Epithelium, które tworzą nefron, pełnią krytyczne funkcje w nerce. W obrębie kłębuszka nerkowego, podocyty utrzymują prawidłową architekturę kłębuszka i funkcję bariery. Wzdłuż kanalików komórki nabłonkowe biorą udział w przemianie przesączu kłębuszkowego w zagęszczony mocz, którego skład jest dostosowany do utrzymania organizmu w stanie równowagi. W ostatniej dekadzie dokonał się istotny postęp w zrozumieniu biologii tych komórek. Dotyczy to głównie różnicowania się komórek nabłonkowych zarówno w nerkach prenatalnych, jak i dorosłych, roli komórek nabłonkowych w powstawaniu i progresji zmian w nerkach oraz mechanizmów, dzięki którym zmiany w nerkach są ostatecznie naprawiane.
Piąte Journées Gabriel Richet, zatytułowane „Renal Epithelial Cells: Differentiation and Plasticity,” odbyło się w Le Coudray Montceaux koło Paryża 14 do 15 czerwca 2002 roku. Sympozjum to stanowiło forum dla ekspertów w dziedzinie biologii komórek nabłonkowych i patofizjologii nerek do spotkania i przedyskutowania najnowszych przełomów w tych różnych dziedzinach. Pojawiające się informacje są podsumowane poniżej i są przedstawione szczegółowo w tym specjalnym wydaniu Journal of the American Society of Nephrology.
W embrionalnych nerkach i płucach, specyficzne interakcje nabłonkowo-mezenchymalne powodują różne aspekty rozgałęziania się pączków nabłonkowych. Vainio zwrócił uwagę, że lokalizacja kolagenu typu XVIII, składnika macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), może być kluczowym regulatorem tego procesu. Dowody potwierdzające tę hipotezę obejmują (1) w badaniach organogenezy ekspresja kolagenu typu XVIII wydaje się ograniczona do wierzchołka pączka nabłonkowego w embrionalnych płucach i do szypuły pączka moczowodowego w embrionalnej nerce oraz (2) w eksperymentach rekombinacji tkankowej umożliwiającej interakcję pączka moczowodowego z mezenchymą płuc, ekspresja kolagenu typu XVIII ulega przekierowaniu z szypuły do regionu wierzchołka, a procesowi temu towarzyszy ekspresja specyficznych markerów rozwoju płuc. Dalsze informacje dotycz±ce różnicowania się komórek p±czka nabłonkowego i transformacji komórek mezenchymalnych w komórki nabłonkowe przedstawił Rossert. Podkreślił on, że szczególnie ważna jest specyficzna, przestrzenno-czasowa ekspresja czynników transkrypcyjnych, takich jak Pax2, Eya1 i Six2. W rzeczywistości, chociaż zgromadzono wiele informacji na temat roli tych czynników we wczesnych fazach różnicowania komórek, mniej wiadomo o ich udziale w fazach końcowych.
W dorosłej nerce komórki nabłonkowe z korowego przewodu zbiorczego różnicują się na dwa sposoby: komórki główne biorą udział w transporcie wody, sodu i potasu, a komórki międzykorowe pośredniczą w transporcie kwasowo-zasadowym. Po raz pierwszy w 1970 roku Hagege i Richet wykazali, że komórki międzykoronowe wykazują dwie formy morfologiczne in vivo, a ich liczba zmienia się w zależności od stanu kwasowo-zasadowego. Wykazano, że komórki te, określane obecnie jako komórki α i β, wydzielają odpowiednio H+ i HCO3-. Ostatnio Al-Awqati, wykorzystując model kwasicy metabolicznej in vitro, potwierdził wcześniejsze obserwacje Hagege i Richet oraz zasugerował możliwość konwersji komórek β do komórek α. Mechanizmy leżące u podstaw „plastyczności” nabłonka zostały szczegółowo opisane: kwaśne media indukują lokalizację w ECM specyficznego białka, hensyny, która z kolei odwraca biegunowość przepływu H+ i HCO3-.
Podocyty są zaangażowane w liczne choroby dziedziczne, które dotyczą kłębuszków nerkowych i charakteryzują się białkomoczem. Jak zilustrował Gubler, identyfikacja mutacji genów w tych chorobach dziedzicznych wykazała znaczenie membrany szczelinowej podocytów w procesie permselektywizacji. Do białek tworzących tę barierę należą głównie nefryna, podocyna i CD2AP. Ostatnie badania nad mutacjami genu aktyny-4 podkreśliły dodatkową rolę cytoszkieletu podocytów. Uszkodzenie podocytów obserwowane w nabytych chorobach nerek może również prowadzić do zmian w permselektywności, co skutkuje białkomoczem. Na przykład w błoniastym kłębuszkowym zapaleniu nerek, będącym główną przyczyną zespołu nerczycowego, nagromadzenie złogów immunologicznych w bliskim kontakcie z wyrostkami podocytów prowadzi do zmiany fenotypu podocytów, co z kolei jest odpowiedzialne za rozwój białkomoczu. Zaskakujący jest fakt, że antygeny, które biorą udział w tworzeniu takich złogów, nie są dobrze scharakteryzowane. Ronco opisał pierwszy przypadek błoniastego kłębuszkowego zapalenia nerek, w którym docelowy antygen został zidentyfikowany jako konstytutywny antygen ulegający ekspresji na podocycie (endopeptydaza obojętnochłonna). W kłębuszkowym zapaleniu nerek podocyty odgrywają kluczową rolę nie tylko w inicjacji zmian w kłębuszkach, ale także w rozprzestrzenianiu się szlaków prowadzących do miażdżycy kłębuszków nerkowych. Bruneval wysunął intrygującą hipotezę, że podocyty i komórki nabłonka okołokłębuszkowego mogą ulegać transdyferencjacji do komórek makrofagicznych i miofibroblastów. Przejście od nabłonka do mezenchymy byłoby związane z tworzeniem półksiężyców i progresją w kierunku zwłóknienia, na przykład w ludzkim pauci-immunologicznym półksiężycowatym kłębuszkowym zapaleniu nerek, jak sugeruje koekspresja markerów miofibroblastów i nabłonka w zmianach kłębuszkowych.
Gdy zmiany kłębuszkowe są ustalone, białkomocz rozszerza się, promując z kolei tubulointerstitialne zapalenie i zwłóknienie. Komórkowe szlaki sygnalizacyjne zaangażowane w ten proces zostały szczegółowo opisane przez Zoja. Białka moczowe wiążą się z megaliną i kubiliną na apikalnym biegunie komórek nabłonkowych kanalików proksymalnych. Następująca po tym endocytoza prowadzi do aktywacji kinazy białkowej C, produkcji reaktywnych form tlenu i ostatecznie translokacji NF-κB do jądra. Ten czynnik transkrypcyjny odgrywa kluczową rolę w ekspresji genów, które są zaangażowane w zapalenie i włóknienie. Interesujące jest, że oprócz składu płynu kanalikowego, sam przepływ płynu kanalikowego może modyfikować fenotyp komórek nabłonkowych w kanaliku proksymalnym. Essig donosi, że ekspozycja tych komórek in vitro lub in vivo na przepływ laminarny indukuje reorganizację cytoszkieletu aktynowego, a tym samym zmniejsza ekspresję aktywności fibrynolitycznej. Może to być jedno z wydarzeń leżących u podstaw przebudowy ECM po zniszczeniu nefronów w różnych nefropatiach. Rzeczywiście, w tych warunkach szybkość przepływu kanalikowego jest zwiększona w pozostałych funkcjonalnych nefronach.
Odzyskiwanie funkcji nerek po ciężkim uszkodzeniu zależy od zastąpienia martwiczych komórek nabłonkowych funkcjonalnym nabłonkiem. Nowe komórki nabłonka mogą pochodzić z komórek macierzystych zamieszkujących nerki i/lub pochodzących ze szpiku kostnego. Udział komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego w regeneracji kanalików zaobserwowano po ostrej martwicy kanalików zarówno w modelach doświadczalnych, jak i u ludzi. Analizując nerki, które zostały przeszczepione od osobników płci żeńskiej do męskiej, Poulsom dostarczył dowodów na to, że krążące komórki chromosomu Y ponownie zasiedlają kanaliki i wykazują fenotyp nabłonka kanalikowego. Niemniej jednak, liczba tych komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego jest ograniczona, a proces naprawczy związany jest raczej z dedifferentyzacją, migracją i proliferacją ocalałych komórek nabłonkowych. Bonventre doniósł, że ekspresja genów w tych dedifferentnych komórkach odtwarza wzorce ekspresji genów typowe dla rozwijającego się nefronu. Geny te koduj± czynniki transkrypcyjne, czynniki wzrostu, cz±steczki adhezyjne i chemokiny. Szczególnie interesuj±ca w tym kontek¶cie jest niedawna identyfikacja kidney injury molecule-1, transmembranowej glikoproteiny ulegaj±cej ekspresji w dedifferentowanych komórkach nabłonka cewki proksymalnej ulegaj±cych regeneracji po urazie niedokrwiennym i prawdopodobnie zaangażowanych w ich migrację i proliferację.