伞状细胞

伞状细胞(Umbrella cell)是存在于特定器官移行上皮中最表层的特化上皮细胞。因其大而圆的胞体（直径25-250微米）在表面覆盖其下的数个细胞，形似“伞”状而得名。它们是抵御尿液、渗透压变化和机械损伤的第一道防线，主要分布于肾盂、肾盏、输尿管、膀胱和近端尿道的尿路上皮中。

目录

1. 结构特征

2. 分子组成与屏障功能

3. 生理可塑性

4. 病理学意义

5. 研究模型与技术

6. 参考文献

1. 结构特征

伞状细胞是移行上皮分化的终末阶段，具有独特的形态学特征：

• 不对称单元膜：顶膜（面向管腔侧）的脂质外层比内层厚，形成独特的斑块区和铰链区结构，允许细胞在充盈（拉伸）和排空（收缩）时大幅改变表面积。

• 紧密连接复合体：与相邻伞状细胞形成高度发达的紧密连接，构成渗透屏障。

• 细胞骨架：富含角蛋白（如CK20）和尿斑蛋白的细胞质斑块，为细胞提供机械稳定性。

2. 分子组成与屏障功能

伞状细胞通过特化的分子机制实现其屏障功能：

伞状细胞顶膜具有极低的水和离子通透性，防止尿液成分（如尿素、氨、质子）扩散至深层组织，避免化学性损伤和炎症。

3. 生理可塑性

• 伸展-收缩循环：膀胱充盈时，顶膜储存的不对称单元膜被“展开”，细胞由圆形变为扁平；排空时，膜通过胞吞回收形成盘状体，细胞恢复原状。这一过程主要由肌动蛋白-肌球蛋白细胞骨架调节。

• 更新与修复：正常情况下更新缓慢。损伤后，其下层的基底细胞和中间细胞可增殖并分化为新的伞状细胞。伞状细胞自身也具有一定增殖能力。

4. 病理学意义

• 膀胱癌：尿路上皮癌（最常见的膀胱癌）常起源于伞状细胞或其前体。高级别肿瘤中CK20表达常丢失，p63表达模式改变。

• 间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征：伞状细胞屏障功能缺陷被认为是核心病理机制之一，导致尿液中刺激性物质渗透，引发神经源性炎症。

• 尿路感染：某些尿路致病性大肠杆菌（UPEC）可特异性入侵伞状细胞，形成细胞内细菌群落，逃避宿主免疫和抗生素，导致慢性或复发性感染。

• 肾盂输尿管连接部梗阻：伞状细胞功能障碍可能影响输尿管蠕动。

5. 研究模型与技术

• 体外模型：永生化的尿路上皮细胞系（如UM-UC系列、RT4）在特定培养条件下可分化为伞状细胞样表型。

• 动物模型：小鼠、大鼠的膀胱上皮；尿斑蛋白敲除小鼠是研究屏障功能的经典模型。

• 组织工程：利用干细胞或尿路上皮细胞在支架上培养多层尿路上皮，旨在生成功能完整的伞状细胞层，用于膀胱重建。

6. 参考文献

1. 结构与分子组成

   • Hicks, R. M. (1975). The Mammalian Urinary Bladder: An Accommodating Organ. Biological Reviews, 50(2), 215-246.
     (经典论文，首次详细描述了伞状细胞的不对称单元膜和可塑性)

   • Wu, X. R., et al. (1994). Mammalian uroplakins. A group of highly conserved urothelial differentiation-related membrane proteins. Journal of Biological Chemistry, 269(18), 13716-13724.
     (首次克隆和鉴定了尿斑蛋白家族)

2. 屏障功能与生理

   • Apodaca, G. (2004). The uroepithelium: not just a passive barrier. Traffic, 5(3), 117-128.
     (全面综述伞状细胞的主动和被动屏障功能)

   • Khandelwal, P., et al. (2009). A permeability barrier contributes to the functional compartmentalization of the urothelium. *American Journal of Physiology-Renal Physiology, 296*(4), F812-F821.
     (通过实验验证了伞状细胞的渗透屏障作用)

3. 病理学关联

   • Mulvey, M. A., et al. (1998). Induction and evasion of host defenses by type 1-piliated uropathogenic Escherichia coli. Science, 282(5393), 1494-1497.
     (里程碑论文，揭示了UPEC入侵伞状细胞的机制)

   • Parsons, C. L. (2007). The role of the urinary epithelium in the pathogenesis of interstitial cystitis/prostatitis/urethritis. Urology, 69(4 Suppl), 9-16.
     (提出了伞状细胞屏障缺陷在间质性膀胱炎中的核心作用假说)

4. 癌症生物学

   • Volz, A. C., et al. (2020). Distinct differentiation signatures of human urothelial cells in bladder cancer. *Cancers, 12**(3), 644.
     (讨论了伞状细胞分化标记在膀胱癌诊断和预后中的意义)

5. 实验模型与再生医学

   • Kreft, M. E., et al. (2010). The design and in vitro testing of a multilayer tissue-engineered human urothelial graft. *European Urology Supplements, 9**(2), 158.
     (组织工程尿路上皮的应用研究)