原代肾细胞在创新药体外评价领域的应用
2025-06-13
关键词：原代肾细胞，肾近端小管上皮细胞，肾小管上皮细胞，肾小球内皮细胞，肾系膜细胞，肾足细胞，Primary Kidney Cells, Renal Proximal Tubule Epithelial Cells，RPTECs ， PTCs，Renal Tubular Epithelial Cells，RTECs，Glomerular Endothelial Cells，GECs，Mesangial Cells，MCs，Podocytes
肾脏（Kidney）是机体的重要器官，其功能涵盖清除体内代谢产物、某些废物、毒物，以及重吸收保留水分及其它有用物质，促进新陈代谢等。原代肾细胞（Primary Kidney Cells）是直接分离自动物肾脏组织的细胞，保留了天然的组织特性，是肾脏疾病机制和药物开发等研究中不可替代的体外模型。在肾脏疾病相关药物研发中，siRNA疗法是目前研究的热点。siRNA等小核酸药物在治疗肝病方面已表现出显著的临床研究热情，这主要得益于GalNAc介导的肝靶向siRNA递送系统的成功应用，而对于肝外递送系统，比如肾脏siRNA递送，近年来已取得了显著进展，但仍面临靶向性、稳定性和安全性等挑战。这种扩展主要归因于递送平台和给药方式的创新，而原代肾细胞则是肾脏siRNA递送研究的重要工具。
原代肾细胞（Primary Kidney Cells）主要包括肾小管细胞（Renal Tubular Cells）、肾小球内皮细胞（Glomerular Endothelial Cells，GECs）、肾系膜细胞（Mesangial Cells ，MCs）及肾足细胞（Podocytes）等。本文将简要介绍各原代肾细胞的特点及功能，以供参考。
01 原代肾细胞特点及功能
肾皮质细胞（Renal Cortical Cells）
肾额状切面后，其外层色深部分，叫肾皮质（Renal Cortex）。皮质包绕髓质，含有丰富的血管，肉眼观察呈颗粒状，主要由肾小体（Renal corpuscle）和肾小管（Renal tubule）构成，主要承担滤过、重吸收及分泌功能?。肾小体是形成原尿的主要结构，近似球形，直径约为200μm，其中央部分是毛细血管组成的肾小球，肾小球外面紧包肾小囊。肾小管是肾单位的一部分，系一细长的单层上皮管道，长约50mm，宽20～50μm，上端紧接肾小球末端为集合管，其外表面有一层连续的基底膜，肾小管的上皮细胞息于其上。
肾皮质细胞主要包括肾小球内皮细胞（Glomerular Endothelial Cells，GECs）、肾小管上皮细胞（Renal Tubular Epithelial Cells，RTECs）、成纤维细胞和血管内皮细胞等。
肾小球内皮细胞构成了肾小球毛细血管壁，具有窗孔结构（直径70-100nm），允许血浆成分快速滤过。具有调节血流动力学（通过NO释放），参与免疫细胞浸润（如狼疮性肾炎中的白细胞黏附）等功能。
肾小管上皮细胞是肾小管的外层细胞，能够重新吸收糖和氨基酸，并将其他非营养物质排入尿液中，在肾功能中扮演着关键角色。在代谢和炎症性疾病中，肾小管上皮细胞是主要的损伤部位。这些细胞可以分泌多种炎症介质，包括细胞因子和趋化因子，并通过产生IL-8来促进白细胞的分化，积极参与急性炎症过程。此外，肾小管上皮细胞是肾脏siRNA递送研究的关键细胞类型之一。
成纤维细胞可分泌促红细胞生成素（EPO），而皮质区血管内皮细胞则可以参与局部血流调节。
因此，肾皮质是肾脏外层的核心功能区域，研究肾皮质细胞有助于解析肾单位整体功能调控机制。研究皮质细胞的异质性（通过单细胞测序）可揭示不同区域（如皮质浅层与深层）的功能分工，为代谢综合征相关肾病提供机制线索。
肾近端小管上皮细胞（Renal Proximal Tubule Epithelial Cells）
近端小管是肾小管的起始部分，位于肾皮质迷路内，分为?曲部?（近曲小管）和?直部?（近直小管）?。曲部高度弯曲，直部延伸至髓质，共同构成肾小管的主要重吸收结构。
肾近端小管上皮细胞（Renal Proximal Tubule Epithelial Cells）具有密集的微绒毛（形成刷状缘）、侧突和质膜内褶，这些结构显著扩大了细胞表面积，促进物质高效重吸收。肾近端小管细胞含大量线粒体，可为主动运输供能；基底膜侧质膜内褶发达，形成基底纵纹，增强物质转运能力。肾近端小管细胞的核心功能如下：
（1）物质重吸收：几乎全部葡萄糖、氨基酸、蛋白质及70%水分和钠离子在此重吸收?。
（2）电解质调节?：通过钠-氢交换（NHE3）等机制调控钠、氯、碳酸氢盐平衡，维持酸碱稳态。
（3）代谢产物排泄?：主动分泌有机阴/阳离子转运蛋白（如OAT1/3,OCT1/2），参与药物清除及毒素排泄（如图1所示）。
（4）蛋白质回收?：通过胞吞作用回收肾小球滤过的微量蛋白质（如β2-微球蛋白），防止蛋白尿?。???
图1 转运蛋白在肾近端小管细胞中的分布（来源：肾脏有机阴离子转运体介导的中药肾毒性研究进展）
肾近端小管细胞拥有庞大的转运系统和丰富的生物转化酶，对外源性毒物的损害特别敏感，是药物肾毒性损伤最常见的部位，是研究药物肾毒性可靠的细胞模型。目前肾近端小管细胞正广泛用于药物肾损伤的机制、先导化合物的筛选和系列化合物肾毒性的比较研究。
肾小球内皮细胞（Glomerular Endothelial Cells，GECs）
肾小球内皮细胞（Glomerular Endothelial Cells，GECs）是由间充质细胞分化发育、衬贴于肾小球血管腔的单层扁平上皮细胞，是肾小球的固有细胞之一，与系膜细胞、足细胞共同维持肾小球滤过屏障功能。
肾小球内皮细胞示意图 来源于网络
肾小球内皮细胞的核心功能如下：
（1） 滤过屏障作用：作为肾小球滤过膜的首道屏障，通过物理孔径（窗孔）和电荷选择性阻拦血细胞及大分子物质（如白蛋白）进入原尿?。
（2） 代谢与信号调控：合成并释放多种活性物质，包括凝血因子Ⅷ、血管紧张素转换酶（ACE）、内皮素（ET）及一氧化氮（NO），参与调节血管张力、凝血和炎症反应?；表达血管内皮生长因子（VEGF）及其受体，调控肾小球血管生成及通透性?。
（3） 免疫与炎症调节：通过表面分子（如MHC-Ⅱ类抗原）参与免疫应答，在肾小球肾炎、移植排斥等病理过程中起关键作用?。
此外，肾小球内皮细胞也参与肾脏的损伤和疾病机制：
（1） 急性肾损伤?：缺血或毒素导致肾小球内皮细胞窗孔闭合、毛细血管腔面糖萼脱落，引发滤过率下降和蛋白尿?。
（2） 慢性肾病?：持续炎症或代谢异常（如糖尿病）可引起肾小球内皮细胞凋亡、基底膜增厚，加速肾小球硬化。
（3） 遗传性肾炎：如Alport综合征中，IV型胶原基因突变导致基底膜结构异常，间接影响肾小球内皮细胞稳定性。
由此可见，肾小球内皮细胞通过独特的窗孔结构和代谢活性，在滤过、免疫调节及病理进程中发挥关键作用?。其损伤与多种肾小球疾病密切相关，是肾病机制研究与治疗的重要方向。
肾系膜细胞（Mesangial Cells ，MCs）
肾系膜细胞（Mesangial Cells ，MCs），即肾小球系膜细胞，又称球内系膜细胞、间充质细胞或血管系膜细胞，是肾小球内的固有细胞，分布于毛细血管袢之间，呈星形多突起结构，胞质丰富，核较小且染色深?。电镜下可见其细胞器发达，含大量微丝束，具有平滑肌细胞特征。?
肾系膜细胞的核心功能如下：
（1） 基质分泌与结构支持：分泌系膜基质（如纤维连接蛋白、层粘连蛋白），构成肾小球毛细血管网的支撑框架。
（2） 吞噬与代谢：清除血浆大分子物质（如免疫复合物）和细胞碎片，维持肾小球内环境稳定。
（3） 血流动力学调节：通过收缩和分泌血管活性物质（如血管紧张素Ⅱ、内皮素）调控肾小球滤过率。
（4） 信号调控：通过分泌TGF-β、PDGF等细胞因子，参与炎症反应和纤维化过程。
此外，肾系膜细胞异常增殖或基质过度沉积是多种肾脏疾病的核心病理特征，例如：
（1） 系膜增生性肾炎?：早期表现为系膜细胞增殖和基质增多，进展可致肾小球硬化。
（2） ?IgA肾病?：免疫球蛋白易沉积于系膜区，需通过肾穿刺观察系膜细胞变化辅助诊断。
（3） 糖尿病肾病：高血糖诱导细胞氧化应激，导致基质合成增加。
由此可见，肾系膜细胞的功能异常与多种肾脏疾病直接相关，其形态和活性变化常作为病理评估的关键指标。???
肾足细胞（podocytes）
足细胞（podocytes），也称为肾小囊脏层上皮细胞，是肾脏中肾小球的一个重要组成部分。它们附着于肾小球基底膜（GBM）的外侧，与血管内皮细胞和肾小球基膜一起构成了肾小球血液滤过屏障。足细胞呈星型多突状，胞体伸出初级和次级足突，相邻足突交错形成裂孔膜（直径约25nm），是血浆蛋白滤过的最后屏障。
足细胞示意图 来源于网络
足细胞的核心功能如下：
（1） 滤过屏障?：裂孔膜表面的阴离子外衣（如硫酸蛋白多糖）构成电荷屏障，阻止血浆蛋白漏出。
（2） 动态调节滤过功能：通过收缩或扩张足突改变裂孔大小，调节肾小球滤过率。
（3） 结构支持?：通过肌动蛋白等调节GBM张力，维持毛细血管结构稳定，并动态调节滤过面积?。
（4） 代谢作用?：分泌GBM成分（如IV型胶原）及降解酶（如MMPs），参与基底膜代谢平衡?。??
足细胞损伤可导致多种肾脏疾病，例如：
（1） 微小病变性肾病（MCD）：足细胞足突广泛融合，激素治疗敏感。
（2） 局灶性节段性肾小球硬化（FSGS）：足细胞凋亡导致瘢痕形成，预后较差。
（3） 糖尿病肾病：高糖诱导足细胞转分化（EMT），丧失特异性标记物（如WT1）。
总之，足细胞在肾脏中起着至关重要的作用，与肾脏疾病的发生和发展密切相关。对足细胞的研究有助于深入了解肾脏疾病的发病机制，为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
综上所述，肾脏作为机体重要的器官，承担着排泄代谢废物、调节体液平衡、维持电解质和酸碱平衡、内分泌、免疫以及代谢等多重功能，对维持机体内部环境的稳定起着至关重要的作用。其功能依赖于肾皮质细胞、肾近端小管细胞、肾小球内皮细胞、肾系膜细胞及肾足细胞等多种细胞的协同作用。同时，肾脏是许多肾相关疾病的目标器官，而肾脏细胞是siRNA药物的肾脏靶向递送研究的重要材料。因此，研究这些关键细胞对于揭示肾脏核心功能调控机制，构建肾脏疾病发生发展的完整图谱，开发相关药物及推动精准医学与再生医学发展都具有重要的意义。
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