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随着全球肥胖症的流行,肥胖相关性肾病(ORG)的患病率也逐年升高,目前已成为导致终末期肾病的主要病因之一。肥胖可以诱导足细胞中脂质体的积累并引起足细胞损伤。足细胞异常吞噬脂质体可触发细胞内氧化应激反应,从而破坏其细胞完整性,导致蛋白尿产生和肾小球硬化,但其具体分子机制尚不明确。我们的研究结果表明,ORG时人和小鼠足细胞中PTEN表达下降。PTEN主要功能是去磷酸化,而去磷酸化的肌动蛋白解聚因子cofilin-1直接通过调节F-actin/G-actin的平衡参与维持足细胞正常形态和吞噬功能。因此我们应用体外敲抑及过表达PTEN技术和PTEN敲除小鼠模型等,得出结论:足细胞中PTEN表达下降直接导致cofilin-1磷酸化而丧失活性,进而F-actin紊乱、吞饮活动增强、脂质体堆积,最终引起足突融合、脱落和蛋白尿增加。本项目首次从足细胞对脂质体异常内吞的角度阐明了导致蛋白尿和ORG的发生和发展的分子生物学机制,为ORG提供新的理论基础。
第一部分PTEN对足细胞内吞脂质体的影响
目的:
首先明确PTEN在ORG中的变化及可能作用;然后利用动物模型和细胞实验,在体内和体外特异性敲除小鼠足细胞中PTEN,证明PTEN缺失或降低是否可增强足细胞对脂质体吞噬,并观察这一反应在肾小球硬化过程中的作用,以期给临床提供防治ORG新思路。
方法:
首先在ORG患者肾脏组织中,用免疫荧光染色、DAB染色及激光共聚焦显微镜观察PTEN表达的变化及脂质在肾脏中积聚的情况;再使用loxP/Cre技术,构建足细胞特异性PTEN敲除小鼠模型,并给予高脂饮食后,建立ORG动物模型,利用免疫组化和电镜观察肾脏形态学改变,评估足细胞吞噬脂质体的情况以及评估足突的融合和脱落及基底膜厚度;利用siRNA干扰技术和腺病毒转染技术等在培养足细胞中观察PTEN在足细胞对脂质体内吞作用的影响。
结果:
(1)ORG患者的足细胞中存在脂质积累,意味着在ORG的发病过程中脂质内吞作用增加。(2)ORG患者的足细胞中PTEN表达下降,并且与足细胞中脂质内吞作用的增加有关。(3)在体内特异性敲除足细胞中PTEN导致足细胞对脂质体内吞作用增强。(4)在培养足细胞中敲抑和过表达PTEN,证明PTEN下降可引起足细胞对脂质体内吞作用增强,并引起足细胞损伤凋亡。
结论:
在体内和体外实验中,足细胞PTEN缺失或下降导致足细胞对脂质体的内吞作用增强,引起足细胞内脂质体堆积,足突融合脱落,从而导致肥胖相关性肾病和肾小球硬化的发生和发展。
第二部分PTEN对足细胞吞噬功能的调节作用及分子机制
目的:
利用体内实验,在培养的小鼠足细胞中系统地阐明在ORG中抑制PTEN/cofilin-1信号通路,引起足细胞对脂质体内吞作用增强,导致足细胞损伤,进而引发肾小球硬化的分子生物学机制;并且进一步在体内实验中得到验证。
方法:
首先,在足细胞裂解液中利用免疫共沉淀法,证明PTEN可与cofilin-1直接结合;其次,利用H2O2刺激足细胞使cofilin-1磷酸化,再加入PTENsiRNA和Ad-PTEN,利用westernblot检测cofilin-1磷酸化的程度,证明PTEN的降低可显著增强cofilin的磷酸化;另外,在敲抑PTEN的培养足细胞中过表达去磷酸化的cofilin-1(cofilin-S3A,即持续活化的cofilin-1),观察足细胞对脂质体的吞噬作用,证明cofilin-1介导了PTEN对足细胞吞噬作用的调控;最后,利用F-actin和G-actin染色证明cofilin-1通过调节足细胞骨架重排介导其对脂质体的内吞作用。
结果:
(1)免疫共沉淀实验证明PTEN可直接结合cofilin-1;(2)PTEN的降低可显著增强cofilin的磷酸化;(3)过表达持续活化的cofilin-1可纠正因PTEN缺失引起的细胞对脂质体的吞噬作用,证明cofilin-1介导了PTEN对足细胞吞噬作用的调控;(4)在足细胞中PTEN表达的下降导致F-actin解聚重排,证明cofilin-1通过调节足细胞骨架重排介导其对脂质体的内吞作用。
结论:
在肾小球足细胞中PTEN表达下降,使得cofilin-1磷酸化升高,抑制cofilin-1活性,导致F-actin解聚重排,从而增强足细胞对脂质体的内吞作用,最终引起足细胞损伤脱落。
第一部分PTEN对足细胞内吞脂质体的影响
目的:
首先明确PTEN在ORG中的变化及可能作用;然后利用动物模型和细胞实验,在体内和体外特异性敲除小鼠足细胞中PTEN,证明PTEN缺失或降低是否可增强足细胞对脂质体吞噬,并观察这一反应在肾小球硬化过程中的作用,以期给临床提供防治ORG新思路。
方法:
首先在ORG患者肾脏组织中,用免疫荧光染色、DAB染色及激光共聚焦显微镜观察PTEN表达的变化及脂质在肾脏中积聚的情况;再使用loxP/Cre技术,构建足细胞特异性PTEN敲除小鼠模型,并给予高脂饮食后,建立ORG动物模型,利用免疫组化和电镜观察肾脏形态学改变,评估足细胞吞噬脂质体的情况以及评估足突的融合和脱落及基底膜厚度;利用siRNA干扰技术和腺病毒转染技术等在培养足细胞中观察PTEN在足细胞对脂质体内吞作用的影响。
结果:
(1)ORG患者的足细胞中存在脂质积累,意味着在ORG的发病过程中脂质内吞作用增加。(2)ORG患者的足细胞中PTEN表达下降,并且与足细胞中脂质内吞作用的增加有关。(3)在体内特异性敲除足细胞中PTEN导致足细胞对脂质体内吞作用增强。(4)在培养足细胞中敲抑和过表达PTEN,证明PTEN下降可引起足细胞对脂质体内吞作用增强,并引起足细胞损伤凋亡。
结论:
在体内和体外实验中,足细胞PTEN缺失或下降导致足细胞对脂质体的内吞作用增强,引起足细胞内脂质体堆积,足突融合脱落,从而导致肥胖相关性肾病和肾小球硬化的发生和发展。
第二部分PTEN对足细胞吞噬功能的调节作用及分子机制
目的:
利用体内实验,在培养的小鼠足细胞中系统地阐明在ORG中抑制PTEN/cofilin-1信号通路,引起足细胞对脂质体内吞作用增强,导致足细胞损伤,进而引发肾小球硬化的分子生物学机制;并且进一步在体内实验中得到验证。
方法:
首先,在足细胞裂解液中利用免疫共沉淀法,证明PTEN可与cofilin-1直接结合;其次,利用H2O2刺激足细胞使cofilin-1磷酸化,再加入PTENsiRNA和Ad-PTEN,利用westernblot检测cofilin-1磷酸化的程度,证明PTEN的降低可显著增强cofilin的磷酸化;另外,在敲抑PTEN的培养足细胞中过表达去磷酸化的cofilin-1(cofilin-S3A,即持续活化的cofilin-1),观察足细胞对脂质体的吞噬作用,证明cofilin-1介导了PTEN对足细胞吞噬作用的调控;最后,利用F-actin和G-actin染色证明cofilin-1通过调节足细胞骨架重排介导其对脂质体的内吞作用。
结果:
(1)免疫共沉淀实验证明PTEN可直接结合cofilin-1;(2)PTEN的降低可显著增强cofilin的磷酸化;(3)过表达持续活化的cofilin-1可纠正因PTEN缺失引起的细胞对脂质体的吞噬作用,证明cofilin-1介导了PTEN对足细胞吞噬作用的调控;(4)在足细胞中PTEN表达的下降导致F-actin解聚重排,证明cofilin-1通过调节足细胞骨架重排介导其对脂质体的内吞作用。
结论:
在肾小球足细胞中PTEN表达下降,使得cofilin-1磷酸化升高,抑制cofilin-1活性,导致F-actin解聚重排,从而增强足细胞对脂质体的内吞作用,最终引起足细胞损伤脱落。