補 體 與 急 性 腎 損 傷

任貴生 陳文萃 黃湘華 審校

急性腎損傷(AKI)是指腎功能在短時間內(nèi)迅速惡化，可引起氮質(zhì)血癥、水電解質(zhì)和酸堿平衡紊亂[1]。免疫穩(wěn)態(tài)對于維持腎臟的生理功能非常重要，一旦遭到破壞，可導(dǎo)致腎小球濾過率的急性下降和AKI的發(fā)生[2]。補體系統(tǒng)存在于人和脊椎動物的血清中，參與機體的天然性免疫和獲得性免疫，是體內(nèi)重要的效應(yīng)及效應(yīng)放大系統(tǒng)。在缺血/再灌注損傷(I/R)動物模型及急性腎小管壞死的人類腎活檢標(biāo)本中可觀察到C3大量沉積于腎小管基膜和間質(zhì)[3]，說明補體活化在AKI中發(fā)揮著重要的作用。雖然腎臟替代治療已經(jīng)在臨床上得到了廣泛應(yīng)用，但目前尚無針對AKI的特異性治療手段，而補體系統(tǒng)的抑制可能在AKI的預(yù)防及治療中存在廣闊前景。本文將對補體在AKI中的作用進行。

AKI中補體系統(tǒng)的活化

補體系統(tǒng)的活化包括經(jīng)典途徑、甘露聚糖結(jié)合凝集素(MBL)途徑和旁路途徑。在狼瘡性腎炎及Ⅰ型膜增生性腎小球腎炎中，循環(huán)免疫復(fù)合物沉積于腎小球或者原位免疫復(fù)合物的形成可通過經(jīng)典途徑激活補體系統(tǒng)。而在一些非自身免疫性疾病中，抗體直接黏附于組織也可通過經(jīng)典途徑激活補體系統(tǒng)。在炎癥和非免疫性損傷中，組織會形成或暴露新的抗原表位，通過與這些表位的結(jié)合，免疫球蛋白可激活經(jīng)典途徑，加重組織損傷[4]。除了經(jīng)典途徑外，Castellano等研究發(fā)現(xiàn)，在豬腎臟I/R模型中可見MBL沉積于管周毛細(xì)血管和小管間質(zhì)[5]，提示MBL途徑與缺血造成的AKI有關(guān)，但是目前其在AKI中的作用尚不清楚。

旁路途徑的活化在AKI中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。作為C3轉(zhuǎn)化酶，C3(H2O)Bb的活性并沒有C3bBb高[6]，但是它可持續(xù)生成C3b，進而于臨近的表面激活補體旁路途徑，除非補體調(diào)節(jié)蛋白發(fā)揮抑制作用。由于旁路途徑具有自動激活和自我放大的能力，它可以迅速于腎小球基膜等缺少補體調(diào)節(jié)蛋白的表面被激活，在各種原因?qū)е碌哪I臟損傷中發(fā)揮重要的作用(圖1)[3]。除了直接激活外，旁路途徑還可為通過其他途徑激活的補體系統(tǒng)提供放大效應(yīng)[3]，進一步加重腎臟損傷。

圖1 腎臟中補體系統(tǒng)活化的調(diào)控[3]補體系統(tǒng)可通過旁路途徑自動激活。血中低pH值和氨產(chǎn)生的增加促進了補體系統(tǒng)的活化。細(xì)胞微粒和病原體也可起到促進作用。補體系統(tǒng)的活化使C3b沉積在腎臟表面，在這個過程中H因子起到調(diào)控作用。存在于小管上皮細(xì)胞等部位的補體調(diào)節(jié)蛋白可抑制補體系統(tǒng)的過度活化，但其在細(xì)胞損傷時會遭到破壞

敲除B因子的相關(guān)基因可阻止鼠類腎臟I/R模型中小管間質(zhì)C3的沉積，說明小管間質(zhì)的補體系統(tǒng)活化是通過旁路途徑實現(xiàn)的[7]。在動物模型中敲除C1q、C4和MBL-A/C的相關(guān)基因并未影響小管間質(zhì)補體系統(tǒng)的活化[8]，提示經(jīng)典途徑和MBL途徑在小管間質(zhì)補體系統(tǒng)的啟動中所起作用相對有限。有趣的是，在腎小球中，補體系統(tǒng)可通過不同的途徑被激活。在健康人類的腎小球系膜中可見IgM和C4的共同沉積[9]，然而IgM激活的補體系統(tǒng)并沒有導(dǎo)致C3的沉積，這表明在系膜中IgM可以通過經(jīng)典途徑或MBL途徑激活補體系統(tǒng)[10]，但并未達(dá)到可使C3裂解的程度。這種限制性的補體激活也可發(fā)生在腎臟的其他部位，是由于補體調(diào)節(jié)蛋白在特定表面的結(jié)合所致[11]。上述研究表明腎小球和小管間質(zhì)中補體系統(tǒng)是通過不同的機制啟動的，并且由于局部調(diào)節(jié)蛋白效能的不同而導(dǎo)致不同程度的效應(yīng)。

組織局部釋放的備解素等小分子對于補體的活化具有促進作用。備解素可與特定的表面結(jié)合，在旁路途徑的激活中發(fā)揮作用，還可穩(wěn)定旁路途徑轉(zhuǎn)化酶[12]。Miwa等[13]研究表明，在腎臟I/R后，備解素可與管周毛細(xì)血管相結(jié)合。小管上皮細(xì)胞能夠合成C3、C4和B因子，炎癥、缺血可以上調(diào)這些因子的生成。研究表明在移植腎中C3可促進局部的補體活化，進而導(dǎo)致AKI[14]。

腎外補體系統(tǒng)的活化在AKI中也發(fā)揮著重要作用。當(dāng)血漿與透析膜等人工表面相接觸時，補體系統(tǒng)將被激活。研究表明與銅銨透析膜相比，聚丙烯腈透析膜對補體系統(tǒng)的激活效應(yīng)相對較小[15]，而在AKI患者聚丙烯腈透析膜可使患者獲得更好的預(yù)后[16]。這表明腎外的補體激活可能會加重AKI。

補體介導(dǎo)AKI的下游效應(yīng)因子

補體系統(tǒng)在被激活后生成多種生物活性因子，通過不同的機制引起組織炎癥和損傷，在AKI的發(fā)生中起到重要作用(圖2)[3]。作為補體系統(tǒng)活化的終末產(chǎn)物，膜攻擊復(fù)合物(MAC)主要發(fā)揮溶解細(xì)胞的效應(yīng)。由于補體的激活在小管間質(zhì)中最為顯著，因此MAC的主要目標(biāo)是小管上皮細(xì)胞。Rodríguez等[17]發(fā)現(xiàn)，無論是何種原因引起的AKI，患者血MAC濃度與AKI的分級密切相關(guān)，并且AKI緩解后血MAC濃度顯著下降。有研究發(fā)現(xiàn)無法形成MAC的C6缺陷小鼠在腎臟I/R后獲得了保護，這可能與其腎臟中的中性粒細(xì)胞浸潤程度相對較輕有關(guān)[18]。

圖2 補體活化后的促炎效應(yīng)補體活化后生成多種具有生物活性的蛋白，包括C3a、C5a、C3b和MAC(C5b-9)。C3a和C5a與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進而活化補體。C3a和C5a還可以通過化學(xué)吸引和活化白細(xì)胞影響炎癥反應(yīng)。C5b-9可以導(dǎo)致細(xì)胞跨膜孔的形成，引起細(xì)胞溶解。C3b與細(xì)胞表面共價結(jié)合，作為配體發(fā)揮作用[3];MAC：膜攻擊復(fù)合物

除了MAC外，當(dāng)補體激活時，C3a和C5a也同時產(chǎn)生。C3a和C5a是可溶性的小分子，雖可被血清中的羧肽酶N快速滅活，但仍具有強大的促炎效應(yīng)。C3a和C5a可與腎臟相應(yīng)的受體結(jié)合，通過對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起腎臟的炎癥。C5a具有強烈的趨化效應(yīng)，可促進白細(xì)胞的黏附和活化，Burwick等[19]發(fā)現(xiàn)先兆子癇患者尿液中C5a的水平與近端小管損傷程度的關(guān)系最為緊密。C5a受體(C5aR)是G蛋白偶聯(lián)受體家族的一員，在腎臟中表達(dá)于系膜細(xì)胞、近端小管上皮細(xì)胞及遠(yuǎn)端小管上皮細(xì)胞，其有2種亞型，均在I/R導(dǎo)致的AKI中發(fā)揮重要作用[20]。De Vries等[21]研究表明，C5aR的抑制劑通過阻止角質(zhì)細(xì)胞衍生趨化因子(KC)及巨噬細(xì)胞炎癥蛋白2(MIP-2)等細(xì)胞因子的生成，在腎臟I/R模型中減輕了腎臟損傷。與野生型相比，C5aR基因敲除的動物在缺血性AKI中獲得了保護，此外多種炎癥細(xì)胞因子mRNA的水平發(fā)生了下調(diào)[22]。C3a的趨化作用相對較弱，其受體表達(dá)于腎小管上皮細(xì)胞，但是不表達(dá)于系膜細(xì)胞和足細(xì)胞[23]。Danobeitia等[24]研究發(fā)現(xiàn)，使用人C1抑制劑(human C1-inhibitor，C1INH)可在I/R后的AKI中發(fā)揮保護作用，阻止白細(xì)胞介素6等細(xì)胞因子的上調(diào)，減少C5a的釋放、C3b的沉積及中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞在腎組織中的浸潤，最終減輕腎組織的纖維化。

AKI中補體調(diào)節(jié)蛋白的作用

補體調(diào)節(jié)蛋白可直接加速C3bBb的解離,還能激活Ⅰ因子,從而滅活C3b和C4b,最終抑制旁路途徑的激活。在正常組織中，補體調(diào)節(jié)蛋白與補體蛋白、激活分子保持平衡，而當(dāng)這種平衡被打破時，補體系統(tǒng)就被激活，造成組織損傷。補體調(diào)節(jié)蛋白在腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、上皮細(xì)胞及腎小管上皮細(xì)胞、微血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)[25]。小管上皮細(xì)胞所表達(dá)的膜輔蛋白(membrane cofactor protein，MCP)在補體系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用[26]。MCP是一種跨膜蛋白，可通過輔助Ⅰ因子裂解C3b和C4b來調(diào)節(jié)補體系統(tǒng)的活化。在人類中MCP的表達(dá)被限制在小管上皮細(xì)胞的基底外側(cè)膜[27]，而基底外側(cè)膜正是缺血損傷后腎臟C3沉積的部位。利用新一代基因測序技術(shù)，Ipe等[28]在1例非典型溶血性尿毒綜合征(atypical hemolytic uremic syndrome，aHUS)患者中發(fā)現(xiàn)了罕見的編碼Ⅰ因子的基因雜合突變，該突變可能與基因的剪接有關(guān)。

除了細(xì)胞表面蛋白外，在血漿中還存在著可溶性的補體調(diào)節(jié)蛋白，包括調(diào)節(jié)旁路途徑的H因子及調(diào)節(jié)經(jīng)典途徑的C4結(jié)合蛋白[29]。H因子包含著若干可與陰離子相作用的結(jié)合域，對細(xì)胞表面的補體系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。H因子的變異或抗H因子的自身抗體與aHUS等腎臟疾病的發(fā)生密切相關(guān)，這提示H因子可能通過抑制腎內(nèi)補體旁路途徑起到保護腎臟的作用[30]。Udagawa等[31]使用依庫珠單抗聯(lián)合重組人可溶性血栓調(diào)節(jié)蛋白(recombinant human soluble thrombomodulin，rTMD)治療aHUS獲得了成功，雖然患者血液中仍可檢測到抗H因子抗體。而Cofiell等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，無論患者的基線狀態(tài)如何、是否曾接受血漿置換，依庫珠單抗均可減輕aHUS患者的腎臟損傷。Chehade等[33]在一例需要透析的感染后腎小球腎炎患者體內(nèi)檢測到了一過性的抗H因子抗體，在接受依庫珠單抗治療后患者腎功能在72h內(nèi)便迅速恢復(fù)。在遺傳性H因子功能缺陷的患者中，機體抑制旁路途徑的能力受損，補體可以介導(dǎo)包括腎臟在內(nèi)的多個器官的損傷。Goetz等[34]的研究表明，I/R后IgM沉積于腎小球可以部分激活補體系統(tǒng)。與野生型對照組相比，雜合的H因子缺陷小鼠腎臟損害更重，但補體系統(tǒng)的活化仍然可控，這說明H因子在缺血性AKI中起到保護作用，但其在IgM介導(dǎo)的補體活化中并不能發(fā)揮關(guān)鍵性的抑制作用。Renner等[35]發(fā)現(xiàn)，H因子在小管上皮細(xì)胞的頂端膜及基底外側(cè)膜中發(fā)揮著調(diào)節(jié)補體系統(tǒng)的作用，然而只有高于生理濃度的H因子才能夠完全抑制補體系統(tǒng)的活化。此外，在動物模型中H因子功能的封閉加重了缺血可導(dǎo)致的AKI，而重組H因子的攝入可抑制I/R后腎臟補體系統(tǒng)的活化[35]，說明H因子對I/R后補體介導(dǎo)的小管損傷具有保護作用。

小結(jié)：補體系統(tǒng)為機體清除侵入的病原體及受損的組織細(xì)胞提供了一個快速且有效的途徑，但其過度激活可導(dǎo)致AKI。I/R、膿毒癥和化學(xué)損傷可引起局部活化因素和抑制因素的失衡，進而導(dǎo)致補體系統(tǒng)的活化。雖然AKI動物模型表明補體抑制劑具有保護腎臟的作用，但是其應(yīng)用于臨床還存在著巨大障礙，特別是補體系統(tǒng)抑制后所帶來的感染風(fēng)險。有關(guān)AKI中補體系統(tǒng)的活化、活化后相關(guān)效應(yīng)因子的作用及補體調(diào)節(jié)蛋白對于補體系統(tǒng)活化的抑制仍然需要進一步的研究，進而為開發(fā)出符合臨床要求的補體抑制劑提供新的思路。