奥吉 妇产科国际 1687 - 9597 1687 - 9589 Hindawi出版公司 609370年 10.1155 / 2011/609370 609370年 评论文章 多囊内脏器官的疾病 Abdul-Majeed 沙琪拉 Nauli 苏利耶米。 辛普森 j·L。 药理学系 托莱多大学的 健康科学的校园 274年来 阿灵顿大街3000号 女士1015 托莱多 哦43614 美国 utoledo.edu 2011年 26 12 2011年 2011年 25 07年 2011年 27 09年 2011年 2011年 版权©2011沙琪拉Abdul-Majeed和苏利耶m . Nauli。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

初级纤毛是不动的,microtubule-based状细胞器从大多数哺乳动物细胞的顶端表面投射。优雅的研究建立了纤毛结构和功能的重要性在信号转导和感觉纤毛的角色在维持健康的细胞状态。特别不正常的纤毛大量涉及疾病的主要特点是充满液体的囊肿的存在在不同的器官。除了多囊肾病(PKD),然而,纤毛的角色多囊肝病(骑士),多囊胰腺疾病(产后抑郁症)和多囊性卵巢综合征(PCOS)仍然非常模糊。此外,尽管已知性别和性激素调节囊肿形成,他们的角色在调节生理功能的纤毛需要进一步探索。

1。介绍

初级纤毛是antenna-shaped细胞器出现在大多数哺乳动物细胞的顶端表面(图 1)。初级纤毛的主要结构特点包括microtubule-based基因丝,这源于基体或母亲中心体。纤毛发挥重要作用在传输信号从细胞外基质细胞内部,导致基因表达和蛋白质合成相关的变化( 1- - - - - - 3]。其独特的结构和位置帮助细胞检测和传输甚至最微小的细胞外信号的变化。因此,纤毛是重要的机械和化学感应的细胞器 4, 5]。协助他们感觉角色,纤毛是赋予了大量的专门的蛋白质,称为“纤毛蛋白,包括受体、离子通道、和二级信使;其中许多本地化睫状体或基体( 2]。因此,在过去的各种研究已经表明,纤毛蛋白的结构和/或定位不当的纤毛和/或基体的结果在一个特殊的类的疾病,集体称为ciliopathies [ 6, 7]。

初级纤毛存在 在活的有机体内 体外。初级纤毛存在于所有与前庭前庭器官或组织(运河)支持身体的液体灌注。这里显示代表图像展示初级纤毛在内皮细胞的存在。(a)扫描电子显微图显示初级纤毛的存在在小鼠股动脉的腔。(b)免疫荧光图像验证鼠标股endothelia纤毛的存在。(c)当这些内皮细胞分离,其纤毛细胞保留在文化、描绘的形象。蓝色表示细胞核;绿色代表乙酰化, α微管蛋白用作纤毛标记;红色表明肌动蛋白细胞骨架。

纤毛结构和功能起着重要的作用在mechanosensory纤毛的功能( 8- - - - - - 12]。mechanosensory纤毛的功能是参与传感流体在许多内脏器官,如肾脏、肝脏、胰腺、脑、脾脏、骨等( 2]。初级纤毛,在这些器官的上皮细胞表达,流体流动和转换这些信号到一个细胞内钙信号响应(图 2)。流感应完全废除deciliated细胞和细胞功能失调的polycystin-1和polycystin-2。在流体的存在,纤毛被激活导致瞬态细胞内钙含量增加,从而导致不同的细胞过程,包括细胞生长、分化、增殖和凋亡 13- - - - - - 16]。mechanosensory纤毛功能受损导致低水平的细胞内的钙,从而导致各种细胞的活化增殖通路包括营的兵,p-Akt (Ser473年)途径 17- - - - - - 20.]。不正常的监管这些途径促进细胞增殖增加导致囊肿形成。

Mechanosensory纤毛功能包括钙信号转导。Mechanosensory纤毛功能需要polycystin复杂。Fluid-flow-induced纤毛弯曲将激活polycystin复杂。这将动员钙离子(Ca2 +)从细胞外基质(ECM)流入到细胞。Calcium-induced钙释放将进一步激活各种calcium-dependent蛋白质来维持合适的器官形成。

其中最主要ciliopathy产生由于mechanosensory功能受损的主要纤毛多囊肾疾病(PKD) [ 21- - - - - - 23]。有趣的是,PKD也与其他器官囊肿的形成有关。多囊肝和胰腺PKD也与纤毛的功能或结构异常( 24- - - - - - 27]。在本文中,我们将简要介绍PKD和关注多囊疾病在不同的器官,包括肝脏、胰腺和卵巢。

2。多囊肾疾病(PKD)

常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传性多囊肾病(ADPKD和ARPKD)是两种最常见的PKD疾病,导致终末期肾衰竭在成人和儿童,分别。ADPKD是由突变引起的 PKD1(编码polycystin-1)和 PKD2(编码polycystin-2),而ARPKD出现突变 PKHD1(编码fibrocystin) [ 28- - - - - - 30.]。PKD的特点是充满液体的囊肿的存在在肾脏,最终导致肾功能衰竭。随着囊性表现,PKD患者和动物模型也表现出noncystic表型,包括高血压、左心室肥大、异常动脉重塑,颅内动脉瘤。毫不奇怪,PKD患者的尸检结果显示,超过80%的病人死于心血管原因比终末期肾功能衰竭( 31日, 32]。

纤毛功能障碍会导致异常的肾上皮细胞导致囊肿形成和异常的肾扩散( 33, 34]。进一步推测,在健康的纤毛肾细胞,有丝分裂纺锤体的一个轴平行于纵轴的小管 35, 36]。在PKD细胞,然而,大量的细胞表现出随机有丝分裂纺锤体的角度,导致囊肿的形成(图 3)。

缺陷在cystogenesis平面细胞极性的结果。这是假设正常的纤毛功能需要控制适当的定向细胞分裂。(一)正常细胞分裂方向需要有一个细长的管状形成。(b)中断定向细胞分裂导致扩大小管的形成。

2.1。性别因素

发病率、患病率和多囊肾疾病的发展在人类和动物的啮齿动物,依赖于性别( 37- - - - - - 39]。睾丸激素是renotropic在正常和病变的啮齿动物模型。被阉割的雄性啮齿动物展览有限疾病进展的肾囊肿的大小和卷。有趣的是,这些去势大鼠睾丸激素治疗消除阉割的效果。另一方面,雌性啮齿动物接受睾酮表现出增强的囊肿和肾脏增长,女性有和没有卵巢切除术( 37]。观察性别差异的机制可能是由于饮食的差异,肾质量或肾元数,系统性或肾小球血流动力学和直接细胞性激素的影响。男人有更大的肾脏,除了肾小球数量比女性多( 38]。最重要的是,性荷尔蒙调节各种细胞因子,生长因子,血管活性的代理,和细胞外基质,如一氧化氮、血管紧张素、胶原蛋白。

详细研究雄激素的影响(雄性激素)和雌激素(雌性激素)表明,雄激素可能参与刺激肾素血管紧张素系统(RAS)和内皮素系统(ET-1)导致男性快速囊性进展。雄激素还VEGF的差别导致对这些系统和一氧化氮bioavailablity,导致心血管疾病增加男性PKD啮齿动物模型和男性病人。另一方面,女性的雌激素似乎发挥保护作用。发现雌激素抑制RAS和ET-1系统和移植VEGF系统导致肾结构和相关的肾功能,减少损失和减少心血管影响的严重程度( 39]。

最近的研究影响哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)途径表明性别的角色和性激素治疗PKD [ 17]。男汉:SPRD老鼠雷帕霉素治疗囊性小管以及表现出扩散抑制肾肿大,cystogenesis,肾衰竭mTORC1通路的激活。女汉:SPRD年龄相同对待雷帕霉素的老鼠相同的时间长度雄性老鼠没有任何改善cystogenesis或肾衰竭像雄性老鼠。发现雷帕霉素抑制增生性p-Akt (Ser473年)活动。女性,尽管mTORC1通路被激活的雷帕霉素类似于男性,雷帕霉素增殖p-Akt (Ser增加473年)活动。雌性啮齿动物的微分效应可以解释的基础上,雌性激素,来发挥保护作用,女性PKD患者的疾病进展以及雌性啮齿动物。然而,进一步的研究被阉割的雄性动物模型和切除卵巢的雌性动物模型需要确认的角色雄激素和雌激素PKD的雷帕霉素治疗病人。

2.2。生育问题

因为PKD病人表现出男性和女性生殖器官囊肿,生育率可能成为一个问题。几个异常已观察到男性和女性患有PKD。不育男性PKD病人出现主要由于necrospermia或低精子死亡率和精囊和射精管囊肿的 40- - - - - - 42]。此外,精子的运动性是一个问题在许多PKD男性患者。精子正常表达9 + 2(运动型)纤毛,所需的能动性。然而,大量的精子PKD患者主要表达9 + 0(不能移动的)纤毛,缺乏中央微管棒必不可少的能动性,有些病人表现出只有不能移动的纤毛,因此不能游动的精子( 43]。患者表示完全不能游动的精子没有父亲的孩子 在体外受精或胞浆内精子注射( 44]。另一方面,女性患有PKD没有显示任何特定的生育问题。这可能是由于这样的事实:高血压、损害肾脏功能通常开始在正常生育年龄女性PKD患者( 45, 46]。

2.3。激素替代疗法

无论年龄、卵巢囊肿没有找到PKD是一个主要关注女性患者( 47, 48]。然而,在绝经后激素替代疗法的使用PKD患者导致肝脏放大在大多数病人。鉴于最常见extrarenal PKD是肝囊肿的表现 49- - - - - - 51),也就不足为奇了肝囊肿发生更多,有更多的严重程度和一个年轻女性比男性PKD的病人。近80%女性PKD患者表现出肝囊肿甚至改善管理的疾病。这些患者表现出囊肿感染等并发症,出血,或肿瘤 48, 51]。内源性和外源性雌激素已涉及女性PKD患者的肝囊肿的严重程度。特别是怀孕PKD发展中巨大肝囊肿患者的风险。

3所示。多囊肝病(骑士)

尽管囊性肝是最常见的一种extrarenal PKD表现观察,它也作为一个孤立的存在继承的囊性疾病,肾囊肿。骑士的特征是在肝脏囊肿的存在引起的扩散和液体分泌囊性上皮囊肿周围的细胞外基质的重塑。由于突变骑士出现 PPRKCSH SEC63( 52, 53]。 PPRKCSH编码非催化 β亚基葡糖苷酶II (GII β)参与糖蛋白的折叠,而 SEC63编码一种蛋白质产品,帮助新生肽可能促使在内质网成为分泌或膜结合蛋白( 54- - - - - - 56]。虽然两个 PPRKCSH SEC63蛋白质产品都不知道,到目前为止,colocalize初级纤毛和/或基体,这两个基因的突变导致异常成熟的新合成glyocoproteins,包括polycystins。过度或删除 PPRKCSH在斑马鱼导致发展不平衡引起的变化类似polycystin-2 [ 57, 58]。与异常的啮齿动物模型研究 Prkcsh, Sec63, Pkd1, Pkd2, Pkhd1基因显示囊肿的形成通常可以被改变的表达 Pkd1,这意味着polycytin-1扮演一个骑士和PKD中央或病原的作用。这进一步表明PKD和骑士可以共享一个共同的致病途径,即使PKD体现在肝脏和肾脏,而骑士只体现在肝脏。

4所示。多囊胰腺疾病(产后抑郁症)

胰腺,参与激素的分泌和胃酶,包含一个错综复杂的小管和导管参与肠道流明的酶。导管上皮细胞分泌碳酸氢盐中和胃的酸性一致。胰腺上皮细胞表达初级纤毛参与mechanosensing腔的流动和帮助维持适当的腔的尺寸 24, 25, 59, 60]。此外,小鼠模型与突变肝细胞的核factor-6 (HNF-6)显示纤毛蛋白的表达水平明显下降(即。、胱氨酸和fibrocystin)在胰腺 61年]。因此,它已建议HNF-6对激活至关重要的基因激活上皮细胞极性和初级纤毛在胰腺细胞的形成。

5。多囊卵巢综合征(PCOS)

多囊卵巢综合征可分为内分泌的紊乱影响大约20%的女性在生育年龄。雄激素过多症,70%的PCOS患者中发现,被预测为PCOS(最重要的原因之一 62年- - - - - - 64年]。这进一步导致长期生殖后果,包括缺乏排卵,抑制促性腺激素,囊性卵泡在成年后的发展。几项研究已经显示多个基因和环境因素之间的关联负责PCOS [ 65年- - - - - - 67年]。PCOS与多囊卵巢和慢性oligoanovulation有关,随着抑郁,情绪障碍,肥胖、多毛症、胰岛素抵抗。此外,患多囊卵巢综合征的妇女倾向于高水平的高密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇水平低以及心血管疾病和2型糖尿病 68年- - - - - - 71年]。

目前,没有特定的基因与PCOS发病机制,尽管多种类别的基因正在研究基于表型观察,包括雄激素生物合成相关的基因/行动,胰岛素抵抗,炎性细胞因子等 72年- - - - - - 76年]。最近的研究已经确定了 DKK1 DNAJB1在PCOS组织差异表达( 76年]。因此, DKK1(编码dickkopf相关蛋白)和 DNAJB1(编码DnaJ或Hsp40同系物)感兴趣的潜在基因在多囊卵巢综合征的发病机理。

DKK1,这是在培养从PCOS患者卵巢膜,已被证明胚胎发生和细胞周期调控中扮演很重要的角色 76年, 77年]。另一方面, DNAJB1underexpressed在卵巢的PCOS患者和有重要角色在蛋白质折叠、蛋白质和拆卸,在细胞膜和蛋白质运输,特别是雄激素信号通路。这两个基因, DNAJB1已被确认和复制的基因利益与尊重在PCOS胰岛素抵抗。因此, DNAJB1可能会影响在PCOS雄激素的途径。

PCOS取决于症状和管理主要包括饮食、体重控制、运动、和病态肥胖患者的减肥手术。此外,低PCOS患者停止排卵结果低促卵泡激素产生的多余的促黄体激素水平,胰岛素,和/或雄激素。这通常是与多种药物治疗包括雌激素受体拮抗剂,它莫西芬,芳香化酶抑制剂,糖皮质激素或促性腺激素。Androgen-related等问题多毛症,痤疮和/或脱发通常用抗雄激素治疗雄激素受体结合或降低雄激素生产。替代药物包括运动学、草药医术学、顺势疗法、反射疗法,按摩,针灸,按摩疗法似乎有效治疗PCOS [ 78年, 79年]。

在少数情况下,PCOS女性PKD的患者报告( 80年]。然而,建议PKD病人和他们的亲属不表现出升高PCOS的风险的影响。本研究包括一个广泛的女性PKD的病人,包括绝经前和绝经后女性PKD的病人。更具体地说,这些妇女的超声扫描显示没有区别的卵巢体积或卵巢囊肿与频率控制non-PKD组。此外,繁殖年龄女性PKD没有表现出明显受损的生育率( 47, 48, 81年]。

6。总结

Ciliopathy各器官与囊肿的形成有关,包括肾脏、肝脏和胰腺。然而,细胞和分子的角色纤毛仍然含糊不清。毫无疑问,未来的研究急需看cystogenesis更广泛的在不同的器官。此外,进一步理解生理纤毛的角色无疑是必要的。例如,它仍然是一个谜如何性别和性荷尔蒙扮演着一个关键角色,这些多囊疾病的患病率和进展。如果在cystogenesis初级纤毛扮演着重要的角色,我们别无选择,只能调查如何纤毛功能或结构改变体内激素调节。

确认

作者感谢刺激讨论初级纤毛的研究助理,毕业生,本科生,药店的学生在他们的实验室。从作者的实验室工作,本文引用支持由美国国立卫生研究院(DK080640)。他们也感谢托莱多大学的研究项目。

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