研究人员的全面发现揭示了肾细胞如何自我更新

德克萨斯大学达拉斯分校的科学家在肾细胞中发现了一种以前未知的“管家”过程，该过程会排出不需要的内容，从而使细胞恢复活力并保持功能和健康。

自我更新过程与其他身体组织的再生方式有根本不同，有助于解释肾脏如何在没有受伤或疾病的情况下终生保持健康。研究人员在 4 月 17 日发表在 《自然纳米技术》杂志上的一项研究中描述了这一机制。

与肝脏和皮肤中的细胞分裂以产生新的子细胞并再生器官不同，肾脏近端小管中的细胞处于有丝分裂静止状态——它们不会分裂以产生新细胞。 中科院 化学与生物化学教授 郑杰博士表示，在轻微损伤或疾病的情况下，肾细胞的修复能力确实有限，肾脏中的干细胞可以形成新的肾细胞，但仅限于一定程度。 自然科学和数学 研究的共同通讯作者。

“在大多数情况下，如果肾细胞受到严重损伤，它们就会死亡，并且无法再生，”自然科学和数学特聘教授郑说。“你的肾脏迟早会衰竭。这是肾脏疾病健康管理的一大挑战。目前我们所能做的就是减缓肾衰竭的进展。如果器官受到严重损伤或患有慢性疾病，我们就很难修复它。

“这就是为什么发现这种自我更新机制可能是我们迄今为止取得的最重要的发现之一。凭借卓越的核心设施和敬业的员工，UTD 是进行此类前沿研究的好地方。”

他说，进一步的研究可能会导致纳米医学的改进和肾脏疾病的早期检测。

意外的发现

研究人员表示，他们的发现让他们感到惊讶。

15 年来，Zheng 一直在研究金纳米粒子作为 显像 剂的生物医学用途，以从根本上了解 肾小球滤过、肝病的早期检测 以及 癌症药物的靶向输送。这项工作的一部分重点是了解金纳米粒子如何被肾脏过滤并通过尿液从体内清除。

研究表明，金纳米颗粒通常会毫发无伤地穿过肾脏中称为肾小球的结构，然后进入近端肾小管，近端肾小管占肾脏的 50% 以上。近端肾小管上皮细胞已被证明可以内化纳米颗粒，最终逃脱这些细胞并通过尿液排出体外。但它们如何逃离细胞尚不清楚。

2021 年 12 月，郑和他的化学团队(研究科学家和主要研究作者 Yingyu Huang 博士 20 以及共同通讯作者孟晓宇博士、研究副教授)正在使用光学显微镜检查近端肾小管组织样本中的金纳米粒子，但是他们改用了大学的一台电子显微镜(EM)以获得更好的分辨率。

“使用电子显微镜，我们看到金纳米粒子封装在溶酶体中，位于管腔内的大囊泡内，管腔是上皮细胞外部的空间，”Yu 说。

囊泡是在细胞内部和外部发现的充满液体的小袋，可运输各种物质。

“但我们也观察到这些含有纳米颗粒和细胞外细胞器的囊泡的形成，这是我们以前从未见过的，”于说。

研究人员发现，近端肾小管细胞的管腔膜上形成了向外的凸起，其中不仅含有金纳米颗粒，还含有溶酶体、线粒体、内质网和其他通常局限于细胞内部的细胞器。然后，挤出的内容物被夹断成囊泡，并漂浮到细胞外空间中。

“那一刻，我们知道这是一个不寻常的现象，”于说。“这是细胞去除细胞内容物的一种新方法。”

新的更新过程

挤压介导的自我更新机制与其他已知的再生过程(例如细胞分裂)和胞吐作用等清理任务有着根本的不同。在胞吐作用中，纳米颗粒等外来物质被封装在细胞内的囊泡中。然后，囊泡膜与细胞膜内部融合，细胞膜打开将内容物释放到外部。

“我们的发现与之前对细胞如何消除颗粒的理解完全不同。挤出过程中没有膜融合，从而消除了正常细胞中的旧内容，并允许细胞用新鲜内容进行自我更新，”黄说。“无论是否存在外来纳米颗粒，这种情况都会发生。这是一个内在的、主动的过程，这些细胞利用它来延长生存时间并正常发挥作用。”

郑说，他们的发现开辟了新的研究领域。例如，上皮细胞(如近端小管中的上皮细胞)也存在于其他组织中，例如动脉壁以及肠道和消化道中。

“在纳米医学领域，我们希望尽可能减少纳米粒子在体内的积累。我们不希望它们卡在肾脏中，因此了解纳米颗粒如何从近端肾小管中消除非常重要，”郑说。“此外，如果我们能够学会如何调节或监测这种自我更新过程，我们可能会找到一种方法来保持高血压或糖尿病患者的肾脏健康。

“如果我们能够开发出非侵入性检测这一过程特征的方法，也许它可能是早期肾脏疾病的一个指标。”