胎儿生长受限与肾脏发育关系的研究进展

孙莲莲，时青云

(首都医科大学附属北京妇产医院产科，北京100026)

胎儿生长受限(fetal growth restriction，FGR)又称宫内生长受限，是妊娠常见并发症。目前国际上对于FGR 定义尚无统一的金标准，最新发布的《胎儿生长受限专家共识》将FGR 定义为受病理因素(母体、胎儿、胎盘疾病)影响，胎儿生长未达到其应有的遗传潜能，多表现为胎儿超声估测体质量或腹围低于相应胎龄第十百分位［1］。孕妇营养因素、妊娠合并症以及吸烟、酗酒、宫内感染等均是发生FGR 的危险因素［2］。在健康和疾病的发展起源中强调了早期生活环境对生命后期健康和疾病风险的长期影响。不良宫内环境在胎儿发育的关键时期可导致妊娠编程事件，对胎儿发育造成不良影响，并增加成人期疾病的发生风险［3］。研究发现，FGR 可影响肾脏的妊娠期编程，对发育中的肾脏组织结构及近、远期肾功能有不同程度的损害，增加成年期肾脏疾病和高血压的发病率［4-5］。目前，FGR 影响胎儿肾脏发育的病理生理学机制尚未完全阐明。

1 FGR 对胎儿肾脏发育的影响

1.1 哺乳动物肾脏发育及相关信号通路 哺乳动物的肾脏发育是一个复杂的过程。成熟的肾脏是前肾、中肾和后肾发育的终产物，前肾和中肾在胚胎发育中相继退化，后肾则发育为永久性肾脏。胚肾细胞在后肾间充质和输尿管芽的相互诱导下逐渐生长、增殖、分化，进而形成肾单位和集合管系统。人类的后肾发育起始于胚胎期的第32 天(大鼠第12.5 天)，输尿管芽从中肾管中延伸，诱导顶端周围的基质细胞发生基质-表皮转化，经过逗号型发育期后进入S 型体，S 型体继续分化为肾小球簇、肾小囊、近端小管和远端小管，输尿管芽继续生长、分支，最终发育成集合管系统［6-7］。人类的肾脏发育在妊娠的第36 ～38 周完成，36 周前出生的婴儿在出生后可继续发育［8］，而大鼠的肾脏发育则持续到出生后第7 天［9］。

多种信号通路参与了肾脏发育的调控过程。Wnt 通路在肾脏发育早期发挥作用，调控基质细胞压缩、帽状基质干细胞自我更新、基质-表皮转化以及收集管生长等，胶质细胞来源神经因子/Ret 信号通路能够诱导输尿管芽延伸进入后肾胚芽并调控输尿管芽的生长以及分支。骨形态发生相关蛋白对于维持基质干细胞的生存、干细胞干性以及输尿管芽延伸具有重要作用。成纤维细胞生长因子不仅可以调控基质细胞的发育，还在输尿管芽的发育中起重要作用［6］。此外，Notch 信号通路也参与了足细胞形成的关键过程［7］。各信号通路相互作用，共同调控肾脏的正常发育过程。

1.2 FGR 与胎儿肾脏发育异常 研究指出，发育中胎儿肾脏血流量减少和由此引起的营养物质递送减少，可导致胎儿肾单位数量减少，肾脏体积减小［10-11］。国内有学者报道，FGR 大鼠的肾小球数量减少、肾小球系膜细胞增生及肾小球代偿性肥大［12-13］。近年来有研究关注了遗传因素和孕期宫内不良环境对足细胞的影响。Ao 等［14］采用产前咖啡因暴露的方式建立了FGR 动物模型，电子显微镜下可观察到生长受限动物的肾脏足细胞结构受损，定量实时聚合酶链反应检测到足细胞标志物基因Nephrin 和Podocin 的表达水平降低。Menendez-Castro 等［15］的动物研究发现，与对照组相比，FGR 组子代鼠白蛋白的排泄增加，并伴有足细胞增大和足突消失，提出早期足细胞损伤可能是Wilms 瘤1(WT1)失调引起的。Murano 等［16］采用双侧子宫动脉结扎构建SD 大鼠FGR 模型发现，4 周和8 周龄的FGR 组子鼠的肾小管损伤标志物尿β2-微球蛋白、胱抑素C 和钙结合蛋白/肌酐比值较对照组显著升高，表明患FGR 会增加子代肾小管损伤的风险。尿中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白能直观反映泌尿系统上皮损伤，当肾小管上皮细胞受损伤时，其被显著诱导并高表达［17］。Kamianowska 等［18］通过研究126 例足月新生儿(其中FGR 38 例，正常88 例)发现，FGR 患儿尿液中中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白/肌酐的比值显著高于对照组，标志着FGR 新生儿可能存在肾小管损伤。

2 FGR 影响胎儿肾脏发育的途径

哺乳动物肾脏发育是输尿管芽与后肾间质相互诱导、相互作用的结果，整个过程受到严格调控。FGR 所致肾脏发育异常可能由多种原因引起。

2.1 肾脏血流异常 肾脏的血液供应是影响肾脏发育的最重要因素之一，胎儿肾血管化指数是关系胎儿出生后肾脏功能的重要因素［19］。Chisaka 等［20］通过孕期低蛋白饮食建立FGR 动物模型，研究FGR后代血管的病理变化，结果发现，宫内营养不良环境可通过增加氧化应激、炎症反应以及缺氧促使后代发生血管重塑。在FGR 肾脏血流动力学研究中，Tsai 和Chang［21］选取了50 例FGR 胎儿和209 例非FGR 胎儿，采用定量三维多普勒超声测定胎儿肾脏的血管化指数、血流指数、血管化-血流指数，结果发现，FGR 组胎儿的血管化指数、血流指数和血管化-血流指数均显著小于正常组。Figueroa 等［22］通过结扎孕兔40%～50%的子宫胎盘血管建立FGR 模型，取妊娠25 d(足月为31 d)的胎兔肾脏进行研究发现，FGR 胎兔的肾脏呈现轻至重度血管充血和轻度肾小球毛细血管充血。

2.2 肾脏细胞凋亡 异常的细胞凋亡将导致器官形态和功能改变。在肾脏发育期间，细胞凋亡过多可导致肾单位形成受损。He 等［23］采用10%低蛋白饮食建立FGR 模型，应用原位末端转移酶标记技术检测细胞凋亡情况，实时聚合酶链反应检测Bcl-2和Bax 的表达情况，结果发现，FGR 组和对照组肾脏细胞的增殖比较无显著差异，但FGR 组幼鼠肾脏的凋亡指数增加，Bcl-2 信使RNA 的表达和Bcl-2/Bax 比值降低、Bax 信使RNA 的表达升高，表明在FGR 鼠后代的肾脏中肾小球数量的减少与肾细胞凋亡的增加相关。p53 基因参与调控Bcl-2 信使RNA表达的下降和Bax 表达的升高，导致Caspase-3 活性显著增加，促进细胞凋亡［24］。He 等［10］发现，FGR后代肾脏中p53(Ser15)蛋白水平和p53 磷酸化水平在第21 天、第2 个月和第3 个月呈时间依赖性降低，但在每个时间点均显著高于对照组。此外，冀湧等［12］发现，2 月龄时FGR 后代p53 蛋白的表达与肾小球数目呈负相关，提示p53 蛋白表达的增加可能参与调控FGR 后代肾小球数目及肾脏的发育过程。2.3 肾脏信号通路异常 FGR 导致肾脏发育异常与信号通路转导异常相关。Chen 等［25］通过RNA 测序技术鉴定胚胎肾脏的差异表达基因(differentially expressed genes，DEG)，在对照组和FGR 组之间总共检测到322 个(177 个上调和145 个下调)DEG，在FGR 组和哇巴因处理组发现318 个DEG(180 个上调和138 个下调)，通过与京都基因与基因组百科全书进行比较发现，FGR 组补体和凝血级联反应以及钙信号通路受损，而这两种生物途径可能在胚胎期肾脏发育中起重要作用。肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)在心血管和肾脏系统的生理调节中起重要作用。Wang 等［5］报道，FGR 胎儿肾单位数量的减少不仅与细胞凋亡有关，也与RAS 密切相关，RAS 中基因的异常表达将导致肾脏发育异常，在后续研究中通过建立FGR 动物模型发现，生长受限的子代中肾素、血管紧张素原前体以及血管紧张素原均降低。

2.4 肾脏甲基化异常 组蛋白甲基化修饰可影响染色质的结构以及染色质与生物分子间的亲和性，从而参与基因的转录调控、DNA 复制与损伤修复等生物过程。胚胎发育时期，DNA 甲基化状态对宫内环境尤为敏感，组蛋白甲基化修饰异常可能会导致肾脏发育障碍［24］。陈径等［26］发现，FGR 大鼠肾组织WT1 基因启动子区DNA 平均甲基化水平显著降低，由于WT1 仅在足细胞表达，因此推测WT1 基因启动子区甲基化水平降低可能导致WT1 过表达并引发足细胞损伤，进而参与FGR 大鼠蛋白尿的发生。Liu 等［27］发现，FGR 组小鼠肾脏和对照组有367 个差异表达蛋白，这些蛋白在氧化磷酸化、嘌呤代谢、嘧啶代谢、RNA 小体、剪接体组装以及鞭毛内运输(intraflagellar transport，IFT)中起重要作用，IFT家族蛋白(IFT80，88，144)和人蛋白激酶D2 在宫内发育迟缓小鼠肾脏中上调，FGR 新生儿肾脏中表观遗传调节因子包括组蛋白甲基化酶、组蛋白-赖氨酸N-甲基转移酶以及组蛋白第三亚基四号赖氨酸的三甲基化水平也显著增加。另有研究报道，生长受限小鼠肾脏中p53 启动子的甲基化水平降低，导致p53 基因表达增加，并促进细胞凋亡，从而导致肾单位数量减少及肾脏发育不良［24］。

3 FGR 导致成人期肾脏和高血压疾病

3.1 FGR 导致肾功能障碍及成人期肾脏疾病 早在1944 年就有学者对饥荒时期暴露于低卡路里和低蛋白质摄入的孕妇进行了调查，结果发现，营养不良特别是孕中期暴露于饥荒的孕妇其后代尿白蛋白升高［28］。目前FGR 对肾功能的不良影响仍是研究的热点。Zanardo 等［29］研究发现，18 月龄的FGR 儿童患有肾小球硬化和白蛋白尿。Senra 等［30］在2017 年11 月之前通过搜索CENTRA、EMBASE、LILACS 以及MEDLINE 4 个电子数据库的资料进行Meta 分析，结果发现，低出生体质量组患儿患终末期肾病的风险增加(OR 为1.31，95%CI 1.17 ～1.47)，肾小球滤过率较低(平均差异7.14;95%CI -12.12 ～-2.16)，微量白蛋白尿增加(OR 为1.40;95% CI 1.28 ～1. 52)、白蛋白/肌酐比值升高(平均差异0.46;95%CI0.03 ～0.90)，表明低出生体质量与成人期肾功能障碍相关。此外，FGR 也是肾小球硬化的危险因素。Ao 等［14］报道了产前咖啡因暴露的FGR 胎儿在成年后表现出了肾小球硬化和间质纤维化，同时伴有血清肌酐和尿蛋白水平升高。

3.2 FGR 肾脏发育不良与高血压 胎儿肾脏发育对成人期高血压的发生有重要影响。Brenner 等［31］很早就提出了肾小球数量减少与生命后期发生高血压相关的观点，并认为肾小球数量减少在成年后期会使肾功能衰竭的风险升高。在之后的研究中，研究者通过检查事故中死亡者的肾脏发现，与正常人相比，高血压患者的肾单位显著较少，肾小球体积明显增大，提供了人类低肾单位数与高血压相关的证据［32］。Dötsch［33］报道了FGR 中存在的肾素-血管紧张素-醛固酮系统的活性增加以及11β-羟基类固醇脱氢酶的活性降低可对高血压疾病进行编程。此外，胎儿暴露于不良母体环境可增加近端小管顶端或基底膜外侧Na+转运蛋白(Na+，K+-ATP 酶)的表达和肾脏超氧化物的产生，导致Na+重吸收增强，进而促进高血压的发展［34］。

4 FGR 肾发育异常的产前评估与诊断

准确的产前诊断、治疗以及及时分娩可以显著降低FGR 的风险，达到改善妊娠结局的目的。目前因临床筛查程序敏感度有限，孕期检测FGR 肾脏发育异常仍是临床医师面临的难题。Brennan 等［35］指出，肾脏长度是应用最多的单胎肾测量指标，但其并不是反映肾脏发育的良好指标，认为肾实质厚度可能是区别正常和异常肾发育的更可靠的指标，并建议新的超声技术应侧重测量肾实质和血液灌注，可能为预测胎儿及其远期肾功能提供更有价值的信息。肾脏的血液供应是影响肾发育的最重要因素之一。Barbero 等［36］提出，超声和胎儿多普勒可作为早期阶段识别FGR 肾脏发育异常的工具。Tsai 和Chang［21］认为，胎儿肾脏的血管化对胎儿生长至关重要，提出使用3D 多普勒超声评估胎儿肾脏血管化指数、血流指数以及血管化-血流指数是临床实践中检测FGR 的有用指标，有可能成为产前诊断FGR的新工具。

5 结 语

FGR 作为妊娠的常见并发症，不仅能造成胎儿肾脏发育异常而导致肾功能损伤，还可增加后代肾脏和高血压疾病的发病率。目前已发现FGR 中存在的肾脏血流异常、细胞凋亡、甲基化、基因表达以及信号通路等均影响胎儿肾脏发育，但FGR 对胎儿肾脏发育影响的具体机制尚未完全明确。因此深入研究FGR 具体发生机制，可为早期诊断、及早干预提供参考，从而避免不良事件的发生，提高患者的生活质量。