先天性腎發(fā)育不良與分子生物學(xué)的研究

作者：齊暉 戴勇

摘要 腎發(fā)育不良是腎發(fā)生異常的臨床后果，其典型病理組織學(xué)特征是出現(xiàn)原始腎小球和腎小管、軟骨樣化生等。近年來(lái)通過(guò)應(yīng)用靶基因和原位克隆等分子技術(shù)對(duì)正常哺乳動(dòng)物腎臟發(fā)生分子調(diào)控機(jī)制的研究，對(duì)先天性腎發(fā)育不良的發(fā)病機(jī)理有了更多的了解。本文將對(duì)先天性腎發(fā)育不良的分子生物學(xué)研究近況作一討論，并對(duì)包括生長(zhǎng)因子在內(nèi)的幾種基因突變、轉(zhuǎn)錄調(diào)控障礙及表達(dá)變化與腎發(fā)良不良的關(guān)系進(jìn)行探討。

腎發(fā)育不良是腎臟未能進(jìn)行正常生長(zhǎng)發(fā)育形成的先天性疾病，過(guò)去對(duì)其發(fā)病機(jī)理了解甚少，隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從分子學(xué)機(jī)理來(lái)闡明腎臟的發(fā)生，從分子生物學(xué)水平對(duì)腎發(fā)育不良的發(fā)生有了較深入的認(rèn)識(shí)。本文就近期對(duì)此問(wèn)題的研究進(jìn)展作一介紹。

1腎發(fā)生與腎發(fā)育不良

正常哺乳類(lèi)腎臟位于間介中胚層，中胚層分化形成前腎導(dǎo)管，經(jīng)進(jìn)一步誘導(dǎo)形成中腎導(dǎo)管至輸尿管芽，在輸尿管芽誘導(dǎo)下，胚體尾端兩側(cè)的生腎素分化為后腎胚基，腎臟的胚胎發(fā)育正是由輸尿管芽和后腎胚基二部分完成的，前者逐步發(fā)育成腎盂、腎盞和集合管，后者發(fā)育成腎小管和腎小球，最后腎小管和集合管對(duì)接，構(gòu)成正常的腎單位。如果輸尿管芽和后腎胚基二部分不能按正常程度發(fā)育和實(shí)行對(duì)接即造成腎發(fā)育不良。腎發(fā)育不良可以是部分性的，也可以是完全性的。多數(shù)類(lèi)型的腎發(fā)育不良伴有囊腫，提示發(fā)育不良的各種形式在形成中有共同機(jī)制。

臨床上常見(jiàn)的先天性腎發(fā)育不良包括多囊性、梗阻性腎發(fā)育不良以及與基因有關(guān)的腎發(fā)育異常。病理組織學(xué)重要特征是出現(xiàn)原始腎小管和化生軟骨。完全性單側(cè)腎發(fā)育不良，可表現(xiàn)為無(wú)癥狀。多數(shù)發(fā)育不良病例中，腎缺陷是雙側(cè)性的，提示基因突變?cè)谡ＤI發(fā)育中起重要作用。單側(cè)性疾病則可能是一種獲得性損傷所致，該損傷破壞了基因的正常表達(dá)，進(jìn)而影響了對(duì)腎成熟有重要意義的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。

2腎發(fā)育不良常見(jiàn)類(lèi)型

2.1先天多囊性腎發(fā)育不良

多囊性腎發(fā)育不良（multiple cystic hypoplastic）是一種常見(jiàn)的完全性腎發(fā)育不良，多為單側(cè)病變（14-20%為雙側(cè)性），患腎失去正常形態(tài)，被不規(guī)則的大小囊腫所代替，腎臟功能喪失并常伴有輸尿管梗阻，是新生兒腹部包塊最常見(jiàn)的原因之一。

多囊性發(fā)育不良腎外型呈腎形結(jié)構(gòu)，多數(shù)病例伴有一個(gè)閉鎖的輸尿管。妊娠早期的多囊腎含有正常發(fā)育所必須的成份，包括未誘導(dǎo)的后腎胚基島和分支的輸尿管導(dǎo)管，在此階段腎單位各段已均可鑒別出囊性改變[1]。生后多囊性發(fā)育不良腎的病理組織學(xué)變異包括原始腎小管的囊性改變、膨大且結(jié)構(gòu)破壞、具有明顯管周?chē)磻?yīng)的間質(zhì)、纖維肌環(huán)的形成、軟骨成分為標(biāo)志的組織轉(zhuǎn)化等。

2.2先天梗阻性腎發(fā)育不良

先天性尿路梗阻在解剖位置上常發(fā)生于輸尿管和膀胱的連接處，先天性后尿道瓣膜是嬰幼兒泌尿系統(tǒng)梗阻的重要原因。先天梗阻性腎的組織學(xué)特征與多囊性腎發(fā)育不良相似，包括腎單位各段如腎小球的囊性轉(zhuǎn)化、間質(zhì)膨大且結(jié)構(gòu)破壞、髓質(zhì)和直小血管顯著發(fā)育不全、發(fā)生管周?chē)w維肌環(huán)、多種形式的腎小球和發(fā)育的腎單位各段。與多囊性腎發(fā)育不良一樣，先天梗阻性腎表現(xiàn)為一系列疾病，其程度與胚胎期尿流阻塞發(fā)生的時(shí)間有關(guān)[2]。

表 伴有腎發(fā)育異常的綜合癥

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綜合癥 染色體遺傳形式

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尖頭并指（趾）畸形（Apert’s） 常染色體顯性

致窒息的胸廓營(yíng)養(yǎng)不良 常染色體隱性

肥胖、生殖機(jī)能減退等 常染色體隱性

鰓-耳-腎 常染色體顯性

Campomelic發(fā)育異常 常染色體隱性

腦-肝-腎（Passarge’s） 常染色體隱性

Fryns’s 常染色體隱性

Goemine’s X-連接的

Goldston(遺傳性毛細(xì)血管擴(kuò)張)常染色體隱性？

Hall-Pallster’s 散發(fā)的

Ivemark’s 常染色體隱性

Marden-Walker’s 常染色體隱性

Mecket-Gruber 常染色體隱性

Miranda’s 常染色體隱性

Senlor-Loken’s 常染色體隱性？

三體染色體16-18（Edwards）

三體染色體13-15（Patau）

三體染色體21（Down）

結(jié)節(jié)性硬化 常染色體顯性

Von Hippel-Lindau 常染色體顯性

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2.3腎發(fā)育不良綜合癥

腎發(fā)育不良綜合癥是包括囊性發(fā)育不良等腎畸形在內(nèi)的遺傳性征候群（見(jiàn)表）?，F(xiàn)闡明一部分綜合癥其特異的基因和蛋白質(zhì)缺陷。發(fā)育不良表現(xiàn)型的外顯率呈現(xiàn)一個(gè)譜帶，提示有其他基因影響腎的最終表型。發(fā)育不良通常都包含多種器官，說(shuō)明缺陷的基因涉及正常器官發(fā)生的基礎(chǔ)。病理組織學(xué)發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)綜合癥輕者可能出現(xiàn)巨囊形成（如結(jié)節(jié)性硬化），重者可能出現(xiàn)囊性發(fā)育異常和腎衰竭（Meckel-Gruber綜合癥）。

3腎發(fā)育不良分子生物學(xué)

目前的研究發(fā)現(xiàn)有多種基因與腎發(fā)育不良有關(guān)，如WT-1、Pax-2、GDNF、BF-2、BMP-7、PDGF、Wnt-4等基因在后腎胚基表達(dá)。Pax-2、c-ret、BMP-7、α3β1等在輸尿管芽表達(dá)。當(dāng)這些基因缺乏或被破壞時(shí)，腎臟不能正常地發(fā)生與發(fā)育[3]。Sonnenberg等[4]用特異性抗體與放射標(biāo)記的補(bǔ)體RNA和DNA探針進(jìn)行研究，確定了多肽生長(zhǎng)因子、肝素結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)因子及它們的受體、細(xì)胞外基質(zhì)分子和細(xì)胞表面整合素等基因在腎發(fā)育中的特定表達(dá)位置。例如肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子主要在后腎胚基因內(nèi)表達(dá)，而其受體c-met則在輸尿管胚芽上皮表達(dá)。這種多肽及其受體在兩種類(lèi)型細(xì)胞上的表達(dá)說(shuō)明輸尿管導(dǎo)管對(duì)后腎間質(zhì)的形成起誘導(dǎo)作用。

Schuchardt等[5]通過(guò)應(yīng)用基因重組與制備純合子無(wú)效突變小鼠，發(fā)現(xiàn)一些影響腎發(fā)育的基因和多肽，如轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子-β、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子-Ⅱ，根據(jù)所見(jiàn)到的最終表型推斷特定基因在正常腎發(fā)生中的作用。酪氨酸激酶體受體c-ret在分支輸尿管導(dǎo)管以及配體-神經(jīng)膠質(zhì)衍生的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子上表達(dá)。當(dāng)小鼠c-ret基因被破壞時(shí)，導(dǎo)致全腎發(fā)育不良。轉(zhuǎn)錄因子基因編碼蛋白能與DNA結(jié)合，而且具備調(diào)控其它基因表達(dá)的功能。在哺乳動(dòng)物腎發(fā)育中，Wilms’腫瘤基因WT-1及Pax2均編碼轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)形式影響腎細(xì)胞的分化[6，7]。

基因性綜合癥與腎形成異常有關(guān)，表中所列出的疾病，有些綜合癥有遺傳性，有些用原位克隆技術(shù)已定位出特定的基因缺陷[8]。這些綜合癥在患病家族成員能發(fā)生顯著的表型變異。這種情況與在純合子無(wú)效突變小鼠所見(jiàn)的變異相似，即腎的最終表型取決于實(shí)驗(yàn)小鼠的基因背景。

腎發(fā)育不良的發(fā)生是幾種不同的基因缺陷，或是在胚胎發(fā)育期遇到致畸因子等多種基因調(diào)控障礙的最終結(jié)果。腎間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化的過(guò)程以及輸尿管分支和生長(zhǎng)，是由一個(gè)復(fù)雜而龐大的基因體系來(lái)導(dǎo)向，有些基因是腎特異性的，有些是非特異的。某些生長(zhǎng)因子基因，盡管它們?cè)谀I發(fā)生期表達(dá)活躍，但當(dāng)它們被破壞時(shí)并不影響腎的正常發(fā)育，這意味著發(fā)育腎正常表達(dá)的各種基因在功能上有重疊[9]。另一種可能性是這種正常表達(dá)形式的破壞在腎發(fā)育不良的發(fā)生發(fā)展中起一定作用，或者就是腎發(fā)育不良的起因。

后腎間質(zhì)缺陷可導(dǎo)致腎發(fā)育不良。另外，基因不適應(yīng)和錯(cuò)位表達(dá)，可能對(duì)腎發(fā)育不良起一定作用。臨床上有孤立的多囊性腎發(fā)育不良和梗阻性腎發(fā)育不良兩者并行存在的病例。先天性和實(shí)驗(yàn)性單基因突變均可導(dǎo)致囊性腎發(fā)育異常，這些基因突變可改變相互聯(lián)系。從理論上講，突變可影響：①胚基增生和分化輸尿管導(dǎo)管分支所必需的肽和基質(zhì)蛋白的表達(dá)；②輸尿管導(dǎo)管對(duì)后腎胚基信號(hào)的反應(yīng)能力；

③輸尿管導(dǎo)管表達(dá)啟動(dòng)和維持后腎胚基上皮誘導(dǎo)所需蛋白的能力；

④后腎胚基對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)的能力；

⑤輸尿管芽和后腎胚基細(xì)胞對(duì)信號(hào)的反應(yīng)能力[10]。

最近已經(jīng)分離出磷酸葡萄糖肌醇糖蛋白基因，簡(jiǎn)稱(chēng)GPC3基因。GPC3缺失與多囊性腎發(fā)育不良有關(guān)[11]。雖然單基因與多基因缺陷均可最終導(dǎo)致腎發(fā)育不良，但其表型可能決定于最初受影響的基因調(diào)控失調(diào)或表達(dá)改變，如先天性梗阻性和囊性腎發(fā)育不良[12，13]。多囊性發(fā)育不良腎，在囊性上皮和間質(zhì)中均有生長(zhǎng)因子基因的改變。在小鼠梗阻性發(fā)育腎中，血管緊張素和轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子呈過(guò)度表達(dá)[14]。

研

究證明，在后腎發(fā)育異常區(qū)，促進(jìn)小管上皮出現(xiàn)囊性改變的因子Pax2和Bcl-2同樣呈過(guò)度表達(dá)[15，16]。此研究可能會(huì)對(duì)各種形式腎發(fā)育不良的發(fā)病機(jī)制提供重要線索。

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