第四章　肾小球滤过及其调节

肾脏的主要功能之一是通过肾小球滤过排除由体外摄入或由代谢产生的废物，维持内环境的稳定。一个体重70kg的成年人，其肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）大约是120ml/min，其每天滤过的血浆大约是180L，约是全身血浆量的60倍，这意味着其全身血浆每天经由肾脏滤过达60次之多，如此大量的重复滤过是为了达到净化血浆的目的。完成这样的滤过功能，有赖于肾小球特殊的解剖结构及精细的功能调节机制。肾小球是一个特殊的毛细血管球状结构，其滤过膜由内皮细胞、基底膜及上皮细胞组成，血浆经此滤过膜后形成几乎无细胞及蛋白的超滤液。肾小球毛细血管压力很高，需要系膜细胞支撑其结构。此外，由致密斑、出球小动脉、入球小动脉及肾小球外系膜细胞形成的肾小球旁器（juxtaglomerular apparatus，JGA），对肾小球滤过起到重要的调节作用。JGA既是肾小管-肾小球反馈调节的结构基础，也是肾素分泌及调节的重要场所。本章将介绍肾小球滤过的过程及决定滤过的因素，并讨论肾小球滤过的调节以及肾小球对大分子溶质的滤过。

一、肾小球滤过的一般概念

（一）肾小球滤过的结构基础

肾小球毛细血管的特征是肾小球滤过得以实现的结构基础。肾小球毛细血管压力高，约为60mmHg，较其他器官毛细血管压高一倍左右，这是因为肾小球毛细血管远端有阻力小动脉，即出球小动脉，但肾小球毛细血管近端和远端的压力相差不大。此外，肾小球毛细血管内皮的窗孔结构使其通透性非常高，约可达其他器官毛细血管的50～100倍。肾小球的滤过屏障包括肾小球毛细血管有孔内皮，拥有三层结构的基底膜，包绕在毛细血管周围彼此毗邻的足细胞足突之间的裂隙，及覆盖在裂隙孔上的裂隙膜（slit diaphragm）。滤过屏障的存在防止了大分子物质特别是蛋白质的漏出，毛细血管血液中分子半径小于20Å的物质，如水、电解质、氨基酸、葡萄糖等可自由通过滤过屏障进入Bowmans腔，而分子半径大于50 Å则无法滤过[1,2]。

（二）肾小球滤过率（GFR）

是指单位时间内（一般指每分钟）两肾生成的超滤液量，是衡量肾功能的重要指标。临床上常用菊粉清除率或内生肌酐清除率来反映肾小球滤过率。正常人的GFR约是120ml/min，这个数值受年龄、性别的影响。一般说来40岁之后GFR开始下降，每10年约减少10%，80岁之后GFR将减少40%左右，但这并不影响正常生活。通常男性的GFR略高于女性。GFR是体内约200万单个肾单位的肾小球滤过率（single nephron glomerular filtration rate，SNGFR）的总和。GFR（120ml/min）除以肾小球数量（200万）即是SNGFR，大约为60ml/min，这个推算出来的数值和动物实验测到的数值非常接近，在狗和大鼠测到的SNGFR相差无几，因此一般认为不同种属哺乳动物GFR的差别主要是由肾小球的数量而不是由SNGFR所决定的。

（三）滤过分数

滤过分数是GFR与肾血浆流量（renal plasma flow，RPF）的比值，也是衡量肾功能的重要指标。成年男性的GFR是120ml/min，肾血流量约是1 110ml/min，即RPF约是600ml/min，因此滤过分数为：120/600=20%。这表明流经肾脏的血浆约有20%由肾小球滤过形成原尿，即血浆的超滤液；相比之下，肌肉毛细血管的滤过分数只有1%左右。肾小球的高滤过分数是由于肾小球毛细血管的高静水压以及高渗透性所决定的，也是维持肾小球的滤过功能所必需的。

二、肾小球滤过的决定因素

血浆在肾小球的滤过和在其他器官的毛细血管一样，是由Starling力所驱动的。Starling力由跨毛细血管膜静水压差（ΔP）和胶体渗透压递度（Δπ）共同决定。肾小球毛细血管静水压（P_GC）及肾小囊内胶体渗透压（π_B）驱使血浆滤过，而肾小球毛细血管胶体渗透压（π_GC）及肾小囊内静水压（P_B）对抗血浆滤过。净滤过压（P_net）可用下列等式表示：

P_net=ΔP-Δπ=[P_GC-P_B]-[π_GC-π_B]

如图1-4-0-1所示，肾小球毛细血管静水压约是60mmHg，肾小囊内静水压约是18mmHg，肾小球毛细血管胶体渗透压约是32mmHg，肾小囊内原尿基本上是不含蛋白的，所以肾小囊内胶体渗透压近似于零。将这些参数代入上述等式可以计算净滤过压。即：

P_net= (60-18)-(32-0)=10mmHg

单个肾单位GFR即SNGFR可以从下列等式计算：

SNGFR=K_f·P_net

上述等式中：K_f是毛细血管的超滤系数，是由滤过屏障的静水通透性（the hydraulic permeability of thefiltration barrier，也称为滤过膜的有效通透系数）k以及超滤面积S所决定的，即K_f =k·S。

（一）肾小球毛细血管静水压

肾小球毛细血管静水压，简称肾小球毛细血管压，是影响GFR的主要因素之一。肾小球毛细血管压与GFR呈平行关系，当肾小球毛细血管压增高时，GFR亦增高；反之，当肾小球毛细血管压降低时，GFR亦降低。肾小球毛细血管压是由以下四个因素所决定的。

1.血压

全身动脉血压如有改变，理应引起肾小球毛细血管压的改变，但事实上，在生理条件下动脉血压在80～180mmHg之间大幅波动时，对肾小球毛细血管压的影响甚小，这是因为肾脏对血流能进行自我调节。

2.入球小动脉阻力

肾小球毛细血管压主要是由入球小动脉阻力所决定的。入球小动脉收缩会降低肾小球毛细血管压，从而降低GFR；反之，入球小动脉扩张会升高肾小球毛细血管压，从而升高GFR。

3.出球小动脉阻力

与入球小动脉相反，出球小动脉收缩会升高肾小球毛细血管压；出球小动脉扩张会降低肾小球毛细血管压。出球小动脉阻力变化对GFR的影响是双向的，出球小动脉轻度收缩会升高肾小球毛细血管压而不至于减少肾血流量，这时GFR会有一定程度的升高；当出球小动脉重度收缩不仅会升高肾小球毛细血管压，又会减少肾血流量，这时GFR可能变化不大，甚至会降低。

4.肾小球血流量（glomerular plasma flow rate，GPFR）

GPFR对GFR的影响是通过改变滤过平衡点（见后）实现的。如果GPFR持续增加，毛细血管内胶体渗透压上升速度减缓，平衡点移向出球小动脉，SNGFR则与肾小球血浆流量变化成正比，随GPFR的增加而增加；反之，GPFR减少时，滤过平衡点靠近入球小动脉端，GFR故而减少[3,4]。

（二）肾小球毛细血管胶体渗透压

肾小球毛细血管胶体渗透压（π_GC）主要由血浆蛋白浓度决定。血液由入球小动脉端流经毛细血管，到达出球小动脉端，π_GC升高约20%，由28mmHg升至36mmHg，这是因为约有1/5的血浆在流经毛细血管后被滤过，毛细血管内蛋白被浓缩的结果。当肾小球血流量，静水压和滤过分数不变的情况下，入球端胶体渗透压下降将增加滤过，因而增加SNGFR。π_GC受以下两个因素的影响：

1.血浆胶体渗透压

在正常情况下人体血浆胶体渗透压不会有太大变动，但若全身血浆蛋白浓度明显降低时，如静脉快速注射生理盐水，或毛细血管通透性增加，血浆蛋白丢失，或因肝功能受损，蛋白合成减少，都会导致血浆蛋白浓度下降，胶体渗透压π_GC下降，使有效滤过压和GFR升高。

2.滤过分数

滤过分数增加会进一步浓缩血浆蛋白，引起π_GC升高。滤过分数是GFR与肾血浆流量的比值，因此当GFR或肾血浆流量改变时，π_GC会随之改变。例如，当肾血浆流量减少之初，GFR可能变化不大，这时滤过分数会增加，π_GC会随之增加。但肾血浆流量持续减少时，最终会降低GFR。图1-4-0-2显示了在肾小球毛细血管内，π_GC，ΔP与血浆沿毛细血管通过时距离与压力之间的关系。由于ΔP在入球端和出球端基本不变，而π_GC改变十分明显，所以在正常情况下P_net的变化是由π_GC的变化所决定的。在入球端，由于ΔP与π_GC之间相差很大，因此P_net值很大，大量滤液被滤出；但是随着滤液的滤出，蛋白浓度很快升高，π_GC会随之上升，使P_net下降，肾小球滤过减少。当ΔP与Δπ值相当时，P_net等于零，没有超滤液的形成，这种情况称为滤过压平衡状态。

（三）肾小球囊内静水压

微穿刺方法测到人的肾小囊内静水压（P_B）值约是18mmHg。P_B增高会降低GFR；相反，P_B降低则升高GFR。在正常情况下P_B值比较稳定，不是调节GFR的主要因素。P_B值改变常见于一些病理情况。例如：当肾盂输尿管结石和肿瘤压迫等原因引起尿道梗阻，终尿不能排出，引起尿道逆行性压力升高，至P_B值升高，从而降低GFR，严重时可引起肾衰竭。

（四）超滤系数

超滤系数（K_f）是表示肾小球毛细血管内在特性的参数，是由毛细血管通透性和滤过面积所决定。K_f不能直接检测，一般可以间接地由GFR与P_net的比值来推算。即:

K_f = GFR/P_net

GFR和P_net正常值分别是120ml/min和10mmHg，所以K_f正常值约为12ml/（min·mmHg）。应用oncometric技术检测获得的人的单个肾小球K_f值为17.5ml/（min·mmHg）。K_f和GFR呈平行关系，K_f值升高，GFR会升高；K_f值降低，GFR亦降低。因为K_f与有效通透系数相关，任何引起ΔP的变化，如肾小球血流量的改变[5]都能导致K_f的增加或减少；又因为滤过面积决定K_f，所以凡能引起肾小球毛细血管结构变化或改变肾小球有效滤过面积的病理情况都会导致K_f值降低，某些血管活性物质通过收缩系膜细胞改变肾小球滤过面积，引起血液分流[6,7]，也能降低K_f。

三、肾小球滤过的调节

如前所述，决定GFR的主要参数是肾小球毛细血管静水压（P_GC）及胶体渗透压（π_GC）。通过对这些参数的影响，许多神经、体液因子以及肾脏自我调节机制都可以对GFR进行调节。

（一）交感神经对GFR的影响

肾脏全部的血管，包括入球、出球小动脉都有丰富的交感神经纤维支配。在正常生理条件下，肾交感神经的活性很低，对肾脏血流动力学影响甚微。在一些病理情况下如严重出血、脑血管意外等，交感神经兴奋，末梢释放去甲肾上腺素作用于位于血管平滑肌的α受体，会引起小动脉收缩，从而减少RBF及GFR。单独刺激肾脏神经引起出入球小动脉阻力增加，伴随肾小球血流和SNGFR下降，但K_f不变。系膜细胞也与交感神经末梢有直接接触，交感神经兴奋时，可能引起系膜细胞收缩，导致肾小球内毛细血管开放减少，降低肾小球有效循环血量和滤过面积，影响GFR。

在临床上，肾交感神经消融术（catheter-based renal sympathetic denervation，RDN）在一些难治性高血压患者中表现了良好的降压效果，此技术不仅为多种以交感神经过度活化为特点的疾病提供了新的治疗方法，也为进一步了解此类疾病的病理生理学研究提供了机会。这项技术的降压效果在多大程度上与肾脏血流动力学的改变有关仍有待验证。

（二）激素及血管活性物质对GFR及肾血流量的影响

许多激素及血管活性物质可以调节肾小球的滤过状态，这种调节通常是通过调节肾动脉各级分支，出入球小动脉收缩舒张程度，来影响肾血流和GFR。这些激素和血管活性物质也可以作用于肾小球系膜细胞，通过促进系膜细胞的增生与细胞外基质的扩张，改变毛细血管袢的数量和面积，导致肾小球血流动力学改变。除此之外，这些物质也能直接影响肾小球足细胞，直接改变滤过屏障，进而影响K_f和GFR[6-8]。在这些激素和血管活性物质中，引起血管收缩的如血管紧张素Ⅱ、白细胞介素C4和D4（leukotriences）、血小板激活因子（platelet-activating factor，PAF）、三磷酸腺苷（adenosine 5’-triphosphate，ATP）、内皮素（endothelin）、血管升压素（vasopressin，又称抗利尿激素，antidiuretic hormone）、血清素（serotonin）等；具有血管舒张活性的物质如一氧化氮（nitric oxide）、前列腺素E2和I2（prostaglandins，PGE2 and PGI2）、组胺（histamine）、缓激肽（bradykinin）、乙酰胆碱（acetylcholine）、胰岛素（insulin）、cAMP等[3]。这些激素及血管活性物质可以由肾外产生，通过血循环到达肾脏，作用于肾脏血管，例如心房利钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、抗利尿激素等；也可由肾脏局部合成后再对肾脏血管发生作用，例如前列腺素、一氧化氮；还可由肾内、肾外同时产生，例如血管紧张素Ⅱ。这些物质通过收缩或扩张肾血管，对GFR产生不同的影响，也会参与肾小管重吸收的调节，通过对肾小球和肾小管的综合作用，可对体液平衡状态进行调节。

以下介绍几种比较重要的激素和血管活性物质对肾小球滤过的作用：

1.血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）[3,9-11]

是肾素-血管紧张素系统的主要成员之一，对于维持正常血容量及动脉血压起到至关重要的作用（参见本篇第五章）。AngⅡ的生理功能主要通过其1型受体（AT1R）介导而实现，AT1R激活主要引起血管收缩及血压升高的效应。与AT1R功能相反，AngⅡ的2型受体（AT2R）激活后可以释放一氧化氮（NO），从而起到舒张血管、降低血压的作用。AT2R在发育阶段表达量高，而在成年表达量低，其生理意义正在逐渐被得到证实。

AT1R广泛存在于肾脏血管系统，包括出球、入球小动脉以及肾小球系膜细胞。通过AT1R的介导，AngⅡ可以收缩出球、入球小动脉，但出球小动脉对AngⅡ的敏感性比入球小动脉高100倍。引起这种差别的原因可能是多因素的，包括：①信号转导机制不同。在入球小动脉AngⅡ是通过激活细胞膜表面L型钙通道引起小动脉收缩，而在出球小动脉AngⅡ是通过释放细胞内钙引起小动脉收缩。②NO的产生量不同。入球小动脉的NO产生量多于出球小动脉。由于NO是很强的血管扩张剂，能拮抗AngⅡ的血管收缩作用，因此出球小动脉产生的NO量少，自然会增高对AngⅡ的敏感性。有研究发现，在抑制一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）之后，出球、入球小动脉对AngⅡ敏感性的差别可明显降低。③PGE2和PGI2的产量不同。AngⅡ明显促进入球小动脉平滑肌细胞产生PGE2和PGI2，阻断钙离子进入平滑肌细胞，从而减弱AngⅡ的收缩血管作用，而在出球小动脉，PGE2对AngⅡ的收缩血管作用没有影响[12-14]。AngⅡ选择性增加出球小动脉的阻力有其重要的生理意义。AngⅡ一般是在血容量不足的情况下生成增多，收缩出球小动脉、升高肾小球毛细血管压及GFR，从而防止了由血容量不足引起的GFR进一步下降，保证肾脏对代谢废物的排泄。

AngⅡ单独应用对SNGFR的影响很小，但与环氧化酶抑制剂联合使用时，AngⅡ明显降低SNGFR和肾小球血流[15]。实验证明AngⅡ能够降低K_f，可能是通过影响系膜细胞的收缩，减少有效滤过面积[15,16]，或通过改变有效通透系数而实现的[17]。

在影响肾血流和肾小球滤过的同时，AngⅡ收缩出球小动脉减慢肾小管周围毛细血管的血流，促进毛细血管与肾小管的物质交换；AngⅡ还可直接作用于近曲小管、远端小管、和集合管上皮的AT1R，激活3型钠氢交换蛋白（sodium-hydrogen exchanger 3，NHE3），钠钾氯共同转运蛋白（Na+-K+-2Cl- cotransporter，NKCC2）和水通道蛋白（aquaporin），有利于肾小管对水和钠的重吸收。总之，AngⅡ通过对肾小管的间接和直接作用，可促进水和钠的重吸收，以更快恢复血容量及动脉血压。

随着对肾素-血管紧张素系统的深入认识，以前人们认为没有生理作用的AngⅡ片段如Ang1～7被证明具有拮抗AngⅡ的收缩血管的作用。Ang1～7的受体（Mas）也已经在入球小动脉发现[18]，因此肾脏Ang1～7-ACE2（血管紧张素转换酶2，参与Ang1～7的生成）-Mas可能参与肾血流和GFR的调节，起到对AngⅡ的平衡作用。另外，最近的研究表明（前）肾素通过自身的受体（prorenin receptor）对机体血压调节起到一定的作用，是否参与肾脏血流及GFR的生理调节仍在进一步研究中。

2.去甲肾上腺素和肾上腺素

儿茶酚胺类激素对肾血流量具有显著的调节作用（参见本篇第三章）。去甲肾上腺素（NE）是一个非常强有力的血管收缩激素，能收缩出、入球小动脉，减少肾血流量，从而降低GFR。与去甲肾上腺素不同的是，肾上腺素通过不同的受体起作用而分别具有收缩和舒张血管的双向作用。小剂量异丙肾上腺素可以增加肾血流量和GFR，大剂量可使肾血管收缩，降低GFR。血浆中去甲肾上腺素和肾上腺素多来源于肾上腺髓质，其血浆中的浓度和肾脏交感神经系统的活性相平行。在生理条件下，去甲肾上腺素和肾上腺素对肾脏血流动力学的影响甚微，而在血容量减少，剧烈运动，强烈的伤害性刺激或情绪激动等生理或病理生理条件下，交感神经活动增强，儿茶酚胺类物质大量释放，会引起肾脏血管强烈收缩，降低GFR。

3.内皮素（endothelin，ET）

是由内皮细胞产生的具有血管收缩活性的多肽，包括内皮素-1、2、3（ET-1，2，3）等。这三种内皮素作用于两种内皮素受体，即ET-A和ET-B受体。ET-A受体对ET-1有选择性的高亲和力，而ET-B受体对三种内皮素有几乎相同的亲和力（参见本篇第五章）。

ET-1是肾脏产生的主要内皮素，肾脏血管内皮细胞和系膜细胞均能分泌ET-1，它具有强大的收缩血管效应。静脉注射ET-1引起明显的较长时间的血管收缩效应，同时伴随肾小球动脉阻力升高，RBF和GFR下降[19]。ET-1引起出入球小动脉收缩，但出球小动脉更为敏感[20,21]，这主要是通过位于肾脏血管的ET-A受体起作用的。在血管内皮受到损伤（如妊娠中毒、急慢性肾衰竭）时，内皮素的产生增多，在正常情况下，由血管内皮产生的内皮素量比较小，对肾血流动力学影响不大。

肾脏髓质是全身产生ET-1最多的地方。Kohan等[22]发现，ET-1主要产生于肾内髓质集合管（inner medullary collecting duct，IMCD）。在肾脏髓质，ET-1和ET-3作用于IMCD或肾髓质间质细胞（renomedullary interstitial cells，RMIC）的ET-B受体。与ET-A受体的收缩血管、升高血压效应相反，ET-B受体激活后会抑制集合管对水钠的重吸收，从而引起利尿、利钠及降低血压的作用。大鼠实验表明ET-B受体阻断后会发生盐敏感性高血压。

4.一氧化氮[23-25]

是体内由血管内皮细胞产生的最重要的舒血管物质之一，对肾血流量具有显著的调节作用（参见本篇第五章）。在基础状态下，NO参与对肾脏血流动力学的调节，尤其是能制约血管收缩物质（如AngⅡ）的作用，维持正常的肾脏血流量。在急性动物实验中，阻断NO合成后，可以观察到肾血流量和GFR明显降低以及动脉血压的升高[26]。在慢性动物实验中，给予大鼠一氧化氮合酶抑制剂2个月后，可引起明显高血压，并伴有肾小球出、入球小动脉阻力升高及肾血流量和GFR下降[27]。NO是NOS作用于其底物左旋精氨酸（L-arginine）所产生的。NOS有以下三种类型：中枢型（nNOS或NOSⅠ）、诱导型（iNOS或NOSⅡ）以及内皮型（eNOS或NOSⅢ）。不同类型的NOS通过不同的机制，均可对肾血流动力学产生影响。其中，eNOS存在于血管内皮，是血管NO的主要来源。由eNOS在血管内皮产生的NO可以弥散到附近的平滑肌细胞，直接激活靶细胞的可溶性鸟苷酸环化酶，释放cGMP，从而引起血管舒张，这可以解释eNOS基因敲除小鼠会发生高血压。nNOS则主要存在于致密斑细胞，nNOS在致密斑作用产生的NO可能通过以下三种途径影响肾脏血流动力学：①抑制肾小管-肾小球反馈调节引起的血管收缩，从而增加肾血流量，防止GFR下降；②抑制肾素分泌；③抑制肾小管对钠的重吸收。

5.前列腺素（prostaglandins，PGs）

是花生四烯酸的系列代谢产物，一些产物可扩张血管（如PGE2和PGI2），而另一些则可收缩血管（如TXA2）。催化前列腺素合成的限速酶是环氧合酶（cyclooxygenase，COX）。已知的COX有三种：COX-1为结构型（constitutive form），COX-2为诱导型（inducible form），COX-3为COX-1的变异型。一般认为，在正常情况下PG对肾血流动力学影响不大，但对于肾小动脉的收缩效应能起缓冲作用。PGE2和PGI2作为舒张血管物质增加肾血浆流量，但GFR增加较少，可能是由于K_f下降较多的缘故[28,29]。

实验证明，COX-2基因敲除小鼠对AngⅡ的升压效应增强；与之相反，COX-1基因敲除小鼠这一效应减弱[30]，提示COX-2作用可能是催化合成扩张血管的PG，而COX-1可能是参与收缩血管的PG的合成。大量实验证明，PGE2和PGI2通过释放cAMP可以直接刺激颗粒细胞分泌肾素。与这一论点相一致的是，COX-2基因敲除小鼠的血浆肾素水平明显降低[31]，提示由COX-2产生的PGs可以通过调节肾素-血管紧张素系统（RAS）的活性而影响肾脏血流动力学及水盐平衡。值得一提的是COX-2基因敲除小鼠会出现严重肾衰竭，并伴有肾脏结构的破坏[12,32]，而COX-1基因敲除小鼠的肾脏结构和功能不受明显影响[33]。表1-4-0-1总结了几种激素对肾小球某些参数影响的情况。

（三）肾小球滤过及肾血流量的自我调节

动脉血压随生理活动而随时发生变化。当血压升高时，肾脏血管尤其是肾小球入球小动脉阻力会随之升高；相反，当血压下降时，肾血管阻力亦下降，从而使肾血流量和GFR保持在一个恒定的水平，动脉血压在80～180mmHg之间大幅波动，而肾血流量及GFR变化幅度很小，这种现象称为自我调节（图1-4-0-3）。自我调节是由肾脏内在的机制决定的，而不需神经系统或全身体液因子的参与，造成自我调节的机制主要有肌源性反应和肾小管-肾小球反馈两种。当前观点认为由于这两种调节机制都作用于同一部位，即入球小动脉，它们之间的相互作用和彼此调节是不可避免的[34,35]。

1.肌源性反应

肾血管平滑肌存在压力感受器，可以感受到各方面压力的改变。随着压力的改变，平滑肌成比例地改变其张力，从而使阻力相应改变，肾血流量可保持相对恒定（见本篇第三章）。由于这种压力感受器在血管内，故离体肾灌注时仍可以保持自我调节。肌源性反应也可见于其他脏器血管，并非肾脏所特有。

2.管球反馈

肾小管滤液在流经致密斑时，其流速、成分会影响入球小动脉阻力，从而影响GFR，这种现象叫肾小管-肾小球反馈，简称管球反馈（tubulo-glomerular feedback，TGF）。例如，当动脉血压升高时，会引起肾小球毛细血管压升高，GFR会随之升高，这样肾小管腔内滤液的氯化钠会增多。致密斑细胞会感受盐浓度的改变，然后传递这一信息到附近的入球小动脉的平滑肌细胞，引起入球小动脉收缩，从而降低GFR，最终使GFR不会因血压的变动而出现太大的变化（图1-4-0-4）。TGF的意义在于限制流入肾髓质集合管的氯化钠，以达到保盐、保容量，维持内环境稳定的目的。由于产生TGF的肾小球旁器仅在哺乳动物发现，而非脊椎动物则没有这一结构，故TGF被认为是生物进化中由海洋到陆地生活的转变而导致的哺乳动物所特有的调节机制。尽管最新的一项研究[36]认为TGF对于整个肾脏自我调节的贡献只限于肾灌注压80～110mmHg之间，但这丝毫不能削弱TGF对于机体体液调节和内环境稳定的意义。TGF在某种程度上更是一种肾脏在短期内针对远端小管溶质变化的快速反应，长期的对肾脏滤过和重吸收功能的调节是通过肾素-血管紧张素等来实现的，TGF会根据机体对钠的需要而重新设置新的调定点（图1-4-0-4）。

（1）产生TGF的解剖结构基础：

在肾小管的远端与肾小球接触的部位，肾小管上皮细胞呈高柱状，胞质少，细胞核大，细胞数量约有20个，排列十分紧密，称之为致密斑。细胞内含大量高尔基体，提示其有分泌功能。致密斑与入、出球小动脉相毗邻，中间由肾小球外系膜细胞分隔。这一由肾小管上皮细胞（致密斑）、肾小球入、出球小动脉及系膜细胞所形成的特殊结构，称为肾小球旁器，是TGF反应发生的场所（参见本篇第二章）。致密斑是感受器，感受管腔液氯化钠浓度的改变，而后产生某种形式的TGF信号，通过肾小球外系膜区传递信号至作为效应器的入球小动脉平滑肌细胞，从而产生血管收缩效应。

（2）TGF的发现：

1970年首先由Schnerman观察到并提出假说。在微穿刺情况下，如果先将一滴油注射于近端肾小管而阻断小管中滤液的流动，由于肾小球滤过仍在进行，阻断的近端部分压力持续上升，上升情况可以由插入到该部的另一毛细管中测得。当测得压力数值达到顶点而平衡时，理论上这时的压力即相当于相应肾小球的滤过压，又称停留压（stop flow pressure，SFP）。此时，在油滴封闭的远端灌注氯化钠可以观察到SFP的下降；如果灌注致密斑以后的部位，并不影响SFP；如果由毛细管方向朝致密斑方向灌注，则又可观察到SFP的改变（图1-4-0-5）。因此，改变到达远端肾小管的液体性状可以反馈性地影响肾小球滤过率，故称之为TGF，这一实验提示致密斑为产生TGF的重要一环。之后一系列采用不同手段和方法来降低或完全阻断远端小管液体流动的实验，都导致了入球小动脉的舒张，相反，利用呋塞米抑制致密斑对氯化钠的转运，从而破坏TGF，尽管有大量的小管液流过致密斑，但入球小动脉的收缩反应完全消失[37,38]，从另一方面证明了致密斑是引发TGF的重要部位。过去大多认为TGF仅局限于同一肾单位，近来也有报告认为TGF也可以影响相邻近的肾小球引起相应SNGFR的改变。

在微灌注实验中，大多数作者报告当灌注液速率在8～12μl/min时，SNGFR、SFP改变较少；如增加到30～40μl/min后，则SNGFR、SFP下降较为明显，可分别下降为30%～50%及20%～30%。近年来有人用声视记录系统直接记录出、入球小动脉血流量，证实TGF主要通过对出、入球小动脉、特别是对入球小动脉的影响使其血流量下降而实现的，另外，K_f也常见下降。

早期认为Na+是激发TGF的主要离子，因为应用甘露醇或其他不含钠盐的等渗液进行灌注并不能激发TGF。近年来已经明确Cl-是激起本反馈作用的关键，有研究证实，凡是可以阻断Cl-转运的利尿剂，均可以抑制TGF。

（3）诱导TGF的介质及信号传递[39-41]：

自从发现TGF四十多年以来，产生TGF的机制，尤其是由致密斑到入球小动脉的信号传递一直是肾小球血流和GFR调节以及肾小管水钠转运研究的重点。近年来由于实验手段的提高，这一领域的研究取得了相当大的突破。由于荧光显微镜、电生理、膜片钳等技术的使用，对致密斑离子转运的特征有了深入的了解（图1-4-0-6）。现已明确氯化钠由致密斑管腔侧的Na+-K+-2Cl-共同转运蛋白转入细胞内，是产生TGF的起始信号，由此激发致密斑细胞产生并释放诱导TGF的介质，目前认为这种介质可能是ATP或其裂解产物腺苷。ATP可能是经由基底侧的maxi-anion通道释放进入细胞外间隙，在此由5’-核苷酸酶分解为腺苷。腺苷作用于入球小动脉平滑肌细胞上的1型受体（A1），引起入球小动脉收缩，从而产生TGF，支持这一论点的重要依据是腺苷1型受体基因敲除的小鼠TGF完全消失[42]。

另一种论点是ATP可以直接作用于入球小动脉平滑肌细胞诱发TGF，而不需要通过其裂解产物[43]。目前，对于以上两种论点仍缺乏一致的看法。AngⅡ可能也参与TGF的调节。AT1R或ACE基因敲除小鼠缺少TGF反应，而注射AngⅡ能恢复ACE基因敲除小鼠的TGF，当前认为AngⅡ对TGF的调节可能是通过腺苷来实现的，而不是AngⅡ的直接作用[44]。

（4）TGF的影响因素：

有许多因子（如AngⅡ、NO、PGs等）并不直接介导TGF但可以影响TGF的敏感性。一般来说，血管收缩物质（如AngⅡ）对TGF有增强作用，而血管扩张物质（如NO、PGE2/PGI2）有抑制作用。以下将着重介绍NO以及超氧阴离子（O₂-）对TGF的影响。

作为一个血管扩张因子，NO对TGF具有抑制作用，这个论点的主要证据是应用药物阻断或基因敲除nNOS之后，会使TGF增强。实验显示，管腔液氯化钠浓度升高后会刺激致密斑细胞分泌NO。因此，管腔液氯化钠浓度升高后会产生两类不同的因子，即ATP/腺苷和NO，前者收缩入球小动脉而诱导TGF，而后者通过扩张血管而抑制TGF或使不致产生过度，从而达到精确调节TGF的目的。另外，利用NO的底物增强NO生物活性能够减弱或消除联合应用AngⅡ和腺苷引起的血管收缩和TGF反应，提示这三种血管活性物质的相互作用[44]。

最近的研究发现，在JGA的NO活性受O₂-的影响。O₂-主要由NADPH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）氧化酶系统产生。这个氧化酶系统由以下几个成分组成：p47phox、p22phox、gp91phox和p67phox。所有这些成分都可以在大鼠致密斑或入、出球小动脉检测到，提示JGA具备产生O₂-的能力。O₂-和NO反应产生过氧化亚硝酸盐（ONOO-）从而灭活NO。一般认为在正常生理条件下，O₂-产生的量比较小，所以NO可以起到主导作用，使肾脏得到充分的灌流，但在一些病理条件下，NADPH氧化酶系统被激活，O₂-的产生会增多，从而减少NO，这样会增强TGF，减少肾脏灌流[9,45]。

四、肾小球对大分子溶质的滤过

肾小球超滤液中小分子溶质（如电解质、葡萄糖及尿素等）的浓度与血浆中的浓度几乎相同，而超滤液中大分子溶质如蛋白质的浓度很低。正常血浆白蛋白的浓度约是45g/L，而超滤液中白蛋白的浓度约是0.01g/L。肾小球毛细血管对不同分子量物质的滤过具有不同滤过率的特点，称为选择性滤过作用。肾小球滤过屏障对大分子溶质的滤过取决于分子大小（孔径屏障）及电荷性质（电荷屏障）[46]。

（一）孔径屏障

肾小球滤过屏障由内皮细胞、基底膜以及足突细胞组成。内皮细胞的窗孔约为70～100nm；基底膜为胶原纤维形成的可变凝胶，滤过的物质在一定压力下可变形通过；足突之间的裂孔膜形成很多平行的丝状结构，丝状结构的间距约为4nm。基底膜为粗的滤过器，仅能限制较大的蛋白质（如球蛋白）通过，而裂孔膜则为细筛，可限制较小的白蛋白通过。足突裂孔膜形成肾小球滤过屏障的最外一层结构，而且裂孔之间的孔隙非常细小，因此对于限制蛋白质的滤过最为重要。

近几年来，对足突细胞的生物特性尤其是裂孔膜的分子结构研究取得了很大进展。1998年Trygvason的研究小组发现了组成裂孔膜的蛋白质是nephrin，其基因为NPHS1，并证明NPHS1点突变可引起芬兰型先天性肾病综合征。此后，Boute和Antignac发现了组成裂孔膜的另一个蛋白质podocin，其基因突变可引起激素耐受型先天性肾病综合征。Nephrin和podocin不仅是组成裂孔膜的蛋白质，还可通过激活AKT及Src激酶影响细胞的信号传递。最近还发现了裂孔膜的另外两种蛋白FAT1和Neph1，其中，Neph1基因敲除小鼠会死于严重蛋白尿。除了足细胞，滤过屏障的基底膜主要组成部分层粘连蛋白（laminin-β2）缺失小鼠和此蛋白基因变异的病人都表现为大量蛋白尿[47,48]。

应用已知分子半径大小的内源性或外源性物质（例如胶体铁及各种酶等）作为示踪物，根据其定位的部位，可以大致了解孔径屏障的主要部位。例如：Farguhar首次发现，铁蛋白（480kD）能进入内皮细胞孔，但可被阻挡于基底膜内疏松层下，从而认为基底膜、特别是其致密层为血浆球蛋白的滤过屏障。辣根过氧化酶（40kD），几乎不被基底膜所限制，可以很快进入尿腔。过氧化氢酶（catalase）虽部分可滞留在基底膜内，但完全被阻止于裂孔膜。各种外源性示踪物质在滤过膜各层定位的情况如表1-4-0-2所示。

葡聚糖化学结构与分子构型十分稳定，但其分子大小可以在大幅度范围内予以改变。已知菊粉分子量甚小，可以完全透过肾小球，且一般情况下完全不被肾小管分泌或重吸收，因此根据不同大小的葡聚糖与菊粉消除比值的变化，可以用来了解肾小球滤过膜的情况。这种某一分子大小物质经肾小球的廓清值与菊粉廓清值的比值称之为清除分数（fractional clearance，Q），以葡聚糖为例，可用下列公式来表示：

Q = (CT_U×Cin_A)/(CT_A×Cin_U)

式中C为溶质浓度，CT_U与CT_A为葡聚糖在尿中和血中的浓度，Cin_A与Cin_U则分别为菊粉在血中和尿中浓度。

表1-4-0-3显示了大鼠、犬的肾小球毛细血管壁对各种大分子物质选择性通透情况。

（二）电荷屏障

应用相同半径的葡聚糖对肾小球选择滤过情况进行研究时，发现在同等半径情况下带正电荷的葡聚糖（即二乙酰氨乙酰葡聚糖）清除分数较中性葡聚糖更高，而带负电荷的葡聚糖（即盐酸葡聚糖）清除分数较中性更低（图1-4-0-7），说明有电荷屏障存在。

内皮细胞表面富含唾液酸蛋白等带负电荷的糖蛋白，可阻碍带负电荷的蛋白质通过。应用细胞化学染色及化学分析方法研究，发现在基底膜中糖胺聚糖（glycosamino-glycan）的硫酸盐是主要阴离子成分。如果应用肝素酶将硫酸类肝素从基底膜上除去，可以使带负电荷的铁颗粒在肾小球滤过膜上通透明显增加。另外，附着于上皮足突间的裂隙膜也带负电荷，嘌呤霉素氨基核苷可以造成该部分负电荷丢失，应用后可导致蛋白尿，出现类似微小病变型肾小球肾病的临床表现。

（杨天新　王蔚东）

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