文摘
白蛋白通过肾小球过滤筛分系数为0.00062,结果在大约3.3 g的白蛋白日常在人类肾脏过滤。近曲小管就能够71%,亨利循环和远端小管23%,肾小球过滤和收集管3%的白蛋白,从而表明肾脏蛋白质代谢中起着重要的作用。白蛋白在近端小管重吸收功能障碍,由于减少megalin表达式,可以解释早期糖尿病的微蛋白尿。与此同时,大量的非选择性蛋白尿是归因于各种肾小球滤过屏障的障碍,包括足突细胞分离、肾小球基底膜破裂,和狭缝隔膜功能障碍在局灶性节段性肾小球硬化症,膜性肾病和其他肾小球肾炎。选择性蛋白尿与脚过程抹杀和紧junction-like缝改变微小病变性肾病综合症患者,观察到和白蛋白足突细胞胞体吸收增强,可能由清蛋白受体在低剂量的嘌呤霉素模型中。的作用增强的足突细胞白蛋白运输需要调查说明选择性蛋白尿的最小改变疾病的机制。
1。介绍
肾脏负责按规定保持体液的体内平衡的水平衡,电解质平衡,酸碱平衡,尿毒症毒素排泄,同时生产各种激素如肾素、促红细胞生成素,激活的维生素D3。然而,迄今为止很少注意肾脏蛋白质代谢的作用。原始尿液由肾小球过滤含有许多蛋白质比白蛋白小,和肾近端小管重吸收这些蛋白质,随后退化的氨基酸在溶酶体和返回到血液1]。本文描述了肾小球的机制和途径白蛋白滤过和肾小管再吸收白蛋白的肾元在正常和病理条件下基于我们之前micropuncture研究。肾小球白蛋白过滤的概念是限制的大小和电荷屏障肾小球基底膜,最后通过细孔缝的隔膜,是被广泛接受的。然而,•史密斯(2)提出了一个重要问题;为什么缝横隔膜不是“堵塞”与白蛋白如果所有过滤白蛋白分子通过它们?尽管肾小球过滤白蛋白可能由白蛋白来回的扩散“绿带运动”(3),白蛋白分子如何分散在抹去足细胞足突的基底膜完全覆盖微小病变性肾病综合症仍不清楚。论述了超微结构的形态学变化各种肾小球疾病和肾小球滤过屏障的提出了一个新的机制的肾小球白蛋白滤过微小病变性肾病综合症。
2。白蛋白由肾小球滤过在正常情况下
白蛋白包含三个球形领域,分子量69 kDa的净电荷−15。ellipsoid-shaped分子,它是一个灵活的3.8 nm直径15 nm长分子(1,4]。裂隙孔隙大小最初报道是一个矩形孔大约40到140年在截面和长度(705),最近电子断层扫描研究显示,肾小球slit-pores是35一个直径(3.5 nm)和一些变化大小(6]。这些测量进行电子显微镜样品加工,尺寸略有减少是不可避免的,所以这些毛孔的真实规模可能比这些值。虽然有效的白蛋白Stock-Einstein半径35(直径70),一些白蛋白分子能够通过狭缝孔,由于其灵活性和椭球形状。这是符合观察FITC-labeled白蛋白之间的缝隙膜片脚过程,表明白蛋白的一小部分可以通过狭缝孔在正常大鼠(7]。早期micropuncture研究证明白蛋白浓度值形式3到728μ克/毫升尿液在原始在正常大鼠肾小球囊(8- - - - - -11]。大变化已经被解释为污染与血清白蛋白在集合管周毛细血管的管状液体。因此,部分micropuncture方法是避免血清白蛋白污染。肾小管最初是外部吸管刺破,然后四分数的管状液体收集内部吸管。白蛋白浓度测量管状液体,第四部分由血清白蛋白几乎无污染,屈服值为22.9μ在肾小球囊g / mL, albumin-sieving系数0.00062 (12]。
Isotope-labeled白蛋白间隙的研究中,测量尿排泄和管状吸收,除以等离子同位素的水平,显示值与我们的分数micropuncture数据(表一致1)。白蛋白间隙研究与赖氨酸阻塞近端小管重吸收后,用低温治疗,或先天性异常的肾小管重吸收的研究表明micropuncture数据相比略小的值。
白蛋白的分数排泄Fanconi综合症患者是0.00008,这可能是大约相当于glomerular-sieving系数在正常肾脏(13]。然而,肾元段下游近曲小管的重吸收大约26%的肾小球过滤白蛋白即使近端肾小管再吸收白蛋白受损Fanconi综合征,(图1)。因此,肾小球albumin-sieving系数可能会大于0.00011。
大量的肾小球白蛋白滤过的报告。一项研究将氚标记的白蛋白演示了一个使用筛分系数0.074 [14),另一项研究使用Alexa-labeled白蛋白共焦显微镜观察到导致筛分系数0.0341 [15),这是50到100倍比先前的研究价值。然而,有一些技术上的限制包括测量方法的敏感性,失焦的荧光的干扰,飘散的标记分子的不完整切除,可以自由通过肾小球滤过屏障。这些值的观点似乎也异乎寻常的高白蛋白新陈代谢。
失焦的问题解决了荧光信号从肾小球囊污染通过执行双光子显微镜研究利用内部的光电探测器,和glomerular-sieving系数计算为0.002 Alexa萤石labeled-rat血清白蛋白(16与罗丹明标记)和0.001 70 - kd右旋糖酐(17),这是更接近从micropunctures估计的值。
glomerular-sieving系数不是一个静态的常量参数。值的变化应对oscillational肾小球滤过率(GFR)的变化,温度或剖腹手术期间实验(17- - - - - -20.),它可能会有所不同从0.0001到0.0006在正常情况下。
3所示。肾脏在蛋白质代谢的重要作用
白蛋白浓度沿鼠肾元测量分数micropuncture研究(图1)[12]。肾小管重吸收人类每天大约3 g的白蛋白(表2)。白蛋白的孤立的兔子近端小管重吸收能力测量是99.9×10−3ng /分钟/ mm [21]。近端小管的长度是6.5毫米22),所以人类的肾脏可以估计重吸收1.9克(99.9×10−3ng /分钟/毫米×24小时60分钟××6.5毫米×2×106肾元)每天白蛋白。近曲小管的肾元段下游进一步能够过滤白蛋白的26%左右,因此白蛋白肾脏重吸收的总量每天2.6克,这是与micropuncture数据一致。白蛋白分子在近端小管进入溶酶体在6 to15分钟然后退化的氨基酸在近端小管(30到120分钟后1,21]。因此,肾脏应该被视为一个器官蛋白质代谢中起着重要的作用。
高筛分系数值报告Russo et al。15),这表明,每天约200 g的白蛋白在肾小球过滤和近端小管重吸收,似乎不太可能。事实上,丰富的白蛋白无法检测到在正常肾脏的免疫染色。此外,近端小管等不太可能能够传输大量的完整的白蛋白在生理条件下(21,23,24]。不合理,白蛋白肾脏过滤和新陈代谢大于日常生产由肝脏(~ 20 g),或比总血浆白蛋白(~ 125克)。
另一方面,低分子量蛋白质是几乎所有的自由在肾小球过滤筛分系数为0.987 (12),每天吸收(表9.6 g2)。蛋白质代谢的管状障碍慢性肾功能衰竭血液透析无法弥补的,所以低分子量蛋白质存款,等β2-microglobulin,各器官,引起血液透析患者的淀粉样变。蛋白质代谢的生理作用必须占到肾脏。
4所示。糖尿病肾病微蛋白尿的机制
微量白蛋白尿是糖尿病肾病的早期标志,被认为是由于肾小球通透性增加和肾小球反渗透法25,26]。然而,部分micropuncture研究表明近端小管重吸收减少白蛋白没有增加肾小球过滤白蛋白在体外实验的早期糖尿病肾病(图2)[27]。这个管功能障碍可能是早期糖尿病微蛋白尿的机制之一。这是支持的发现megalin,白蛋白内吞作用的受体在近端小管,降低糖尿病大鼠(27),白蛋白间隙的测量与赖氨酸近端再吸收的封锁之后,利用同位素labeled-bovine血清白蛋白(28]。有可能,蛋白尿的真实数量可能比检测尿液中通过测量完整的白蛋白,白蛋白降低因为分散白蛋白的刷状缘酶在近端小管,(29日]。
(一)
(b)
据报道,肾素-血管紧张素系统(RAS)抑制剂恢复megalin表达,改善白蛋白重吸收的管状障碍,减少蛋白尿在糖尿病大鼠(30.]。白蛋白是吸收通过受体介导的内吞作用进入核内体,中的离解必须回收albumin-binding受体回到质膜。由H水泡酸化+atp酶、CLC-5 NHE-3功能重要的pH-dependent离解白蛋白和megalin之间有效的白蛋白再吸收(1,31日]。在糖尿病肾组织血管紧张素ⅱ水平升高32]。血管紧张素ⅱ块H+atp酶(33),因此核内体的酸化可能减少抑制H+腺苷三磷酸酶由肾血管紧张素ⅱ,从而导致白蛋白重吸收减少。因此,RAS抑制剂不仅防止intraglomerular高血压和破坏肾小球选择通透性(34),但也在近端小管恢复白蛋白新陈代谢。
5。问题与肾小球过滤白蛋白通过狭缝孔肾病综合症
肾小球滤过屏障是由三层;(1)有带负电荷的glycocalyx内皮细胞覆盖,(2)肾小球基底膜,一个规模障碍是含有层粘连蛋白和IV型胶原蛋白和电荷屏障所产生的硫酸乙酰肝素是假定函数作为一个粗糙的障碍,(3)最后脚流程之间的缝隙隔膜,这被认为是一种细滤器(35]。山田在1955年确定了狭缝隔膜电子显微镜(36)和Rodewald Karnovsky确定zipper-like狭缝的结构膜(5),这表明白蛋白是透过缝隙毛孔,类似于水、离子和低分子蛋白质。使用各种示踪剂实验提出了争议GBM或狭缝隔膜是否最重要限制性的滤过屏障;铁蛋白积累的“绿带运动”,但不是在狭缝隔膜(37),而辣根过氧化物酶(合)是观察在狭缝隔膜以及“绿带运动”(38,39]。狭缝的识别nephrin隔膜及其突变Finnish-type先天性肾病综合征提供至关重要的证据表明,裂隙膜是肾小球滤过屏障的重要组成部分40,41]。然而,“绿带运动”的重要性不容忽视,层粘连蛋白β2 (LAMB2)基因敲除小鼠表现出严重的“绿带运动”结构的混乱,和附带的蛋白尿42]。此外,电荷屏障的重要性GBM需要进一步调查。硫酸乙酰肝素合酶缺乏的老鼠没有显示蛋白尿即使他们显示减少的负电荷GBM抹杀和脚过程(43]。
因此,狭缝隔膜和GBM肾小球滤过屏障功能是重要的。然而,一些关键问题需要回答之前接受的概念白蛋白通过狭缝孔过滤,(1)白蛋白不积累下缝隔膜在示踪研究,(2)筛选白蛋白系数远低于右旋糖酐或聚蔗糖相似的大小,不能完全解释的差异这些分子之间的分子形状和电荷的灵活性(4,44),(3)肾小球筛分系数白蛋白应该增加肾小球滤过率高,如果缝孔的主要障碍是白蛋白的限制;然而,相反的现象也被报道(18),(4)缝横隔膜的数量减少的紧密连接结构变化微小病变性肾病综合症,和(5)减少nephrin可能导致狭缝孔的扩大,这可以解释大量蛋白尿但不是选择性蛋白尿微小病变性肾病综合症。值得注意的是合和铁蛋白示踪剂都是足突细胞细胞质中标识在一些示踪研究37,39],因此建议一些白蛋白的传输机制也可能存在。
6。电子显微镜观察各种机制蛋白尿的肾小球疾病
仔细观察人类肾活检电镜图片可以识别病变负责蛋白尿在各种肾小球疾病(图3)。肾小球肾炎包括IgA肾病,ANCA-related肾炎,急性肾小球肾炎、狼疮肾炎显示损伤炎症细胞形成“绿带运动”的破裂或漏洞导致非选择性蛋白尿伴随血尿(图3(一个))。足突细胞分离和足突细胞凋亡是观察局灶节段性肾小球硬化症和膜性肾病和蛋白质泄漏从裸露的“绿带运动”的网站,导致非选择性蛋白尿(数字3 (b)和3 (c))。裸露的“绿带运动”是容易坚持肾小球囊,导致节段性硬化。足突细胞分离、细胞凋亡可以通过各种机制包括血流动力学发生拉伸,免疫机制如免疫复合物沉积,integrin-dependent信号,来自NADPH氧化酶氧化应激刺激后通过血管紧张素ⅱ和细胞因子(45- - - - - -49]。这些超微结构的形态学变化的“绿带运动”可能代表分流路径假设在肾小球选择通透性的数学模型3,50]。虽然这些结果常常观察局灶节段性肾小球硬化症和“高剂量”嘌呤霉素aminonucleoside肾病综合征模型(50),这样的分流术很少观察到人类微小病变性肾病综合症和低剂量的嘌呤霉素模型。
(一)
(b)
(c)
(d)
7所示。微小病变性肾病综合症的可能机制选择性蛋白尿
微小病变性肾病综合症蛋白尿的可能机制示意图如图4。常见的假设是,蛋白质从缝隙泄漏孔由于nephrin表达减少,而足突细胞分离是很少观察到51,52]。足细胞与抹去脚过程广泛覆盖肾小球毛细血管壁的微小病变性肾病综合症(图3(d)),足突细胞裂隙孔隙密度下降了80%,和一半的缝显示tight-junction-like结构(51]。这些结构性变化的足细胞提高问题实际上白蛋白经过的路线。即使大量的白蛋白通过改变缝过滤膜,很难解释的选择性蛋白尿nephrin下降,这将导致缝隙扩大毛孔。此外,在山峰之间的时间有差异蛋白尿和肾病模型中的nephrin的表达诱导的抗体nephrin [53,54)和嘌呤霉素aminonucleoside模型(55]。可能减少nephrin表达不是一个肾病综合症的原因,而只是反映了裂隙孔隙数量减少。白蛋白标记示踪剂研究的结果表明,白蛋白可能运输通过内吞作用的足突细胞胞体和胞外分泌[7]。这个假设被证实使用伊文思蓝(EB,分子量961 Da)标记的白蛋白,这强烈与白蛋白结合没有改变蛋白的分子量,并显示红色荧光,GFP转基因老鼠中的嘌呤霉素肾病模型(56]。足细胞发出绿色GFP荧光吸收EB-labeled白蛋白后变黄。有一个初始延迟大约5分钟前出现EB-albumin管腔,这可能是由于白蛋白的transcellular运输所需的时间56]。有几种受体的白蛋白包括megalin和cubilin近端小管(57],在内皮gp60 [58),FcRn足细胞(59,60]。有趣的是,阻止FcRn受体的抗体FcRn减少蛋白尿,从而表明运输的白蛋白足至少部分由FcRn [56]。白蛋白内吞作用足够大的能力来解释日常白蛋白过滤通过足细胞(97.4μg / mg细胞蛋白/ h) (61年]。这个值表明,估计总内吞作用的能力在人类肾脏是97.4(3.6克/天μg / mg细胞蛋白质/ h×0.21毫克细胞蛋白质/毫克细胞×细胞体积(4/3)π×(10μ米)3×878每肾小球足细胞×2×106每个肾脏肾小球×24小时)。
这些发现揭示过滤的可能性途径白蛋白的足突细胞胞体通过受体介导transcytosis。白蛋白滤过这种机制可能回答的基本问题提出•史密斯(2为什么狭缝的膜片不“堵塞”与白蛋白在肾病综合症。需要进一步的研究来阐明如何运输和白蛋白分泌足突细胞胞体。
8。结论
总之,白蛋白glomerular-sieving系数是0.00062,肾脏蛋白质代谢中起着重要的作用。管功能障碍的白蛋白通过megalin内吞作用可以解释早期糖尿病肾病的微蛋白尿。nephrin鉴定表明,狭缝的缝隔膜孔可能会限制滤波器白蛋白分子。足突细胞分离和细胞凋亡或GBM破裂可能解释的非选择性蛋白尿或血尿。与此同时,选择性蛋白尿在微小病变性肾病综合症可能解释为受体介导transcytosis白蛋白的足细胞,这可能是一个新的目标的治疗肾病综合症。
确认
本文部分支持的科研补助金从日本促进社会科学(c - 19590938 c - 23591214)。作者想把这篇文章献给他的优秀导师仁Endou教授创建的分数micropuncture技术和管状微蛋白尿的机制。