・3458・ ・综述・ 慢性肾脏疾病时血管内皮细胞骨架的损害 王丽妍,张东亮,刘文虎 【摘要】 细胞骨架是维持血管内皮结构和功能完整性的重要基础。已发现内皮细胞骨架的重排与心血管疾病的 发生、发展过程有密切联系。而慢性肾脏疾病(chronic kidney disease,CKD)患者体内存在多种致细胞骨架损害的因 素。故阐明细胞骨架的调节机制及其致病原理对防治CKD患者心血管并发症、改善其预后具有重要意义。本文就细胞 骨架的结构及功能,近年来有关CKD时导致内皮细胞骨架损害的病理生理学机制及分子生物学机制等方面的研究做一 综述。 【关键词】 细胞骨架;内皮细胞;慢性肾脏疾病;信号转导;心血管疾病 【中图分类号】R 692 【文献标识码】A 【文章编号】1007~9572(2010)10—3458—03 Dysfunction of Endothelial Cytoskeleton in Chronic Kidney Disease WANG Li—yah,ZHANG Dong—liang,LIU Wen— hu.Department of Nephrology,Ailfiated Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University,Bering 100050,China 【Abstract】 Cytoskeleton is an important ̄undation to maintain the integrity of the morphosis and function of vascular endothelium.It has been found that the rearrangement of endothelial cytoskeleton is closely linked to the occurrence and develop— ment of cardiovascular diseases.And in patients with chronic kidney disease,there are several factors that may cause dama' ̄e to the cytoskeleton.Theretore,it is very significant 1o clarify the regulation of the cytoskeleton and its pathogenic mechanism tO pre— vent of cardiovascular complications and improve the prognosis in patients with CKD.In this paper we review from the structure and function of cytoskeleton to the pathophysiological mechanism and molecular biological mechanism which led to the endothelial cytoskeleton dysfunction in chronic kidney disease in recent years. 【Key words】 Cytoskeleton;Endothelial cells;Chronic kidney disease;Signal transduction;Cardiovascular diseases 基金项目:首都医科大学基础与临床科研合作课题(1OJL26) 作者单位:100050北京市,首都医科大学附属北京友谊医院肾内科首都医科大学肾病学系 通汛作者:刘文虎,100050北京市,首都医科大学附属北京友渲医院肾内科首都医科大学肾病学系;E—mail:liuwh0211@ya- hoo.com.cn 血铅、尿汞含量明 增高(血铅高 参 尿汞含量均在正常范围。患者自觉症状明 人民卫生出版社,2008:816—821. 考值近5倍,尿汞高出参考值近4倍), 显好转,食欲增加,腹痛完全消失。肝功 2陈晋红,刘大伟.中药材重金属和农药残 有临床症状,故诊断明确。本例患者的中 能基本正常,ALT 50 U/L,AST 42 U/L。 毒表现主要是消化系统表现(如恶心、 贫jf『【有所改善,红细胞2.4 X 10 /L,m 留的研究进展[J].中国新药与I临床药 理,2009,2O(2):187—190. 3 Philip 0.Ozuah MD.Mercury poisoning 食欲下降、腹绞痛、便秘及肝功能异常) 红蛋白72.2 g/L。 以及血液系统表现(如贫血、嗜碱性点 在临床工作及以往文献报道中有关服 fJ1.Curt Probl Pediatr,2003,30:91— 99. 彩红细胞增多)。神经、精神症状不明 用巾药偏方致重金属中毒病例较多,尤其 显。入院后给予患者适当补液、营养支持 以治疗皮肤病、关节病的中药偏方居多。 治疗,静脉滴注含巯基的还原型谷胱甘 提醒患者勿轻信偏方,到正规医院就 4郭利涛,王雪.血液灌流联合二巯基丙磺 酸钠救治急性铅中毒一例[J].中国全科 医学,2010,13(3):2019. 肽、硫普罗宁、多种维生素进行保肝治 诊 ;医务工作者及患者也要正确认识 5王鸿燕,林朱森,欧段.银屑病治疗汞中 疗,肌肉注射二巯基丙磺酸钠进行驱铅、 中药的不良反应;医生要详细采集病史, 毒1例报告并文献复习[J].中国误诊学 汞治疗。每1疗程结束后监测_m【铅、尿汞 尽早诊断,给予有针对性的治疗。铅、汞 含量。第1个疗程结束后尿汞为210.92 中毒有特效药物,及早进行驱铅驱汞治 nmol/L f(尿中排泄增多),血铅为688 疗,可保护受损脏器,预后较好。 g/L f(驱铅后骨铅人血增加,利于尿 参考文献 排泄),治疗有效。3个疗程后测血铅、 1陈灏珠.实用内科学[M].】2版.北京: 杂志,2009,9(28):722. (收稿日期:2010—07—15; 修回日期:2010—09—14) (本文编辑:刘莉) ・3459・ 衬于血管腔面的连续单层扁平细胞 蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phos・ 终产物(advanced glycation endoproducts, ——血管内皮细胞是血液和组织问进行物 phatase,MLCP)失活;并通过对ERM蛋 AGEs)诱发的氧化应激及内皮通透性的 质交换的选择性通透屏障,同时可分泌多 白(埃兹蛋白一根蛋白一膜突蛋白,ezrin 增高 j。此外,氧自由基还可活化Ras蛋 种生物活性物质,调节血管张力,并且在 —radixin—moasin)的磷酸化促进其与肌 白,进而激活细胞外信号调节激酶(ex— 调控凝血和纤溶系统的平衡、调节血管平 动蛋白和跨膜受体间的相互作用;此外, tracellular signal—regulated kinase,ERK), 滑肌增殖等方面均发挥着重要的作用。血 还可激活单丝氨酸蛋白激酶(LIM ki— 使肌球蛋白轻链激酶(MLCK)活化。 管内皮细胞的结构损伤和功能障碍被认为 nase),活化的LIM激酶一方面抑制微丝 ERK和p38MAPK又能使钙调素结合蛋白 是动脉粥样硬化等心血管疾病发生的始动 解聚因子丝切蛋白(cofilin)的活性,从 (caldesmon)磷酸化,从而失去对肌球蛋 环节。已有研究表明内皮细胞结构和功能 而间接抑制肌动蛋白的解聚,另一方面减 白ATP酶活性的抑制,最终增加了内皮 的完整性与细胞骨架的完整性息息相关, 少了与微管的交联,降低了微管的稳定 的通透性。 而细胞骨架的损害往往先于内皮细胞形态 性 。上述作用均促进细胞内应力纤维 2.3血流动力学CKD患者多伴发高血 结构的损伤 。 的形成,从而导致细胞收缩,细胞间隙增 压和贫血,透析治疗引起血压的波动,动 1 内皮细胞骨架的结构和功能 大,内皮通透性增高。具IQ结构域的人 静脉内瘘造成血流短路等因素,均可改变 内皮细胞骨架包括微丝、微管和中间 体Ras GTP激活蛋白相关蛋白(IQ ras 循环状态,从而影响血流对血管壁的切应 纤维,是细胞形态维持、细胞迁移、物质 GTPase—activating proteins,IQ GAP1)是 力。细胞表面特异性的黏附受体(如整 运输和跨膜信息传递的重要结构基础。这 一种连接肌动蛋白丝和微管的衔接蛋白, 合素)及时感受应力变化,通过改变细 三者均处于相对稳定的动态平衡中,由各 存在于细胞问连接中,炎症反应时,IQ 胞骨架的几何形状或分子结构,将力学信 自的骨架蛋白和结合蛋白组成,并受到一 GAP1蛋白与微管相互作用,使内皮细胞 号转换成电化学信号,在心血管疾病的病 定信号转导途径的调节。 问的黏着连接发生改变,参与了淋巴细胞 理生理过程中起着重要的作用。而动脉粥 2慢性肾脏疾病(CKD)致内皮细胞骨 的跨细胞迁移 。炎症因子还可以活化 样硬化等并发症的出现又通过改变CKD 架损害的机制 蛋白激酶C(protein kinase C,PKC), 患者血管壁的几何形状进一步引发切应力 心血管疾病是CKD患者最主要的并 PKC能直接作用于肌球蛋白轻链(myosin 的变化。 发症和死亡原因。无论是终末期还是早期 light chain,MLC)或肌球蛋白轻链激酶 生理状态下稳定的切应力对内皮细胞 CKD,心血管疾病的危险性均显著增 (myosin light chain kinase,MLCK),也可 具有保护作用,但异常的应力通过细胞骨 加 。CKD患者存在多种致心血管疾病 通过磷酸化钙调素结合蛋白(caldesmon) 架传递至细胞内不同区域,影响多种基因 的危险因素,包括传统危险因素(如糖 改变肌动蛋白和肌球蛋白的分布,从而降 的表达,例如增加促炎症因子的合成。对 尿病、高血压、脂质代谢异常等)和非 低内皮细胞的屏障功能 。 人脐静脉内皮细胞施加反转应力的刺激会 传统危险因素(如蛋白尿、炎症反应、 2.2氧化应激CKD时各种代谢产物的 诱发单核细胞黏附 。异常的应力还可 氧化应激等)。其中一些因素可通过损害 蓄积、铁剂和促红细胞生成素(EPO)的 以降低内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的 细胞骨架结构,引起内皮功能异常,进而 应用以及透析治疗等因素,均可促进白细 表达,减少NO的合成,并通过微丝、微 导致心血管疾病的发生。 胞产生过量活性氧(ROS);同时通过干 管的再分布影响内皮素的合成,从而影响 2.1炎症反应CKD时由于机体清除细 扰硒依赖性还原型谷胱甘肽/过氧化物酶 血管的舒缩功能。切应力的变化可使细胞 胞因子及代谢产物的能力下降,容量负荷 复合物(GSH/GPx)的形成,抑制超氧 内钙离子浓度增加,进而启动多条信号转 过度使血浆内毒素水平升高,血液透析治 化物歧化酶(SOD)的活性,干扰一氧化 导途径。例如,钙离子可增加PKC的活 疗时透析膜的生物不相容性、透析液的污 氮(NO)合成体系等使得抗氧化防御机 性,或通过与钙调蛋白的结合激活ML. 染、血管通路感染以及腹膜透析治疗时肠 制减弱;最终导致氧化/抗氧化系统失衡, CK,最终均使细胞内应力纤维产生增多。 道屏障作用减弱所引起的肠道内毒素吸收 机体氧化应激水平增高。 异常的血流状态还会过度活化RhoA/ 等因素,使患者表现为以循环中炎症递质 氧13由基可活化p38MAPK通路,使 ROCK/LIMK2通路,使细胞骨架重排, 升高和急性时相蛋白水平变化为特征的微 热休克蛋白一27(heat shock protein一27, 损伤内皮的屏障功能,但在主动脉弓,m 炎症状态。营养不良一炎症一动脉硬化综 HSP一27)磷酸化。HSP一27作为肌动蛋 一需钙蛋白酶(m—ealpain)的高表达可 合征(malnutrition—innammation—athero— 白结合蛋白,抑制F—actin(fibrous ac. 对抗这一作用 。 sclerosis,MIA)在CKD患者中普遍存 tin)的聚合,而磷酸化的HSP一27失去 2.4溶质清除动力学CKD时,随着肾 在,三者相互促进形成恶性循环。与血脂 了抑制作用,致使F—actin聚合形成应力 脏滤过功能降低、体内分解代谢异常及某 等传统评价指标相比,白介素一6(inter. 纤维 。通过Western blot法检测到,p38 些物质[如晚期氧化蛋白产物(AOPP)、 1eukin,IL一6)等炎症标志物能更好地预 可磷酸化ERM家族蛋白中膜突蛋白的 晚期糖基化终产物(AGEs)等]的分子 测CKD患者心血管疾病的严重程度、死 Thr一558位点,从而改变其活性,引起 结构因肾衰竭而发生变化或被修饰,使得 亡率和预后 。 肌动蛋白重排,该效应与Rho相关激酶 CKD患者体内有200多种物质较正常人 炎症递质与相应受体结合,激活 (Rho associated coiled—coil forming protein 显著升高,其中一些具有明显的毒性作 Rho/Rho激酶信号通路。该通路可使肌球 kinase,ROCK)共同参与了晚期糖基化 用。血液中非对称二甲基精氨酸(asym. 穰 适 Cmese General Pracitce 哪 1oc metric dimeth)rl arginine,ADMA)、同型半 该药对包括心绞痛、高m压和动脉粥样硬 cells[J].j Biol Chem,2005,280(22): 20995—2l003. 胱氨酸(homocysteine,Hcy)等的含量增 化在『人J的心皿管疾病均有较好的治疗作 高,已被认为足心m管疾病的独立危险 素。这些物质除诱发上述氧化应激、炎症 胺类化合物,埘Rho相关激酶I(ROC— ,Chen B,et a1.ERM pro— 用。Goodman等” 合成j,一一系列吲唑酰 8 Guo X,Wang Irein moesin is phosphorylated by advanced gly— cation end products and modulates endothelial 反应外,其自身对内皮细胞骨架也具有直 KI)有选择性抑制作用,自发性高皿压 接的损伤作用。 大鼠口服该类化合物后可明显降低平均动 permeability[J].Am J PbysM Heart Circ Physiol,2009,297(1):H238—246. 9 Conway DE,Williams MR,Eskin SG,et a1. AGEs的受体RAGE(receptor for ad— 脉压。一・项对他汀类药物的研究显示,其 vanced glycation end products)可自发地与 在降脂的同时,还町通过抑制细胞骨架的 Endothelial(:ell responses to atheroprone flow are driven by two separate flow components: RheA形成复合物,推测AGEs通过激活 重排,起到减少单核细胞黏附的作用,从 Rho信号通路,lrjI起细胞骨架再排和内皮 而抑制了炎症反应 。 细胞通透性增高 “ 。ttcy可通过抑制 一 总之,对细胞骨架的研究为探讨 氨基丁酸(GABA)受体以及促进F—ac— CKD时心血管疾病的发病机制及如何减 tin的生成增加内皮细胞的通透性,细胞 少CKD患者心血管并发症、改善其预后 外信号训节激酶(ERK)和摹质金属蛋 提供了一 个新的方向。目前,随着实验技 酶一9(matrix metall0proteinase一9, 术的 断改进和实验方法的更新,对细胞 MMP~9)参与r该过程 。VASP 骨架的研究已从原来的形态观察、定位和 (vasodilator—stimulated phosphoprotein) 定量分析,迅速推进到分子结构、功能及 是 种存在于细胞『}JJ连接处的磷蛋白, 其调节机制J:,但很多具体的作用机制仍 ADMA可通过减少VASP蛋白Ser239位点 有待突破。 的磷酸化,使其移位至细胞质中,同时经 参考文献 PKG/VASP途径对Racl产生抑制作用, 1 Yu PK,Yu DY,Cringle SJ,et a1.Endothe— 最终减少1r参与形成细胞问连接的F—ac— lial F——actin cytoskeleton in tbe retinal vascll-- tin数量,引起内皮屏障功能降低” 。存 [aturc of normal and diabetic rats[J].Curt 内皮细胞完整的m管,Apelin一13是一种 Eye Res,2005,30(4):279—290. 内源性的血管舒张剂,但CKD患者的离 2 Go AS,Che ̄ow GM,Fan D,et a1.Chronic 体血管对其却表现出与正常人不 的收缩 kidney disease and the risks of death,cardio— 反应。透析患者m清巾Apelin一13与AD— vascular events,and hospitalization J].N Engl J Med,2004,351(13):1296—1305. MA的水平均显著升高 ,推测Apelin一 3 Honda H,Qureshi AR,Heimburger O, 13可能穿越ADMA损伤的内皮, 平滑 et a1.Serum albumin,C—reactive protein, 肌细胞表面APJ受体结合,引起平滑肌 interleukin 6,and fetuin a as predictors of 一{i MLC的磷酸化,对血管功能产生进一 malnutrition,cardiovascular disease,and 步的损害。 mortality in patients with ESRD:J].Am J 3总结与展望 Kidney Dis,2006,47(1):139—148. 外界因素引起的内皮细胞骨架重排和 4 Gorovoy M,Niu J,Bernard O,et a1.IJM 原有骨架结卡句的损害,其影响主要表现 kinase l coordinates microtubule stability and 为:细胞收缩,细胞间隙增大,内皮通透 actin polymerization in human endothelial cells 性增高,致使血液内大分子物质渗入内皮 『J].J Biol Chem,2005,280(28):26533 下间隙;通过影响NO和内皮素等物质的 26542. 合成引起血管舒缩异常;改变细胞表面黏 5 Nakhaei—Nejad M,Zhang QX,Murray AG. 附分子的表达,促进炎症细胞的跨细胞传 Endothelial IQGAPI regulates efficient lympho~ 递,促进m小板的黏附聚集和m栓的形 cyte transendothelial migration J].Eur J hn nlunol,2010,40(1):204—213. 成。这些在心m管疾病的发生、发展中均 6 Bogateheva NV,Bimkova A,Borbiev T, 起着蘑要的作用。 et a1.Caldesmon is a cytoskeletal target for 通过阻断信 通路,稳定细胞骨架结 PKC in endothelium[J].J Cell Biochem, 构,为防治心m管疾病开辟厂新的思路。 2006,99(6):1593—1605. 盐酸法舒地尔是日前已应用到临床的Rho 7 McMullcn ME,Bryant PW,Gtembotski CC, 激酶抑制剂,其最初用于治疗蛛网膜下腔 et a1.Activation of p38 has opposing effects on }}f血后脑动脉痉挛,许多临床实践证实, the proliferation and migration of endothelial lm’ time—average shear stress and fluid flow reversal[ ].Am J Physiol Heat1 Cire Physi— ol,2010,298(2):H367—374. 10 Miyazaki T.Honda K.Ohata H.m—Cal— pain antagonizes RheA overactivation and en— dothelial barrier dysfunction under disturbed shear conditions J]. Cardiovasc Res. 2010,85(3):530—541. 11 Hirose A,Tanikawa T,Mori H,el a1.Ad— vanced glyeation end products increase endo* thelial permeability through the RAGE/Rho signaling pathway J].FEBS Lett,2010, 584(1):61—66. 12 Fyagi N,Moshal KS,Tyagi SC,et a1. gamma——Aminbuturie acid A receptor mid— gates homocysteine—induced endothelial cell permeability[J].Endothelium,2007,14 (6):315—323. 13 Wojciak—Stothard B,Torondel B,Zhao L, et a1.Modulation of Rac1 activity by AI)MA/ DDAH regulates pulmonary endothelial barrier function J].Mol Biol Cell,2009,20 (1):33—42, 14 Zhang DI ,Liao H,Wei YY,et a1.Eleva— tion of setllnl apelin——13 is positively emxela-- ted with ADMA in patients on nmintenance hemodialysis[J].Clin Nephrol,2009,71 (4):405—412. 15 Goodman KB,Cui H,Dowdell SE,et a1. Development of dihydropyridone indazole am— ides as selective Rhe—kinase inhibitors J].J Med Chem,2007,50(1):6—9. 16 Pozo M,de Nicolas R,Egido J,et a1. Simvastatin inhibits the migration and adhc- sion of monoeytic cells and disorganizes the cytoskeleton of activated endothelial eells J].Eur J Phannacol,2006,548(1— 3):53—63. (收稿Et期:2010—05—26; 修回日期:2010—09—08) (本文编辑:王俊懿)