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腎臟，俗稱“腰子”，是人體泌尿系統(tǒng)中最重要的器官，對(duì)人類健康具有至關(guān)重要的作用。它的基本功能是生成尿液，清除體內(nèi)代謝廢物，重吸收葡萄糖、氨基酸、鈉離子、水等各類有用物質(zhì)，此外腎還具有調(diào)節(jié)血液電解質(zhì)和酸堿平衡，分泌激素等重要功能。

腎臟位于脊柱兩側(cè)，左右各一，紅褐色，形似蠶豆，表面光滑，每個(gè)腎的重量大概在100—200克，受肝臟影響，右腎一般比左腎略低1-2厘米。腎臟皮質(zhì)呈紅褐色，分為外緣和內(nèi)緣兩部分，腎外緣為凸面，內(nèi)緣為凹面，凹面中部為腎門，所有血管、神經(jīng)及淋巴管均由此進(jìn)入腎臟，腎盂則由此走出腎外[1]。

圖1.腎臟的位置和結(jié)構(gòu)

腎單位是腎臟結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，由腎小體和腎小管組成，腎小體又由腎小球和腎小囊組成。每個(gè)腎臟約有一百多萬(wàn)個(gè)腎單位，腎不能再生新的腎單位。腎單位是腎臟部位物質(zhì)交換和能量傳輸?shù)闹匾到y(tǒng)，包括腎小球?yàn)V過(guò)血液形成原尿，腎小管、集合管重吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和毛細(xì)血管物質(zhì)交換過(guò)程。因此，腎單位是腎臟微循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮作用的基本單位，對(duì)腎臟各功能的的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著決定性作用。

圖2.腎單位示意圖[2]

按照細(xì)胞類型，腎臟可以劃分出5類固有細(xì)胞，分別是系膜細(xì)胞（mesangium）、內(nèi)皮細(xì)胞（endothelium）、足細(xì)胞（podocyte）、腎小管上皮細(xì)胞和腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞。

系膜細(xì)胞對(duì)腎小球毛細(xì)血管具有支持和保護(hù)作用，它能調(diào)節(jié)毛細(xì)血管的收縮和舒張，通過(guò)平衡毛細(xì)血管的血流量，控制濾過(guò)膜的濾過(guò)功能。系膜細(xì)胞還具有吞食功能，可吞噬一些大分子物質(zhì)，包括殘留在基底膜上的沉積物。此外，系膜細(xì)胞還能合成分泌多種酶和生物活性物質(zhì)，參與基底膜的修復(fù)、免疫反應(yīng)、腎小球炎癥反應(yīng)等多種生理過(guò)程。

圖3. 腎小球切面上不同細(xì)胞的位置

系膜細(xì)胞受損會(huì)影響腎小球的有效濾過(guò)面積，影響腎臟的血液過(guò)濾功能；系膜細(xì)胞異常增生往往是腎小球硬化的前奏；此外系膜細(xì)胞上表達(dá)有多種免疫受體，其異常還會(huì)導(dǎo)致腎臟容易患上各類感染性疾病。

內(nèi)皮細(xì)胞具有維持腎小球毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)完整的屏障功能，它是選擇性濾過(guò)屏障功能的第一道防線（70~100nm），具有抗凝、抗血栓形成和調(diào)節(jié)腎小球血流動(dòng)力學(xué)的作用，此外內(nèi)皮細(xì)胞與系膜細(xì)胞一起參與基底膜的合成和修復(fù)。內(nèi)皮細(xì)胞受損后，其抗凝活性下降，導(dǎo)致外凝血微血栓的形成；它的細(xì)胞表型也會(huì)發(fā)生改變，會(huì)釋放一系列導(dǎo)致腎臟纖維化的細(xì)胞因子。

足細(xì)胞是腎小球?yàn)V過(guò)屏障的一部分，相鄰足細(xì)胞突起之間形成柵欄狀的交叉，交叉之間的空隙稱為裂孔，裂孔直徑較小（40nm），能阻隔大分子通過(guò)，起到機(jī)械屏障的作用；此外足細(xì)胞還能分泌帶負(fù)電荷的唾液酸糖蛋酶等物質(zhì)，起到電荷屏障的作用。足細(xì)胞是腎臟最容易出現(xiàn)病變的細(xì)胞，足細(xì)胞受損會(huì)導(dǎo)致裂孔閉塞，電荷屏障功能障礙，導(dǎo)致膜性腎病；嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)足細(xì)胞纖維化，進(jìn)而導(dǎo)致腎小球硬化。

圖4.足細(xì)胞位置及形態(tài)[3]

腎小管上皮細(xì)胞的主要生理功能有對(duì)原尿進(jìn)行重吸收和稀釋，保持血液的電解質(zhì)平衡和酸堿平衡等。腎小管上皮細(xì)胞受損后會(huì)導(dǎo)致夜尿增多，電解質(zhì)紊亂，酸中毒等癥狀。

間質(zhì)成纖維細(xì)胞具有維持腎臟正常結(jié)構(gòu)的功能，它參與構(gòu)成濾過(guò)屏障、同時(shí)還具有修復(fù)功能。間質(zhì)成纖維細(xì)胞是促使腎臟發(fā)生纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞，病理情況下間質(zhì)成纖維細(xì)胞的異常增殖會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)腎臟的纖維化。

過(guò)去對(duì)腎細(xì)胞的分類主要是根據(jù)其功能、解剖位置或少量標(biāo)記基因，現(xiàn)在隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，腎臟單細(xì)胞測(cè)序的文章越來(lái)越多，鑒定出的細(xì)胞類型也越來(lái)越多。目前發(fā)現(xiàn)除了5類固有細(xì)胞外，腎臟中還有間充質(zhì)細(xì)胞、單核細(xì)胞、肥大細(xì)胞等多種不同細(xì)胞。

圖5.腎臟細(xì)胞分型[4]

南模生物在小鼠泌尿系統(tǒng)（包含腎臟）特定細(xì)胞類群marker基因中敲入Cre重組酶元件或報(bào)告基因，研究者可以對(duì)每類細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，還可以在特定細(xì)胞群里進(jìn)行基因及細(xì)胞功能的研究。具體模型信息見(jiàn)下表：

對(duì)于腎臟疾病，我們往往有2個(gè)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。第一，雖然保健品廠家鋪天蓋地的宣傳腎好性功能好，但實(shí)際上兩者并無(wú)關(guān)聯(lián)；第二，腎臟疾病的發(fā)病率其實(shí)很高，全球平均每十個(gè)人中就有一個(gè)慢性腎病患者，僅我國(guó)就有1億多人。腎病已成為繼心腦血管疾病、腫瘤、糖尿病之后，人類生命健康面臨的主要威脅之一。下面小編為大家介紹幾種常見(jiàn)的腎臟疾病和相應(yīng)的研究模型。

免疫球蛋白A（IgA）腎病是世界范圍內(nèi)最常見(jiàn)的原發(fā)性腎小球疾病，也是我國(guó)最常見(jiàn)的腎小球疾病，占原發(fā)性腎小球腎炎的30%-40%。IgA腎病可表現(xiàn)為各種臨床綜合征，包括無(wú)癥狀性血尿或蛋白尿、慢性腎小球腎炎、急進(jìn)性腎炎或腎病綜合征。IgA腎病的病理機(jī)制還未完全明確，目前被廣泛接受的理論認(rèn)為，IgA腎病是多種機(jī)制共同導(dǎo)致的，而非單一機(jī)制，被稱為“多重打擊假說(shuō)”，此假說(shuō)有4個(gè)環(huán)節(jié)：①異常糖基化IgA1，進(jìn)而生成Gd-IgA1；②被循環(huán)系統(tǒng)中抗聚糖的自身抗體識(shí)別；③導(dǎo)致腎炎的免疫復(fù)合物沉積在系膜區(qū)；④激活系膜細(xì)胞。

圖6.腎小球腎炎發(fā)生示意圖[5]

最近的研究表明，粘膜和補(bǔ)體免疫系統(tǒng)在IgA腎病中也發(fā)揮重要作用。例如，血尿的出現(xiàn)和粘膜免疫相關(guān)，而循環(huán)免疫復(fù)合物中常常可以發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體，例如C3補(bǔ)體和補(bǔ)體因子H。

在人類中，IgA的主要受體為CD89，而小鼠不表達(dá)CD89，因此為了構(gòu)建類人表型的IgA腎病模型，上世紀(jì)九十年代末，Launay開(kāi)發(fā)了由CD11b啟動(dòng)子控制的、表達(dá)人CD89的轉(zhuǎn)基因小鼠[9]。該小鼠在單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞上表達(dá)人的CD89，在生長(zhǎng)晚期，出現(xiàn)IgA的腎小球內(nèi)沉積、系膜擴(kuò)張和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。

受到該研究啟示，南模生物構(gòu)建了Itgam-IRES-hCD89小鼠模型，可方便全球科學(xué)家進(jìn)行IgA腎病研究及新藥研發(fā)。

腎癌，又稱腎細(xì)胞癌（RCC），是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)的腫瘤之一，在我國(guó)腎癌發(fā)病率僅次于膀胱癌，位居泌尿系統(tǒng)腫瘤第2位。腎癌有多種不同的類型，如腎透明細(xì)胞癌、乳頭狀腎細(xì)胞癌、腎嫌色細(xì)胞癌、多房囊性腎細(xì)胞癌等，其中腎透明細(xì)胞癌最常見(jiàn)，約占所有腎癌的90%。腎癌可分為四期，發(fā)現(xiàn)的越早預(yù)后越好，I期、II期腎癌的5年生存率分別可達(dá)95%和88%，而IV期腎癌的5年生存率僅有20%。

圖7.腎腫瘤大小與生存率[6]

腎癌的發(fā)病與多個(gè)基因密切相關(guān)，如：

• VHL基因：其突變不僅與家族性的透明腎細(xì)胞癌（CCRCC）有關(guān)，而且70%以上的散發(fā)性CCRCC也帶有VHL突變，是目前腎癌中突變率最高的腎腫瘤抑制基因。
• PBRM1基因：主要與CCRCC有關(guān)，在CCRCC中的突變率達(dá)40%，僅次于VHL基因。
• FLCN基因：該基因突變可引起B(yǎng)irt Hogg Dube綜合征，該病患者全身多處會(huì)出現(xiàn)纖維毛囊瘤，約有34%的BHD病人會(huì)發(fā)展成腎癌。

除上述主要突變基因外，還有FH、TSC1/TSC2、MET、SETD2、BAP1、JARID1c/KDM5C、UTX/KDM6A、NF2、MLL2、CUL7和BRTC等基因與腎癌發(fā)病存在一定的關(guān)聯(lián)。

Zachary利用NF2-flox小鼠與Villin-Cre交配，獲得了可以自發(fā)腎癌的小鼠模型[10]，其在 15 日齡時(shí)就可以觀察到腎小管上皮的損傷，到 3 個(gè)月大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)腎小管管內(nèi)瘤變，到 6 個(gè)月時(shí)，腫瘤的大小和數(shù)量增加，可以穿透小管基底膜，進(jìn)展為浸潤(rùn)性癌。

受到該研究啟示，南模生物構(gòu)建了NF2-flox小鼠，方便全球科學(xué)家進(jìn)行自發(fā)腎癌模型構(gòu)建，除此之外，還構(gòu)建了腎癌發(fā)生相關(guān)基因VHL、PBRM1的敲除和條件性敲除小鼠模型，方便腎癌發(fā)生機(jī)理研究。詳細(xì)的模型信息見(jiàn)文末表格表格。

囊性腎病是指在腎臟出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)內(nèi)含液體的良性囊腫性腎臟疾病，以單純性腎囊腫最常見(jiàn)，其次為多囊腎。腎臟超聲檢查已成為基礎(chǔ)的體檢項(xiàng)目，而越來(lái)越多的人也被超聲報(bào)告單上的左腎囊腫或右腎囊腫、甚至雙腎囊腫這樣的報(bào)告所困擾。實(shí)際上，單純性腎囊腫是成年人腎臟最常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)異常，占所有囊腫性腎臟疾病的70%左右，發(fā)病率隨年齡增長(zhǎng)而增多。如果沒(méi)有癥狀，對(duì)腎臟功能和周圍組織影響不大，單純性腎囊腫一般是不需要治療的，只要每半年到一年隨診就可以。

圖8.PKD1突變與多囊腎的相關(guān)性[7]

多囊腎病（PKD）的危害則大得多，PKD是最常見(jiàn)的遺傳性腎臟疾病，包括常染色體顯性遺傳性腎病（ADPKD）和常染色體隱性遺傳性腎病（ARPKD）。ADPKD具有遺傳異質(zhì)性，位于16號(hào)染色體上的PKD1基因（見(jiàn)于85%的病例）或位于4號(hào)染色體上的PKD2基因（見(jiàn)于15%的病例）突變與發(fā)病密切相關(guān)。PKD1和PKD2基因分別編碼完整的膜蛋白多囊蛋白-1和多囊蛋白-2，兩者結(jié)構(gòu)相似，可發(fā)生相互作用。PKD1或PKD2的突變可導(dǎo)致信號(hào)失調(diào)，環(huán)磷酸腺苷水平升高，最終導(dǎo)致囊腫生成。

上世紀(jì)90年代末，Zhou J等通過(guò)同源重組將 Pkd1 截?cái)嗤蛔円胄∈螅M ADPKD 中發(fā)現(xiàn)的突變。Pkd1敲除雜合子小鼠沒(méi)有明顯的表型，而純合子在圍產(chǎn)期死亡，伴有大量增大的腎囊腫、胰管囊腫和肺發(fā)育不良。腎囊腫的形成始于胚胎第 15.5 天 (E15.5) 在近端小管中，并迅速進(jìn)展以取代整個(gè)腎實(shí)質(zhì)。到出生后第8天，存活的純合子小鼠腎實(shí)質(zhì)幾乎完全被囊腫取代[11]。受該研究啟示，南模生物自主構(gòu)建了PKD1敲除和條件性敲除的小鼠，可用于多囊腎病的研究，詳細(xì)模型信息見(jiàn)文末表格。

局灶節(jié)段性腎小球硬化（FSGS）并不是特定的疾病，而是一種病理改變。它既可以描述以原發(fā)性足細(xì)胞損傷為特征的疾病，也可以描述其它類型慢性腎臟疾病（CKD）中的繼發(fā)病變。FSGS 主要分為原發(fā)性、繼發(fā)性和遺傳性三類。其中原發(fā)性是由腎臟本身的病變導(dǎo)致；繼發(fā)性則是指有明確的病因，包括病毒（HIV）、藥物和毒素（鋰中毒）、腎組織減少（孤立腎）、腎缺血缺氧（高血壓腎損害、腎動(dòng)脈狹窄）、重度肥胖等。

圖9.FSGS的常見(jiàn)誘因[8]

引起FSGS的致病基因包括 NPHS1/2、CD2AP、MYO1E、MYO9A等，這些基因突變引起的 FSGS 具有常染色體隱性遺傳的特點(diǎn)，患者常于兒童時(shí)期發(fā)病。a-actinin-4、TRPC6 和 INF2 的突變則表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳，患者多于成人期發(fā)病，一般無(wú)明顯的腎病綜合征表現(xiàn)。

Indra R Gupta 和Alda Tufro分別構(gòu)建了Cd2ap和Myo9a敲除的小鼠，發(fā)現(xiàn)這些小鼠會(huì)出現(xiàn)腎臟發(fā)育異常、蛋白尿、腎小管萎縮等FSGS疾病的癥狀[12,13]。受此啟發(fā)，南模生物自主構(gòu)建了Cd2ap和Myo9a的敲除小鼠模型，可用于FSGS的研究，詳細(xì)模型信息見(jiàn)文末表格。

南模生物自主構(gòu)建了多種基因修飾小鼠，可用于IgA腎小球腎炎、腎癌、囊性腎等多種腎臟疾病的研究和藥物篩選。詳細(xì)模型信息見(jiàn)下表：

南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個(gè)性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評(píng)價(jià)等，滿足不同實(shí)驗(yàn)室需求。