淺談關鍵詞：腎臟；基因；發生學 從基因水平來研究器官發生學，將以往的形態發生學的研究方法提高到分子水平。一些基因在腎臟發生，特別是后腎發生中起著重要的作用。當這些基因被破壞時，導致腎臟不能正常地發生，并且對腎臟疾病的形成有著極為深刻的影響。本文對近年來一些基因與腎臟發生的關系，以及這些基因破壞時對腎臟發生影響的有關研究進行綜述。 與腎臟發生相關的基因主要在后腎發生階段發揮作用，它們對后腎的發生起著決定性的作用。這些基因異常可引起后腎的發生、發育障礙。 1wt-1基因 wt-1基因是一種腫瘤抑制基因，1990年由call等克隆，其主要功能是特異識別并結合目標dna，調節轉錄。當其識別部位受到影響時，可抑制轉錄。該基因對泌尿生殖系的發育和兒童wilms腎腫瘤的發生有重要意義。當wt-1基因發生突變時，導致兒童wilms腎腫瘤。另外芽胚wt-1基因發生突變時與泌尿生殖系的畸型發生有關。wt-1基因最早表達在中腎小管，進一步研究顯示，wt-1基因變異體小鼠（mutantmice）中腎小管的頭側與尾側兩個部位發生異常，即中腎小管的尾側缺乏，頭側在雌性小鼠退化，在雄性小鼠則轉為附睪導管1。 如同許多基因作用于發生中的多階段一樣，wt-1基因與心臟和腎臟的發生有關。wt-1基因變異鼠在胚胎期約15天死亡，其中死于腎衰者多于死于心衰者。wt-1基因在后腎發生的早期中起著必要的作用。它對于輸尿管芽的生長起著決定性的作用。生后腎原基中功能性wt-1的缺失是引起wt-1基因變異體個體腎缺失的主要原因。 2pax-2基因 pax-2基因是配對盒家族中的轉錄因子（trabscriptionfactorofthepairedboxfamily）。在正常情況下，pax-2表達在凝縮中的中腎導管、輸導管芽以及生后腎原基2，雜合子型pax-2變異體由于在輸尿管上部及稀釋皮質部缺少氧化鈣而容易導致腎發育不良，提示在輸尿管芽的分枝及生后腎原基的上皮轉化中存在缺失和（或）缺乏輸尿管芽及生后腎原基的細胞增生3。在純合子pax-2變異體的新生鼠中，完全缺乏腎臟、輸尿管及生殖道。這種變異體鼠于生后第1天死于腎衰。另外，這種基因變異體的中腎導管不能伸入泄殖腔且不能表達c-ret基因3，c-ret基因還作為中腎導管及輸尿管的標志物而發揮作用。 3c-ret基因 c-ret基因編碼受體酪氨酸激酶，是將信息傳導給細胞以生長發育，位于細胞表面的分子。c-ret基因正常表達在發生中的神經系統、中腎導管及輸尿管芽。在輸尿管芽長出前c-ret基因表達在正常中腎導管。 c-ret變異體鼠于出生后第一天內死于腎衰。此時，變異體的腎原基內能識別的腎成分、形成成熟集合管的輸尿管及較大范圍未分化的間質已減少，58的c-ret基因變異體出現兩側完全性發育不全，31的變異體出現單側腎發育不全，33的變異體完全缺乏輸尿管4。由此說明c-ret基因在腎發生過程中，從生后腎原基中將信息傳導給輸尿管芽以正常地發生4。 4gdnf基因 gdnf基因是形成生長因子的超家族成員之一，它是在大部分c-ret與gdnf基因敲除鼠（knockoutmice）被鑒定的表型中作為c-ret基因受體的配體而被鑒定5。資料顯示，gdnf基因是一種生后腎原基由來因子，它通過其受體c-ret誘導輸尿管芽的生長和分枝6，7。 在gdnf的基因變異體中前腎與中腎正常，且于胚胎期2.5天尚可見pax-2基因表達在生后腎原基7。pax-2基因變異體的中腎導管中沒有c-ret基因的表達4，表明pax-2基因可能位于gdnfc-ret基因的上游。其生后腎原基在胚胎期13.5天經過凋亡而完全消失6 與c-ret基因變異體一樣，gdnf基因變異體在出生后1214h內死于腎發育不全所致的腎衰。與c-ret對照，將近35的gdnf雜合子變異體在生后35個月時由于單側或雙側腎發育不全而出現腎功能異常6，7。為了探討gdnf基因是否對輸尿管芽的分枝有影響，pichel等將gdnf基因進行重組，并用移植的泌尿生殖器進行孵育，其結果顯示，在體外gdnf基因變異體的輸尿管分枝有意義地增加7。 5wnt-4基因 wnt-4基因編碼分泌型糖蛋白，目前尚不知道其確切受體。wnt-4基因在后腎的間質轉化為上皮的過程中發揮著自身調節因子的作用。在胚胎期12.5天，wnt-4基因變異體內輸尿管芽周圍的生后腎原基開始凝縮，直至胚胎期14天，發生過程正常。在胚胎期15天，變異體的腎臟生長明顯遲緩，可觀察到非逗號及非s型的小體，表明生后腎原基被誘導，但沒有經歷前小管的集合及上皮轉化。在胚胎期14.5天以前的wnt-4基因變異體中，wt-1基因及pax-2基因的表達正常，且此時c-ret基因表達在輸尿管芽內8。所以wt-1、pax-2、及c-ret基因可能與wnt-4基因的轉錄調節有關。 stark等8對12種鼠wnt基因進行調查的結果表明，wnt基因在胚胎期11.5天表達在中腎導管周圍的中腎間質，以后表達在腎發生中的皮質部生后腎原基內，并在此形成新的小管聚合。wnt-4基因變異鼠在出生后24h內死于腎衰，其腎臟小且發育不全，由輸尿管芽點綴的未分化生后腎原基組成。 6bf-2基因 bf-2基因于1994年由hatini等9克隆，他最近在lacz基因使用敲入敲除（knock-inknock-out）方法建立了bf2變異體鼠。這種雜合子變異體鼠首先顯示了-gal的表達，-gal作為bf-2基因啟動部位的受體在胚胎期11.5天輸尿管芽長出后輸尿管間質周圍發揮作用。-gal的表達定義為包繞在被誘導的生后腎原基周圍的細胞環。它是產生腎基質的細胞環9。 bf-2基因變異體鼠于出生后24h之內死于腎衰，其輸尿管短，腎臟發育不全。與野生型比較，腎臟被縱向融合，并旋轉了90度。bf-2變異體的腎臟不到正常腎臟的13，與相應的野生型相比，僅含有114的腎小球9。 7bmp-7基因 骨形態發生蛋白-7（bonemorphogeneticprotein-7，bmp-7，又稱為成骨蛋白-7）是tgf-的超家族成員之一，bmps是tgf-超家族中的最大亞群。bmp-7基因最初于胚胎期表達在中腎導管及小管10，在后腎形成期間，基因轉錄并表達在腎發生區的間質、正在凝縮聚合的部位及逗點、s型結構的上皮，在輸尿管芽有微弱的表達11。bmp-7基因在整個腎發生期都有表達，成人腎也能觀察到bmp-7基因的表達12 bmp基因變異體在出生后24h內死于腎衰，并出現骨骼重疊，缺乏眼的形成11，13。在胚胎期14.5天，bmp基因變異體鼠與野生鼠之間在形態學方面沒有明顯的不同。這種基因變異體鼠的腎臟結構正常，輸尿管芽明顯地分枝，其逗號小體及s型小體也存在，表明它們之間的相互作用對于已出現的后腎初期生長及分化是必要的。另外，在胚胎期12.5天的bmp-7基因變異體有wt-1基因的表達13，在胚胎期14.5天c-ret基因、pax-2基因及wnt-4基因的表達正常。在此胚胎期兩天以后，證實有少量活性間質聚合形成，腎周圍層缺乏間質干細胞，而髓質部位充滿大量的集合管，其中散在著疏松的基質細胞。bmp-7基因變異體在出生時缺乏腎小球13。與野生型對照組比較，其生后腎原基內細胞凋亡大大增強13。 8pdgfb基因與pdgfr基因 血小板源性生長因子b是血小板由來生長因子家族的成員之一。pdgfs原作為血小板的分泌產物而被鑒定，但以后顯示由許多正常細胞合成，如平滑肌細胞。pdgfb以二聚體穩態的形式存在，并能與pdgf受體或亞基相結合，pdgf亞基是酪氨酸激酶受體，僅能與pdgfb結合。pdgfb與pdgfr表達在發生中的人體腎14，pdgfb與pdgfr在腎小球系膜也有表達，提示這種配體受體結合在腎小球發生中的作用15，soriano16將lacz基因與pgk-neo基因相連接以觀察pdgf基因啟動部位在雜合子變異體上的表達。pdgf基因在腎小球發生早期表達在輸尿管芽，在發生后期主要局限于系膜細胞。 pdgfb與pdgfr基因變異體的表型已被鑒定。雖腎小球的數目沒有改變，但二者因缺乏系膜細胞及腎小球毛細血管叢而顯示出腎小球發生的明顯異常。然而腎小球基膜、內皮細胞、腎小球臟層上皮細胞（又稱為腎小球足細胞）都在正常范圍內出現。一些pdgfb及pdgfr變異體在胚胎期17天到18.5天內死亡，但大多數由于不能進行氧合作用而于出生時死亡。出生時，變異體鼠還出現血液學的異常并出現明顯的出血和水腫16。雖有的變異體鼠出生時幸存，但隨后死于缺乏毛細血管叢及腎小球異常所致的腎衰。有資料表明，pdgfb通過pdgfr而起作用，這對于腎小球系膜細胞的發生、系膜細胞的轉化和腎小球毛細血管叢的形成是必要的16。 931和81基因 31和81基因是整合素（integrin）家族成員。整合素是由信息和信息鏈組成的細胞表面異二聚體受體，并且是細胞外基質受體的主要成員。在輸尿管芽生長以前，沒有顯示81的表達。在胚胎期11天，81基因表達在整個生后腎原基以及包繞在生后腎原基周圍的正在成長和分枝的輸尿管芽。當生后腎原基經歷了上皮轉化后，81基因表達消失在上皮結構中17。31基因表達在輸尿管芽及誘導的集合導管，腎小球內皮細胞和腎小球臟層的上皮細胞。其它的整合素，如21和61也表達在腎發生中18。68的81變異體在出生時沒有腎臟，并在出生后24h之內死于腎衰。80沒有輸尿管。除腎臟外，其它的器官似乎沒有受到影響。在缺乏81整合素的動物中，雖有輸尿管芽形成，但生后腎原基的生長及分枝卻受到嚴重的抑制。生后腎原基的上皮轉化也受到損傷，17的變異體動物在出生時被證實有上皮的轉化。另外，pax-2基因表達在81基因變異體的生后腎原基中17。 31基因變異體鼠雖然在腎臟發生中出現明顯的異常，但多于生后24h內死于腎衰。其基因變異體的腎臟比野生型的要小，髓質的集合管減少了12。最明顯的異常出現在腎小球的臟層上皮細胞，表現為數目上顯著減少。隨后是腎小球的周圍，表現為完全缺乏底部形成的過程。腎小球基底膜的結構也受到破壞，31變異體腎擴大，鄰近的小管含有過剩的溶酶體或成為小囊。有關31基因在小管的表達尚未見報道，在野生型對照組中使用一種抗3的抗體，觀察到其發生中的小管缺乏3的表達，提示31變異體的小管表型是腎小球異常的一種繼發性的結果19。這些結果提示31基因在腎小球臟層上皮細胞發生、腎小球基膜形成、以及輸尿管芽分枝的形態發生學中起著重要作用。 除以上基因外，還有幾種基因與腎臟發生密切相關。如lim1的基因變異體鼠一般死于胚胎期10天，即在后腎發生以前20。另外，n-myc基因的變異體鼠死于胚胎期11天，且在胚胎早期出現中腎發生異常21。其它如與成年多囊腎腎病有關的bcl-2基因變異體鼠等22，這些基因及基因破壞在器官發生學方面的研究已獲得了大量有關腎發生及哺乳動物發生的大量信息，對于研究腎臟疾病的發病機制及從基因方面開展治療具有重要意義。雖然這些研究剛剛起步，但相信將不斷取得新的進展。參考文獻 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