肾小球细胞外基质研究的现状及启示
作者：杨霁云
单位：100034 北京医科大学第一医院儿科
关键词：
中华儿科杂志/980427 肾小球细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的研究日益成为国内外肾脏病工作者关注的重点课题之一，这是因为它与多种肾小球疾病有关，特别是与肾小球疾病的进展(硬化)密切相关。人们试图通过对ECM的研究进一步加深对某些疾病发病机理的理解，以期延缓或阻止硬化的发生。近年来我国儿科肾脏病工作者也对之进行了一些临床及实验研究。1997年10月第九届全国小儿肾脏病学术会议99篇口头交流的文章中，涉及此问题者有16篇，即反映了这一情况。
一、ECM的组成、肾内分布及功能
长期以来ECM曾仅被视为与细胞的支持、连接有关的一组大分子蛋白，近年来知道它还具有其他重要作用，如决定细胞的形态，控制细胞的生长、增殖、分化，调节其运动，并参与许多病理过程。
, 百拇医药
肾小球ECM指肾小球毛细血管基底膜(GBM)、肾小球系膜基质(MM)及肾小囊基膜。肾小球ECM与其他组织者一样，也主要由胶原、非胶原糖蛋白(glycoprotein)和蛋白聚糖(proteoglycan)组成。
胶原分子是由3条肽链(α链)绞合而成的螺旋结构。其α链的一级结构为重复的甘氨酸-X-Y序列，其中X多为脯氨酸，Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸。羟脯氨酸仅见于胶原，故其组织含量可反映其胶原含量，尿中含量可反映其分解代谢状况。目前已知胶原有十余种，但GBM中主为Ⅳ型胶原。Ⅳ型胶原的中段为螺旋区，肽链的氨基端为7S部分，羧基端为NC1部分。7S端以共价键与其他3个分子(共4个)连在一起，NC1以双硫键与另一胶原分子相连，从而使Ⅳ型胶原形成一网状的框架结构，组成GBM的骨架。Ⅳ型胶原弥漫分布于GBM，进一步还了解到由两条α1(Ⅳ)和一条α2(Ⅳ)链组成的经典Ⅳ型胶原，主要分布于GBM的内皮侧区和系膜区，由α3(Ⅳ)、α4(Ⅳ)和α5(Ⅳ)组成者则分布于GBM的致密层及上皮侧。此外，肾小球中有少量Ⅵ型胶原，其分布与经典Ⅳ型胶原α链一致。
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非胶原糖蛋白有多种，如层粘连蛋白(laminin, LN)纤维连结蛋白(fibronectin, FN)、亲玻粘蛋白(vitronectin)、内动蛋白(entactin)、巢原蛋白(nidogen)、血小板反应蛋白(thrombospordin, TSP)、P淀粉样成分(amyloid P component)等。LN是GBM的主要结构之一，可与Ⅳ胶原、硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)、其他非胶原糖蛋白(如巢原蛋白)结合，介导ECM的粘附并调控细胞的行为。FN既可与ECM其他大分子结合，又可与细胞结合，它在肾小球内分布于GBM和系膜区。
氨基聚糖和蛋白聚糖是ECM中具有高度亲水性的大分子，不仅是ECM的结构组分而且是与周围细胞通讯的活性成分。它与FN、LN及胶原结成不同孔径的凝胶，见于GBM和系膜区。又由于其糖基具有不同程度的硫酸化、其糖醛酸的羧基因而带有大量负电荷，此以HSPG为代表，他在GBM的静电屏障中起重要作用。
上述肾小球内ECM的多种成分也存在于肾小管基膜、肾间质、及肾内血管。间质中的胶原为Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ型者。
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二、ECM与肾小球疾病
多种肾小球疾病与ECM有关，举例如下。
1.多种遗传性肾脏病与GBM的胶原有关。编码胶原的有关基因突变或染色体异常，则生成的胶原分子在肽链一级结构上发生改变或翻译后修饰上发生改变，结果结构异常的胶原分子不能构成功能正常的胶原。如X连锁的Alport综合征(以血尿、进行性肾功能减退、耳聋为临床特点)是位于X染色体Xq 22区编码Ⅳ型胶原α5链的基因改变，其编码的胶原异常致GBM功能异常(此病GBM呈典型的分层化及篮网状改变)。据1992年报告甲髌综合征(表现为蛋白尿、15%可发展至慢性肾衰，并有指甲、骨骼改变。其GBM呈虫蚀样病变，GBM和系膜区有纤维样胶原)的基因位于染色体9q34.2～q34.3位点。又知编码Ⅴ型胶原α1链的基因(即COL5A1)也是位于9q34.2～q34.3，故推测此为甲髌综合征的侯选基因。
2.胶原合成和(或)降解的平衡紊乱可导致ECM的异常积聚，最显著的例子是糖尿病肾病、肾小球硬化。
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3.ECM还可引发免疫性疾病。天然的或变性的胶原分子乃至胶原的肽链都可引起免疫反应。例如正常时隐蔽于GBM、肾小管基膜、或肺泡毛细管基膜的Goodpasture抗原(Ⅳ型胶原α3链的NC1)一旦因病毒感染、细菌感染、毒素等损伤而暴露，则使机体产生抗体致产生免疫病理损伤，临床上发生Goodpasture综合征(肺出血、急进性肾功能减退)。此外还可因免疫复合物在含胶原的组织中沉积而致病。目前已知大于19S的免疫复合物可引起局部补体活化、细胞反应、释放致病性介质而引起炎症反应，如系膜增生肾炎。
4.一些肾小球疾病的启动因素虽尚不清，但其肾内ECM有量和质的改变，如以大量蛋白尿为主要表现的微小病变肾病、膜性肾病时其GBM电荷屏障改变，可能与HSPG带负电荷的侧链减少或消失有关。儿科常见的系膜增生性肾炎及预后严重的局灶节段性肾小球硬化都有ECM的改变。
5.特别应引起重视的是多种肾小球疾病向终末期进展中均呈现ECM的进行性积聚，此ECM不仅有量的改变而且有质的变化。
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三、我国儿肾工作者对ECM研究的现况
近年有关ECM的临床及实验研究可大致归纳于以下几个方面：
1.有关GBM电荷屏障的研究。如对激素敏感型肾病综合征患儿及微小病变动物模型中GBM阴离子位点的观察，多种内源或外源性物质对HSPG的影响。
2.利用动物模型及培养中的肾小球上皮细胞和系膜细胞观察多种因素对其产生ECM的影响。如脂多糖、白细胞介素(IL)-1、IL-2、IL-6、IL-Ira、鱼精蛋白能影响上皮细胞对HSPG的生成，IL-Ira、地塞米松能影响系膜细胞胶原的产生，激素治疗前后的肾病患儿外周血单个核细胞产物能影响肾小球上皮细胞ECM的产生，银杏叶能减少系膜细胞ECM的产生等。
3.系膜增生性肾炎及局灶节段性肾小球硬化时肾内ECM量和质的改变。如报告系膜增生性肾炎中有Ⅳ型胶原量的增加，并于重度增生及硬化发生时还出现了原仅存于间质的Ⅰ型胶原，并相应地有尿中Ⅳ型胶原排出的增加。在局灶节段性硬化时有Ⅳ型和Ⅲ型胶原及LN的变化等。
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4.发育肾脏病学对胚肾发育成熟过程中ECM(如Ⅳ型胶原、FN、LN)及其受体整合素的时空动态变化及其可能的细胞来源的研究。
5.有关GBM遗传性疾病的研究。如对X连锁Alport综合征患儿以免疫荧光方法证实其GBM的Ⅳ型胶原α5链呈阴性反应外，并对皮肤进行检查发现患儿呈阴性反应，而儿母(基因携带者)呈间断线状沉积(即镶嵌现象)。此外以Ⅳ型胶原α5链的检测观察了临床上易与Alport综合征混淆的薄膜病时的变化。
6.探索与硬化有关的临床检测方法及可能干预硬化进程的治疗。如摸索尿中Ⅳ型胶原的排出与硬化的相关性、大黄可能减少糖尿病肾病时ECM的累聚、银杏叶可减少MM的产生、地塞米松可抑制系膜细胞Ⅳ型胶原及其α链的产生等。
上述情况反映出我国儿肾工作者对ECM的研究不仅加深了对某些肾脏病发生机理的认识，丰富了我们的检测手段，提高了诊断水平，并从疾病本质、发病机理的根本环节上探索防治的手段。
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四、从ECM研究中引发的几点启示
1.加强多学科的互相渗透和基础研究与临床研究的密切结合。任何一门学科都不能孤立地取得进展。在多种学科相互交叉、相互渗透的边缘地带，往往是思绪活跃、新理论的生长点。ECM的研究绝不仅是限于细胞生物学、分子生物学的范畴，而与多学科相关。我国一些学者对于免疫变化对ECM影响的观察正是一个在细胞生物学和免疫学交叉点上进行突破的尝试。特别是肾脏疾病的研究尤需要多学科的配合、基础学科与临床的密切结合。肾脏在维持机体内环境的稳定上发挥重要作用，并与多个器官组织的功能和疾病密切相关。实践证实，基础学科的发展丰富了我们对肾脏疾病本质的认识，不断修正和补充对发病机理的理解和新的诊治手段；另一方面临床实践又不断为基础研究提出新的课题，反馈和验证某些基础理论，并从而促进医学科学的发展。ECM的有关研究正是一个例证。人们对胶原及其α链的分子生物学和分子遗传学的研究使我们对Alport综合征有了新的认识，并启示我们以皮肤活检作出诊断和筛选致病基因携带者，从而提高临床医学水平。
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2.从全国范围考虑普及与提高的结合。儿科工作者不可能广泛地参与实验研究，因此应以多种途径和方法(如杂志、学术会议、研讨班等)传播新理论、新技术，以期广泛提高整体的水平、跟上时代步伐。另一方面在少数有条件进行实验研究的单位，除进行一些临床基础研究外还要注意摸索一些简易、敏感、经济的检测方法供临床工作应用。例如尿中Ⅳ型胶原的检测即是一种有益的工作。
3.治疗与预防的结合。我国有3亿6千万儿童，如何将某些疾病消灭于小儿时期、让儿童以健康状态进入成人行列，对提高全民体质具有重要意义。根据1986年21省市224 291名健康小儿尿筛查的结果，最终确诊有泌尿系疾病者1 901例，占受检者的0.85%；其中肾脏病变活动需接受治疗者123例，占受检者的0.05%。虽然其中大多于儿童期治愈，但部分在儿童期已发展至慢性肾功能衰竭或病情迁延进入成年期。在这些病情进展过程中，肾小球硬化是关键的一环，因此对ECM的研究除对机制的研究外，更应对可能防止、延缓硬化的措施进行临床及实验研究。
4.国际接轨与中国特色的问题。随着科技的发展、信息传递的迅猛进展，我国肾脏病防治研究与国际接轨已是客观的存在和要求。我们对ECM的研究借助了不少国外的新理论和技术，也结合了我国实际，具有自己的特色，如Alport综合征基因与临床表型相关的研究、一些中草药有效成分对ECM的影响等，相信这些带有中国特色的研究必将走向世界，为人类作出中国的贡献。
上述有关ECM引出的几点思考，对其他肾脏病的临床和实验研究或许也有所裨益。, 百拇医药
单位：100034 北京医科大学第一医院儿科
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中华儿科杂志/980427 肾小球细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的研究日益成为国内外肾脏病工作者关注的重点课题之一，这是因为它与多种肾小球疾病有关，特别是与肾小球疾病的进展(硬化)密切相关。人们试图通过对ECM的研究进一步加深对某些疾病发病机理的理解，以期延缓或阻止硬化的发生。近年来我国儿科肾脏病工作者也对之进行了一些临床及实验研究。1997年10月第九届全国小儿肾脏病学术会议99篇口头交流的文章中，涉及此问题者有16篇，即反映了这一情况。
一、ECM的组成、肾内分布及功能
长期以来ECM曾仅被视为与细胞的支持、连接有关的一组大分子蛋白，近年来知道它还具有其他重要作用，如决定细胞的形态，控制细胞的生长、增殖、分化，调节其运动，并参与许多病理过程。
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肾小球ECM指肾小球毛细血管基底膜(GBM)、肾小球系膜基质(MM)及肾小囊基膜。肾小球ECM与其他组织者一样，也主要由胶原、非胶原糖蛋白(glycoprotein)和蛋白聚糖(proteoglycan)组成。
胶原分子是由3条肽链(α链)绞合而成的螺旋结构。其α链的一级结构为重复的甘氨酸-X-Y序列，其中X多为脯氨酸，Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸。羟脯氨酸仅见于胶原，故其组织含量可反映其胶原含量，尿中含量可反映其分解代谢状况。目前已知胶原有十余种，但GBM中主为Ⅳ型胶原。Ⅳ型胶原的中段为螺旋区，肽链的氨基端为7S部分，羧基端为NC1部分。7S端以共价键与其他3个分子(共4个)连在一起，NC1以双硫键与另一胶原分子相连，从而使Ⅳ型胶原形成一网状的框架结构，组成GBM的骨架。Ⅳ型胶原弥漫分布于GBM，进一步还了解到由两条α1(Ⅳ)和一条α2(Ⅳ)链组成的经典Ⅳ型胶原，主要分布于GBM的内皮侧区和系膜区，由α3(Ⅳ)、α4(Ⅳ)和α5(Ⅳ)组成者则分布于GBM的致密层及上皮侧。此外，肾小球中有少量Ⅵ型胶原，其分布与经典Ⅳ型胶原α链一致。
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非胶原糖蛋白有多种，如层粘连蛋白(laminin, LN)纤维连结蛋白(fibronectin, FN)、亲玻粘蛋白(vitronectin)、内动蛋白(entactin)、巢原蛋白(nidogen)、血小板反应蛋白(thrombospordin, TSP)、P淀粉样成分(amyloid P component)等。LN是GBM的主要结构之一，可与Ⅳ胶原、硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)、其他非胶原糖蛋白(如巢原蛋白)结合，介导ECM的粘附并调控细胞的行为。FN既可与ECM其他大分子结合，又可与细胞结合，它在肾小球内分布于GBM和系膜区。
氨基聚糖和蛋白聚糖是ECM中具有高度亲水性的大分子，不仅是ECM的结构组分而且是与周围细胞通讯的活性成分。它与FN、LN及胶原结成不同孔径的凝胶，见于GBM和系膜区。又由于其糖基具有不同程度的硫酸化、其糖醛酸的羧基因而带有大量负电荷，此以HSPG为代表，他在GBM的静电屏障中起重要作用。
上述肾小球内ECM的多种成分也存在于肾小管基膜、肾间质、及肾内血管。间质中的胶原为Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ型者。
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二、ECM与肾小球疾病
多种肾小球疾病与ECM有关，举例如下。
1.多种遗传性肾脏病与GBM的胶原有关。编码胶原的有关基因突变或染色体异常，则生成的胶原分子在肽链一级结构上发生改变或翻译后修饰上发生改变，结果结构异常的胶原分子不能构成功能正常的胶原。如X连锁的Alport综合征(以血尿、进行性肾功能减退、耳聋为临床特点)是位于X染色体Xq 22区编码Ⅳ型胶原α5链的基因改变，其编码的胶原异常致GBM功能异常(此病GBM呈典型的分层化及篮网状改变)。据1992年报告甲髌综合征(表现为蛋白尿、15%可发展至慢性肾衰，并有指甲、骨骼改变。其GBM呈虫蚀样病变，GBM和系膜区有纤维样胶原)的基因位于染色体9q34.2～q34.3位点。又知编码Ⅴ型胶原α1链的基因(即COL5A1)也是位于9q34.2～q34.3，故推测此为甲髌综合征的侯选基因。
2.胶原合成和(或)降解的平衡紊乱可导致ECM的异常积聚，最显著的例子是糖尿病肾病、肾小球硬化。
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3.ECM还可引发免疫性疾病。天然的或变性的胶原分子乃至胶原的肽链都可引起免疫反应。例如正常时隐蔽于GBM、肾小管基膜、或肺泡毛细管基膜的Goodpasture抗原(Ⅳ型胶原α3链的NC1)一旦因病毒感染、细菌感染、毒素等损伤而暴露，则使机体产生抗体致产生免疫病理损伤，临床上发生Goodpasture综合征(肺出血、急进性肾功能减退)。此外还可因免疫复合物在含胶原的组织中沉积而致病。目前已知大于19S的免疫复合物可引起局部补体活化、细胞反应、释放致病性介质而引起炎症反应，如系膜增生肾炎。
4.一些肾小球疾病的启动因素虽尚不清，但其肾内ECM有量和质的改变，如以大量蛋白尿为主要表现的微小病变肾病、膜性肾病时其GBM电荷屏障改变，可能与HSPG带负电荷的侧链减少或消失有关。儿科常见的系膜增生性肾炎及预后严重的局灶节段性肾小球硬化都有ECM的改变。
5.特别应引起重视的是多种肾小球疾病向终末期进展中均呈现ECM的进行性积聚，此ECM不仅有量的改变而且有质的变化。
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三、我国儿肾工作者对ECM研究的现况
近年有关ECM的临床及实验研究可大致归纳于以下几个方面：
1.有关GBM电荷屏障的研究。如对激素敏感型肾病综合征患儿及微小病变动物模型中GBM阴离子位点的观察，多种内源或外源性物质对HSPG的影响。
2.利用动物模型及培养中的肾小球上皮细胞和系膜细胞观察多种因素对其产生ECM的影响。如脂多糖、白细胞介素(IL)-1、IL-2、IL-6、IL-Ira、鱼精蛋白能影响上皮细胞对HSPG的生成，IL-Ira、地塞米松能影响系膜细胞胶原的产生，激素治疗前后的肾病患儿外周血单个核细胞产物能影响肾小球上皮细胞ECM的产生，银杏叶能减少系膜细胞ECM的产生等。
3.系膜增生性肾炎及局灶节段性肾小球硬化时肾内ECM量和质的改变。如报告系膜增生性肾炎中有Ⅳ型胶原量的增加，并于重度增生及硬化发生时还出现了原仅存于间质的Ⅰ型胶原，并相应地有尿中Ⅳ型胶原排出的增加。在局灶节段性硬化时有Ⅳ型和Ⅲ型胶原及LN的变化等。
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4.发育肾脏病学对胚肾发育成熟过程中ECM(如Ⅳ型胶原、FN、LN)及其受体整合素的时空动态变化及其可能的细胞来源的研究。
5.有关GBM遗传性疾病的研究。如对X连锁Alport综合征患儿以免疫荧光方法证实其GBM的Ⅳ型胶原α5链呈阴性反应外，并对皮肤进行检查发现患儿呈阴性反应，而儿母(基因携带者)呈间断线状沉积(即镶嵌现象)。此外以Ⅳ型胶原α5链的检测观察了临床上易与Alport综合征混淆的薄膜病时的变化。
6.探索与硬化有关的临床检测方法及可能干预硬化进程的治疗。如摸索尿中Ⅳ型胶原的排出与硬化的相关性、大黄可能减少糖尿病肾病时ECM的累聚、银杏叶可减少MM的产生、地塞米松可抑制系膜细胞Ⅳ型胶原及其α链的产生等。
上述情况反映出我国儿肾工作者对ECM的研究不仅加深了对某些肾脏病发生机理的认识，丰富了我们的检测手段，提高了诊断水平，并从疾病本质、发病机理的根本环节上探索防治的手段。
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四、从ECM研究中引发的几点启示
1.加强多学科的互相渗透和基础研究与临床研究的密切结合。任何一门学科都不能孤立地取得进展。在多种学科相互交叉、相互渗透的边缘地带，往往是思绪活跃、新理论的生长点。ECM的研究绝不仅是限于细胞生物学、分子生物学的范畴，而与多学科相关。我国一些学者对于免疫变化对ECM影响的观察正是一个在细胞生物学和免疫学交叉点上进行突破的尝试。特别是肾脏疾病的研究尤需要多学科的配合、基础学科与临床的密切结合。肾脏在维持机体内环境的稳定上发挥重要作用，并与多个器官组织的功能和疾病密切相关。实践证实，基础学科的发展丰富了我们对肾脏疾病本质的认识，不断修正和补充对发病机理的理解和新的诊治手段；另一方面临床实践又不断为基础研究提出新的课题，反馈和验证某些基础理论，并从而促进医学科学的发展。ECM的有关研究正是一个例证。人们对胶原及其α链的分子生物学和分子遗传学的研究使我们对Alport综合征有了新的认识，并启示我们以皮肤活检作出诊断和筛选致病基因携带者，从而提高临床医学水平。
, 百拇医药
2.从全国范围考虑普及与提高的结合。儿科工作者不可能广泛地参与实验研究，因此应以多种途径和方法(如杂志、学术会议、研讨班等)传播新理论、新技术，以期广泛提高整体的水平、跟上时代步伐。另一方面在少数有条件进行实验研究的单位，除进行一些临床基础研究外还要注意摸索一些简易、敏感、经济的检测方法供临床工作应用。例如尿中Ⅳ型胶原的检测即是一种有益的工作。
3.治疗与预防的结合。我国有3亿6千万儿童，如何将某些疾病消灭于小儿时期、让儿童以健康状态进入成人行列，对提高全民体质具有重要意义。根据1986年21省市224 291名健康小儿尿筛查的结果，最终确诊有泌尿系疾病者1 901例，占受检者的0.85%；其中肾脏病变活动需接受治疗者123例，占受检者的0.05%。虽然其中大多于儿童期治愈，但部分在儿童期已发展至慢性肾功能衰竭或病情迁延进入成年期。在这些病情进展过程中，肾小球硬化是关键的一环，因此对ECM的研究除对机制的研究外，更应对可能防止、延缓硬化的措施进行临床及实验研究。
4.国际接轨与中国特色的问题。随着科技的发展、信息传递的迅猛进展，我国肾脏病防治研究与国际接轨已是客观的存在和要求。我们对ECM的研究借助了不少国外的新理论和技术，也结合了我国实际，具有自己的特色，如Alport综合征基因与临床表型相关的研究、一些中草药有效成分对ECM的影响等，相信这些带有中国特色的研究必将走向世界，为人类作出中国的贡献。
上述有关ECM引出的几点思考，对其他肾脏病的临床和实验研究或许也有所裨益。, 百拇医药