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编号:10208379
中毒性急性肾衰早期肾近曲小管上皮细胞细胞骨架的改变
http://www.100md.com 《临床与实验病理学杂志》 2000年第3期
     作者:罗正茂 张训 侯凡凡

    单位:罗正茂(广州军区总医院肾内科 510010);张训 侯凡凡(广州南方医院肾脏病中心 510515)

    关键词:肾功能衰竭,急性;肾小管,近端;肾近曲小管上皮细胞;微丝;微管

    临床与实验病理学杂志000316 摘要 目的:了解中毒性急性肾衰(ARF)早期肾近曲小管上皮细胞(PTC)细胞骨架微丝和微管的改变,并探讨其改变的机制。方法:采用皮下注射氯化汞建立中毒性ARF模型,用免疫组化和电镜法观察中毒6 h和12 h PTC细胞骨架微丝和微管的改变,并用高效液相色谱法测试细胞内ATP水平。结果:免疫组化显示微丝随着中毒时间的延长,PTC刷状缘损伤逐渐加重,胞浆内有片状肌动蛋白分布;电镜示中毒6 h微绒毛变成球形小体,中毒12 h微绒毛部分缺失;免疫组化微管示中毒6 h PTC严重受损,着色变浅、不规则,中毒12 h着色部分恢复;细胞内ATP水平随着中毒时间延长而逐渐下降。结论:中毒性ARF时,PTC细胞骨架微丝和微管发生变化,微丝的改变可能与细胞内ATP水平相关。
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    中图分类号 R692.5;R361.2 文献标识码 A

    文章编号 1001-7399(2000)03-0228-04

    The alterations and the mechanisms of the microfilament and the microtubule of the renal proximal tubular cell in toxic acute renal failure

    Luo Zhengmao

    (Dept of Nephrol, Guangzhou General Army Hospital,Guangzhou 510010)

    Zhang Xun

, 百拇医药     (Dept of the Nephrol, Nanfang Hospital,Guangzhou 510515)

    Hou Fanfan

    (Dept of the Nephrol, Nanfang Hospital,Guangzhou 510515)

    ABSTRACT Purpose To study the alterations and its mechanism of the microfilament and the microtubule of the proximal tubular cell(PTC) in toxic acute renal failure. Methods The alteration of the PTC microfilament and microtubule were observed by using immunochemical and electronic microscopy, and the cellular ATP level was detected by using the high performance liquid chramatography. Results (1) Injuries of the apical microfilament and microvilli were gradually heavied with the toxin time prolonged. (2) The microtubule staining became less intense and irregular after 6 hours of HgCl2 administration and partially recovered after 12 hours of HgCl2 administration. (3) The cellular ATP level fell down with the toxin time prolonged. Conclusion The structures of the microfilament and microtubule were changed after the HgCl2 administration, and the alteration of the microfilament may be dependent on the cellular ATP level.
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    KEY WORDS kidney failure, acute; kidney tubules, proximal; proximal tubular cell; microfilaments; microtubules

    肾近曲小管上皮细胞(PTC)具有一定的极性〔1〕,即细胞内某些蛋白和离子在细胞膜的特定区域分布,如由肌动蛋白聚合而成的微丝主要分布于PTC刷状缘,参与微绒毛的构成。这种极性分布对于维持细胞正常结构和功能具有重要作用,细胞骨架在建立和维持PTC极性上具有重要作用〔2〕。目前的研究多侧重于缺血性急性肾衰(ARF)细胞骨架的改变,并取得了一定的进展。然而关于中毒时细胞骨架微丝和微管的变化,国内外文献报道少。我们利用皮下注射氯化汞建立大鼠中毒性ARF模型,采用组织病理学方法观察中毒性ARF早期肾小管上皮细胞细胞骨架的改变,并定量分析损伤时微管的变化,同时测试细胞内ATP含量,旨在探讨中毒损伤时细胞骨架的改变及其机制。
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    1 材料与方法

    1.1 实验对象 SD雄性大鼠18只,体重180~230 g,予正常饮食,动物由第一军医大学实验动物中心提供。

    1.2 主要试剂及来源 免疫组化所需一抗抗肌动蛋白抗体(anti-actin-Ab)和抗微管抗体(anti-tubulin-Ab)购自美国Sigma公司(编号分别为A2668,T3526); ABC试剂盒购自广州华美公司。电镜所需戊二醛、锇酸、Suprr树脂购自Sigma公司。ATP测试试剂:PICA离子对试剂(自配)。氯化汞和ATP(腺嘌呤核苷三磷酸二钠盐)标准品为国产分析纯。

    1.3 动物模型制备及取材 采用大鼠皮下注射氯化汞(2 mg/kg)制备肾脏中毒模型〔3〕。实验动物18只,随机分为3组,分别为正常对照组、氯化汞中毒6 h组和氯化汞中毒12 h组。用戊巴比妥钠(60 mg/kg)麻醉大鼠,作腹部正中切口,游离双侧肾血管,分离肾包膜,迅速取肾皮质,于冰浴生理盐水中洗净血液,取约200 mg组织置液氮中保存,取0.5 mm3小块组织置于2%戊二醛中,取0.5 cm3组织浸于10%缓冲福尔马林液固定过夜,标本分别送ATP测试和组织病理制片。
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    1.4 组织病理 (1)免疫组化:一抗用抗actin抗体和抗tubulin抗体,采用ABC法。(2)图像分析仪测试:微管免疫组化重复1次,DAB显色时间1 min,无苏木精复染,封片后用图像分析仪测试,通过探头扫描将切片PTC微管着色的深浅转化为可定量计算的光密度值,视野选取柱状的近曲小管上皮细胞,每份标本取50个PTC,数据收集采用单盲法。测试时取光度3.0,detect 233。(3)电镜标本制作:2%戊二醛固定,1%锇酸后固定,Spurr树脂包埋,透射电镜观察细胞微绒毛。

    1.5 ATP的测试 (1) ATP提取:冻存组织约180 mg碾碎,加入0.56 mol/L高氯酸2 ml混合匀浆,离心(12 000 r/min,4℃,10 min),上清用1 mol/L KOH中和至pH值6~7,再离心(900 r/min,4℃,10 min),留取上清50 μl上机。(2)测试条件:色谱柱采用RP-C18(0.9 cm×30 cm)孔径(反向柱);流动相为甲醇/水(30/70)+PICA试剂;流速为0.8 ml/min(压力最大<3 000 psl);检测用UV259 nm,0.02AUFS;积分条件:Zero=10, ATT=4, PK=0.8, Thsh=3, SP=0.2 cm/min。
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    1.6 统计学处理 按方差分析处理,组间比较用q检验。

    2 结果

    2.1 组织病理 (1)微丝免疫组化:正常对照组PTC呈柱状,刷状缘完整(图1);中毒6 h组PTC呈扁平状,刷状缘断裂,胞浆内点状肌动蛋白分布(图2);中毒12 h组PTC刷状缘缺失,胞浆内片状肌动蛋白分布(图3)。(2)电镜:正常对照组微绒毛排列整齐有序(图4);中毒6 h组微绒毛裂解成球形,排列紊乱(图5);中毒12 h组微绒毛融合,部分缺失(图6)。(3)微管免疫组化:正常对照组PTC微管呈非尖端分布,着色清晰(图7);中毒6 h组PTC微管着色变浅,着色不规则(图8);中毒12 h组PTC微管着色部分恢复(图9)。图像分析统计结果见表1。

    表1 中毒性ARF肾PTC微管光密度值(±s,n=6) 实验分组
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    光密度值

    正常对照组

    0.050 43±0.000 42

    中毒6 h组

    0.038 13±0.001 71*

    中毒12 h组

    0.045 78±0.001 79*#

    与正常对照组相比,*P<0.01;与中毒6 h组相比,#P<0.01

    2.2 肾皮质ATP水平测定值 结果见表2。表2 中毒性ARF肾皮质ATP水平(±s,n=6) 实验分组
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    ATP水平(μmol/g)

    正常对照组

    2.53±0.287 2

    中毒6 h组

    2.11±0.208 5*

    中毒12 h组

    1.75±0.239 5**#

    与正常对照组相比,*P<0.05;与正常对照组相比,**P<0.01;与中毒6h组相比,#P<0.053 讨论

    在正常生理状态下,PTC是一种极性细胞,细胞骨架微丝大部排列于PTC尖端,微丝是细胞内的重要支持系统,它作用于细胞膜的不同水平,以微绒毛为主要分布区,并参与细胞膜蛋白的间接固定,因此微丝可能在保持细胞极性、维持微绒毛的正常功能上具有重要作用〔4〕。中毒损伤时,组织病理学观察可见细胞形态改变,且随着中毒时间的延长,刷状缘损伤加重,微丝肌动蛋白在细胞内片状分布,电镜也观察到细胞微绒毛的裂解、缺失及融合,提示PTC在接触毒物因子后出现了微丝结构和分布的改变,即微丝在细胞膜极性分布的改变。其损伤则可能引起细胞极性和功能的改变,临床和实验性ARF常见的细胞重吸收功能降低、管液反漏等都可能与此有关〔5〕
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    微管分布于细胞非尖端,其基本单位是微管蛋白。本实验中PTC微管在中毒6 h着色变浅,中毒12 h着色部分恢复,说明微管发生的多属可逆性改变。微管免疫组化的着色是由完整的微管决定的,可溶的微管蛋白单体则着色很弱〔6〕,故推测中毒组微管的可逆性改变可能与其解聚有关。微管也参与PTC极性的产生与维持〔7〕,损伤后尖端膜的囊泡内吞和细胞器的排列紊乱都与微管的损伤有关。总之,在氯化汞作用后,PTC微丝和微管的结构和极性损害,它们的紊乱可能引起细胞极性和生理功能改变。

    图1 正常对照组,PTC呈柱状,刷状缘完整。×600

    图2 中毒 6 h组,PTC呈扁平状,刷状缘断裂,胞浆内点状肌动蛋白分布。×600

    图3 中毒 12 h组,PTC刷状缘缺失,胞浆内片状肌动蛋白分布。×600
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    图4 正常对照组,微绒毛排列整齐有序。×7 500

    图5 中毒 6 h,微绒毛呈球形,排列紊乱。×12 000

    图6 中毒 12 h组,微绒毛融合,部分缺失。×10 000

    图7 正常对照组,PTC微管呈非尖端分布,着色清晰。×600

    图8 中毒 6 h,PTC微管着色变线,不规则。×600

    图9 中毒 12 h组,PTC微管着色部分恢复。×600

    我们测试了细胞内ATP水平,结果示中毒6 h细胞内ATP水平与正常对照组相比下降约10%~20%,中毒12 h约为正常的70%,细胞内ATP水平的下降与微丝的紊乱相一致,提示微丝正常结构的维持与细胞内ATP水平相关,ATP水平下降可能与氯化汞直接作用于PTC线粒体,抑制呼吸链有关。
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    氯化汞是一种重金属肾毒物,由于肾脏血流大,具有浓缩功能,使肾小管对毒物具有高度易感性,并且汞对细胞内多种酶具有抑制作用,因此,汞中毒早期即出现细胞内微丝和微管的变化,但其在毒物因子作用并不同步,提示有不同的主导因素分别参与了其改变,微丝的改变可能依赖细胞内ATP水平。对中毒性ARF微丝和微管的观察丰富了对细胞骨架的认识,并为进一步的研究提供参考作用。

    基金项目:国家自然基金资助项目(No C03030205)

    作者简介:罗正茂,女,30岁,硕士研究生,主治医师。研究方向:急性肾衰时肾PTC细胞骨架改变

    参考文献

    1,Molitoris BA, Nelson WJ. Alteration in the establishment and maintenance of epithelial cell polarity as a basis for disease process. J Clin Invest, 1990;85(1):3~9
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    2,Kellerman PS, Clark RA, Hoilien CA et al. Role of microfilaments in maintenance of proximal tubular structure and functional integrity. Am J Physiol, 1990;259(2pt2):279~285

    3,Weinberg JM, Johnson KJ, De-la-Iglesia FA et al. Acute alteration of tissue Ca and lethal tubular cell injury during HgCl2 nephrotoxicity in the rat. Toxicol Pathol, 1989;17(3):483~493

    4,Molitoris BA. Ischemia-induced loss of epithelial polarity: potential role of the actin cytoskeleton. Am J Physiol ,1991;260(6pt2): 769~778
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    5,Racusen LC. Alterations in tubular epithelial cell adhension and mechanism of acute renal failure. Lab Invest, 1992;67(2):158~165

    6,Abbate M,Bonventre JV, Brown D. The microtubule network of renal epithelial cells is disrupted by ischemic and reperfusion. Am J Physiol, 1994;267(6pt2):971~978

    7,Kelly RB. Microtubule, membrane traffic and cell organization. Cell, 1990;61(1):5~7

    收稿日期:1999-07-02

    修回日期:2000-01-14, http://www.100md.com