全球超过 10% 的人口患有慢性肾病（CKD）。糖尿病和高血压是导致终末期肾病（ESRD）发展的主要原因，常与肾小球有关。高血压被认为会特异性地损害足细胞，足细胞是肾小球中一种终末分化的上皮细胞类型。
为了防止肾小球高血压引起的足细胞脱离和损伤，就必须了解负责的机械传感器。研究已经发现，培养的足细胞具有机械敏感性，并且机械应力和流动诱导的剪切应力会改变它们的肌动蛋白细胞骨架以及基因表达。然而，负责肌动蛋白重组的机械传感器仍然未知。细丝蛋白是肌动蛋白结合蛋白家族，对于肌动蛋白细胞骨架的分支、肌动蛋白丝与整联蛋白等跨膜蛋白的交联以及通过其 24 个 Ig 样结构域结合大量信号分子至关重要，在机械感应和信号传导中起着核心作用。虽然细丝蛋白 A 和 B 在人体中广泛分布，但细丝蛋白 C 仍在骨骼系统和心肌中表达。几项研究表明，Ig 结构域 20-21 可能对细丝蛋白 A 的机械传感至关重要。在这里，来自德国格赖夫斯瓦尔德大学医学院解剖和细胞生物学系、埃尔朗根-纽伦堡大学医学院肾脏病理学系等领域的研究团队描述了细丝蛋白 A 对肌动蛋白细胞骨架完整性、拉伸和未拉伸条件下粘着斑的组装及其对培养足细胞迁移的影响。结果表明，细丝蛋白负责基质-肌动蛋白细胞骨架的相互作用，因此对于体外和体内足细胞的粘附至关重要。为了确定机械拉伸是否调节细丝蛋白的表达，足细胞培养后进行三天的拉伸（0.5 Hz ，5% 伸长率）。通过免疫荧光染色和 qRT-PCR 分析在拉伸（S）和未拉伸（US）足细胞中分析细丝蛋白的表达。结果观察到由于机械应力，足细胞肌动蛋白细胞骨架从横向应力纤维重组为径向应力纤维。此外，发现细丝蛋白 A 与 F-肌动蛋白在富含肌动蛋白的中心共定位。qRT-PCR 分析细丝蛋白亚型的表达，发现由于机械应力，细丝蛋白 A 和 B mRNA 表达分别显著增加至 134 ± 6% 和 181 ± 15%。相比之下，细丝蛋白 C 的表达没有显著变化（103 ± 15%）。使用 qRT-PCR 分析，发现细丝蛋白 A 是小鼠足细胞细胞系 SVI 中主要表达的亚型，于是首先将研究重点放在细丝蛋白 A 上。细丝蛋白 A 的敲低影响培养的足细胞中的 F-肌动蛋白组织使用特异性 siRNA 在培养的小鼠足细胞中敲低细丝蛋白 A。免疫荧光和蛋白质印迹验证了敲低效率, 结果显示，与对照组相比，细丝蛋白 A 蛋白水平显著降低至 23 ± 7%。在对细丝蛋白 A 的特异性 siRNA 处理后，观察到肌动蛋白纤维在细丝蛋白 A 敲低足细胞（Flna KD）中特异性重组。与对照组相比，在 Flna KD 足细胞中，肌动蛋白纤维的相对一致性显著降低至 58 ± 2%。然而，肌动蛋白的总蛋白量不受影响，并且蛋白质印迹测定 Flna KD 和 Ctrl 之间没有差异。同时敲低细丝蛋白 A 和 B 可减少机械拉伸过程中足细胞的粘附为了研究细丝蛋白 A 在暴露于机械应力培养的足细胞中的作用，实验将 Flna KO 和对照细胞拉伸了三天。令人惊讶的是，与对照足细胞相比，Flna KO 足细胞在机械拉伸三天后仅显示轻微但不显著的足细胞数量减少。然而发现 Flna KO 足细胞表达的细丝蛋白 B 比对照细胞高 6 倍。这表明细丝蛋白 B 能够补偿细丝蛋白 A 的损失。因此，使用 siRNA 同时敲低 Flna 和 Flnb。通过 qRT-PCR、免疫细胞化学和蛋白质印迹验证敲低的效率。机械拉伸 2 天后，与对照组相比，42 ± 6% 的细丝蛋白 A/B KD 足细胞缺失。相比之下，分别敲除 Flna 或 Flnb 对机械拉伸后的细胞数量没有显著影响，表明细丝蛋白 A 和 B 对拉伸的足细胞粘附具有重要作用。此外，观察到机械应力影响拉伸诱导的 F-肌动蛋白细胞骨架重组和剩余细丝蛋白 A/B KD 足细胞中肌动蛋白聚合中心（ARCs）的形成。只有 7% 的双敲除足细胞中产生了 ARCs，与对照相比减少了 89%。相反，与对照组相比，Flna KD 和 Flnb KD 足细胞仅显示出轻微但不显著的 ARCs 减少。
为了确定细丝蛋白 A/B 双敲除是否会影响粘着斑蛋白 talin、纽蛋白和桩蛋白的表达，通过 qRT-PCR 量化了 mRNA 水平，并通过免疫细胞化学分析量化了粘着斑的大小。在 Fln A/B KD 足细胞中，talin (-39 ± 6%)、纽蛋白 (-30 ± 9%) 和桩蛋白 (-28 ± 8%) 的 mRNA 表达显著降低。此外，免疫细胞化学分析表明，细丝蛋白双敲除显著影响粘着斑的大小。量化显示，与对照相比，在 Fln A/B KD 中，talin 的单个粘着斑区域大小减少了 27%，纽蛋白减少了 30%，桩蛋白减少了 20%。相比之下，仅细丝蛋白 A 的敲低并未降低粘着斑的表达和大小。
细丝蛋白A的缺失导致必需的肌动蛋白结合蛋白/稳定蛋白（如synaptopodin、fasin和palladin）以及粘着斑蛋白（如talin、paxillin和ezrin）的表达减少。这可能会导致肌动蛋白丝的稳定性降低。各种整联蛋白表达的变化证明了细丝蛋白A对足细胞的重要性。细丝蛋白A缺失后，细丝蛋白B表达强烈增加，提示足细胞中可能存在一种补偿机制。
总之，该研究表明，机械应力在体外和体内改变了足细胞中细丝蛋白 A 和 B 的表达，并以代偿方式发挥作用。此外，细丝蛋白对于将外部机械信号转化为细胞内信号以稳定肌动蛋白细胞骨架和避免足细胞脱离也很重要。
参考文献：Greiten JK, Kliewe F, Schnarre A, Artelt N, Schröder S, Rogge H, Amann K, Daniel C, Lindenmeyer MT, Cohen CD, Endlich K, Endlich N. The role of filamins in mechanically stressed podocytes. FASEB J. 2021 May;35(5):e21560. doi: 10.1096/fj.202001179RR. PMID: 33860543.
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