综述：角蛋白在肾脏疾病机制中的作用

《BioMed Research International》：The Role of Keratin in the Mechanisms of Kidney Diseases

　　

肾脏疾病仍然是全球死亡的主要原因，其患病率持续上升。尽管在理解肾小球病理和急性肾损伤方面取得了进展，但进展为不可逆性肾衰竭及其相关的全身性并发症仍是一个尚未解决的主要挑战。角蛋白（Keratin）是一种由54个基因编码的细胞骨架蛋白，现被认为在肾脏病理生理学中起关键调节作用。新出现的证据表明，角蛋白失调通过双重机制参与肾脏病理生理学：通过细胞骨架稳定维持足细胞结构，以及通过异常的应激反应信号驱动纤维化。这些过程将角蛋白定位为连接肾脏疾病中结构稳态和病理重塑的分子介质。当前研究聚焦于其在慢性肾病进展中的诊断潜力和治疗靶向性。本综述综合了角蛋白的多方面作用，突出了其在肾小球和肾小管间质病理中日益增长的重要性。

角蛋白（Keratin）在肾脏疾病机制中的作用

**1. 引言**
角蛋白是中间丝蛋白（Intermediate Filament, IF）中最大的亚群，广泛分为酸性I型（K9–K28, K31–K40）和碱性/中性II型（K1–K8, K71–K86）。在分子结构上，角蛋白可进一步分为α-角蛋白和β-角蛋白，其IF二级结构分别为α-螺旋和β-折叠。角蛋白的复杂结构决定了其多样功能，包括维持上皮细胞的物理完整性、机械稳定性和形态；细胞内组织与运输；细胞保护作用；在疾病状态下表达动态上调；以及影响细胞迁移、生长和增殖。在肾脏中，不同角蛋白类型分布不同，研究较多的包括K8、K18、K7和K19。K8/K18是肾脏中的调节因子，对维持肾小管上皮细胞的完整性和机械稳定性不可或缺，可通过与非结构蛋白的动态相互作用影响细胞生长和死亡。K7和K19特异性表达于壁层上皮细胞、亨利氏袢细段和集合管，作为应激反应蛋白，在肾上皮损伤和修复过程中上调，增强上皮细胞适应性。K8和K19还能调节上皮细胞中角蛋白的拉伸反应，K8磷酸化诱导角蛋白丝重组并促进上皮肿瘤细胞迁移。K40广泛分布于肾脏，在远端肾小管段更丰富，其表达影响厚壁升支细胞（Thick Ascending Limb, TAL）中重组尿调节素（Uromodulin, UMOD）的加工和分泌。

**2. 角蛋白在肾脏疾病中的作用**

**2.1. 角蛋白在AKI发病机制中的作用**

**2.1.1. AKI中的角蛋白变化**
急性肾损伤（Acute Kidney Injury, AKI）导致受损肾脏中广泛的角蛋白信号传导，但并非所有角蛋白亚型均与AKI相关。K8作为关键损伤反应因子，在AKI中表达升高，染色体原位杂交和免疫荧光显示其转录和蛋白水平均增加。K18在肾缺血再灌注损伤（Ischemia-Reperfusion Injury, IRI）中显著升高，促红细胞生成素（Erythropoietin, EPO）可放大其表达。在由人K18启动子控制人血管紧张素转换酶2（ACE2）表达的小鼠模型中，鼻内接种高剂量严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）导致严重肾损伤。在肾IRI动物实验中，与雄性小鼠相比，雌性小鼠的K18（近端小管损伤相关基因）表达增加较少，K20未上调。研究团队及他人证明，K20在雄性AKI小鼠肾组织中显著上调，且尿K20水平是AKI后慢性肾脏病（Chronic Kidney Disease, CKD）的预测因子。在某些急性肾病类型中，角蛋白表达也受影响，如溶血性AKI中细胞角蛋白水平升高，肾移植急性排斥反应中K1可能参与发病，心脏死亡后捐献（Donation after Cardiac Death, DCD）肾脏中K18产生增加18倍，表明广泛坏死性细胞死亡。角蛋白在动脉粥样硬化性肾血管性高血压中阳性表达，新月体与角蛋白的研究表明，细胞角蛋白阳性对确定新月体定位和细胞起源至关重要。

**2.1.2. 急性肾病与角蛋白的机制研究**
K1可能通过凝集素补体途径参与肾移植急性排斥反应，若受者存在内皮细胞抗体，K1抗体可能被视为自身抗体，其存在与肾移植功能下降显著相关。在单侧输尿管梗阻（Unilateral Ureteral Blockage, UUO）引起的AKI中，IL-33/ST2轴介导先天免疫反应激活，并通过调节尿路上皮分化促进梗阻性肾损伤中的尿路上皮增生。正常肾脏中，肾盂输尿管连接部（Ureteropelvic Junction, UPJ）尿路上皮通常为单层表达角蛋白5（K5）的尿路上皮细胞；UUO肾脏中UPJ尿路上皮显著增厚，K5⁺基底尿路上皮数量增加，但穹窿部K5⁺尿路上皮仍为单层。

**2.1.3. 角蛋白作为AKI的生物标志物**
K18已被证实为非特异性肝损伤标志物，多数研究支持其作为肾小管损伤标志物。K1可作为急性肾移植排斥反应的血清生物标志物，HLA-DR/细胞角蛋白比率也有助于诊断排斥反应。此外，角蛋白阳性可作为动脉粥样硬化性肾血管性高血压、溶血性AKI和渗透性肾病的辅助诊断指标。

**2.2. 角蛋白在慢性肾脏疾病中的参与**

**2.2.1. 慢性肾小球肾炎（CGN）**
不同CGN亚型中角蛋白表达存在差异：ANCA相关血管炎（AAV）中肾小球K7、K8、K18、K19较健康对照高20倍以上，K18超过IgA肾病水平，肾小管间质K19升高4倍并与新月体计数相关；IgA肾病（IgAN）中肾小球K18升高10倍以上，新月体区域最强，肾小管间质K19升高约3倍并与间质炎症相关；足细胞病（MCD/FSGS）中无显著角蛋白上调，表明变化与炎性增生相关而非单纯蛋白尿。间质纤维化或肾小管萎缩程度不显著影响K7、K8、K18、K19水平，提示这些角蛋白主要反映活动性损伤而非慢性瘢痕。

**2.2.2. 肾间质疾病**
K20被确定为肾小管上皮应激的起始信号，应激时K20与核蛋白PRDX2结合，抑制铁死亡并减少肾小管细胞丢失；K20敲除后铁死亡加重，间质炎症面积扩大1.8倍。IRI后30分钟内，肾小管上皮中K20 mRNA和蛋白显著升高，尿K20在2小时后可检测，持续升高14天且远早于血清肌酐，可作为慢性肾间质疾病发病期的非侵入性早期预警分子。

**2.2.3. 遗传性慢性肾脏病**
多囊肾病包括常染色体显性多囊肾病（ADPKD）和常染色体隐性多囊肾病（ARPKD），其发病机制与角蛋白密切相关。多囊蛋白-1与角蛋白之间存在直接相互作用，中间丝蛋白波形蛋白（vimentin）被鉴定为多囊蛋白-1的强相互作用伙伴，细胞角蛋白K8、K18和结蛋白（desmin）也与P1CT相互作用，该相互作用由多囊蛋白-1和IF蛋白中的卷曲-卷曲基序介导。多囊蛋白-1还参与角蛋白丝排列，PKD1突变对蛋白17（K17）聚集产生不利影响，细胞质中K17聚集导致的信号转导改变可破坏表皮细胞骨架的正确定位，最终导致囊肿形成。K19仅定位于囊肿上皮细胞，正常肾脏中仅见于少数肾小管，该特征可用于临床识别ADPKD。

**2.3. 角蛋白在肾脏肿瘤中的作用**

**2.3.1. K7与肾脏肿瘤**
K7是肾癌中研究最多的角蛋白。在猫肾细胞癌（RCC）中，除实性透明细胞型、乳头状柱状细胞型和肉瘤样型外，肿瘤细胞K7和K20阳性。CK7在肾上皮肿瘤分类中至关重要，用于区分肾透明细胞癌（CRCC）和肾乳头状细胞癌（PRCC）等亚型，并有助于鉴别模糊形态的RCC。CK7在von Hippel–Lindau综合征相关RCC中部分阳性，提示透明细胞的免疫表型可能与其分化状态相关。在嗜酸性实体囊性肾细胞癌（ESCRCC）、肾甲状腺样滤泡癌（TLFCK）、肾脏低级别嗜酸性肿瘤（LOT）等多种罕见肾肿瘤中CK7阳性表达。在肾盂和输尿管小细胞癌中CK7罕见阳性。在良性肾嗜酸性腺瘤中，角蛋白7是最广泛使用的诊断染色方法之一，显示弥漫阳性反应和孤立肿瘤细胞染色（<5%）。在肾源性腺瘤（MA）中CK7阳性率约20%，有助于联合其他分子诊断。在良性肾病萎缩肾与甲状腺样滤泡癌的鉴别中，CK7几乎不在萎缩肾中表达，但在甲状腺样滤泡癌中高表达，因此可用于区分两者。

**2.3.2. 其他角蛋白与肾脏肿瘤**
在Bellini管癌中，角蛋白5、8、18强阳性，角蛋白10阴性。部分RCC亚群中CK19阳性表达。CK18表达与转录因子Snail表达增强相关，Snail表达与RCC患者进展正相关，CK18可能对RCC进展有重要影响并作为新的预后预测因子。细胞角蛋白19片段CYFRA21-1是临床常用肿瘤标志物，在肾尿路上皮癌（UC）患者中血清CYFRA21-1升高，可作为评估治疗反应的有用非侵入性指标；但肾功能降低时，若CYFRA作为口腔癌标志物，其含量会升高，提示肾功能影响其他癌症标志物表达。

**2.3.3. 角蛋白与肾肿瘤发生的可能机制**
Met是原癌基因产物，属酪氨酸激酶生长因子受体家族，配体为HGF/SF。HGF/SF介导的Met在间充质细胞中的激活可能参与细胞向上皮表型转化，而共表达细胞角蛋白和波形蛋白的肾癌可能源于这种细胞转化。此外，KRT19基因（编码CK19）启动子区域的甲基化水平在RCC中具有诊断和预后价值，其在六种肾癌细胞系和112例原发性肾肿瘤中的甲基化和表达状态被评估，体内具体调控还受其他遗传机制影响，需进一步研究。

**3. 角蛋白如何调节肾脏疾病**

**3.1. 细胞死亡**
角蛋白是细胞死亡的多功能调节因子：既可保护细胞免受凋亡，也可通过不同途径驱动非凋亡性死亡，其结构或功能异常常触发或加速死亡过程。在凋亡中，K8/K18通过结合RNA结合蛋白HuR，竞争性抑制其与死亡受体5（DR5）mRNA的3'非翻译区相互作用，从而抑制DR5翻译，减少TRAIL诱导的死亡诱导信号复合物组装，削弱caspase-8激活和Bid切割，最终抑制线粒体细胞色素c释放和caspase-3活性。此外，K8/K18作为“磷酸化诱饵”，利用Ser73和Ser52残基对接p38/JNK激酶，减弱促凋亡信号；进入凋亡后，caspase-3精确切割K18的Asp238和Asp397，使角蛋白丝解聚并重组，促进程序性细胞死亡有序进行。角蛋白还参与程序性坏死，如坏死细胞周围的酸性微环境中，暴露于细胞表面的K1/K10 C端片段被树突细胞内吞受体CD205以pH依赖性方式特异性结合，触发快速内吞和抗原呈递，建立非磷脂酰丝氨酸依赖的“吃我”通路，高效清除程序性坏死细胞。研究团队证明K20通过调节过氧化物氧还蛋白2（Peroxiredoxin 2）的外泌体分泌，抑制肾小管上皮细胞铁死亡，从而介导对AKI的保护作用。角蛋白基因缺失或突变可导致细胞机械稳定性下降、半纤维不稳定、细胞迁移和侵袭能力增强，如K8/18减少增强特定上皮癌细胞的集体运动和侵袭性。

**3.2. 自噬**
角蛋白在自噬中的作用主要涉及细胞结构稳定性和细胞内膜动态变化。角蛋白是细胞骨架的重要成分，有助于维持细胞形态和机械稳定性，尤其在细胞应对营养缺乏等应激时，防止过度消耗或损伤。角蛋白还参与细胞应激反应，如DNA损伤、氧化应激或微环境变化，这些可触发自噬以清除受损蛋白和细胞器。在肾小管上皮细胞中，饥饿或缺血诱导p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）介导的K8/K18磷酸化，导致角蛋白丝解聚并与微管相关蛋白1轻链3（LC3）形成桥接，物理连接隔离膜与溶酶体，确保自噬体-溶酶体高效融合，从而清除受损线粒体，抑制活性氧（ROS），提高肾小管细胞存活率。角蛋白在凋亡中的作用也间接影响自噬调节。

**3.3. 内质网（ER）应激**
电镜下，外周ER与角蛋白丝和桥粒斑块呈纳米级接近，角蛋白紊乱影响ER应激转录本表达。ER应激是清除未折叠和错误折叠蛋白的途径。在肾小球中，足细胞缺乏K8/K18/K19时，ER失去细胞骨架支架，导致未折叠蛋白反应传感器PERK持续激活，转录因子ATF4和促凋亡蛋白CHOP水平迅速升高，引起足细胞大量死亡和肾小球硬化。TRIM13表达因启动子高甲基化下降时，泛素介导的K18降解受阻，同样增强ER应激并增加系膜细胞胶原IV分泌，加重肾小球硬化。在肾小管损伤中，缺血再灌注导致caspase-3切割K18，角蛋白网络塌陷，ER伴侣BiP上调，IRE1和PERK通路放大，迫使肾小管上皮细胞凋亡，推动急性损伤向慢性纤维化发展。在糖尿病肾病中，维持角蛋白支架可显著抑制ER应激：高糖条件下肾小球内皮细胞中K8降解，钙泄漏使IRE1-XBP1持续激活，炎性细胞因子IL-6和MCP-1大量释放；使用Src蛋白抑制剂阻断K8酪氨酸磷酸化后，角蛋白丝重新锚定ER，IRE1α活性下降，CHOP和纤维连接蛋白表达降低，从而减轻糖尿病肾损伤。这些发现表明，K8/K18/K19网络的完整性通过机械锚定ER和维持ER钙稳态，决定ER应激的强度和持续时间，其丢失或切割放大ER应激，加速肾小球或肾小管细胞的凋亡和纤维化，将“角蛋白-ER应激”轴定位为多种肾脏疾病进展的共同可干预节点。

**3.4. 转录后修饰**
角蛋白表型存在个体间差异，可能与转录后修饰有关。Djudjaj等人首次证明，肾缺血后，p38 MAPK和c-Jun N端激酶（JNK）迅速磷酸化K8 Ser73和K18 Ser52，形成“超磷酸化角蛋白条带”，导致角蛋白丝解聚为可溶性四聚体，作为“磷酸-蛋白海绵”吸附过量应激激酶，阻止其扩散至线粒体和死亡受体平台，从而减轻肾小管上皮细胞凋亡。K17具有两个磷酸化位点，苏氨酸9（Thr9）和丝氨酸44（Ser44），在生长和应激条件下K17磷酸化增加。K1和K10被报道为肽基精氨酸脱亚氨酶（PADs）的底物，催化瓜氨酸化（citrullination），这是一种转录后修饰。

**4. 总结与未来发展方向**
随着时间推移，科学界对角蛋白与肾脏功能关系的关注增加。角蛋白的类型、表达和突变随肾脏生理或病理状态而异。K8、K18、K19在肾脏中的功能逐渐明确，其他角蛋白的潜在作用也在不断发现。在AKI、慢性肾病和肾脏肿瘤等疾病中，不同角蛋白亚型以不同方式参与疾病。在病理诊断中，角蛋白作为免疫组化分子之一，在肾脏病变分类中起重要作用，常作为血清学检测的生物标志物。与传统指标如肌酐相比，角蛋白检测可实现超早期诊断微细肾小管损伤，准确识别药物性和造影剂相关性AKI，持续升高的尿角蛋白有效预测CKD恶化和终末期肾病（ESRD）风险，且非侵入性检测适用于包括孕妇和儿童在内的所有年龄段患者长期随访。未来仍需努力：拓宽肾脏疾病和角蛋白类型的研究，包括肾移植和良性肾肿瘤；深入机制研究，明确角蛋白调控细胞死亡、自噬、ER应激和转录后修饰的具体途径；开发靶向药物，确定其临床价值，而不仅限于生物标志物作用。