研究发现决定肾脏发育的关键分子

　　[AD340X300]

[生物通讯]利用一项用来寻找阿尔茨海默氏症疗法的技术，华盛顿大学医学院的研究人员发现，一个叫做Notch的分子是关键的肾脏细胞发育所必需的。这项研究将发表在10月15日期的《发育》杂志上，为了解肾脏如何发育提供了重要的新信息，对组织再生研究也具有重要意义。

“组织移植十分诱人，但如果移植组织是来自病人自己细胞产生的器官就更好了。”研究的领导人、华盛顿大学医学院医学、分子生物学和药理学副教授Raphael Kopan博士说。“在我们能实际诱导细胞为我们所用之前，我们需要了解器官是如何形成的每一个细节。”

利用一种能特异性识别出活化形式Notch的抗体，Kopan的研究小组发现，该蛋白在肾脏的早期胚胎发育中极其活跃。因此Kopan的研究小组与肾脏发育研究专家、医学、细胞生物学和生理学副教授Jeffrey H. Miner博士合作进行深入研究。但首先，他们必需解决一个方法上的难题：如果动物在肾脏开始形成之前就死亡了，还没形成Notch蛋白，那该如何研究Notch的作用？

答案来自一个全然不同的领域：阿尔茨海默氏症。2001年，Kopan的研究小组发现一组能抑制γ分泌酶（gamma- secretase）的阿尔茨海默氏症候选药物也干扰Notch蛋白。出于临床目的，这组药物已被精炼以最小化对Notch蛋白可能产生的危险作用。但严重抑制Notch蛋白的药物对于研究其在实验室动物中的活动非常理想。

“我们利用这个全然不同领域中的进展进行分析。”Kopan说。“没有合作，没有知识的整合，我们就不会完成这项研究。”

研究小组在早期发育期间除去正常小鼠的两个肾脏，将它们放到器官培养物中，然后用γ分泌酶抑制剂处理每只小鼠的其中一个肾，结果显示这个过程阻止了所有的Notch信号传导。第二个肾则用作对照。

3天后，经抑制剂处理的小鼠肾脏与未经处理的对照肾脏相比，形成的肾管数量少且发育不良。5天后这些差异更为明显。大多数抑制剂处理肾脏都成功通过了发育的第一阶段，也就是从胚性的祖细胞发育成上皮细胞，上皮细胞形成肾脏内壁。但最突出的畸形发生在发育的第二阶段，这些细胞变得更为专化。

尿是在肾脏的功能单位－－肾元中形成的。每个肾元内都有几个结构，包括一个长长的、缠结的管－－近曲小管和血管周围包裹管脚的章鱼状细胞－－足细胞(Podocytes)。用γ分泌酶抑制剂处理两天后，足细胞和近曲小管都没有形成。而肾元的另一个结构远曲小管则正常形成了。

“最激动人心的发现在于，Notch 信号传导似乎告诉一些细胞从一大团非特异性上皮细胞分化为足细胞。”Miner说。“这说明Notch信号对足细胞早期发育的影响比迄今识别的任何其它因子都要早。”

更惊人之处在于，肾脏组织一段时间后失去了形成足细胞的能力。如果Notch信号传导两天后恢复，足细胞的发育也会恢复。但如果Notch信号3天甚至更长时间后才恢复，细胞就会转而分化为组成近取小管的细胞。

“就好像细胞能分辨时间一样。”Kopan解释说。“3到4天后如果还是没有Notch信号传导，细胞就意识到它永远不会变为足细胞了，因此决定对下一个接收的信号做出应答。”

下一步，研究小组希望更深入探查Notch在肾元每个组件的发育中的作用，确定哪些特定基因负责这个特殊的发育通路。（生物通编译）

参考文献：Cheng HT, Miner JH, Lin MH, Tansey MG, Roth K, Kopan R. g-Secretase activity is dispensable for mesenchyme-to-epithelium transition but required for podoctye and proximal tubule formation in developing mouse kidney. Development, vol. 130, pp. 5031-5042, Oct. 15, 2003.