BASP1在糖尿病肾病足细胞的表达及相关作用研究

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糖尿病肾病是最常见的慢性肾脏疾病之一,它会导致多种并发症包括过早死亡以及终末期肾病,给社会和国家造成严重负担。糖尿病肾病的主要病理表现之一是肾小球的损伤及硬化,而足细胞损伤是肾小球病变的主要原因。足细胞为高度特化的脏层上皮细胞,是构成肾小球滤过屏障的最后一层保障。炎症,高糖等原因引起足细胞损伤,如足突的融合和细胞骨架的损伤,这些最后将导致足细胞的凋亡及坏死,促使肾小球滤过屏障受损导致蛋白尿发生。临床上多种肾病病人如微小病变性肾病(Minimal change nephropathy,MCD),局灶性节段性肾病(Focal segmental glomerulosclerosis,FSGS),糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)等病人都表现出足细胞的损伤和大量蛋白尿,因此足细胞在糖尿病肾病发生发展过程中扮演着非常重要的作用。脑酸溶性蛋白1(Brain Acid Soluble Protein 1,BASP1),最早在大脑中发现,与神经和突触的发育,细胞膜脂质以及细胞骨架的代谢都密切相关,而在肾脏中BASP1同时表达于肾小管上皮细胞以及肾小球足细胞。在肾脏中BASP1是WT1(Wilms Tumor 1)的转录抑制剂之一,二者共同调节足细胞的分化发育。我们前期研究发现在PP2A足细胞特异性敲除的肾脏损伤模型中BASP1在足细胞的的表达水平升高,这表明BASP1在足细胞的损伤中具有重要作用。此外一些研究也发现在糖尿病肾病病人中BASP1在肾小管的表达增高并且促进小管细胞的损伤。但是目前关于BASP1在肾小球足细胞中的具体作用并不明确,因此系统研究BASP1在足细胞中的作用机制,为糖尿病肾病的治疗提供新的治疗靶点具有重要的意义。目的:1.BASP1在糖尿病肾病病人及小鼠糖尿病肾病模型中肾脏足细胞的表达。2.BASP1表达变化对足细胞中功能的影响。3.BASP1敲除小鼠表型改变以及在糖尿病肾病足细胞损伤中的相关机制研究。材料及方法:我们首先通过蛋白免疫印迹(western,WB)在PP2A足细胞敲除小鼠原代足细胞验证BASP1的蛋白总体表达以及磷酸化水平上调,同时采用免疫组化及免疫荧光(Immunofluorescence,IF)检测BASP1在人以及小鼠糖尿病肾病模型中的表达。其次在体外小鼠足细胞系(mouse podocyte cell line,MPC5)中通过BASP1的敲低以及过表达研究其对足细胞骨架,迁移,粘附,内吞和凋亡等功能的影响。随后我们建立了BASP1足细胞特异性敲除小鼠模型通过肾脏表观,血尿生化、病理染色(hematoxylin-eosin staining,HE),电镜以及骨架相关蛋白IF染色观察BASP1足细胞特异性敲除对小鼠的表型影响,同时对小鼠进行糖尿病肾病造模观察损伤情况下的病理及骨架改变,最后通过凋亡蛋白芯片进一步探讨BASP1在足细胞损伤中的相关分子机制。结果:1.首先蛋白免疫印迹(western,WB)结果验证了BASP1在PP2A敲除小鼠足细胞的磷酸化水平以及总蛋白表达升高。免疫组化结果显示BASP1在糖尿病肾病患者肾组织的表达水平上调,并且BASP1的表达水平与糖肾病人肾小球滤过率呈正相关。同时免疫组化结果显示BASP1在小鼠糖尿病肾病模型中肾小球以及肾小管的表达上调,蛋白免疫印迹(western,WB)结果也显示体外高糖(high glucose,HG)可以诱导MPC5足细胞BASP1表达的上调,并且BASP1表达水平与高糖浓度呈剂量相关。2.在体外MPC5细胞系中敲低BASP1,足细胞的相关功能检测结果显示BASP1在足细胞敲低后足细胞的粘附,迁移,吞噬功能增强,同时流式凋亡结果显示BASP1敲低可以抑制HG诱导的足细胞凋亡,而在过表达BASP1后,足细胞的迁移,粘附,以及内吞功能降低,并且BASP1促进HG诱导的足细胞的凋亡。细胞骨架免疫荧光染色结果显示BASP1敲低后可以缓解细胞松弛素D以及HG对足细胞骨架F-肌动蛋白(F-actin)以及podocin的损伤。3.足细胞BASP1特异性敲除小鼠基因鉴定及WB结果显示小鼠构建成功,我们分别对敲除小鼠以及对照小鼠进行表型的连续性观察统计,发现9个月之前小鼠的表型,病理,电镜结果以及骨架蛋白免疫荧光染色结果显示BASP1足细胞敲除小鼠与野生对照鼠之间无明显差异,但是当9个月之后,与对照小鼠相比敲除鼠表现出肾脏衰老及损伤的缓解,这些表现包括足突的融合及消失,肾小球系膜的增生和骨架相关蛋白表达水平的降低。此外我们发现从4w开始,BASP1足细胞特异敲除小鼠肾脏体积以及重量均较野生对照小鼠增大,用WT1定位肾小球足细胞结果显示敲除小鼠肾脏足细胞增多。此外我们对BASP1敲除鼠和对照小鼠进行糖尿病肾病造模,病理结果表明BASP1敲除可以减缓肾脏的损伤如肾小球基底膜的增厚,系膜基质增生,间质纤维化,电镜结果显示基底膜的增厚,足突的消失融合也明显改善,同时免疫荧光染色结果显示敲除BASP1会减缓nephrin,podocin等骨架相关蛋白表达的下调,缓解高糖对足细胞骨架的损伤。4.凋亡芯片结果显示BASP1敲低抑制了HG诱导的P53凋亡通路的激活,WB结果显示BASP1敲低组凋亡通路中肿瘤蛋白P53(Tumor Protein P53,P53),细胞表面死亡受体(Fas Cell Surface Death Receptor,FAS),胰岛素样生长因子结合蛋白3(Insulin Like Growth Factor Binding Protein 3,IGFBP3),肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)的表达降低,BASP1敲低通过抑制P53/IGFBP3/FAS通路的激活和上调Bcl-2减缓足细胞的凋亡从而发挥保护作用。结论:1.BASP1在糖尿病肾病病人以及小鼠糖尿病肾病模型中肾小球足细胞的表达上调,说明BASP1在糖尿病肾病足细胞的损伤中具有重要作用。2.在体外足细胞中BASP1敲低可通过增强足细胞的粘附,迁移,内吞以及抑制损伤诱导的细胞骨架重排以及凋亡来减轻足细胞的损伤。3.BASP1足细胞特异性敲除小鼠在随着小鼠的衰老表现出肾脏的保护作用,在糖尿病肾病模型中与对照小鼠相比BASP1敲除小鼠表现出蛋白尿的降低以及足细胞足突融合和骨架损伤的减缓。4.在BASP1敲除对足细胞的保护机制中,BASP1敲低可以通过抑制P53/FAS/IGFBP3通路以及促进凋亡调节蛋白(Bcl-2 apoptotic regulator,BCL-2)抗凋亡因子来减少足细胞的凋亡。
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