小G蛋白，是具有GTP酶活性的一类蛋白，因其分子量只有20—30KD而得名。小G蛋白家族成员在细胞信号通路中具有分子开关的功能，并参与调控许多生物学过程。根据序列的同源性，小G蛋白被分成若干亚家族，例如Rho，Ras，Ran，Rab，Arf和Rad / Rem / Gem / Kir。
Rho 亚家族由 20 多个成员组成，目前研究得最多的是 Rac1、RhoA 和 Cdc42 蛋白。 Rho 蛋白主要通过一系列效应蛋白传递细胞信号，从而参与了广泛的细胞反应，包括细胞骨架重组、转录调控、细胞迁移、细胞转化和转移。
Rac1是一种分子量为21kDa的GTPase，由192个氨基酸编码组成。Rac1在多种细胞活动中起分子开关作用，包括细胞运动、发育、信号转导、细胞骨架组织、免疫反应、细胞周期、细胞间粘附、上皮分化，以及控制GLUT4转运以摄取葡萄糖。
RhoA 蛋白由 193 个氨基酸组成，分子量约为 22 kDa ，在调节肌动蛋白细胞骨架的动态组织（如聚合、肌动蛋白收缩性、应力纤维形成）以及调控依赖于动态肌动蛋白细胞骨架的细胞功能发挥着重要作用。此外，RhoA 还参与微管动力学的调控过程。
Cdc42是一个21.3 kDa的小GTPase蛋白，由191个氨基酸编码。Cdc42在多种依赖于肌动蛋白细胞骨架的细胞过程中发挥重要作用，如胞质分裂、吞噬、细胞迁移、形态发生、趋化、轴突引导、轴突成髓鞘、细胞内运输、基因转录、细胞周期调控和细胞命运决定等。
Rho 亚家族在肾脏功能中发挥着至关重要的作用1，尤其是在维持肾小管上皮细胞（tubular epithelial cells）、系膜细胞（mesangial cells）和足细胞（podocytes）等各种肾脏细胞类型方面（图 1）。足细胞是肾小球过滤屏障的基本组成部分，这种结构可以防止大蛋白和大分子过滤到尿液中，而这种肾小球屏障依赖于足细胞肌动蛋白细胞骨架的结构完整性2。因此，遗传性和特发性肾脏疾病都与 GTP 酶及其下游效应器的失调有关。最新研究揭示了Rho家族依赖性肾病及其潜在的分子机制，接下来小优就带大家一起来看看吧～
图1 Rho GTPases 与足细胞结构的示意图（Steichen et al. Small GTPases 2022.）
1. Rho GTPases 与糖尿病肾病
糖尿病肾病（diabetic nephropathies，DN）是一种由肾小球损伤引起的逐渐进展的肾脏疾病，与系膜细胞在高血糖影响下激活 RhoA 有关，最终导致细胞外基质过量生成(肾小球硬化)3。糖尿病肾病的发病机制是一个复杂的相互作用过程，包括高血糖、晚期糖基化终产物、氧化应激和多种细胞通路的激活。这些因素刺激Rho-GTPase活性，引发级联反应，最终导致肾损伤4-5。此外，Cdc42参与胰岛素合成、胰岛素颗粒动员和外分泌的调节6，而Rac1则影响系膜细胞的氧化损伤和凋亡活性7-8。
2. Rho GTPases和先天性肾病
Rho GTPases在先天性肾病中起着至关重要的作用，特别是对局灶性肾小球硬化症（FSGS）、常染色体显性多囊肾病（ADPKD）和 Alport 综合征等疾病的影响。
FSGS描述了在肾活检中观察到的一种组织学疾病模式，其表型由肾小球中的瘢痕组织定义，因此，它可以作为肾脏遭受各种损伤的诊断指标9。最早可以追溯到1925年，在患有肾病性蛋白尿的成人中记录，FSGS可以表现为特发性、遗传性、自身免疫性，或与肾小球质量减少相关的慢性肾病的反应（适应不良或其他），也可继发于药物或感染10。在遗传和特发性的FSGS中，编码 Rho GTPase 活性调节因子的基因发生突变。这些基因突变涉及GTPase激活蛋白(GAP) Rho-GAP 24 (ARHGAP24)，其作为Rac1的GAP并控制RhoA-Rac1信号平衡9,11,12。此外，Rho GDP解离抑制剂α (ARHGDIA)、ITSN-1和ITSN-2的突变也与先天性肾病综合征有关13-15。值得注意的是，ARHGAP24突变导致足细胞中产生过量的Rac1信号传导，而ARHGDIA的突变导致Rho负调控因子RhoGDIα功能丧失，导致Rho-GTPases被过度激活以及细胞运动功能受损。
ADPKD是最常见的遗传性肾脏疾病，也是导致终末期肾脏疾病的主要因素之一。ADPKD的临床表现包括肾脏增大、肾内囊肿增生、高血压和各种肾外并发症16-17。据统计，超过90%的ADPKD病例归因于两个基因的突变——PKD1和PKD218。与ADPKD相关的细胞表型非常复杂，包括增殖、凋亡、细胞-细胞和细胞-基质粘附等方面的变化19。研究人员最新发现PKD1的基因突变会诱发肌动蛋白细胞骨架动力学的重大改变，该研究发现，在一种特殊的 Rho GTPase 激活蛋白（ARHGAP35）的促进下，中心体 RhoA 信号分区失调，导致 PKD1 突变的细胞中 Rho 激酶（ROCK）的激活增强；反过来，F-肌动蛋白聚合和收缩力也随之增加 20。此外，涉及Rho鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF) LARG、RhoA及其效应器ROCK、肌球蛋白轻链(MLC)的重要信号通路被确定为PKD1 在 ADPKD 中起作用的关键机制21。
Alport综合征是一种罕见的遗传性肾小球肾炎，伴有进行性肾功能丧失、听力减退和眼部异常 22。Rho GTPases与Alport综合征发病之间的机理联系已被证实， Rac1和Cdc42的激活会触发肾小球毛细血管襻内系膜丝状结节入侵23。最近，通过Rac1/Cdc42鸟嘌呤核苷酸交换因子β1Pix的参与，进一步发现了该综合征与Rac1和Cdc42之间的间接关系24。根据这项研究，β1Pix在调节受到Alport综合征影响的肾细胞中LDL受体的稳定性和功能方面发挥作用，并对其发病机制产生影响。
3. 总结
高效的肾脏屏障功能需要对足细胞的细胞骨架进行动态调节。Rho GTPases作为肌动蛋白细胞骨架动力学的主要调节因子，对维持肾脏屏障的持续性功能至关重要，这些蛋白在先天性肾病如FSGS、ADPKD和Alport综合征中起关键的调控作用。
有研究表明，Rho GTPases与艾滋病毒相关性肾病(一种以塌陷局灶节段性肾小球硬化症cFSGS为特征的疾病)有关，HIV-1辅助和决定蛋白Nef通过抑制RhoA活性和激活Rac1来影响足细胞形态25。此外，HIV-1转录因子Tat与FGF-2结合，通过刺激RhoA/phospho-Myosin轻链双通路，诱导了足细胞的分化和增殖26-27。进一步的研究发现了与Nef相互作用的宿主蛋白，其中包括与 Cdc42 活性密切相关的 TNK2（又称 ACK）28。综上所述，Rho GTPases是肌动蛋白细胞骨架的主要调节因子，它们的失调与肾小球疾病的发病机制有关，然而考虑到与Rho GTPases 相关的生物功能多种多样，当务之急是彻底研究潜在的治疗靶点，同时确定信号通路，以最大限度地减少 "脱靶 "效应。
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参考文献：
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