第2节　肾脏的组织结构

肾脏的基本结构和功能单位是肾单位（nephron）。每个肾脏约有100万个肾单位，每一个肾单位是由肾小体和肾小管所组成。肾小体由肾小球和肾小囊组成。肾小管包括近曲小管、髓袢和远曲小管。远曲小管通过连接小管与集合管相连，集合管汇集在肾乳头。从肾脏的冠状面看，肾脏分为皮质和髓质，髓质又分为外髓和内髓，外髓还分为外带和内带。肾小体只存在于肾皮质。肾髓质有肾小管、集合管、肾间质和肾血管。

肾单位

（一）肾小体

肾单位包括肾小体和肾小管（图3-2-1，图3-2-2），肾小体包括肾小球和肾小囊。肾小体有两个极，小动脉入出肾小体的区域称血管极，另一端是肾小囊与近曲小管相连的尿极。肾小球是位于肾小囊内的一团袢状毛细血管网，由入球小动脉从血管极处入肾小囊内，先分为数条主支，每条主支又分发出若干个分支，相互形成毛细血管袢，继而再汇合成出球小动脉，从血管极离开肾小体。入球小动脉相对较粗，出球小动脉相对较细，从而构成了入球小动脉和出球小动脉之间的压力差。

1.肾小球

肾小球的固有细胞包括系膜细胞、内皮细胞和足细胞，三者相互影响（图3-2-3）。

肾小球的主要功能是滤过，肾小球滤过屏障包括机械屏障和电荷屏障。肾小球滤过膜的机械屏障由内皮细胞、基底膜和足细胞（即脏层上皮细胞）构成（图3-2-4）。肾小球滤过膜的电荷屏障，主要是分布在内皮细胞管腔侧表面、基底膜内和足细胞足突的顶面区带阴电荷的物质，主要成分为糖胺聚糖以及糖胺聚糖和蛋白质组成的蛋白聚糖。不同部位带阴电荷物质的主要成分不同，如肝素和硫酸肝素是基底膜中糖胺聚糖的主要成分；糖胺聚糖和含有唾液酸的涎蛋白是足细胞足突顶面区主要的带阴电荷的物质。带阴电荷的物质除了电荷屏障的作用外，对保持机械屏障的完整性也具有重要的作用。

（1）系膜细胞：

肾小球系膜细胞（图3-2-5），位于肾小球毛细血管袢的中央部位，系膜细胞与其周围的系膜基质共同组成了系膜区。在光镜下可见系膜细胞的核小而圆，染色极深，细胞质与系膜基质融合在一起不易区分。电镜下系膜细胞呈星形，表面有多数长短不一的突起，较长的突起可伸到内皮下，甚至深入毛细血管腔。系膜细胞表面突起可与系膜基质及肾小球基底膜相接，这些突起使系膜细胞能够调节与控制毛细血管管径大小。正常情况下，肾小球系膜细胞的数量较少，在常规2～3μm厚的组织切片中，光镜下可见每个系膜区不超过3个系膜细胞。系膜细胞具有调节肾小球毛细血管袢收缩或舒张的作用，还可改变肾小球毛细血管的滤过面积及压力通透性，从而局部调节肾小球的血流动力学改变。系膜细胞还有吞噬或清洁功能、参与免疫反应或对肾小球局部损伤的反应，以及迁移功能。系膜细胞产生的系膜基质包括Ⅳ型胶原、纤连蛋白、层黏连蛋白和蛋白多糖等，对肾小球毛细血管袢有支持和保护作用。

（2）内皮细胞：

肾小球内皮细胞（图3-2-6），为衬贴于肾小球毛细血管腔的单层扁平上皮细胞，表面光滑，细胞核居中，核所在部位略隆起，不含核部分很薄。电镜观察，可见肾小球内皮细胞表面覆以厚约30～60nm的细胞衣，是一层带负电荷的富含唾液酸的糖蛋白，对血液中的物质有选择性通透作用。相邻内皮细胞间有紧密连接和缝隙连接。肾小球毛细血管为有孔型毛细血管，内皮细胞有许多贯穿细胞的窗孔，孔径一般为50～100nm。肾小球内皮细胞表面大都有基膜，但在面向系膜一侧的内皮细胞表面则无基膜，此处的内皮细胞与系膜直接接触。

（3）足细胞（podocyte）：

是肾小球脏层上皮细胞（图3-2-7），是肾小球中体积最大的终末分化细胞。足细胞贴伏于肾小球基底膜外侧，由结构和功能不同的三部分组成：细胞体、主突和足突，细胞体和主突均悬浮于肾小囊中。足突通过α3β1整合素复合体和αβ蛋白聚糖复合体连接于肾小球基底膜上。足细胞表面被覆一层厚约20～60nm主要由唾液酸蛋白构成的带负电荷的物质。

光镜下足细胞核较大，着色较浅，并凸向肾小囊腔。电镜下可见足细胞首先从细胞体伸出几个大的突起，再依次分出次级突起，有的还分出三级突起；扫描电镜观察，不同细胞间的足突可以相嵌交叉形成裂隙，裂隙之间形成的一层薄膜样结构称为裂孔隔膜（图3-2-8），是由多种分子组成的复合体样结构，直径为40nm左右，是肾小球滤过膜的重要组成部分。

裂孔隔膜上有很多蛋白分子，与足细胞相关性疾病有紧密联系，目前已认识的裂孔隔膜分子有nephrin，podocin，CD₂AP，ZO-1，P-cadherin等。Nephrin是一个跨膜蛋白，只表达在肾小球足细胞裂孔隔膜上，nephrin基因失活或者在动物体内注射抗nephrin抗体都可引起大量蛋白尿。Podocin表达在足细胞的足突膜上，其羧基端可特异结合nephrin形成聚合物，促进nephrin的信号传导。CD₂AP作为一种连接跨膜蛋白和细胞骨架肌动蛋白的胞浆蛋白可直接与该聚合物作用，锚定nephrin胞浆区域到足细胞的细胞骨架。ZO-1主要表达在足突上，ZO-1通过PDZ结构域将裂孔膜蛋白连接至肌动蛋白细胞骨架上，对足突的稳定非常重要。

足细胞的另一个重要结构就是足细胞骨架，支撑足细胞的细胞体、主突和足突，在维持足细胞正常形态和功能上起重要作用。骨架蛋白主要有肌动蛋白actin，synaptopodin，α-actinin-1、α-actinin-2、α-actinin-3、α-actinin-4，nestin，talin，vinculin，肌球蛋白等。synaptopodin常被认为是足细胞特异分化成熟的标志物，它是一种肌动蛋白结合蛋白，一般表达在细胞突触上，正向调节α-actinin的表达并且与其共同维持细胞骨架的稳定。actin，α-actinin-4和synaptopodin之间在结构和功能上是相互支撑、相互影响的。F-actin是一种有极性的结构，这种结构使主突迅速的分支、延伸和解体。α-actinin-4分子是一种actin微丝交联蛋白，可以将松散的肌动蛋白交联形成具有收缩能力的纤维束，对于锚定纤维束至胞浆膜具有辅助作用。nestin通常只表达于肾小球，与另两种细胞骨架蛋白波形蛋白（vimentin）和α-internexin相互作用，并与足细胞中其他细胞骨架蛋白相互作用，共同维持其正常形态和功能。

足细胞具有多重功能。它是肾小球滤过屏障的重要组成部分；合成GBM基质成分，产生Ⅳ型胶原和氨基多糖，对基底膜合成与修复有重要作用；合成内皮细胞需要的血管内皮细胞生长因子VEGF，是调节肾小球通透性的重要因子；合成前列腺素PGE₂、PGI₂及血栓素；有很强的吞饮功能，可清除肾小囊腔的免疫复合物及其他大分子物质。

（4）基底膜：

肾小球基底膜（图3-2-8），是肾小球毛细血管壁内皮细胞与足细胞之间的一层细胞外结构，成人肾小球基底膜厚约310～370nm，儿童较薄，随增龄而增厚。电镜下肾小球基底膜分为3层，内层较透亮，称为内疏松层，电子密度低，厚约20～40nm；中层较致密，称为致密层，电子密度高，厚约200～240nm；外层较透亮，称为外疏松层，电子密度低，厚约40～50nm。

肾小球基底膜主要由三类物质组成：①Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型胶原，相互形成网状结构；②层粘连蛋白、纤连蛋白等糖蛋白；③硫酸肝素等蛋白聚糖。基底膜可以作为细胞附着的支架，维持细胞群正常的形态，同时与邻近细胞相互作用，影响细胞的增殖、分化、黏附、迁移及分子滤过。Ⅳ型胶原是形成肾小球基底膜网状结构的主要成分。人的Ⅳ型胶原包括6种α链，即α₁～α₆，分别由COL4A1～COL4A6基因编码。3条α链之间相互缠绕，形成三螺旋结构，有3种存在形式，即α₁、α₁、α₂（Ⅳ），α₃、α₄、α₅（Ⅳ）和α₅、α₅、α₆（Ⅳ）。肾小球基底膜的Ⅳ型胶原包括α₁～α₅，没有α₆链。

（5）内皮细胞-系膜细胞-足细胞之间的相互关系：

内皮细胞与系膜细胞在空间维度上相邻，可以直接接触、相互作用。内皮细胞与足细胞，虽然中间有基底膜，但两者关系密切，足细胞产生的血管内皮生长因子A和血管生成素是内皮细胞得以维持活性和功能的重要因子。内皮细胞与系膜细胞以及足细胞相互作用，在调节血管紧张度和肾小球滤过率、氧化应激、平衡促凝和抗凝因子以及抗纤维化过程中均起重要作用。

2.肾小囊

又称为鲍曼囊（Bowman capsule），是肾小管盲端扩大并内陷所构成的双层球状囊，囊的外层称为壁层，内层称为脏层，两层之间的裂隙称肾小囊腔。脏层即肾小球的脏层上皮细胞（足细胞），壁层由肾小囊基底膜和壁层上皮细胞组成。肾小囊基底膜厚约1 200～1 500nm，在肾小体的尿极移行为近端肾小管基底膜；壁层上皮细胞为扁平多边形，排列成薄层。病理状态下，壁层上皮细胞可明显增生，可能是一种有分化潜能的干细胞。

（二）肾小管

肾小管是肾单位的另一个重要组成部分，通常分为三段：第一段与肾小囊相连，称近曲小管；第二段称为髓袢（又称亨利袢），成“U”字形，包括髓袢降支粗段（又称近端小管直部）、髓袢降支细段、髓袢升支细段、髓袢升支粗段（又称远端小管直部）；第三段称远曲小管，经过连接小管与集合管相连（图3-2-9）。肾小管的主要功能是重吸收、分泌和排泄。原尿经过肾小管与集合管的选择性重吸收，大约99%的水分以及一些对机体有用的物质如钠、钾、葡萄糖、蛋白质等重吸收到上皮细胞内继而回到血液中，只有1%的水分和多余的无机盐、代谢废物、可滴定酸等成为终尿，而排出体外。

1.近曲小管

起始于肾小体尿极的鲍曼囊，位于肾小体的周围，是肾小管最粗的一段，近曲小管上皮细胞呈柱状，细胞核较大，呈圆形、靠近基底侧，细胞质嗜酸性，细胞管腔侧有丰富的刷状缘，基底侧可见纵纹。光镜下的刷状缘，在电镜下为大量密集的凸向管腔的指状细长突起，称为微绒毛（图3-2-10）。微绒毛排列紧密、规则，大大增加了近曲小管的重吸收面积。每根微绒毛中含有数根微丝，微丝中含有肌动蛋白，与微绒毛的收缩、摆动及物质的重吸收转运有关。上皮细胞的侧面伸出许多突起，称为侧突，相邻细胞的侧突呈指状交叉。上皮细胞的基底侧细胞膜向内凹陷，形成细胞膜内褶，褶间有许多纵向排列的线粒体。细胞与细胞之间有许多相互连接的结构，如细胞顶部的紧密连接、紧密连接下方的中间连接、中间连接深部的桥粒以及缝隙连接，借以维持细胞的紧密关系。近曲小管上皮细胞是有极性的细胞，在细胞的顶端（管腔侧）含有许多与蛋白质吞饮和重吸收有关的分子（如megalin和cubilin）；在侧面和基底侧存在许多与离子转运有关的酶（如Na⁺/K⁺-ATP酶）；在管腔侧、侧面和基底侧都有水通道蛋白AQP-1。

2.髓袢

又称Henle袢，包括髓袢降支粗段（近端小管直部）、降支细段、升支细段和升支粗段（远端小管直部）。髓袢降支粗段为近端小管自髓放线垂直进入髓质的部分，与髓袢降支细段相连，管壁结构与近曲小管基本相似，但上皮细胞较矮，刷状缘不如近曲小管丰富，侧突和细胞膜的内褶也不如近曲小管明显，线粒体、吞噬体、溶酶体也较少，提示近端小管直部的重吸收作用不如近曲小管强。髓袢细段成“U”字形，包括降支细段和升支细段。皮质肾单位髓袢细段较短，仅达髓质内带；近髓肾单位髓袢细段较长，可达内髓。髓袢细段管腔直径约15µm，管壁为单层扁平上皮，细胞核圆形、突向管腔（图3-2-11），表达高浓度的水通道蛋白以及A型尿素转运子。髓袢升支粗段为远端小管的起始部，管腔直径约35µm，经髓质和髓放线直行又返回所属肾小体附件的皮质内，移行于远曲小管。髓袢升支粗段，管壁为单层矮立方形细胞，细胞界线不明显，细胞核圆形、靠近管腔面，细胞管腔侧无刷状缘，基底侧有纵纹，产生并分泌Tamm-Horsfall糖蛋白。

3.远曲小管

又称远端小管曲部，与近曲小管一起位于皮质迷路内，盘曲在所属肾小体附近，除致密斑外细胞结构与远端小管直部相似，管腔侧没有刷状缘，基底侧有纵纹，管腔直径约20～50µm。远曲小管有丰富的Na⁺/K⁺-ATP酶和Ca²⁺/Mg²⁺-ATP酶，参与Na⁺、Cl^-和Ca²⁺的重吸收（图3-2-12）。

4.连接小管和集合管

连接小管为远曲小管和集合管之间的过渡小管，呈弓形，在皮质区开始上升，然后下行进入髓放线，最后汇入集合管的起始段。连接小管由多种细胞组成，包括形态位于远曲小管和集合管之间的连接小管细胞、混杂的远曲小管细胞和集合管细胞。连接小管具有明显的分泌K⁺和排泄H⁺的功能。

集合管的胚胎发生来自输尿管芽，几个肾单位的连接小管共同汇入一个集合管，因此，集合管不是肾单位的组成部分。根据其所在的位置，分为皮质集合管、髓质外带集合管、髓质内带集合管。髓质内带集合管行至锥体乳头，称为乳头管，并开口于肾乳头形成筛状区。集合管上皮细胞由主细胞（又称亮细胞）和嵌入的闰细胞（又称暗细胞）组成（图3-2-13）。

5.肾小球旁器（juxtaglomerular apparatus，JGA）

JGA是远端肾小管与肾小体血管极相接触部位的一个具有内分泌功能的特殊结构，位于入球小动脉、出球小动脉及远端肾小管之间的区域，包括球旁细胞、致密斑、球外系膜细胞和极周细胞。目前已知，球旁细胞和球外系膜细胞均有分泌肾素的功能，而致密斑可以感受尿液内的钠离子浓度，进而调节肾素的分泌。

6.肾间质

是位于肾单位与集合管之间的间叶组织，由间质细胞、少量纤维和基质组成。皮质间质细胞产生促红细胞生成素，髓质肾间质细胞产生糖胺多糖、前列腺素以及降压物质；纤维主要包括Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ型胶原蛋白；基质主要由糖胺多糖和组织液组成。肾间质由皮质向髓质逐渐增加，尤其以肾乳头间含量较多。

7.肾脏血管

肾脏的血液供应非常丰富，静息状态下，肾血流量占心输出量的20%。肾脏具有两级毛细血管网，与肾脏的超滤和重吸收作用有关。肾脏的血流经过肾动脉（分前后2支）、肾段动脉（前支分4段）、叶间动脉、弓状动脉、小叶间动脉、入球小动脉、肾小球内毛细血管、出球小动脉、直小血管（皮层肾单位的出球小动脉管壁薄，不形成直小血管；髓旁肾单位的出球小动脉管壁厚，形成与髓袢伴行的U形直小血管）、管周毛细血管、小叶间静脉、弓形静脉，回到肾静脉。与动脉不同的是肾内静脉不分段，而且肾内静脉在不同分支上有吻合现象，当某一静脉阻塞时血液可向其他分支静脉分流。

8.肾脏淋巴管

分为肾内淋巴管和肾周淋巴管。肾内淋巴管与肾内静脉伴行，毛细淋巴管位于被膜下和肾小管周围。肾周淋巴管主要分布在肾周脂肪层内，与肾内淋巴管有丰富的吻合支，在肾门处与肾内淋巴管汇合，最终引流入主动脉旁淋巴结。