與腎臟發(fā)生相關(guān)的基因.doc

淺談關(guān)鍵詞：腎臟；基因；發(fā)生學(xué) 從基因水平來(lái)研究器官發(fā)生學(xué)，將以往的形態(tài)發(fā)生學(xué)的研究方法提高到分子水平。一些基因在腎臟發(fā)生，特別是后腎發(fā)生中起著重要的作用。當(dāng)這些基因被破壞時(shí)，導(dǎo)致腎臟不能正常地發(fā)生，并且對(duì)腎臟疾病的形成有著極為深刻的影響。本文對(duì)近年來(lái)一些基因與腎臟發(fā)生的關(guān)系，以及這些基因破壞時(shí)對(duì)腎臟發(fā)生影響的有關(guān)研究進(jìn)行綜述。 與腎臟發(fā)生相關(guān)的基因主要在后腎發(fā)生階段發(fā)揮作用，它們對(duì)后腎的發(fā)生起著決定性的作用。這些基因異常可引起后腎的發(fā)生、發(fā)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(shí)別并結(jié)合目標(biāo)dna，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。當(dāng)其識(shí)別部位受到影響時(shí)，可抑制轉(zhuǎn)錄。該基因?qū)γ谀蛏诚档陌l(fā)育和兒童wilms腎腫瘤的發(fā)生有重要意義。當(dāng)wt-1基因發(fā)生突變時(shí)，導(dǎo)致兒童wilms腎腫瘤。另外芽胚wt-1基因發(fā)生突變時(shí)與泌尿生殖系的畸型發(fā)生有關(guān)。wt-1基因最早表達(dá)在中腎小管，進(jìn)一步研究顯示，wt-1基因變異體小鼠（mutantmice）中腎小管的頭側(cè)與尾側(cè)兩個(gè)部位發(fā)生異常，即中腎小管的尾側(cè)缺乏，頭側(cè)在雌性小鼠退化，在雄性小鼠則轉(zhuǎn)為附睪導(dǎo)管1。 如同許多基因作用于發(fā)生中的多階段一樣，wt-1基因與心臟和腎臟的發(fā)生有關(guān)。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(fā)生的早期中起著必要的作用。它對(duì)于輸尿管芽的生長(zhǎng)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(gè)體腎缺失的主要原因。 2pax-2基因 pax-2基因是配對(duì)盒家族中的轉(zhuǎn)錄因子（trabscriptionfactorofthepairedboxfamily）。在正常情況下，pax-2表達(dá)在凝縮中的中腎導(dǎo)管、輸導(dǎo)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(zhì)部缺少氧化鈣而容易導(dǎo)致腎發(fā)育不良，提示在輸尿管芽的分枝及生后腎原基的上皮轉(zhuǎn)化中存在缺失和（或）缺乏輸尿管芽及生后腎原基的細(xì)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(dǎo)管不能伸入泄殖腔且不能表達(dá)c-ret基因3，c-ret基因還作為中腎導(dǎo)管及輸尿管的標(biāo)志物而發(fā)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(dǎo)給細(xì)胞以生長(zhǎng)發(fā)育，位于細(xì)胞表面的分子。c-ret基因正常表達(dá)在發(fā)生中的神經(jīng)系統(tǒng)、中腎導(dǎo)管及輸尿管芽。在輸尿管芽長(zhǎng)出前c-ret基因表達(dá)在正常中腎導(dǎo)管。 c-ret變異體鼠于出生后第一天內(nèi)死于腎衰。此時(shí)，變異體的腎原基內(nèi)能識(shí)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(zhì)已減少，58的c-ret基因變異體出現(xiàn)兩側(cè)完全性發(fā)育不全，31的變異體出現(xiàn)單側(cè)腎發(fā)育不全，33的變異體完全缺乏輸尿管4。由此說(shuō)明c-ret基因在腎發(fā)生過(guò)程中，從生后腎原基中將信息傳導(dǎo)給輸尿管芽以正常地發(fā)生4。 4gdnf基因 gdnf基因是形成生長(zhǎng)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(lái)因子，它通過(guò)其受體c-ret誘導(dǎo)輸尿管芽的生長(zhǎng)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(jiàn)pax-2基因表達(dá)在生后腎原基7。pax-2基因變異體的中腎導(dǎo)管中沒(méi)有c-ret基因的表達(dá)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(jīng)過(guò)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(nèi)死于腎發(fā)育不全所致的腎衰。與c-ret對(duì)照，將近35的gdnf雜合子變異體在生后35個(gè)月時(shí)由于單側(cè)或雙側(cè)腎發(fā)育不全而出現(xiàn)腎功能異常6，7。為了探討gdnf基因是否對(duì)輸尿管芽的分枝有影響，pichel等將gdnf基因進(jìn)行重組，并用移植的泌尿生殖器進(jìn)行孵育，其結(jié)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(zhì)轉(zhuǎn)化為上皮的過(guò)程中發(fā)揮著自身調(diào)節(jié)因子的作用。在胚胎期12.5天，wnt-4基因變異體內(nèi)輸尿管芽周?chē)纳竽I原基開(kāi)始凝縮，直至胚胎期14天，發(fā)生過(guò)程正常。在胚胎期15天，變異體的腎臟生長(zhǎng)明顯遲緩，可觀察到非逗號(hào)及非s型的小體，表明生后腎原基被誘導(dǎo)，但沒(méi)有經(jīng)歷前小管的集合及上皮轉(zhuǎn)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(dá)正常，且此時(shí)c-ret基因表達(dá)在輸尿管芽?jī)?nèi)8。所以wt-1、pax-2、及c-ret基因可能與wnt-4基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)有關(guān)。 stark等8對(duì)12種鼠wnt基因進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，wnt基因在胚胎期11.5天表達(dá)在中腎導(dǎo)管周?chē)闹心I間質(zhì)，以后表達(dá)在腎發(fā)生中的皮質(zhì)部生后腎原基內(nèi)，并在此形成新的小管聚合。wnt-4基因變異鼠在出生后24h內(nèi)死于腎衰，其腎臟小且發(fā)育不全，由輸尿管芽點(diǎn)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(dá)，-gal作為bf-2基因啟動(dòng)部位的受體在胚胎期11.5天輸尿管芽長(zhǎng)出后輸尿管間質(zhì)周?chē)l(fā)揮作用。-gal的表達(dá)定義為包繞在被誘導(dǎo)的生后腎原基周?chē)募?xì)胞環(huán)。它是產(chǎn)生腎基質(zhì)的細(xì)胞環(huán)9。 bf-2基因變異體鼠于出生后24h之內(nèi)死于腎衰，其輸尿管短，腎臟發(fā)育不全。與野生型比較，腎臟被縱向融合，并旋轉(zhuǎn)了90度。bf-2變異體的腎臟不到正常腎臟的13，與相應(yīng)的野生型相比，僅含有114的腎小球9。 7bmp-7基因 骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7（bonemorphogeneticprotein-7，bmp-7，又稱(chēng)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(dá)在中腎導(dǎo)管及小管10，在后腎形成期間，基因轉(zhuǎn)錄并表達(dá)在腎發(fā)生區(qū)的間質(zhì)、正在凝縮聚合的部位及逗點(diǎn)、s型結(jié)構(gòu)的上皮，在輸尿管芽有微弱的表達(dá)11。bmp-7基因在整個(gè)腎發(fā)生期都有表達(dá)，成人腎也能觀察到bmp-7基因的表達(dá)12 bmp基因變異體在出生后24h內(nèi)死于腎衰，并出現(xiàn)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(tài)學(xué)方面沒(méi)有明顯的不同。這種基因變異體鼠的腎臟結(jié)構(gòu)正常，輸尿管芽明顯地分枝，其逗號(hào)小體及s型小體也存在，表明它們之間的相互作用對(duì)于已出現(xiàn)的后腎初期生長(zhǎng)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(dá)13，在胚胎期14.5天c-ret基因、pax-2基因及wnt-4基因的表達(dá)正常。在此胚胎期兩天以后，證實(shí)有少量活性間質(zhì)聚合形成，腎周?chē)鷮尤狈﹂g質(zhì)干細(xì)胞，而髓質(zhì)部位充滿(mǎn)大量的集合管，其中散在著疏松的基質(zhì)細(xì)胞。bmp-7基因變異體在出生時(shí)缺乏腎小球13。與野生型對(duì)照組比較，其生后腎原基內(nèi)細(xì)胞凋亡大大增強(qiáng)13。 8pdgfb基因與pdgfr基因 血小板源性生長(zhǎng)因子b是血小板由來(lái)生長(zhǎng)因子家族的成員之一。pdgfs原作為血小板的分泌產(chǎn)物而被鑒定，但以后顯示由許多正常細(xì)胞合成，如平滑肌細(xì)胞。pdgfb以二聚體穩(wěn)態(tài)的形式存在，并能與pdgf受體或亞基相結(jié)合，pdgf亞基是酪氨酸激酶受體，僅能與pdgfb結(jié)合。pdgfb與pdgfr表達(dá)在發(fā)生中的人體腎14，pdgfb與pdgfr在腎小球系膜也有表達(dá)，提示這種配體受體結(jié)合在腎小球發(fā)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(dòng)部位在雜合子變異體上的表達(dá)。pdgf基因在腎小球發(fā)生早期表達(dá)在輸尿管芽，在發(fā)生后期主要局限于系膜細(xì)胞。 pdgfb與pdgfr基因變異體的表型已被鑒定。雖腎小球的數(shù)目沒(méi)有改變，但二者因缺乏系膜細(xì)胞及腎小球毛細(xì)血管叢而顯示出腎小球發(fā)生的明顯異常。然而腎小球基膜、內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球臟層上皮細(xì)胞（又稱(chēng)為腎小球足細(xì)胞）都在正常范圍內(nèi)出現(xiàn)。一些pdgfb及pdgfr變異體在胚胎期17天到18.5天內(nèi)死亡，但大多數(shù)由于不能進(jìn)行氧合作用而于出生時(shí)死亡。出生時(shí)，變異體鼠還出現(xiàn)血液學(xué)的異常并出現(xiàn)明顯的出血和水腫16。雖有的變異體鼠出生時(shí)幸存，但隨后死于缺乏毛細(xì)血管叢及腎小球異常所致的腎衰。有資料表明，pdgfb通過(guò)pdgfr而起作用，這對(duì)于腎小球系膜細(xì)胞的發(fā)生、系膜細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和腎小球毛細(xì)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(xì)胞表面異二聚體受體，并且是細(xì)胞外基質(zhì)受體的主要成員。在輸尿管芽生長(zhǎng)以前，沒(méi)有顯示81的表達(dá)。在胚胎期11天，81基因表達(dá)在整個(gè)生后腎原基以及包繞在生后腎原基周?chē)恼诔砷L(zhǎng)和分枝的輸尿管芽。當(dāng)生后腎原基經(jīng)歷了上皮轉(zhuǎn)化后，81基因表達(dá)消失在上皮結(jié)構(gòu)中17。31基因表達(dá)在輸尿管芽及誘導(dǎo)的集合導(dǎo)管，腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和腎小球臟層的上皮細(xì)胞。其它的整合素，如21和61也表達(dá)在腎發(fā)生中18。68的81變異體在出生時(shí)沒(méi)有腎臟，并在出生后24h之內(nèi)死于腎衰。80沒(méi)有輸尿管。除腎臟外，其它的器官似乎沒(méi)有受到影響。在缺乏81整合素的動(dòng)物中，雖有輸尿管芽形成，但生后腎原基的生長(zhǎng)及分枝卻受到嚴(yán)重的抑制。生后腎原基的上皮轉(zhuǎn)化也受到損傷，17的變異體動(dòng)物在出生時(shí)被證實(shí)有上皮的轉(zhuǎn)化。另外，pax-2基因表達(dá)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(fā)生中出現(xiàn)明顯的異常，但多于生后24h內(nèi)死于腎衰。其基因變異體的腎臟比野生型的要小，髓質(zhì)的集合管減少了12。最明顯的異常出現(xiàn)在腎小球的臟層上皮細(xì)胞，表現(xiàn)為數(shù)目上顯著減少。隨后是腎小球的周?chē)?，表現(xiàn)為完全缺乏底部形成的過(guò)程。腎小球基底膜的結(jié)構(gòu)也受到破壞，31變異體腎擴(kuò)大，鄰近的小管含有過(guò)剩的溶酶體或成為小囊。有關(guān)31基因在小管的表達(dá)尚未見(jiàn)報(bào)道，在野生型對(duì)照組中使用一種抗3的抗體，觀察到其發(fā)生中的小管缺乏3的表達(dá)，提示31變異體的小管表型是腎小球異常的一種繼發(fā)性的結(jié)果19。這些結(jié)果提示31基因在腎小球臟層上皮細(xì)胞發(fā)生、腎小球基膜形成、以及輸尿管芽分枝的形態(tài)發(fā)生學(xué)中起著重要作用。 除以上基因外，還有幾種基因與腎臟發(fā)生密切相關(guān)。如lim1的基因變異體鼠一般死于胚胎期10天，即在后腎發(fā)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(xiàn)中腎發(fā)生異常21。其它如與成年多囊腎腎病有關(guān)的bcl-2基因變異體鼠等22，這些基因及基因破壞在器官發(fā)生學(xué)方面的研究已獲得了大量有關(guān)腎發(fā)生及哺乳動(dòng)物發(fā)生的大量信息，對(duì)于研究腎臟疾病的發(fā)病機(jī)制及從基因方面開(kāi)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(jìn)展。參考文獻(xiàn) 1sainiok，hellstedtp，kreidbergjaetaldifferentialregulationoftwosetsofmesonephrictubulesbywt1development，1997，124：1293 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