3.「腎臟淋巴管的時空動態與多囊腎病中的異質性：發育與疾病視角」

eLife. 2019 Dec 6;8:e48183. doi: 10.7554/eLife.48183
Spatiotemporal dynamics and heterogeneity of renal lymphatics in mammalian development and cystic kidney disease
Daniyal J Jafree 1,2, Dale Moulding 1, Maria Kolatsi‑Joannou 1, Nuria Perretta Tejedor 1, Karen L Price 1, Natalie J Milmoe 1, Claire L Walsh 3, Rosa Maria Correra 4, Paul JD Winyard 1, Peter C Harris 5, Christiana Ruhrberg 4, Simon Walker‑Samuel 3, Paul R Riley 6, Adrian S Woolf 7,8, Peter J Scambler 1, David A Long 1,✉
Editors: Kari Alitalo9, Marianne E Bronner10
Article notes, copyright etc.

摘要
淋巴管在胚胎發育期間的異質性對於器官特異性的淋巴功能至關重要。然而，在發育中腎臟中的淋巴管卻鮮少為人所知，儘管它們在成熟器官的病理中已有確定的角色。我們利用三維成像技術，以單細胞解析度（single‑cell resolution）來描述哺乳動物胚胎腎臟中淋巴管形成的過程。在小鼠中，我們視覺上與定量地評估腎淋巴管的發育，由一開始位於新生腎盂下方的環狀吻合（ring‑like anastomosis；該處為 VEGF‑C 表達處）重塑為一個通暢的血管網絡（vascular plexus）。我們鑑定出在小鼠與人類胚胎腎臟中存在異質的淋巴內皮細胞群。外源 VEGF‑C 可以擴展在離體培養小鼠胚胎腎臟中的淋巴族群。最後，在一個遺傳性多囊腎病（PKD）小鼠模型中，我們表徵出複雜的腎淋巴異常。這項研究提供了關於腎臟淋巴血管發育的新見解；這個系統極可能在腎發育、生理和疾病中扮演基礎角色。 PMC+1

引言（節選）
淋巴血管是無盲端（blind-ended）的網絡系統，對於組織間液體平衡、膳食脂質吸收以及免疫監控在脊椎動物體內的穩態至關重要，並且已被牽涉於心血管疾病、神經退化、自己免疫和癌症轉移等多種疾病。雖然系統性淋巴血管從靜脈內皮在胚胎早期就已出現，但器官特異性的淋巴管是如何出現的，一直到最近才成為研究焦點（例如腸、皮膚、腦膜、心臟等器官）。相較之下，腎臟中的淋巴管是如何在小鼠或人類腎臟內發育，尚未被很好地闡明，儘管在成熟腎臟的病理過程（例如腎間質纖維化、移植排斥反應）中淋巴管已被證實具有功能性。 PMC+1

結果與討論（節選）

• 在小鼠胚胎腎臟發育中，自大約 E14.5 開始，可以在腎中觀察到 PROX1+／LYVE‑1+ 的淋巴內皮細胞網絡。隨著發育進展（至 E16.5、E18.5），這些結構從最初的環狀吻合逐步重塑為具有分支與管腔的淋巴血管網絡。 PMC+2eLife+2
  
  

• 在這些發育階段中，通過定量分析（分支數目、分支長度範圍、最大直徑、淋巴網絡總體積）皆隨時間顯著增加。 PMC+2eLife+2
  
  

• 他們還在離體培養的小鼠胚胎腎臟中，加入外源 VEGF‑C，可以促使淋巴內皮細胞簇（lymphatic endothelial cell clusters）的數量顯著上升，表明 VEGF‑C 對這些前驅或簇的擴增具有誘導作用。 PMC+2eLife+2
  
  

• 在一個 Pkd1 p.R3277C 的多囊腎病模型胚胎腎臟中，相比野生型小鼠，觀察到淋巴管網絡在結構上的異常：具體而言，主幹大直徑淋巴管的直徑下降、每體積腎臟推算的分支密度減少，以及淋巴血管佔腎體積比例下降。這些異常即便在囊腫尚小、尚未明顯表現病理症狀的階段就已經出現。這提示腎內淋巴血管在多囊腎病進展中可能具有潛在影響。 PMC+2eLife+2
  
  

總結來說，本研究利用先進三維成像與結構重建方法，首次在小鼠與人類胚胎腎臟中，繪製出淋巴血管的時空動態變化圖譜，並指出在多囊腎病模型中，腎內淋巴結構的異常可能與病理進展有關。

1. 腎臟淋巴管的發育時空圖譜

在正常腎臟發育中，淋巴血管並不是從胚胎一開始就已存在，而是在一定發育階段才開始出現。在小鼠中，約於 E14.5 開始可見 PROX1+/LYVE‑1+ 淋巴內皮細胞，初期呈環狀吻合（類似環狀網絡）分布於腎盂下方。隨後隨著腎臟發育，這些結構逐漸重塑、分支、延伸，最終形成功能性淋巴血管網絡。其間各種指標（分支數、長度、直徑、體積）皆呈顯著增加。這些時相變化與腎臟本身的體積增長與腎組織成熟過程同步。 PMC+2eLife+2

此外，研究也發現在胚胎腎臟中存在 淋巴內皮細胞簇（clusters），這些簇在結構上與主幹網絡不同，可能代表淋巴生成（lymphvasculogenesis）或前驅細胞的來源。這些簇在發育中期數量達高峰，後期則減少，可能被併入主網絡。離體實驗中加入外源 VEGF‑C 能擴大這些簇的數量，支持其可塑性被誘導。 PMC+2eLife+2

在人體胎兒腎臟（約 12 周胚）中，作者也觀察到 PROX1+/podoplanin+ 的淋巴網絡與簇結構，表明這種發育機制在哺乳動物之間具有保守性。 PMC+1

2. VEGF‑C 在腎內淋巴發育中的調控角色

VEGF‑C 是一個廣為人知的淋巴生成促進因子，在許多器官的淋巴生成與重塑中扮演重要角色。本研究透過離體實驗顯示，在培養的小鼠胚胎腎臟加入外源 VEGF‑C，能顯著增加淋巴內皮細胞簇的數量，暗示 VEGF‑C 在腎內淋巴生成或簇擴增中具誘導作用。這支持 VEGF‑C 作為腎臟淋巴調控因子的可能性。 PMC+1

另一方面，該團隊在腎發育初期的 X‑gal 標記實驗中也觀察到，VEGF‑C 的表達在腎盂區域較為集中，這可能和淋巴吻合起始點的定位有關。 PMC+2eLife+2

總的來說，VEGF‑C 不但可能調控淋巴血管的生成，也可能影響簇轉移為主干網絡的過程，是腎內淋巴管網形成的重要調控節點。

3. 多囊腎病模型中的腎內淋巴結構異常

在 Pkd1 p.R3277C 多囊腎病模型的小鼠胚胎腎臟中，即使囊腫尚未明顯成形，也能觀察到淋巴系統的異常。具體包括：

• 原本在野生型小鼠中可見的大直徑主幹淋巴管，在病變模型中直徑顯著變小。
  
  

• 在單位腎臟體積下，淋巴分支數下降，淋巴網絡佔比（淋巴血管總體積／腎體積）也下降。
  
  

• 這些缺陷提示，即使在早期，腎內淋巴管可能已經功能受限，導致組織間液體清除、免疫調控、代謝廓清等方面出現障礙，進而可能與囊腫進展或腎間質病理過程相關。 PMC+1
  
  

這樣的觀察提出了一個假說：腎內淋巴管的功能失調或發育異常，可能是多囊腎病進展的一個被忽略但重要機制。

4. 意義、挑戰與未來方向

這篇研究具有幾項重要科學與臨床意義：

1. 填補知識空白：此前腎內淋巴系統在發育與疾病中的動態很少被探討，此研究首次以三維、單細胞解析度展現其完整發育歷程與結構異質性。
   
   

2. 潛在病理機制：在 PKD 模型中，淋巴結構異常早於顯著囊腫形成，提示其可能在囊腫擴張、組織液體滯留、炎症與纖維化中扮演角色。
   
   

3. 治療靶點潛能：若腎內淋巴功能失能是促進囊腫進展的一環，那麼逆轉或強化腎內淋巴生成或修復可能成為新的輔助治療策略。
   
   

4. 挑戰與未解問題：
    a. 目前尚不清楚在成年或成熟腎臟中，這些淋巴結構變化是否仍可逆或補償。
    b. 加強或誘導淋巴生成是否會帶來不良後果（例如促進免疫細胞輸運、炎症擴散）尚未被充分評估。
    c. 不同 PKD 模型（不同基因型、不同進展速率）中淋巴系統變化的普遍性尚待驗證。
    d. 如何在臨床可行地監測腎內淋巴結構或功能變化，是一大技術挑戰。
   
   

未來的研究方向可能包括：在成年 PKD 模型中追蹤腎內淋巴變化；利用基因工程或藥物干預 VEGF‑C／VEGFR3 路徑評估其對囊腫進展的影響；開發非侵入性影像或分子標記以評估腎內淋巴功能；以及在臨床樣本中驗證腎內淋巴結構與 PKD 臨床進展之間的關係。