胎兒生長受限與腎臟發育關系的研究進展

孫蓮蓮，時青云

(首都醫科大學附屬北京婦產醫院產科，北京100026)

胎兒生長受限(fetal growth restriction，FGR)又稱宮內生長受限，是妊娠常見并發癥。目前國際上對于FGR 定義尚無統一的金標準，最新發布的《胎兒生長受限專家共識》將FGR 定義為受病理因素(母體、胎兒、胎盤疾病)影響，胎兒生長未達到其應有的遺傳潛能，多表現為胎兒超聲估測體質量或腹圍低于相應胎齡第十百分位［1］。孕婦營養因素、妊娠合并癥以及吸煙、酗酒、宮內感染等均是發生FGR 的危險因素［2］。在健康和疾病的發展起源中強調了早期生活環境對生命后期健康和疾病風險的長期影響。不良宮內環境在胎兒發育的關鍵時期可導致妊娠編程事件，對胎兒發育造成不良影響，并增加成人期疾病的發生風險［3］。研究發現，FGR 可影響腎臟的妊娠期編程，對發育中的腎臟組織結構及近、遠期腎功能有不同程度的損害，增加成年期腎臟疾病和高血壓的發病率［4-5］。目前，FGR 影響胎兒腎臟發育的病理生理學機制尚未完全闡明。

1 FGR 對胎兒腎臟發育的影響

1.1 哺乳動物腎臟發育及相關信號通路 哺乳動物的腎臟發育是一個復雜的過程。成熟的腎臟是前腎、中腎和后腎發育的終產物，前腎和中腎在胚胎發育中相繼退化，后腎則發育為永久性腎臟。胚腎細胞在后腎間充質和輸尿管芽的相互誘導下逐漸生長、增殖、分化，進而形成腎單位和集合管系統。人類的后腎發育起始于胚胎期的第32 天(大鼠第12.5 天)，輸尿管芽從中腎管中延伸，誘導頂端周圍的基質細胞發生基質-表皮轉化，經過逗號型發育期后進入S 型體，S 型體繼續分化為腎小球簇、腎小囊、近端小管和遠端小管，輸尿管芽繼續生長、分支，最終發育成集合管系統［6-7］。人類的腎臟發育在妊娠的第36 ～38 周完成，36 周前出生的嬰兒在出生后可繼續發育［8］，而大鼠的腎臟發育則持續到出生后第7 天［9］。

多種信號通路參與了腎臟發育的調控過程。Wnt 通路在腎臟發育早期發揮作用，調控基質細胞壓縮、帽狀基質干細胞自我更新、基質-表皮轉化以及收集管生長等，膠質細胞來源神經因子/Ret 信號通路能夠誘導輸尿管芽延伸進入后腎胚芽并調控輸尿管芽的生長以及分支。骨形態發生相關蛋白對于維持基質干細胞的生存、干細胞干性以及輸尿管芽延伸具有重要作用。成纖維細胞生長因子不僅可以調控基質細胞的發育，還在輸尿管芽的發育中起重要作用［6］。此外，Notch 信號通路也參與了足細胞形成的關鍵過程［7］。各信號通路相互作用，共同調控腎臟的正常發育過程。

1.2 FGR 與胎兒腎臟發育異常 研究指出，發育中胎兒腎臟血流量減少和由此引起的營養物質遞送減少，可導致胎兒腎單位數量減少，腎臟體積減小［10-11］。國內有學者報道，FGR 大鼠的腎小球數量減少、腎小球系膜細胞增生及腎小球代償性肥大［12-13］。近年來有研究關注了遺傳因素和孕期宮內不良環境對足細胞的影響。Ao 等［14］采用產前咖啡因暴露的方式建立了FGR 動物模型，電子顯微鏡下可觀察到生長受限動物的腎臟足細胞結構受損，定量實時聚合酶鏈反應檢測到足細胞標志物基因Nephrin 和Podocin 的表達水平降低。Menendez-Castro 等［15］的動物研究發現，與對照組相比，FGR 組子代鼠白蛋白的排泄增加，并伴有足細胞增大和足突消失，提出早期足細胞損傷可能是Wilms 瘤1(WT1)失調引起的。Murano 等［16］采用雙側子宮動脈結扎構建SD 大鼠FGR 模型發現，4 周和8 周齡的FGR 組子鼠的腎小管損傷標志物尿β2-微球蛋白、胱抑素C 和鈣結合蛋白/肌酐比值較對照組顯著升高，表明患FGR 會增加子代腎小管損傷的風險。尿中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白能直觀反映泌尿系統上皮損傷，當腎小管上皮細胞受損傷時，其被顯著誘導并高表達［17］。Kamianowska 等［18］通過研究126 例足月新生兒(其中FGR 38 例，正常88 例)發現，FGR 患兒尿液中中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白/肌酐的比值顯著高于對照組，標志著FGR 新生兒可能存在腎小管損傷。

2 FGR 影響胎兒腎臟發育的途徑

哺乳動物腎臟發育是輸尿管芽與后腎間質相互誘導、相互作用的結果，整個過程受到嚴格調控。FGR 所致腎臟發育異常可能由多種原因引起。

2.1 腎臟血流異常 腎臟的血液供應是影響腎臟發育的最重要因素之一，胎兒腎血管化指數是關系胎兒出生后腎臟功能的重要因素［19］。Chisaka 等［20］通過孕期低蛋白飲食建立FGR 動物模型，研究FGR后代血管的病理變化，結果發現，宮內營養不良環境可通過增加氧化應激、炎癥反應以及缺氧促使后代發生血管重塑。在FGR 腎臟血流動力學研究中，Tsai 和Chang［21］選取了50 例FGR 胎兒和209 例非FGR 胎兒，采用定量三維多普勒超聲測定胎兒腎臟的血管化指數、血流指數、血管化-血流指數，結果發現，FGR 組胎兒的血管化指數、血流指數和血管化-血流指數均顯著小于正常組。Figueroa 等［22］通過結扎孕兔40%～50%的子宮胎盤血管建立FGR 模型，取妊娠25 d(足月為31 d)的胎兔腎臟進行研究發現，FGR 胎兔的腎臟呈現輕至重度血管充血和輕度腎小球毛細血管充血。

2.2 腎臟細胞凋亡 異常的細胞凋亡將導致器官形態和功能改變。在腎臟發育期間，細胞凋亡過多可導致腎單位形成受損。He 等［23］采用10%低蛋白飲食建立FGR 模型，應用原位末端轉移酶標記技術檢測細胞凋亡情況，實時聚合酶鏈反應檢測Bcl-2和Bax 的表達情況，結果發現，FGR 組和對照組腎臟細胞的增殖比較無顯著差異，但FGR 組幼鼠腎臟的凋亡指數增加，Bcl-2 信使RNA 的表達和Bcl-2/Bax 比值降低、Bax 信使RNA 的表達升高，表明在FGR 鼠后代的腎臟中腎小球數量的減少與腎細胞凋亡的增加相關。p53 基因參與調控Bcl-2 信使RNA表達的下降和Bax 表達的升高，導致Caspase-3 活性顯著增加，促進細胞凋亡［24］。He 等［10］發現，FGR后代腎臟中p53(Ser15)蛋白水平和p53 磷酸化水平在第21 天、第2 個月和第3 個月呈時間依賴性降低，但在每個時間點均顯著高于對照組。此外，冀湧等［12］發現，2 月齡時FGR 后代p53 蛋白的表達與腎小球數目呈負相關，提示p53 蛋白表達的增加可能參與調控FGR 后代腎小球數目及腎臟的發育過程。2.3 腎臟信號通路異常 FGR 導致腎臟發育異常與信號通路轉導異常相關。Chen 等［25］通過RNA 測序技術鑒定胚胎腎臟的差異表達基因(differentially expressed genes，DEG)，在對照組和FGR 組之間總共檢測到322 個(177 個上調和145 個下調)DEG，在FGR 組和哇巴因處理組發現318 個DEG(180 個上調和138 個下調)，通過與京都基因與基因組百科全書進行比較發現，FGR 組補體和凝血級聯反應以及鈣信號通路受損，而這兩種生物途徑可能在胚胎期腎臟發育中起重要作用。腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system，RAS)在心血管和腎臟系統的生理調節中起重要作用。Wang 等［5］報道，FGR 胎兒腎單位數量的減少不僅與細胞凋亡有關，也與RAS 密切相關，RAS 中基因的異常表達將導致腎臟發育異常，在后續研究中通過建立FGR 動物模型發現，生長受限的子代中腎素、血管緊張素原前體以及血管緊張素原均降低。

2.4 腎臟甲基化異常 組蛋白甲基化修飾可影響染色質的結構以及染色質與生物分子間的親和性，從而參與基因的轉錄調控、DNA 復制與損傷修復等生物過程。胚胎發育時期，DNA 甲基化狀態對宮內環境尤為敏感，組蛋白甲基化修飾異常可能會導致腎臟發育障礙［24］。陳徑等［26］發現，FGR 大鼠腎組織WT1 基因啟動子區DNA 平均甲基化水平顯著降低，由于WT1 僅在足細胞表達，因此推測WT1 基因啟動子區甲基化水平降低可能導致WT1 過表達并引發足細胞損傷，進而參與FGR 大鼠蛋白尿的發生。Liu 等［27］發現，FGR 組小鼠腎臟和對照組有367 個差異表達蛋白，這些蛋白在氧化磷酸化、嘌呤代謝、嘧啶代謝、RNA 小體、剪接體組裝以及鞭毛內運輸(intraflagellar transport，IFT)中起重要作用，IFT家族蛋白(IFT80，88，144)和人蛋白激酶D2 在宮內發育遲緩小鼠腎臟中上調，FGR 新生兒腎臟中表觀遺傳調節因子包括組蛋白甲基化酶、組蛋白-賴氨酸N-甲基轉移酶以及組蛋白第三亞基四號賴氨酸的三甲基化水平也顯著增加。另有研究報道，生長受限小鼠腎臟中p53 啟動子的甲基化水平降低，導致p53 基因表達增加，并促進細胞凋亡，從而導致腎單位數量減少及腎臟發育不良［24］。

3 FGR 導致成人期腎臟和高血壓疾病

3.1 FGR 導致腎功能障礙及成人期腎臟疾病 早在1944 年就有學者對饑荒時期暴露于低卡路里和低蛋白質攝入的孕婦進行了調查，結果發現，營養不良特別是孕中期暴露于饑荒的孕婦其后代尿白蛋白升高［28］。目前FGR 對腎功能的不良影響仍是研究的熱點。Zanardo 等［29］研究發現，18 月齡的FGR 兒童患有腎小球硬化和白蛋白尿。Senra 等［30］在2017 年11 月之前通過搜索CENTRA、EMBASE、LILACS 以及MEDLINE 4 個電子數據庫的資料進行Meta 分析，結果發現，低出生體質量組患兒患終末期腎病的風險增加(OR 為1.31，95%CI 1.17 ～1.47)，腎小球濾過率較低(平均差異7.14;95%CI -12.12 ～-2.16)，微量白蛋白尿增加(OR 為1.40;95% CI 1.28 ～1. 52)、白蛋白/肌酐比值升高(平均差異0.46;95%CI0.03 ～0.90)，表明低出生體質量與成人期腎功能障礙相關。此外，FGR 也是腎小球硬化的危險因素。Ao 等［14］報道了產前咖啡因暴露的FGR 胎兒在成年后表現出了腎小球硬化和間質纖維化，同時伴有血清肌酐和尿蛋白水平升高。

3.2 FGR 腎臟發育不良與高血壓 胎兒腎臟發育對成人期高血壓的發生有重要影響。Brenner 等［31］很早就提出了腎小球數量減少與生命后期發生高血壓相關的觀點，并認為腎小球數量減少在成年后期會使腎功能衰竭的風險升高。在之后的研究中，研究者通過檢查事故中死亡者的腎臟發現，與正常人相比，高血壓患者的腎單位顯著較少，腎小球體積明顯增大，提供了人類低腎單位數與高血壓相關的證據［32］。D?tsch［33］報道了FGR 中存在的腎素-血管緊張素-醛固酮系統的活性增加以及11β-羥基類固醇脫氫酶的活性降低可對高血壓疾病進行編程。此外，胎兒暴露于不良母體環境可增加近端小管頂端或基底膜外側Na+轉運蛋白(Na+，K+-ATP 酶)的表達和腎臟超氧化物的產生，導致Na+重吸收增強，進而促進高血壓的發展［34］。

4 FGR 腎發育異常的產前評估與診斷

準確的產前診斷、治療以及及時分娩可以顯著降低FGR 的風險，達到改善妊娠結局的目的。目前因臨床篩查程序敏感度有限，孕期檢測FGR 腎臟發育異常仍是臨床醫師面臨的難題。Brennan 等［35］指出，腎臟長度是應用最多的單胎腎測量指標，但其并不是反映腎臟發育的良好指標，認為腎實質厚度可能是區別正常和異常腎發育的更可靠的指標，并建議新的超聲技術應側重測量腎實質和血液灌注，可能為預測胎兒及其遠期腎功能提供更有價值的信息。腎臟的血液供應是影響腎發育的最重要因素之一。Barbero 等［36］提出，超聲和胎兒多普勒可作為早期階段識別FGR 腎臟發育異常的工具。Tsai 和Chang［21］認為，胎兒腎臟的血管化對胎兒生長至關重要，提出使用3D 多普勒超聲評估胎兒腎臟血管化指數、血流指數以及血管化-血流指數是臨床實踐中檢測FGR 的有用指標，有可能成為產前診斷FGR的新工具。

5 結 語

FGR 作為妊娠的常見并發癥，不僅能造成胎兒腎臟發育異常而導致腎功能損傷，還可增加后代腎臟和高血壓疾病的發病率。目前已發現FGR 中存在的腎臟血流異常、細胞凋亡、甲基化、基因表達以及信號通路等均影響胎兒腎臟發育，但FGR 對胎兒腎臟發育影響的具體機制尚未完全明確。因此深入研究FGR 具體發生機制，可為早期診斷、及早干預提供參考，從而避免不良事件的發生，提高患者的生活質量。