黃 倩 綜述 曾彩虹 審校

腎小球包含四種固有細(xì)胞:系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞和壁層上皮細(xì)胞(parietal epithelial cells，PECs)。在過去的十年里，系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及足細(xì)胞在基礎(chǔ)及臨床研究上進(jìn)展顯著。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)許多腎小球疾病與特定細(xì)胞的損傷有關(guān)，如局灶節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)、微小病變及膜性腎病，均與足細(xì)胞損傷相關(guān)，血栓性微血管病與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞損傷相關(guān)，IgA腎病與系膜細(xì)胞損傷相關(guān)，但對PECs卻仍然缺乏了解，目前尚無資料支持某種疾病與PECs原發(fā)損傷相關(guān)。然而PECs在多種腎小球疾病中表現(xiàn)活躍，在抗腎小球基膜(glomerular basement membrane，GBM)腎炎和寡免疫復(fù)合物性腎小球腎炎中均表現(xiàn)出明顯的增生反應(yīng);塌陷型FSGS也存在PECs的增生。盡管在這些疾病中PECs的反應(yīng)是繼發(fā)于其他的損傷(如GBM、內(nèi)皮細(xì)胞及足細(xì)胞)，但PECs與其他腎小球固有細(xì)胞之間的相互反應(yīng)復(fù)雜而重要，了解它在生理及疾病狀態(tài)的結(jié)構(gòu)及功能的改變有助我們更好地了解各種腎小球疾病的發(fā)生、發(fā)展，進(jìn)一步為治療探尋可能的靶點(diǎn)。

PECs的形態(tài)特征

十九世紀(jì)30年代，英國醫(yī)師鮑曼闡明了入球小動(dòng)脈構(gòu)成腎小球毛細(xì)血管袢，再匯合成出球小動(dòng)脈的循環(huán)途徑，并敘述了有上皮細(xì)胞被覆的腎小囊與近曲腎小管的關(guān)系，因而腎小囊后被稱為鮑曼囊。鮑曼囊為腎小管起始端膨大并凹陷而成的雙層球狀囊，內(nèi)層為臟層(即足細(xì)胞)，壁層由鮑曼囊基膜(Bowman's basement membrane，BBM)及覆蓋其上的PECs構(gòu)成。PECs呈扁平的多邊形，細(xì)胞界限清晰，細(xì)胞體積較小，高度為0.1～0.3 μm，含核部位則為2.0～3.5 μm;胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器稀少，僅含有一些線粒體、囊泡和高爾基體。掃描電鏡見其表面中央附有微絨毛及纖毛，每個(gè)PECs平均含0～2根纖毛［1］。

盡管PECs體積較小，但相鄰細(xì)胞在頂部存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密的緊密連接。PECs的緊密連接包括幾種緊密連接蛋白和鈣聯(lián)素。claudins是緊密連接的主要組成，小鼠 PECs表達(dá)的 claudins，包括claudin-1，claudin-2 和 claudin-3［2］;另外小鼠、大鼠和人類PECs均表達(dá) ZO-1(Zonula occludens-1)和occludin，這些緊密連接蛋白的表達(dá)方式與緊密連接結(jié)構(gòu)相關(guān)。PECs至少表達(dá)兩種鈣聯(lián)素:K-cadherin(Cdh6)和腎臟特異的鈣聯(lián)素(Cdh16)［3］。

PECs在腎小球尿極與近端腎小管上皮細(xì)胞連接，在血管極則與腎小球足細(xì)胞連接。盡管形態(tài)、功能不同，但在腎臟的胚胎發(fā)育過程中，PECs與其他腎臟上皮細(xì)胞來源于同一細(xì)胞譜系，經(jīng)過后續(xù)誘導(dǎo)，分化為不同種類的細(xì)胞并表達(dá)特殊的蛋白基因，因而可以通過檢測細(xì)胞中表達(dá)的特殊蛋白基因來區(qū)分不同的細(xì)胞，如足細(xì)胞表達(dá)Wilm腫瘤抑制蛋白1(WT-1);PECs不表達(dá) WT-1，但表達(dá)PAX2。PAX2基因是Paired Box Gene轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一，所編碼的蛋白作為核轉(zhuǎn)錄因子及信號(hào)分子參與胚胎的發(fā)育調(diào)控，具有促進(jìn)細(xì)胞增生和分化的功能。成熟的腎臟僅在集合管系統(tǒng)和PECs少量表達(dá)PAX2［4］。實(shí)驗(yàn)證明PAX2的表達(dá)與足細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子WT-1存在相互作用，它們可以形成一個(gè)復(fù)雜的分子復(fù)合體，調(diào)控彼此的表達(dá)。PECs還表達(dá) CD10(亦稱CALLA或中性肽鏈內(nèi)切酶)，存在于小鼠或大鼠的PECs，在人類PECs中不表達(dá)，是小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袡z測 PECs的標(biāo)志［3］。

PECs的生理功能

和其他腎小球固有細(xì)胞相比，PECs的研究明顯滯后，許多功能尚處于探討階段。有作者認(rèn)為PECs的功能如同其他典型的上皮細(xì)胞，包括分泌、吸收、保護(hù)、跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)、感知、清除、選擇性滲透等，但缺乏證據(jù)。目前根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的PECs功能如下。

收縮功能和機(jī)械感知 實(shí)驗(yàn)證實(shí)PECs具有收縮功能。Webber等［5］將實(shí)驗(yàn)組分為三組，分別將組胺、乙酰膽堿和腎上腺素注射入大鼠體內(nèi)，然后經(jīng)頸總動(dòng)脈灌注固定液并分離腎臟、切片，對照組則直接體內(nèi)灌注固定液，電鏡觀察到腎上腺素組的大鼠PECs胞膜輕度折疊，而對照組PECs基膜側(cè)胞膜平滑，表明PECs具有收縮功能。有研究認(rèn)為PECs通過收縮和舒張調(diào)節(jié)腎小球囊內(nèi)壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)腎小球?yàn)V過。

PECs頂部具有初級(jí)纖毛結(jié)構(gòu)［1］。而腎小管上皮細(xì)胞中，纖毛主要發(fā)揮化學(xué)及機(jī)械感知作用，研究顯示PECs初級(jí)纖毛能夠感知水流變化，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣的增加，影響基因表達(dá)［6］。

蛋白吸收 足細(xì)胞在腎小球?yàn)V過屏障中發(fā)揮了重要的作用，其吸收由于GBM損傷而漏出的白蛋白和其他血漿蛋白，最終導(dǎo)致足細(xì)胞損傷。同樣，有作者認(rèn)為腎病綜合征時(shí)PECs也能通過內(nèi)吞吸收過量漏出的白蛋白，胞質(zhì)內(nèi)過量的白蛋白也最終導(dǎo)致PECs損傷［7］。

選擇性半滲透及跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn) 1971年，Webber和Blackbourn［8］通過試驗(yàn)證實(shí)PECs能夠減少通透性。透射電鏡顯示PECs有著簡單而精密的連接，包括橋粒、中間連接和緊密連接，但由于PECs存在細(xì)胞間空隙，半滲透40 kD的辣根過氧化物酶半，同時(shí)在PECs胞質(zhì)的吞飲小泡中也可檢出辣根過氧化物酶，說明PECs可能具有選擇性半滲透屏障及跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的功能。

濾過屏障 2001年，Kriz等［9］即提出 PECs和BBM共同構(gòu)成屏障，引導(dǎo)原尿的正確流向。實(shí)驗(yàn)通過麗絲胺綠標(biāo)記的鐵蛋白示蹤劑，顯示當(dāng)PECs從BBM上剝離下來，尿液可滲漏至球旁區(qū)域，形成新的尿流通道，并與腎小管上皮細(xì)胞和腎小管基膜之間的空間相連續(xù)。Ohse等［10］則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)即使PECs在受到損傷后未脫落，但其緊密連接蛋白水平降低，也不能避免尿液向外滲漏，其周間質(zhì)見炎性細(xì)胞浸潤。實(shí)驗(yàn)顯示在抗GBM腎炎模型中，PECs仍然表達(dá)ZO-1、occludin及claudin 1等緊密連接蛋白，但免疫組化顯示其密度明顯減低。另外通過體內(nèi)示蹤劑［德克薩斯紅標(biāo)記的葡聚糖(3 kD)和卵白蛋白(40 kD)］觀察，示蹤劑不僅分散位于足細(xì)胞及PECs胞質(zhì)，還分散于新月體多層PECs之間、PECs及BBM之間以及球旁區(qū)間，充分表明PECs及BBM是原尿的最終屏障。盡管Kriz's研究組應(yīng)用的是原發(fā)性FSGS大鼠模型，而Ohse應(yīng)用的是小鼠抗GBM模型，兩者所應(yīng)用的示蹤劑和檢測手段也有所不同，但兩個(gè)研究均說明了PECs擔(dān)任著濾過屏障的重要功能。

PECs的增生與凋亡

前文已提及PECs與足細(xì)胞來源于同一細(xì)胞譜系，但與足細(xì)胞不同的是，PECs具有潛在的增生能力。Pabst和 Sterzel［11］發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中非糖尿病 SD大鼠每天PECs的循環(huán)再生量為1%，等于腎小球內(nèi)皮細(xì)胞及系膜細(xì)胞的循環(huán)再生量，但未發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞的再生。人類腎臟活組織標(biāo)本檢查結(jié)果與此類似。

新月體腎炎與PECs最為相關(guān)，增生的PECs和足細(xì)胞(占25%)以及炎性細(xì)胞構(gòu)成了新月體的細(xì)胞成分。因而，在PECs研究中，最常用的動(dòng)物模型即Goodpasture綜合征模型，包括實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腎小球腎炎(experimental autoimmune glomerulonephritis，EAG)和腎毒性腎炎(nephrotoxic nephritis，NTN)。EAG是由GBM或Ⅳ型膠原α3鏈致敏的動(dòng)物針對自身腎臟發(fā)生免疫反應(yīng)所導(dǎo)致的。NTN通常稱為抗GBM腎炎模型，是由給予針對GBM、腎小球或腎臟皮質(zhì)的兔子或羊來源的異源性抗體所誘發(fā)。兩種模型均需用大鼠構(gòu)造模型，其過程相似，但NTN較EAG模型構(gòu)造時(shí)間短一些。

多種生長因子參與新月體腎炎的發(fā)生。Kanemoto等［12］在大鼠新月體腎炎模型中發(fā)現(xiàn)新月體可表達(dá)結(jié)締組織生長因子mRNA(connective tissue growth factor，CTGF)，但沒有檢測到巨噬細(xì)胞的標(biāo)志，提示PECs合成了CTGF且參與了瘢痕形成。Fujigaki等［13］通過免疫組化染色發(fā)現(xiàn)在正常大鼠PECs血小板衍生生長因子B(platelet derived growth factor B，PDGF-B)及受體PDGFR表達(dá)量較低;而抗GBM腎炎早期PECs即表達(dá)PDGF-B，新月體附近的PECs中PDGFR表達(dá)明顯增加，提示其在新月體形成中發(fā)揮作用。他們同時(shí)還觀察到疾病早期PECs及新月體可見轉(zhuǎn)化生長因子 β(Thansforming growth factor，TGF-β)受體(TβRI和TβRII)的表達(dá)。Kanemoto［14］也在 CTGF 表達(dá)陽性的新月體中發(fā)現(xiàn)了 TGF-β1及其受體的共存，而TGF-β1是CTGF的有效誘導(dǎo)劑，提示TGF-β可能在新月體形成中發(fā)揮了重要作用。

除了新月體腎炎，在其他與新月體腎炎不相關(guān)的疾病中也可見到PECs增生。如Oda等［15］經(jīng)人類腎活檢組織檢查發(fā)現(xiàn)在感染后腎小球腎炎的早期(1～30d)即出現(xiàn) PECs的增生。Smeets等［16］通過Thy1.1轉(zhuǎn)基因小鼠FSGS模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)足細(xì)胞損傷后，增生的細(xì)胞表達(dá)PECs的特異標(biāo)志——CD10。Kihara等［17］發(fā)現(xiàn)原發(fā)性FSGS也存在PECs的增生。試驗(yàn)顯示在足細(xì)胞脫落后，腎小球毛細(xì)血管袢中間區(qū)域基膜裸露，周圍區(qū)域則被新的基膜與上皮細(xì)胞所覆蓋，這些區(qū)域可以檢測到橋粒及細(xì)胞間連接，提示PECs在足細(xì)胞損傷后發(fā)揮一定的修復(fù)作用。Dijkman［18］發(fā)現(xiàn)在人類FSGS中，增生的細(xì)胞也表達(dá)PECs標(biāo)志而不是足細(xì)胞的標(biāo)志。

PECs的增生機(jī)制尚處于研究中，細(xì)胞周期蛋白為我們提供了一些線索。細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)抑制物能夠負(fù)性調(diào)節(jié)細(xì)胞增生。在生理狀態(tài)PECs中未檢測出CDK抑制蛋白P21和P57，但低水平表達(dá)P27。與此形成鮮明對比的是，健康足細(xì)胞含有大量的CDK抑制蛋白P21和P57。在FSGS實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图叭祟惢颊咧?，PECs高表達(dá)DNA合成標(biāo)志Ki-67和cyclin A，同時(shí)伴有P27表達(dá)水平降低及P21和P57缺失［19］。

PECs增生的另一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子是蛋白基因產(chǎn)物 9.5(Protein gene product 9.5，PGP 9.5)［20］。PGP9.5是一種泛素蛋白，未成熟及成熟的PECs及細(xì)胞新月體均能夠表達(dá)［21］。泛素途徑能夠通過選擇性蛋白降解調(diào)節(jié)細(xì)胞穩(wěn)定性。泛素途徑與細(xì)胞周期相互作用，通過降解目標(biāo)蛋白(如CKIp27)，從而導(dǎo)致細(xì)胞增生［22］。PECs及新月體中PGP9.5的表達(dá)，提示它可能在調(diào)節(jié)PECs增生中發(fā)揮一定作用。

多項(xiàng)研究顯示生長因子在調(diào)節(jié)PECs增生中發(fā)揮作用。如前所提及的CTGF在多種PECs增生的動(dòng)物模型中均出現(xiàn)表達(dá)上調(diào)［12］。成纖維細(xì)胞生長因子1(fibroblast growth factor 1，F(xiàn)GF-1)和 FGF-2表達(dá)也同樣上調(diào)。Ng等［23］發(fā)現(xiàn)纖維細(xì)胞性新月體中PECs表達(dá) FGF-2 和 TGF-β。Kanemoto等［12］通過體外實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)FGF-2能夠刺激PECs增生。

PECs的增生與凋亡之間保持嚴(yán)格的平衡，以維持腎小球結(jié)構(gòu)和功能。新月體形成時(shí)常見PECs和(或)浸潤細(xì)胞的凋亡(程序性細(xì)胞死亡)，甚至有研究認(rèn)為細(xì)胞性新月體向纖維性新月體的轉(zhuǎn)變與PECs的凋亡有關(guān)，PECs的凋亡導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)目減少，瘢痕組織取代［24］，因而PECs的凋亡可能是新月體形成后恢復(fù)腎小球正常細(xì)胞數(shù)目的機(jī)制，如同增生性腎小球腎炎中系膜細(xì)胞的改變。但腎小球損傷所導(dǎo)致的PECs數(shù)目減少并不僅限于凋亡這一種方式，還包括細(xì)胞脫落。Achenbach等［25］在幾種表現(xiàn)為蛋白尿的腎臟疾病(FSGS、膜性腎病、膜增生性病變)的患者尿液中均發(fā)現(xiàn)PECs。因此，PECs在受到損傷后可通過凋亡或脫落使細(xì)胞數(shù)減少，但尚不能明確出現(xiàn)這種反應(yīng)是否正常。

PECs間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化

上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial mesenchymal transition，EMT)描述了上皮細(xì)胞失去其上皮特征且轉(zhuǎn)變?yōu)殚g充質(zhì)細(xì)胞的過程。腎臟EMT在間質(zhì)纖維化發(fā)生與發(fā)展過程發(fā)揮重要的作用［23］。既往認(rèn)為腎臟EMT中，間質(zhì)成纖維細(xì)胞的來源除了自身固有成纖維細(xì)胞增生外，還來自于腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和骨髓基質(zhì)細(xì)胞分化。近期研究證實(shí)PECs能夠出現(xiàn)EMT。SNAIL是EMT過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子，Ikenouchi等［26］研究發(fā)現(xiàn)傳代的 PECs經(jīng) TGF-β 作用后出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子 SNAIL的升高，繼而下調(diào)claudins、occludin等緊密連接蛋白的表達(dá)。TGF-β不僅調(diào)節(jié)細(xì)胞生長及分化，也間接介導(dǎo)EMT形成。在腎功能衰竭及抗GBM腎炎中評估TGF-β作用，發(fā)現(xiàn)TGF-β信號(hào)可以被分泌型TGF-β受體所阻斷，減少新月體形成和間質(zhì)纖維化［27］。

Ng等［23］發(fā)現(xiàn)在新月體腎炎實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蠵ECs α-SMA(肌成纖維細(xì)胞的特異標(biāo)志)增加。Shimizu等［27］發(fā)現(xiàn)體內(nèi)、體外試驗(yàn) PECs EMT與 Integrin連接激酶(ILK)相關(guān)，ILK與細(xì)胞附著、細(xì)胞外基質(zhì)形成和EMT相關(guān)。在大鼠新月體腎炎時(shí)細(xì)胞性新月體表達(dá)ILK，同時(shí)表達(dá)PECs標(biāo)志PGP9.5和肌纖維母細(xì)胞標(biāo)志，提示ILK的表達(dá)及活性的增加在PECs向EMT的轉(zhuǎn)化和細(xì)胞新月體的形成中發(fā)揮作用。

PECs替代修復(fù)足細(xì)胞

多種慢性腎臟疾病存在足細(xì)胞損傷，即使在正常生理狀態(tài)下，尿中也可發(fā)現(xiàn)脫落的足細(xì)胞。眾所周知，足細(xì)胞是有絲分裂后期的細(xì)胞，不具備有絲分裂、增生的能力，因而，有人猜測在腎臟必然存在其他細(xì)胞再生為足細(xì)胞，以替代、修復(fù)足細(xì)胞損傷。但對于這種細(xì)胞來源存在爭議，既往有文獻(xiàn)推斷骨髓來源的干細(xì)胞通過屏障再生為足細(xì)胞，而2009年多篇文獻(xiàn)報(bào)道了PECs可能具有局部干細(xì)胞潛能。

早在1996年，Gibson等［28］發(fā)現(xiàn)在人類腎小球血管極部位的足細(xì)胞也位于BBM上，并形成足突和裂隙膜。因此，作者將此亞型細(xì)胞命名為頂部足細(xì)胞(parietal podocyte，pPods)。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)在人類腎臟中63%腎小球含有pPod，且pPod在BBM和GBM之間形成橋接。Bariety等［29］發(fā)現(xiàn) pPod能夠表達(dá)數(shù)種足細(xì)胞的特異蛋白，如腎小球上皮細(xì)胞蛋白-1，podocalyxin，nephrin，血管上皮生長因子，αactinin和synaptopodin，同時(shí)也表達(dá)一些PECs的特異蛋白，如PAX2。

2009年，Apple等［30］發(fā)現(xiàn)在腎小球血管極足細(xì)胞和PECs之間存在一種過渡細(xì)胞，同時(shí)表達(dá)足細(xì)胞及PECs表型;除此之外，他們利用一種特殊轉(zhuǎn)基因小鼠，其PECs可表達(dá)誘導(dǎo)的β-gal，通過此方法來標(biāo)記示蹤PECs，在小鼠出生后第5天開始用土霉素誘導(dǎo) PECs表達(dá) β-gal，分別在 7d、12d、21d 及第 6、12周檢測標(biāo)記細(xì)胞的分布，令人感興趣的是，他們在沿腎小球毛細(xì)血管袢找到標(biāo)記的細(xì)胞，這些細(xì)胞同樣也表達(dá)nephrin，且細(xì)胞數(shù)目隨著時(shí)間逐漸增加。作者推斷在腎臟發(fā)育過程中，PECs被招募至腎小球毛細(xì)血管袢成為足細(xì)胞的干細(xì)胞。Ronconi等［31］發(fā)現(xiàn)在人類腎臟BBM上存在多效干細(xì)胞，能夠表達(dá)造血干細(xì)胞表面標(biāo)志(CD133+、CD24+)。孤立的干細(xì)胞在合適的細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境下能夠分化成多種腎小球細(xì)胞類型(包括足細(xì)胞)。而且實(shí)驗(yàn)證明將這些細(xì)胞注射入阿霉素誘導(dǎo)的動(dòng)物腎臟病模型中可減少蛋白尿和腎臟損傷。

盡管目前對于PECs分化為足細(xì)胞仍然存在很多疑問，但極大的鼓舞了人們，為足細(xì)胞損傷的相關(guān)疾病指明了新的治療方向。

PECs的研究展望

綜上所述，PECs并非我們以往所認(rèn)為的“無活性”，它對于腎小球的變化積極而及時(shí)。盡管只有很少疾病直接與PECs相關(guān)，但PECs與其他腎小球細(xì)胞之間的相互反應(yīng)復(fù)雜而重要，在起源于足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞甚至系膜細(xì)胞的相關(guān)疾病中發(fā)揮著巨大而未知的作用。PECs不僅發(fā)揮重吸收蛋白、濾過屏障等重要的作用，而且可能具有干細(xì)胞潛能，分化為足細(xì)胞。但對于PECs增生、凋亡的調(diào)節(jié)，PECs向足細(xì)胞的轉(zhuǎn)化等，仍有太多未知。我們知道除動(dòng)物研究模型之外，細(xì)胞培養(yǎng)常用于體外進(jìn)一步研究發(fā)病機(jī)制。PECs的研究滯后，可能與難以獲取純的PECs樣本，缺少確切的PECs模型相關(guān)。1997年Mundel等［32］利用轉(zhuǎn)基因小鼠在暴露于干擾素和低溫后會(huì)表達(dá)永生性癌基因 tsA58 Tag這種技術(shù)，培養(yǎng)出與體內(nèi)具有相同特征的足細(xì)胞。而Ohse等［33］利用這種模式系統(tǒng)培養(yǎng)出永生化小鼠PECs。我們相信隨著研究PECs的新的工具的應(yīng)用，PECs的細(xì)胞和分子生物學(xué)研究這一領(lǐng)域必將揭開新的一頁，為闡明腎小球腎炎時(shí)足細(xì)胞損傷后的修復(fù)并尋找新的治療方向提供線索。

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