原發(fā)性纖毛不動(dòng)癥纖毛透射電鏡的觀察

2015-03-16 23:24:10周晨明馬洪駿

河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào) 2015年7期

關(guān)鍵詞：診斷

周晨明，孟　麗，朱　艷，馬洪駿

(河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院電鏡實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊 050017)

原發(fā)性纖毛不動(dòng)癥纖毛透射電鏡的觀察

周晨明，孟麗，朱艷，馬洪駿*

(河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院電鏡實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊 050017)

[摘要]目的觀察原發(fā)性纖毛不動(dòng)癥(primary ciliary dyskinesia，PCD)患者纖毛超微結(jié)構(gòu)，以期為臨床確診PCD提供依據(jù)。方法取正常人以及PCD患者纖毛進(jìn)行樹(shù)脂包埋、超薄切片，在透射電鏡下進(jìn)行觀察。結(jié)果與正常人纖毛相比，PCD患者纖毛中部橫切面可見(jiàn)纖毛呈多角形，部分纖毛質(zhì)膜融合，形成復(fù)合纖毛，一些纖毛表現(xiàn)為中央微管減少或增多、個(gè)別周圍微管移位以及輻射鏈、外動(dòng)力蛋白臂(outer dynein arms，ODA)和內(nèi)動(dòng)力蛋白臂(inner dynein arms，IDA)缺失。結(jié)論透射電鏡對(duì)臨床確診PCD具有一定意義。

[關(guān)鍵詞]纖毛運(yùn)動(dòng)障礙；顯微鏡檢查，電子，透射；診斷

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2015.07.018

原發(fā)性纖毛不動(dòng)癥(primary ciliary dyskinesia，PCD)是一種常染色體隱性遺傳病，主要因纖毛或鞭毛缺陷導(dǎo)致臨床上出現(xiàn)慢性鼻竇炎、中耳炎、支氣管炎、肺炎、支氣管擴(kuò)張、內(nèi)臟轉(zhuǎn)位(約占50%)、男性不育、女性患者生育能力下降等[1-2]，其發(fā)病率為1/16 000～20 000[3]。為了幫助臨床上確診，本研究結(jié)合文獻(xiàn)對(duì)正常纖毛及PCD患者的纖毛超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述及討論。

1資料與方法

1.1一般資料標(biāo)本均來(lái)自臨床，正常纖毛取自自愿供體的支氣管黏膜活檢標(biāo)本(10例)，異常纖毛取自醫(yī)院臨床診斷為PCD患者的支氣管黏膜活檢標(biāo)本(10例)。

1.2方法鉗取標(biāo)本后放入4%戊二醛固定液浸泡固定，用0.01 mmol/L PBS充分清洗，1 %鋨酸后固定2 h，梯度丙酮置換，Epon-812樹(shù)酯浸透、包埋，超薄切片，在日立H-7500透射電鏡下進(jìn)行觀察。在10 000×倍數(shù)下，每個(gè)樣本在纖毛部位隨機(jī)攝取8張照片，并計(jì)數(shù)每個(gè)樣本照片內(nèi)的纖毛總數(shù)和異常纖毛(包括復(fù)合纖毛的數(shù)量、中央微管的數(shù)量及位置、周圍微管的移位、動(dòng)力蛋白臂或輻射鏈的缺失)的數(shù)目，并計(jì)算出異常纖毛中各自的百分比。

2結(jié)果

2.1正常支氣管黏膜纖毛纖毛中部橫切面觀察，可見(jiàn)2條中央微管被一層密度較低的中央鞘包裹，9組二聯(lián)微管按順時(shí)針?lè)较蚺帕谐蓤A筒狀，組間形成5～10 °的傾斜，從而形成了9×2+2的圖像。每組二聯(lián)微管中包括完整的A型亞微管和呈“C”字形的B型亞微管，A型微管發(fā)出9條輻射鏈與中央微管相連，并且伸出2條支臂即外動(dòng)力蛋白臂(outer dynein arms，ODA)和內(nèi)動(dòng)力蛋白臂(inner dynein arms，IDA)，伸向毗鄰的B型亞微管(圖1)。

2.2PCD支氣管黏膜纖毛通過(guò)對(duì)纖毛中部橫切面觀察，結(jié)果顯示：PCD患者纖毛呈多角形(圖2A)，部分纖毛質(zhì)膜融合，形成復(fù)合纖毛(圖2B)；個(gè)別纖毛的中央微管減少或增多(圖2C、2D、2E)、周圍微管移位(圖2F)以及輻射鏈、ODA、IDA部分或完全缺失(圖2C、2D、2E)。

3討論

PCD首次被描述是在1933年，當(dāng)時(shí)被命名為卡塔格內(nèi)綜合征(Kartagener syndrome，KS)，主要臨床癥狀為鼻竇炎、支氣管擴(kuò)張和內(nèi)臟轉(zhuǎn)位。后來(lái)，有學(xué)者通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)伴有慢性鼻竇炎和支氣管擴(kuò)張的KS患者，表現(xiàn)為纖毛擺動(dòng)異常以及纖毛超微結(jié)構(gòu)存在缺陷。因此，提議將其稱之為纖毛不動(dòng)綜合征(immotile cilia syndrome，ICS)，但后來(lái)研究顯示大多數(shù)纖毛是能動(dòng)的，只是表現(xiàn)出不協(xié)調(diào)或無(wú)效的運(yùn)動(dòng)，于是在1981年提出了PCD的概念。

正常9×2+2結(jié)構(gòu)纖毛的擺動(dòng)特點(diǎn)包括：①周期性和節(jié)律性；②方向性；③同步性和異相性。纖毛的這些特點(diǎn)，可以將上皮表面的黏液和顆粒性物質(zhì)向一個(gè)方向推動(dòng)。纖毛要完成有效擺動(dòng)，正常的結(jié)構(gòu)是必不可少的。由A型亞微管和B型亞微管組成的9組周圍微管以一定的角度排列于中央微管四周，正常纖毛彎曲時(shí)，輻射鏈頭與中央微管周圍的中央鞘相連，A型亞微管動(dòng)力蛋白臂附著毗鄰的B型亞微管，同時(shí)分解ATP，并使A型亞微管動(dòng)力蛋白臂連接處發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成毗鄰微管之間平行錯(cuò)位，平行滑動(dòng)，完成彎曲。有研究證明纖毛擺動(dòng)的方向性取決于中央微管[3]，本研究結(jié)果顯示，不僅中央微管表現(xiàn)為增多或減少，個(gè)別周圍微管也出現(xiàn)移位，這些超微結(jié)構(gòu)的異常可能影響纖毛擺動(dòng)的方向性和同步性，使纖毛呈現(xiàn)無(wú)效擺動(dòng)。纖毛彎曲完成擺動(dòng)，正常的動(dòng)力蛋白臂必不可少，有研究表明，PCD患者NDAI1[4]、DNAH5[5]、DNAI2[6]、KTU[7]基因的突變均與動(dòng)力蛋白臂的缺陷有關(guān)。本研究結(jié)果與以往的研究結(jié)果相同，顯示輻射鏈、動(dòng)力蛋白臂部分或完全缺失，以致影響纖毛的擺動(dòng)。正常纖毛，每根纖毛表面均有質(zhì)膜包裹，并呈現(xiàn)圓形。本研究可見(jiàn)大量纖毛質(zhì)膜呈多角形，并且可見(jiàn)復(fù)合纖毛，這些纖毛質(zhì)膜的異常亦將影響纖毛擺動(dòng)進(jìn)而影響清除功能。

纖毛細(xì)胞主要位于鼻咽部、中耳、鼻旁竇以及支氣管到終末細(xì)支氣管的下呼吸道，每個(gè)細(xì)胞表面約有200根纖毛，纖毛通過(guò)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)對(duì)呼吸道進(jìn)行清潔。呼吸道纖毛運(yùn)動(dòng)障礙將導(dǎo)致支氣管黏液停滯，進(jìn)而出現(xiàn)肺部的反復(fù)感染。及早診斷并進(jìn)行干預(yù)可以避免出現(xiàn)慢性鼻竇炎和支氣管擴(kuò)張等永久性的后遺癥。

通過(guò)透射電鏡對(duì)纖毛超微結(jié)構(gòu)的觀察，結(jié)合臨床檢查基本可確診PCD。但有研究顯示纖毛結(jié)構(gòu)正常并不代表著不是PCD，因?yàn)橛?0%PCD患者有正常的纖毛結(jié)構(gòu)[8-10]。本研究可能因樣本例數(shù)少的原因，PCD患者均為異常纖毛。因此，要確診PCD仍需進(jìn)一步的研究。(本文圖見(jiàn)封三)

[參考文獻(xiàn)]

[1]Lucas JS,Burgess A,Mitchison HM,et al.Diagnosis and management of primary ciliary dyskinesia[J].Arch Dis Child，2014，99(9):850-856.

[2]Zariwala MA,Omran H,Ferkol TW.The Emerging Genetics of Primary Ciliary Dyskinesia[J].Proc Am Thorac Soc，2011，8(5):430-433.

[3]Leigh MW,Pittam JE,Carson JL,et al.Clinical and genetic aspects of primary ciliary dyskinesia/Kartagener syndrome[J].Genet Med，2009，11(7):473-487.

[4]Zariwala MA,leigh MW,Ceppa F,et al.Mutations of DNAI1 in Primary Ciliary Dyskinesia: Evidence of founder effect in a common mutation[J].Am J Respir Crit Care Med，2006，174(8):858-866.

[5]Olbrich H,Haffner K,Kispert A,et al.Mutations in DNAH5 cause primary ciliary dyskinesia and randomization of left-right asymmetry[J].Nat Genet，2002，30(2):143-144.

[6]loges NT,Olbrich H,Fenske L,et al.DNAI2 mutations cause primary ciliary dyskinesia with defects in the outer dynein arm[J].Am J Hum Genet，2008，83(5):547-558.

[7]Omran H,Kobayashi D,Olbrich H,et al.Ktu/PF13 is required for cytoplasmic pre-assembly of axonemal dyneins[J].Nature，2008，456(7222):611-616.

[8]Leigh MW,O'callaghan C,Knowles MR.The challenges of diagnosing primary ciliary dyskinesia[J].Proc Am Thorac Soc，2011，8(5):434-437.

[9]Shoemark A,Dixon M,Corrin B,et al.Twenty-year review of quantitative transmission electron microscopy for the diagnosis ofprimary ciliary dyskinesia[J].J Clin Pathol，2012，65(3):267-271.

[10]Papon JF,Bassinet L,Cariou-Patron G,et al.Quantitative analysis of ciliary beating in primary ciliary dyskinesia: a pilot study[J].Orphanet J Rare Dis，2012，7:78. JS,Burgess A,Mitchison HM,et al.Diagnosis and management of primary ciliary dyskinesia[J].Arch Dis Child，2014，99(9):850-856.