JASN：基因突变在肾脏疾病中的作用

导言：肾病综合征是小儿泌尿系统疾病中的常见病。临床上表现为大量蛋白尿、低白蛋血症、水肿和高脂血症。其病因和发病机制尚不清楚。一般认为免疫因素和炎性损失在发病中起主要作用。

马里兰大学医学院精确疾病建模中心的科学家们说，他们已经发现了一种机制能够解释特定的基因突变是如何引起罕见遗传性肾病（肾病综合征）的。使用果蝇模型，科学家们发现了特定蛋白质密码的基因突变导致了细胞膜循环的破坏。这一破坏使得肾细胞结构和功能的发生异常，在《美国肾脏学会杂志》上提到，“在果蝇肾脏细胞中，胞囊基因对于膜蛋白的循环和狭缝隔膜的维持至关重要”。

“研究发现，编码八蛋白胞囊蛋白复合物的基因突变与肾脏疾病有关，但其潜在机制尚不清楚。因为果蝇的肾细胞与哺乳动物的足细胞具有相同的分子和结构特征，它们为研究这个问题提供了一个有效的模型，”研究者写道。

“我们让果蝇肾脏细胞外囊复杂蛋白的编码基因的沉默，并研究了腔隙通道对蛋白再吸收和狭缝隔膜过滤的影响。”我们进行了肾细胞功能测定，对狭缝隔膜蛋白进行了超分辨率共聚焦显微镜，并利用透射电镜分析了超微结构的变化。我们还检测了狭缝隔膜蛋白与胞外蛋白Sec15、内吞和回收调节因子Rab5、Rab7和Rab11的共域化。

“在肾细胞中沉默胞外基因导致了结构和功能的深刻变化。血淋巴蛋白的细胞积累的消失与腔隙通道膜内凹的显著减少为再吸收缺陷提供了强有力的证据。此外，狭缝隔膜高度组织的表面结构(过滤所必需的)被破坏，关键蛋白定位错误。超微结构分析显示，胞外基因的沉默导致了一种新型的电子致密结构的出现，我们称之为“胞外杆”，它可能代表了胞外缺陷或再循环后膜蛋白的积累。狭缝隔膜蛋白部分地与Sec15、Rab5和Rab11共域。

“我们的发现表明，果蝇肾脏细胞的狭缝隔膜需要平衡的内吞和循环才能维持其结构的完整性，而外囊复合体的损伤会导致狭缝隔膜的破坏和肾细胞功能障碍。”该模型可能有助于确定治疗以囊泡内吞、胞吐和循环利用等分子缺陷为特征的肾脏疾病的治疗靶点。

肾脏细胞功能的破坏会导致肾病综合症，这是一种肾脏疾病，由于肾脏的过滤系统出了问题，会导致异常数量的蛋白质泄漏到尿液中。每10万美国人中就有7人患此病，虽然罕见，但它被认为是儿童最常见的肾脏疾病之一。由遗传突变引起的肾病综合征对标准的类固醇治疗往往没有反应，因此治疗依赖于识别引起疾病的遗传突变，然后根据疾病机制有针对性地开发治疗。然而，当这种疾病是由本研究中检测的基因突变引起时，目前还没有已知的治疗方法。

“研究人员最近在编码这些蛋白质的一个基因中发现了一种突变，这种突变被称为外囊复合体，它与肾脏疾病有关，”马里兰大学医学院副教授、精确疾病建模中心主任韩哲博士说。“然而，外囊复合体导致肾脏疾病的潜在机制一直是个谜。”

韩的团队以果蝇为模型，以更好地理解这些基因突变可能导致肾脏疾病的机制。果蝇有特化的肾脏细胞，它们在结构和功能上与人类足细胞非常相似，足细胞是一种与肾病综合征相关的肾脏细胞。利用果蝇遗传学的力量，研究小组对果蝇进行了基因筛选，并确定了肾细胞正常运作所需要的八个囊外基因中的每一个。

使果蝇在肾细胞中分泌的囊泡基因沉默，会破坏一种过滤所必需的结构，这种结构被称为肾细胞狭缝隔膜。然后，研究人员用透射电子显微镜仔细观察了超微结构的变化，发现了独特的电子致密管状结构，他们将其命名为“囊泡棒”。

韩说:“因此，核外泡杆的形成可以作为一种新的生物标志物，用于检测由核外泡基因突变引起的疾病。”

如果得到证实，这一发现对那些经过基因肾病筛选的患者也有重要的临床意义。“我们的研究表明，所有8个外胞基因突变可能导致肾病综合症，因此应该被包括在肾脏疾病基因的测序靶标中，”韩指出，他和他的团队正在使用他们的果蝇模型来获得额外的洞察机制调节狭缝隔膜足细胞的蛋白质以及他们的破坏可能导致的肾脏疾病患者发病机理。

原始出处：

Pei Wen, Fujian Zhang, Yulong Fu, et.al. Exocyst Genes Are Essential for Recycling Membrane Proteins and Maintaining Slit Diaphragm in Drosophila Nephrocytes. JASN April 2020, ASN.2019060591;