14–30孕周人胎儿肾脏肾内S100阳性神经相关结构的定量分区解析：一项S100免疫组织化学研究

《Journal of Anatomy》：Quantitative analysis of intrarenal nerve-associated profiles in the human foetal kidney between 14 and 30 gestational weeks: An S100 immunohistochemical study

　　

关于人胎儿肾脏中肾内S100阳性神经相关结构空间发育的定量数据仍有限，尽管肾神经的重要性已被确立。基于既往已发表的半定量观察，本研究旨在构建人胎儿肾脏中S100阳性神经相关结构的定量、按区室解析的图谱。采用S100免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）分析福尔马林固定石蜡包埋（formalin-fixed, paraffin-embedded, FFPE）的人胎儿肾脏标本，孕周范围为14至30孕周（gestational weeks, GW）。根据孕龄，将标本分为三组：≤18 GW（G1，n=6）、19–24 GW（G2，n=6）和≥25 GW（G3，n=6）。通过测量肾源区（nephrogenic zone）和成熟区（maturation zone）厚度并计算皮质成熟指数（cortical maturation index, CMI）评估皮质成熟度。使用数字图像分析对皮质S100阳性神经相关结构进行形态计量分析。对S100阳性结构的分布模式进行定性评估。组间分析显示，G1的皮质S100阳性面积显著低于G2和G3（中位数：985 μm²对1733 μm²和2400 μm²；p < 0.001）。皮质S100阳性面积随孕龄和胎儿体重显著增加，并与CMI呈负相关（ρ = ?0.410，p < 0.001），提示S100阳性面积与皮质成熟平行进展。在多变量线性回归分析中，皮质S100阳性面积仍独立与孕龄（β = 125.0，p = 0.006）和胎儿体重（β = 1.50，p = 0.006）相关，解释57.6%的方差（调整R² = 0.485）。血管周（perivascular）定位是最常观察到的分布模式，同时也识别出近肾小球（juxtaglomerular）和肾小球内（intraglomerular）模式，包括在最早孕龄组中。本研究提供了首个人胎儿肾脏肾内神经相关结构的定量、按区室解析分析。皮质S100阳性面积随孕龄增加并与皮质成熟平行，且呈主要血管周分布，符合神经血管共同发育模型（neurovascular co-development model），并为未来肾神经支配（renal innervation）功能研究建立了形态学框架。

研究背景与问题：肾脏作为泌尿系统中心器官，通过自主调节肾功能在心血管稳态中发挥关键作用。肾神经支配以交感神经为主，包括节后传出和传入纤维，主要为肾上腺素能，并含较小乙酰胆碱酯酶阳性成分；肾实质副交感支配有限。肾神经可调节肾素分泌、肾小管盐处理和肾血管张力，并参与肾脏发育与成熟。历史上，多数研究包括胎儿肾脏材料主要基于动物模型。Tiniakos et al. 首次对人胎儿发育期肾神经支配进行半定量分析，材料来自第二和第三孕期，最年轻标本为20 GW；主要发现多数肾神经呈血管周分布，肾传出交感神经支配发育与血管生长耦合，呈离心式发展，并在28 GW达到成人神经支配水平。由于该工作为半定量，结果虽有价值，仍可通过精确定量改进。S100可标记Schwann细胞和其他胶质谱系元素，常用于突出组织切片中的外周神经结构。尽管肾神经支配的重要性已被认识，人胎儿肾脏中肾内S100阳性神经相关结构空间发育的定量数据仍稀缺。基于Tiniakos et al.的开创性半定量观察，研究人员旨在提供人胎儿发育中肾内S100阳性神经相关结构的定量、按区室解析图谱。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员使用S100免疫组织化学，对14–30 GW人胎儿肾脏FFPE标本进行分析，按孕龄分为G1、G2和G3，每组6例。通过测量肾源区和成熟区厚度并计算CMI评估皮质成熟，用数字图像分析对皮质S100阳性神经相关结构进行形态计量，并定性评估其分布。研究得出，G1皮质S100阳性面积显著低于G2和G3；皮质S100阳性面积随孕龄和胎儿体重显著增加，并与CMI负相关，提示其与皮质成熟平行进展。多变量线性回归中，皮质S100阳性面积仍独立与孕龄和胎儿体重相关，解释57.6%的方差。分布以血管周最常见，近肾小球和肾小球内模式也存在，包括最早孕龄组。该研究提供了首个定量、按区室解析的分析，支持神经血管共同发育模型，并为未来肾神经支配功能研究建立形态学框架。

关键技术方法：研究在塞尔维亚诺维萨德大学医学院组织学与胚胎学系进行，经Vojvodina大学临床中心伦理委员会批准（No. 00–1160）。样本来自Vojvodina大学临床中心病理与组织学中心档案，为2年期间尸检收集的14–30 GW人胎儿肾脏福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织。纳入18例，分G1 14–18 GW、G2 19–24 GW、G3 25–30 GW各6例。关键技术为HE与S100免疫组织化学、ImageJ形态计量、测量肾源区（NZ）和成熟区（MZ）厚度并计算皮质成熟指数（CMI）、定量皮质S100阳性面积、定性分类血管周、近肾小球和肾小球内分布，以及Jamovi统计（Shapiro–Wilk、Kruskal–Wallis、Dwass–Steel–Critchlow–Fligner、Spearman相关、线性和多元线性回归）。

研究结果：
3.1 样本特征与皮质成熟：18例FFPE肾标本范围为14–30 GW。Kruskal–Wallis显示NZ厚度组间差异显著（p < 0.001），G3低于G1和G2；MZ厚度组间差异显著（p < 0.001），G1低于G2和G3；CMI组间差异显著（p < 0.001），随孕龄进行性下降，G3低于G1和G2。由此说明孕龄增加伴随NZ退化和MZ扩展。
3.2 皮质S100阳性面积：组间比较显示显著差异（p < 0.001），G1的皮质S100阳性面积低于G2和G3，G1中位数为985 μm²，G2为1733 μm²，G3为2400 μm²。Spearman相关显示其与孕龄（ρ = 0.849，p < 0.001）和胎儿体重（ρ = 0.833，p < 0.001）强正相关，与CMI中度负相关（ρ = ?0.410，p < 0.001）。单变量线性回归中，孕龄、胎儿体重和MZ厚度为显著预测因子，而NZ厚度和CMI不显著。调整MZ厚度后，孕龄（β = 125.0，95% CI 40.8–209.2，p = 0.006）和胎儿体重（β = 1.50，95% CI 0.51–2.49，p = 0.006）仍相关；完全调整三变量后无独立显著预测因子（均p > 0.30），模型解释57.6%的方差（调整R² = 0.485）。
3.2.1 皮质S100阳性结构分布：定性评估显示血管周分布持续存在，近肾小球和肾小球内模式也可见，包括最早孕龄组。

讨论部分总结：4.1 皮质S100阳性神经相关结构扩展平行皮质成熟：定量评估显示，肾皮质内S100阳性神经相关结构扩展与孕龄推进密切相关，孕龄是最强预测因子，反映中晚孕期神经相关结构逐步增加。该年龄相关增加与组织形态学皮质成熟平行，包括NZ退化和MZ扩展，由CMI总结。这与既往人免疫组织化学观察一致，即皮质肾内神经约20 GW起易检测并向足月增加。结构上，这种耦合可反映肾内神经生长依赖皮质微环境成熟，包括血管重塑和分区分化；NZ退化后扩展的MZ为神经相关结构细化提供更允许的解剖基质，S100阳性面积增加可能反映神经元件整合入逐步组织的皮质结构。4.2 血管周优势支持神经血管共同发育：肾内神经相关结构持续见于发育中肾血管附近，提示皮质内神经扩展遵循血管树空间组织。神经网络随孕龄向皮质外层和肾囊扩展，位置有利于影响血管张力和肾素相关调节。动物高分辨率发育图谱显示肾轴突沿肾动脉和小动脉进入皮质并分支至肾小球和肾小管靶点，支持血管系统为肾内神经布线提供结构支架和空间模板。总体支持血管化促进血管周神经发育，导致血管周分布优势和皮质神经相关结构随肾成熟增加。4.3 早期近肾小球和肾小球内结构：应谨慎解释，因肾小球血管极结构复杂，包括入球和出球小动脉、球外系膜和肾素相关细胞群，紧密相邻结构在薄切片中可能看似肾小球内。可能解释包括切片或投影效应、S100免疫反应性反映非神经元极相关细胞群，以及部分肾小球极S100阳性结构可能对应peripolar cells；peripolar cells在人肾中是与近肾小球装置相关的独特细胞群，功能未完全明确，但其解剖定位和分泌表型提示可能参与局部肾小球或血管调节。4.4 未来方向：未来研究应结合定量形态计量与更特异神经和近肾小球标记，以解析发育中人肾S100阳性结构的细胞身份；使用互补神经标记和高分辨率或三维方法区分真正肾内神经纤维与非神经元极相关细胞；并将结构发现与肾功能和心血管调节相关功能读数联系。4.5 局限性：样本量较小，反映限定孕周窗口内保存良好人胎儿肾组织有限；S100并非神经元或轴突特异，可能由其他细胞表达，因此所测S100阳性面积不应解释为轴突或神经密度直接测量，尤其近肾小球和肾小球血管极区域；缺乏互补神经元或交感标记如PGP9.5、神经丝蛋白、神经元特异性烯醇化酶或酪氨酸羟化酶，无法明确S100阳性结构的细胞和表型特征；仅研究皮质区室，不能推断髓质或肾门神经支配模式。

结论翻译：总之，本研究首次对中晚孕期人胎儿肾脏肾内S100阳性神经相关结构进行定量、按区室解析表征。研究人员证明，皮质S100阳性结构的扩展与组织形态学皮质成熟和孕龄增加平行，并以血管周分布为主，支持神经血管共同发育模型。早期近肾小球和肾小球内S100阳性应谨慎解释，因为肾小球血管极是结构复杂的微解剖枢纽，也是已知可能发生peripolar cells的部位。尽管不能直接推断功能意义，这些发现为未来研究肾神经支配在胎儿肾脏成熟中的作用及其对出生后肾脏和心血管调节的潜在相关性建立了定量形态学框架。