。其中EMT(epithelialtomesenchymal transition)是RIF的关键,许多细胞因子参与其中。

 ILK参与了TGFβ1介导EMT的全过程,TGFβ1通过Smad信号途径诱导肾小管上皮细胞ILK的过度表达,激活AP1,抑制Ecadherin表达,促进αSMA的表达[3233]。阻断ILK的作用能明显阻断TGFβ1诱导的Ecadherin的丢失和FN的表达与聚积,并能部分抑制TGFβ1诱导的MMP2表达[32]。PNICH1以ILK依赖的方式促进TGFβ1介导的EMT[34]。CTGF也通过ILK参与了EMT的发生。Liu等[35]在rhCTGF诱导的人肾小管上皮细胞株HK2中,加入ILKsiRNA后,用RTPCR和免疫组化方法发现rhCTGF诱导的αSMA表达明显减轻,对 Ecadherin表达的抑制减轻,从而减轻EMT。以上研究表明ILK是TGFβ1、CTGF的重要下游信号,介导EMT,在肾脏纤维化中有重要意义。

  3 结 语

  ILK作为一关键因子介导肾脏病变的发生和发展,其与PINCH及Parvin形成复合物将整合素和细胞骨架蛋白结合在一起,作为枢纽调节许多信号通路。由于目前对于ILK活性的调节机制仍处在研究过程中,弄清ILK及其结合蛋白与肾组织各种细胞之间的关系,从而揭示各种肾脏病变的机制,同时针对其发病机制采取不同的干预,为将来慢性肾脏病的防治提供新途径。

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