原发性纤毛不动症纤毛透射电镜的观察

2015-03-16周晨明马洪骏

河北医科大学学报 2015年7期

关键词：电子诊断

周晨明，孟　丽，朱　艳，马洪骏

(河北医科大学基础医学院电镜实验中心，河北石家庄 050017)

原发性纤毛不动症纤毛透射电镜的观察

周晨明，孟丽，朱艳，马洪骏*

(河北医科大学基础医学院电镜实验中心，河北石家庄 050017)

[摘要]目的观察原发性纤毛不动症(primary ciliary dyskinesia，PCD)患者纤毛超微结构，以期为临床确诊PCD提供依据。方法取正常人以及PCD患者纤毛进行树脂包埋、超薄切片，在透射电镜下进行观察。结果与正常人纤毛相比，PCD患者纤毛中部横切面可见纤毛呈多角形，部分纤毛质膜融合，形成复合纤毛，一些纤毛表现为中央微管减少或增多、个别周围微管移位以及辐射链、外动力蛋白臂(outer dynein arms，ODA)和内动力蛋白臂(inner dynein arms，IDA)缺失。结论透射电镜对临床确诊PCD具有一定意义。

[关键词]纤毛运动障碍；显微镜检查，电子，透射；诊断

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2015.07.018

原发性纤毛不动症(primary ciliary dyskinesia，PCD)是一种常染色体隐性遗传病，主要因纤毛或鞭毛缺陷导致临床上出现慢性鼻窦炎、中耳炎、支气管炎、肺炎、支气管扩张、内脏转位(约占50%)、男性不育、女性患者生育能力下降等[1-2]，其发病率为1/16 000～20 000[3]。为了帮助临床上确诊，本研究结合文献对正常纤毛及PCD患者的纤毛超微结构进行描述及讨论。

1资料与方法

1.1一般资料标本均来自临床，正常纤毛取自自愿供体的支气管黏膜活检标本(10例)，异常纤毛取自医院临床诊断为PCD患者的支气管黏膜活检标本(10例)。

1.2方法钳取标本后放入4%戊二醛固定液浸泡固定，用0.01 mmol/L PBS充分清洗，1 %锇酸后固定2 h，梯度丙酮置换，Epon-812树酯浸透、包埋，超薄切片，在日立H-7500透射电镜下进行观察。在10 000×倍数下，每个样本在纤毛部位随机摄取8张照片，并计数每个样本照片内的纤毛总数和异常纤毛(包括复合纤毛的数量、中央微管的数量及位置、周围微管的移位、动力蛋白臂或辐射链的缺失)的数目，并计算出异常纤毛中各自的百分比。

2结果

2.1正常支气管黏膜纤毛纤毛中部横切面观察，可见2条中央微管被一层密度较低的中央鞘包裹，9组二联微管按顺时针方向排列成圆筒状，组间形成5～10 °的倾斜，从而形成了9×2+2的图像。每组二联微管中包括完整的A型亚微管和呈“C”字形的B型亚微管，A型微管发出9条辐射链与中央微管相连，并且伸出2条支臂即外动力蛋白臂(outer dynein arms，ODA)和内动力蛋白臂(inner dynein arms，IDA)，伸向毗邻的B型亚微管(图1)。

2.2PCD支气管黏膜纤毛通过对纤毛中部横切面观察，结果显示：PCD患者纤毛呈多角形(图2A)，部分纤毛质膜融合，形成复合纤毛(图2B)；个别纤毛的中央微管减少或增多(图2C、2D、2E)、周围微管移位(图2F)以及辐射链、ODA、IDA部分或完全缺失(图2C、2D、2E)。

3讨论

PCD首次被描述是在1933年，当时被命名为卡塔格内综合征(Kartagener syndrome，KS)，主要临床症状为鼻窦炎、支气管扩张和内脏转位。后来，有学者通过进一步研究发现伴有慢性鼻窦炎和支气管扩张的KS患者，表现为纤毛摆动异常以及纤毛超微结构存在缺陷。因此，提议将其称之为纤毛不动综合征(immotile cilia syndrome，ICS)，但后来研究显示大多数纤毛是能动的，只是表现出不协调或无效的运动，于是在1981年提出了PCD的概念。

正常9×2+2结构纤毛的摆动特点包括：①周期性和节律性；②方向性；③同步性和异相性。纤毛的这些特点，可以将上皮表面的黏液和颗粒性物质向一个方向推动。纤毛要完成有效摆动，正常的结构是必不可少的。由A型亚微管和B型亚微管组成的9组周围微管以一定的角度排列于中央微管四周，正常纤毛弯曲时，辐射链头与中央微管周围的中央鞘相连，A型亚微管动力蛋白臂附着毗邻的B型亚微管，同时分解ATP，并使A型亚微管动力蛋白臂连接处发生旋转，造成毗邻微管之间平行错位，平行滑动，完成弯曲。有研究证明纤毛摆动的方向性取决于中央微管[3]，本研究结果显示，不仅中央微管表现为增多或减少，个别周围微管也出现移位，这些超微结构的异常可能影响纤毛摆动的方向性和同步性，使纤毛呈现无效摆动。纤毛弯曲完成摆动，正常的动力蛋白臂必不可少，有研究表明，PCD患者NDAI1[4]、DNAH5[5]、DNAI2[6]、KTU[7]基因的突变均与动力蛋白臂的缺陷有关。本研究结果与以往的研究结果相同，显示辐射链、动力蛋白臂部分或完全缺失，以致影响纤毛的摆动。正常纤毛，每根纤毛表面均有质膜包裹，并呈现圆形。本研究可见大量纤毛质膜呈多角形，并且可见复合纤毛，这些纤毛质膜的异常亦将影响纤毛摆动进而影响清除功能。

纤毛细胞主要位于鼻咽部、中耳、鼻旁窦以及支气管到终末细支气管的下呼吸道，每个细胞表面约有200根纤毛，纤毛通过协调运动对呼吸道进行清洁。呼吸道纤毛运动障碍将导致支气管黏液停滞，进而出现肺部的反复感染。及早诊断并进行干预可以避免出现慢性鼻窦炎和支气管扩张等永久性的后遗症。

通过透射电镜对纤毛超微结构的观察，结合临床检查基本可确诊PCD。但有研究显示纤毛结构正常并不代表着不是PCD，因为有30%PCD患者有正常的纤毛结构[8-10]。本研究可能因样本例数少的原因，PCD患者均为异常纤毛。因此，要确诊PCD仍需进一步的研究。(本文图见封三)

[参考文献]

[1]Lucas JS,Burgess A,Mitchison HM,et al.Diagnosis and management of primary ciliary dyskinesia[J].Arch Dis Child，2014，99(9):850-856.

[2]Zariwala MA,Omran H,Ferkol TW.The Emerging Genetics of Primary Ciliary Dyskinesia[J].Proc Am Thorac Soc，2011，8(5):430-433.

[3]Leigh MW,Pittam JE,Carson JL,et al.Clinical and genetic aspects of primary ciliary dyskinesia/Kartagener syndrome[J].Genet Med，2009，11(7):473-487.

[4]Zariwala MA,leigh MW,Ceppa F,et al.Mutations of DNAI1 in Primary Ciliary Dyskinesia: Evidence of founder effect in a common mutation[J].Am J Respir Crit Care Med，2006，174(8):858-866.

[5]Olbrich H,Haffner K,Kispert A,et al.Mutations in DNAH5 cause primary ciliary dyskinesia and randomization of left-right asymmetry[J].Nat Genet，2002，30(2):143-144.

[6]loges NT,Olbrich H,Fenske L,et al.DNAI2 mutations cause primary ciliary dyskinesia with defects in the outer dynein arm[J].Am J Hum Genet，2008，83(5):547-558.

[7]Omran H,Kobayashi D,Olbrich H,et al.Ktu/PF13 is required for cytoplasmic pre-assembly of axonemal dyneins[J].Nature，2008，456(7222):611-616.

[8]Leigh MW,O'callaghan C,Knowles MR.The challenges of diagnosing primary ciliary dyskinesia[J].Proc Am Thorac Soc，2011，8(5):434-437.

[9]Shoemark A,Dixon M,Corrin B,et al.Twenty-year review of quantitative transmission electron microscopy for the diagnosis ofprimary ciliary dyskinesia[J].J Clin Pathol，2012，65(3):267-271.

[10]Papon JF,Bassinet L,Cariou-Patron G,et al.Quantitative analysis of ciliary beating in primary ciliary dyskinesia: a pilot study[J].Orphanet J Rare Dis，2012，7:78. JS,Burgess A,Mitchison HM,et al.Diagnosis and management of primary ciliary dyskinesia[J].Arch Dis Child，2014，99(9):850-856.