《Journal of Developmental Biology》：Melatonin Receptor 1 and Melatonin Receptor 2 Expression During Human Kidney Development and Their Association with CAKUT
Ann-Kathrin Schmitt,
Victoria Tjora,
Nela Kelam,
Marija Juri? Gunja?a,
Petar Todorovi?,
Clelia Picard,
Manel Loche-Dalmon,
Katarina Vukojevi? and
Anita Racetin
编辑推荐：
为解决褪黑素信号通路在人类肾脏发育及先天性肾脏和尿路畸形（CAKUT）中的作用机制尚不明确的问题，研究人员利用免疫荧光技术，开展了对MTNR1A和MTNR1B受体在正常及CAKUT胎儿肾脏中时空表达谱的研究。结果表明，CAKUT病例中两种受体表达显著高于对照，且存在发育阶段依赖性的表达差异，提示褪黑素信号异常与肾脏发育畸形存在关联，为理解CAKUT的分子机制提供了新见解。
在探索生命奥秘的征途上，科学家们发现，人体内一种名为褪黑素（Melatonin）的激素，其作用远不止于调节我们的睡眠-觉醒节律。它如同一把多功能的“钥匙”，能开启机体抗氧化、抗炎、抗肿瘤等多扇健康大门。近年来越来越多的证据表明，这把“钥匙”也在人类胚胎的生长发育，特别是肾脏的塑造过程中扮演着关键角色。与此同时，一类被称为先天性肾脏和尿路畸形（Congenital Anomalies of the Kidney and Urinary Tract, CAKUT）的出生缺陷，是全球儿童慢性肾脏病和终末期肾病的主要原因之一。然而，其背后的分子机制错综复杂，尚未完全阐明。一个引人深思的问题是：那些调控我们昼夜节律的生物钟信号，是否会“拨错”肾脏发育的“时钟”，从而导致结构异常？已有的动物研究提示，胎儿昼夜节律信号的中断可能与CAKUT的表型相似，这为探究二者关联点燃了希望之光。褪黑素主要通过两种G蛋白偶联受体——褪黑素受体1A（Melatonin Receptor 1A, MTNR1A）和褪黑素受体1B（Melatonin Receptor 1B, MTNR1B）——来发挥其广泛效应。为了厘清这种关联，一项发表在《Journal of Developmental Biology》上的研究，将目光聚焦于这两种受体在人类胎儿肾脏发育过程中的“行踪”，试图揭示它们在正常发育与畸形发生时的表达图谱有何不同，从而为理解CAKUT的病因开辟新视角。
为了回答上述问题，研究团队运用了几项关键的技术方法。他们收集了来自自然流产和妊娠终止的40例人类胎儿肾脏标本，包括健康对照和三种CAKUT表型（马蹄肾、重复肾、发育不良肾）。样本根据已建立的形态学标准被划分为发育第2至第4阶段。研究的核心技术是免疫荧光染色，通过特异性抗体标记MTNR1A和MTNR1B，在荧光显微镜下观察其表达定位。随后，使用ImageJ软件对荧光信号进行定量分析，计算荧光面积百分比。所有数据最终通过双因素方差分析（Two-way ANOVA）进行统计比较，以评估发育阶段和肾脏类型对受体表达的影响。
3.1. MTNR1A的表达
在健康对照组肾脏中，MTNR1A主要表达于肾小球和部分间质细胞，并且随着发育阶段的推进，其表达呈现下降趋势。而在CAKUT样本中，MTNR1A的总体表达水平均高于对照组。具体来看，马蹄肾和重复肾样本中，MTNR1A在远端小管和肾小球（特别是鲍曼氏囊壁层）有显著表达。统计分析揭示了发育阶段依赖性的表达差异：例如，马蹄肾在阶段2和阶段3之间存在显著差异，重复肾在阶段3和阶段4之间存在显著差异。在发育不良肾中，MTNR1A的表达在阶段3出现一个显著的峰值。通过对比同一发育阶段内不同表型，研究者发现，在阶段2，马蹄肾的MTNR1A表达最高；在阶段3，发育不良肾的表达最为突出；在阶段4，重复肾的表达最高。这些结果表明，MTNR1A在CAKUT中的表达不仅上调，而且其动态变化模式与特定的畸形类型和发育时期密切相关。
3.2. MTNR1B的表达
在对照组中，MTNR1B的表达定位于肾小球以及小管（尤其是远端小管）的顶膜，且在整个分析的发育阶段中保持相对稳定。在CAKUT样本中，马蹄肾和重复肾显示出相似的MTNR1B表达模式，即在远端小管和近端小管有强表达，肾小球中表达较弱。发育不良肾中，MTNR1B在发育不良小管和鲍曼氏囊壁层有强表达，并且其表达水平随着发育阶段的推进呈现显著的下降趋势。统计分析显示，在重复肾中，阶段3和阶段4之间的MTNR1B表达存在显著差异。特别值得注意的是，在发育阶段3，重复肾的MTNR1B表达水平显著高于所有其他组别。这表明MTNR1B的表达在特定CAKUT表型和特定发育时期也存在特征性的改变。
研究的讨论部分对上述发现进行了整合与阐释。本研究发现，在人类胎儿肾脏发育的第2至第4阶段，MTNR1A和MTNR1B均有显著表达，主要定位于肾小球、鲍曼氏囊壁层以及小管结构（尤其是远端小管）。这与既往研究报道的受体广泛分布于肾脏等外周组织的结论一致。更重要的是，在CAKUT样本中，两种受体均表现出高于对照组的表达水平，并且其表达模式呈现出畸形类型特异性和发育阶段依赖性的变化。这强烈提示，褪黑素信号通路的紊乱与人类肾脏的异常发育存在关联。从机制层面看，MTNR1A和MTNR1B主要通过Gi蛋白偶联通路，抑制环磷酸腺苷（cAMP）产生，并激活下游的细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶（ERK/MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）等效应通路。值得注意的是，这些通路与Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路存在交汇，而后者在输尿管芽分支和肾单位祖细胞维持等肾脏发育核心过程中至关重要，其失调已被证实与CAKUT的发病机制有关。因此，异常的褪黑素信号可能通过干扰这些关键的发育通路，最终导致肾脏结构畸形。
此外，该研究结合前人成果指出，妊娠期光照周期改变或母体褪黑素补充，可引致后代肾脏的转录组和表观遗传学变化；母体褪黑素缺乏与后代高血压（慢性肾脏病的常见共病）风险增加相关。这些证据共同支持了褪黑素在肾脏发育和疾病中扮演着重要角色，并使其成为高血压、糖尿病、急性肾损伤、慢性肾脏病乃至肾癌等疾病的潜在治疗剂。
当然，该研究也存在一定局限性，如样本量相对较小、各发育阶段和CAKUT表型的样本代表不均、缺乏免疫组化以外的功能验证方法、未记录样本采集时间（无法排除受体表达昼夜节律性波动的影响）等。然而，考虑到人类胎儿肾脏样本的稀有性和极高的生物学价值，本研究提供的数据为未来利用更大队列和多种实验技术进行深入探索奠定了重要的描述性基础。
综上所述，这项由Ann-Kathrin Schmitt, Victoria Tjora, Nela Kelam, Marija Juri? Gunja?a, Petar Todorovi?, Clelia Picard, Manel Loche-Dalmon, Katarina Vukojevi? 和 Anita Racetin完成的研究，首次系统描绘了MTNR1A和MTNR1B在正常及CAKUT人类胎儿肾脏中的时空表达谱。其核心结论是：CAKUT中褪黑素受体表达模式的改变，特别是其表达水平的上调及发育阶段依赖性的变化，表明褪黑素信号通路与人类肾脏的异常发育存在关联。这一发现不仅将生物钟信号与一种重要的先天性出生缺陷联系起来，拓展了对CAKUT分子病因学的认识，也为未来探索以褪黑素或其受体为靶点，预防或干预肾脏发育畸形以及相关肾脏疾病，提供了新的理论依据和潜在研究方向。
