全球超過 10% 的人口患有慢性腎病（CKD）。糖尿病和高血壓是導致終末期腎病（ESRD）發展的主要原因，常與腎小球有關。高血壓被認為會特異性地損害足細胞，足細胞是腎小球中一種終末分化的上皮細胞類型。
為了防止腎小球高血壓引起的足細胞脫離和損傷，就必須了解負責的機械傳感器。研究已經發現，培養的足細胞具有機械敏感性，并且機械應力和流動誘導的剪切應力會改變它們的肌動蛋白細胞骨架以及基因表達。然而，負責肌動蛋白重組的機械傳感器仍然未知。細絲蛋白是肌動蛋白結合蛋白家族，對于肌動蛋白細胞骨架的分支、肌動蛋白絲與整聯蛋白等跨膜蛋白的交聯以及通過其 24 個 Ig 樣結構域結合大量信號分子至關重要，在機械感應和信號傳導中起著核心作用。雖然細絲蛋白 A 和 B 在人體中廣泛分布，但細絲蛋白 C 仍在骨骼系統和心肌中表達。幾項研究表明，Ig 結構域 20-21 可能對細絲蛋白 A 的機械傳感至關重要。在這里，來自德國格賴夫斯瓦爾德大學醫學院解剖和細胞生物學系、埃爾朗根-紐倫堡大學醫學院腎臟病理學系等領域的研究團隊描述了細絲蛋白 A 對肌動蛋白細胞骨架完整性、拉伸和未拉伸條件下粘著斑的組裝及其對培養足細胞遷移的影響。結果表明，細絲蛋白負責基質-肌動蛋白細胞骨架的相互作用，因此對于體外和體內足細胞的粘附至關重要。為了確定機械拉伸是否調節細絲蛋白的表達，足細胞培養后進行三天的拉伸（0.5 Hz ，5% 伸長率）。通過免疫熒光染色和 qRT-PCR 分析在拉伸（S）和未拉伸（US）足細胞中分析細絲蛋白的表達。結果觀察到由于機械應力，足細胞肌動蛋白細胞骨架從橫向應力纖維重組為徑向應力纖維。此外，發現細絲蛋白 A 與 F-肌動蛋白在富含肌動蛋白的中心共定位。qRT-PCR 分析細絲蛋白亞型的表達，發現由于機械應力，細絲蛋白 A 和 B mRNA 表達分別顯著增加至 134 ± 6% 和 181 ± 15%。相比之下，細絲蛋白 C 的表達沒有顯著變化（103 ± 15%）。使用 qRT-PCR 分析，發現細絲蛋白 A 是小鼠足細胞細胞系 SVI 中主要表達的亞型，于是首先將研究重點放在細絲蛋白 A 上。細絲蛋白 A 的敲低影響培養的足細胞中的 F-肌動蛋白組織使用特異性 siRNA 在培養的小鼠足細胞中敲低細絲蛋白 A。免疫熒光和蛋白質印跡驗證了敲低效率, 結果顯示，與對照組相比，細絲蛋白 A 蛋白水平顯著降低至 23 ± 7%。在對細絲蛋白 A 的特異性 siRNA 處理后，觀察到肌動蛋白纖維在細絲蛋白 A 敲低足細胞（Flna KD）中特異性重組。與對照組相比，在 Flna KD 足細胞中，肌動蛋白纖維的相對一致性顯著降低至 58 ± 2%。然而，肌動蛋白的總蛋白量不受影響，并且蛋白質印跡測定 Flna KD 和 Ctrl 之間沒有差異。同時敲低細絲蛋白 A 和 B 可減少機械拉伸過程中足細胞的粘附為了研究細絲蛋白 A 在暴露于機械應力培養的足細胞中的作用，實驗將 Flna KO 和對照細胞拉伸了三天。令人驚訝的是，與對照足細胞相比，Flna KO 足細胞在機械拉伸三天后僅顯示輕微但不顯著的足細胞數量減少。然而發現 Flna KO 足細胞表達的細絲蛋白 B 比對照細胞高 6 倍。這表明細絲蛋白 B 能夠補償細絲蛋白 A 的損失。因此，使用 siRNA 同時敲低 Flna 和 Flnb。通過 qRT-PCR、免疫細胞化學和蛋白質印跡驗證敲低的效率。機械拉伸 2 天后，與對照組相比，42 ± 6% 的細絲蛋白 A/B KD 足細胞缺失。相比之下，分別敲除 Flna 或 Flnb 對機械拉伸后的細胞數量沒有顯著影響，表明細絲蛋白 A 和 B 對拉伸的足細胞粘附具有重要作用。此外，觀察到機械應力影響拉伸誘導的 F-肌動蛋白細胞骨架重組和剩余細絲蛋白 A/B KD 足細胞中肌動蛋白聚合中心（ARCs）的形成。只有 7% 的雙敲除足細胞中產生了 ARCs，與對照相比減少了 89%。相反，與對照組相比，Flna KD 和 Flnb KD 足細胞僅顯示出輕微但不顯著的 ARCs 減少。
為了確定細絲蛋白 A/B 雙敲除是否會影響粘著斑蛋白 talin、紐蛋白和樁蛋白的表達，通過 qRT-PCR 量化了 mRNA 水平，并通過免疫細胞化學分析量化了粘著斑的大小。在 Fln A/B KD 足細胞中，talin (-39 ± 6%)、紐蛋白 (-30 ± 9%) 和樁蛋白 (-28 ± 8%) 的 mRNA 表達顯著降低。此外，免疫細胞化學分析表明，細絲蛋白雙敲除顯著影響粘著斑的大小。量化顯示，與對照相比，在 Fln A/B KD 中，talin 的單個粘著斑區域大小減少了 27%，紐蛋白減少了 30%，樁蛋白減少了 20%。相比之下，僅細絲蛋白 A 的敲低并未降低粘著斑的表達和大小。
細絲蛋白A的缺失導致必需的肌動蛋白結合蛋白/穩定蛋白（如synaptopodin、fasin和palladin）以及粘著斑蛋白（如talin、paxillin和ezrin）的表達減少。這可能會導致肌動蛋白絲的穩定性降低。各種整聯蛋白表達的變化證明了細絲蛋白A對足細胞的重要性。細絲蛋白A缺失后，細絲蛋白B表達強烈增加，提示足細胞中可能存在一種補償機制。
總之，該研究表明，機械應力在體外和體內改變了足細胞中細絲蛋白 A 和 B 的表達，并以代償方式發揮作用。此外，細絲蛋白對于將外部機械信號轉化為細胞內信號以穩定肌動蛋白細胞骨架和避免足細胞脫離也很重要。
參考文獻：Greiten JK, Kliewe F, Schnarre A, Artelt N, Schr?der 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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