膀胱上皮黏膜屏障失调在膀胱炎发展中的作用（一）

间质防控 不可久拖

 

 

 

前沿进展

董兴有医生

重庆市沙坪坝区人民医院泌尿外科主任

中国科学院大学重庆医院博士后

膀胱炎在临床上表现为尿频、尿急、排尿困难、下腹疼痛等，包括了最为常见的单纯性膀胱炎，伴有泌尿生殖道结构或功能异常的复杂性膀胱炎，原因不明的间质性膀胱炎和危及生命的出血性膀胱炎等。近年来，随着对膀胱上皮细胞的不断深入研究，我们发现，上皮屏障功能失调在各种不同类型膀胱炎的发生发展中起着至关重要的作用，糖胺聚糖层，伞细胞顶膜腔面结构与紧密连接作为屏障的关键组分，参与了膀胱炎发病机制的重要步骤。

 

 

膀胱上皮屏障的结构

膀胱的屏障结构示意图

膀胱上皮由３个不同的细胞层组成，由内到外分别为浅层、中间层与基底层。尽管膀胱上皮是多层的，但其发挥屏障作用的主要结构是最浅层的伞状细胞层，它包括伞状细胞顶膜腔面结构、其表面的糖胺聚糖层（GAGs）和伞状细胞之间的紧密连接（TJ），而TJ与伞状细胞顶膜一起形成了对尿液中离子、分子以及病原体的高阻力屏障。有研究发现，在膀胱炎中，膀胱上皮屏障通透性的升高，可能与上皮细胞的变化直接相关。

 

 

1.糖胺聚糖层

糖胺聚糖层（GAGs）位于伞细胞顶膜表面，主要成分包括硫酸软骨素、透明质酸、硫酸肝素、硫酸皮肤素和硫酸角蛋白。一开始，GAGs被认为是膀胱上皮屏障功能的主要来源，有研究者将硫酸鱼精蛋白注入膀胱，从而破坏上皮表面的GAGs，观察到了膀胱上皮对Ca2 ，尿素和水的通透性增加，推测GAGs形成了膀胱上皮屏障，阻止了尿液溶质与毒素进入膀胱间质。但这一假说从开始就受到了质疑，原因在于硫酸鱼精蛋白会导致整个伞细胞层的分离，而不是单单破坏了GAGs，并且GAGs本身也不会形成水流动或离子渗透的屏障。不过GAGs具有非特异性的、抗粘连的功能在防止细菌感染方面得到了证实，GAGs是膀胱黏膜屏障的一部分，并且在间质性膀胱炎／膀胱疼痛综合征中，GAGs或许能为临床提供一些新思路。

 

 

2.伞细胞顶膜腔面结构

染色可见伞形细胞结构

伞细胞层是膀胱内面最浅层的细胞，它的顶膜由尿空班蛋白（UPs）构成，在膀胱中主要有４个亚型，分别为UPⅠａ、UPⅠｂ、UPⅡ、UPⅢａ。４种蛋白以二聚体（UPⅠａ／UPⅡ和UPⅠｂ／UPⅢａ二聚体）形式结合成为四聚体，再由６个四聚体组成约16nm的颗粒，它们相互连接形成斑块，这些斑块覆盖了７０％～９０％的伞细胞顶膜，也就形成了顶膜与胞质面的不对称膜。在敲除了编码UPⅢａ的基因的小鼠体内，膀胱上皮对水和尿素的渗透性显著增加，这证明了完整的尿空斑蛋白斑块有助于建立膀胱上皮的黏膜屏障。有研究发现，ＡＵＭ赋予了伞细胞顶膜的高度变形性，甚至比红细胞膜更容易变形，这种变形性是膀胱在充盈和排空期间，维持屏障功能必不可少的。因此，UPs与斑块的正常表达和定位是判断上皮屏障功能的特征之一。

 

 

3.紧密连接

紧密连接位于相邻伞细胞的顶端，下层依次是黏附链接与桥粒连接，三者共同构成了顶端连接复合体，参与调节上皮细胞之间的黏附与细胞旁运输。使用冰冻断裂电子显微镜，显示ＴＪ由网状的跨膜链组成。这些跨膜颗粒主要由跨膜蛋白组成，在胞外与相邻细胞的跨膜蛋白相互作用，消除细胞间的空隙，又在胞内与接头蛋白和细胞骨架蛋白相互连接锚定，形成了对细菌、病毒以及各种抗原的基础屏障。跨膜链的主要蛋白质成分是Claudin家族和３个蛋白相连而成的MARVEL结构域：Occludin，Tricellin（MARVEL２）和MARVEL３。跨膜蛋白Claudins是一种四次跨膜蛋白，在人体中包含２６个成员，在小鼠中包含２７个成员，它们具有相似的拓扑结构，并且有一个共同属性就是细胞旁密封功能，即对物质大小、电荷的选择性，正是这一特性，使得Claudins成为了跨膜链的结构和功能单位，也构成了ＴＪ的功能骨架。

另一个重要的跨膜蛋白Occludin，有研究发现发现并克隆成功，这是TJ分子水平研究的一次重大进步，Occludin能够与ＴＪ中的许多蛋白相互作用（ZO-1,ZO-2,ZO-3,JAM等），磷酸化／去磷酸化的Occludin在调节ＴＪ通透性中起着关键作用。目前认为，Claudins家族与Occludin共同参与调节TJ的通透性，当Claudins或Occludin的表达升高或者降低时，上皮屏障的通透性也相应得到增强或者减弱。

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