IgA腎病研究的現(xiàn)狀、問題與對策

李 明,司美君,蔡鳳桃,余學(xué)清

(廣東省人民醫(yī)院,廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院,廣東 廣州 510080)

IgA腎病(IgA nephropathy,IgAN)是全球最常見的原發(fā)性腎小球腎炎,是終末期腎病的首要病因之一[1]。遺傳、環(huán)境、微生物等因素可影響IgAN的發(fā)生發(fā)展,但具體機制尚不明確。在IgAN的發(fā)病過程中,O糖基半乳糖修飾缺陷的IgA1蛋白扮演著至關(guān)重要的角色。IgA1蛋白的鉸鏈區(qū)由23個氨基酸組成,其中包括多個絲氨酸和蘇氨酸位點,這些位點可以接受O糖基的修飾。大量的研究已經(jīng)證實,IgAN患者的外周血中,存在著O糖基半乳糖修飾缺陷的IgA1水平顯著升高,而這一結(jié)果在不同種族和遺傳背景的人群中具有一致性[2,3]。半乳糖缺陷IgA1(Gd-IgA1)很可能具有自身抗原的特性,它會被免疫系統(tǒng)的特異性抗體所識別并結(jié)合,這種結(jié)合導(dǎo)致了Gd-IgA1免疫復(fù)合物的形成,免疫復(fù)合物在腎臟的系膜區(qū)沉積,從而引發(fā)炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致了腎小球的損傷。這一“多重打擊”理論框架目前總結(jié)了我們對IgAN發(fā)病機理的主要認(rèn)識。然而,IgAN的發(fā)病機制仍然有許多未知的關(guān)鍵問題需要進一步研究和解答。其中包括Gd-IgA1是如何產(chǎn)生的、它怎樣引起外周血自身抗體的生成和結(jié)合、Gd-IgA在系膜區(qū)沉積的詳細(xì)機制以及沉積后在系膜區(qū)引發(fā)的生物學(xué)事件是什么。這些問題的進一步探索將有助于更深入地理解IgAN的發(fā)生和進展過程。

1 遺傳學(xué)研究

遺傳因素在IgAN的發(fā)病中起著一定的作用。針對其家族聚集性的特點,對家族性IgAN開展全基因組連鎖分析研究,發(fā)現(xiàn)了 IgAN的易 感 區(qū) 間 包 括6q22-23、4q26-31、17q12-22和2q36等,但目前為止未在這些區(qū)域中尋找到致病基因[4]。而對散發(fā)性IgAN患者,主要是開展病例對照的關(guān)聯(lián)分析研究。最初開展的候選基因關(guān)聯(lián)分析,由于其基因選擇的偏倚性,及樣本量相對較小并未在另一患者群中進行驗證,未發(fā)現(xiàn)明確的易感基因。近年來,隨著全基因組關(guān)聯(lián)分析研究(GWAS)在多基因復(fù)雜疾病中的應(yīng)用,目前已有5個大型的IgAN的GWAS研究,發(fā)現(xiàn)了多個IgAN相關(guān)的易感基因,分別與IgAN發(fā)病的四個環(huán)節(jié)均密切相關(guān),包括機體免疫應(yīng)答、黏膜免疫、補體活化異常和IgA1糖基化異常等[5～9]。隨后對包括中國漢族和歐美高加索人群的多個GWAS數(shù)據(jù)開展Meta分析,以了解種族特異性的易感位點。在17個IgAN患者群中開展的最新meta-GWAS研究,新發(fā)現(xiàn)了30個顯著差異的易感位點,其中16個為新發(fā)現(xiàn)的位點,共可解釋IgAN約11%的遺傳度[10,11]。GWAS研究極大推進了遺傳學(xué)研究的進展,然而GWAS研究通常發(fā)現(xiàn)的都是最小等位基因頻率(MAF)>5%的常見變異,而對于罕見變異和結(jié)構(gòu)變異,則很難檢測出來[12,13]。而外顯子芯片則可以發(fā)現(xiàn)編碼區(qū)的罕見和低頻變異,近期的2個IgAN的外顯子芯片研究,發(fā)現(xiàn)了3個與IgAN相關(guān)的編碼區(qū)的變異位點,包括CFB上的低頻變異、VEGFA基因的罕見變異V167I及PKD1L3 上的常見變異T429S[14,15]。同時,針對GWAS研究發(fā)現(xiàn)的中國漢族人群的特異位點DEFA,我們開展了DEFA的拷貝數(shù)變異研究,發(fā)現(xiàn)了3個獨立相關(guān)的拷貝數(shù)變異:DEFA1A3、DEFA3和一個非編碼區(qū)的缺失變異 211bp,DEFA低拷貝數(shù)與IgAN易感性及腎功能損害密切相關(guān),可解釋約4.96%的疾病風(fēng)險,并與IgAN關(guān)鍵致病因子Gd-IgA1呈負(fù)相關(guān)[16];進一步研究發(fā)現(xiàn)重組DEFA蛋白可顯著抑制IL-6的表達(dá)及免疫炎癥損傷,提示DEFA可望成為IgAN潛在的治療靶點。表觀基因組關(guān)聯(lián)分析(EWAS)發(fā)現(xiàn)與IgAN相關(guān)的多個CpG位點,對應(yīng)的基因與腎小管萎縮和腎間質(zhì)纖維化密切相關(guān)[17]。

遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了多個IgAN的易感基因,然而目前僅可解釋約11%的遺傳度[11],為進一步發(fā)現(xiàn)更多的易感基因,通過新一代高通量測序開展全基因組測序研究,將可以發(fā)現(xiàn)全基因組范圍內(nèi)的常見變異、罕見變異和結(jié)構(gòu)變異,是未來研究的方向。同時目前已開展了易感基因的臨床關(guān)聯(lián)研究,揭示了易感基因與臨床表型的關(guān)聯(lián)性。然而部分易感基因未進一步開展功能研究,對IgAN的遺傳解釋度有一定的局限性,未來需對易感基因開展相關(guān)功能學(xué)研究,以明確IgAN相關(guān)的致病基因,為IgAN的臨床診斷及治療預(yù)后提供夯實的理論基礎(chǔ)。

2 Gd-IgA1異常在IgAN發(fā)病機制中的作用

Gd-IgA1以及免疫復(fù)合物在腎小球的沉積是IgAN的重要病理特征,然而Gd-IgA1如何介導(dǎo)IgAN發(fā)生和進展此前尚不明確。我們建立了多模態(tài)跨尺度成像平臺,將活體熒光、光聲計算機斷層掃描和光聲顯微鏡成像結(jié)合,在活體水平上從全身到腎臟皮質(zhì)、腎小球動態(tài)追蹤Gd-IgA1在小鼠體內(nèi)代謝過程,發(fā)現(xiàn)Gd-IgA1具有更強的腎臟沉積特異性,該沉積效應(yīng)較來自健康人的IgA1蛋白顯著增強[18]。穩(wěn)定的Gd-IgA1沉積可引起系膜增生、系膜區(qū)電子致密物沉積及蛋白尿等腎小球損傷。這些結(jié)果提示半乳糖缺陷很可能增強IgA1在腎臟的沉積,并且為后續(xù)腎臟免疫復(fù)合物的形成提供基礎(chǔ)?？绯叨裙鈱W(xué)成像能夠在活體水平上準(zhǔn)確地跟蹤免疫蛋白沉積的具體臟器部位,未來可以應(yīng)用這項技術(shù)評估免疫介導(dǎo)的腎臟疾病或其他相關(guān)的疾病,為揭示疾病的潛在機制提供寶貴的應(yīng)用價值。

3 微生物及代謝物在IgAN發(fā)生發(fā)展中的作用

IgAN的發(fā)生與特定病原體刺激、反復(fù)黏膜感染以及腸道微生物失調(diào)密切相關(guān)。腸道免疫系統(tǒng)被認(rèn)為是抗原識別和免疫細(xì)胞激活的重要部位,也有研究認(rèn)為腸道黏膜是產(chǎn)生Gd-IgA1的重要位點[19]。腸道微生物可通過激活腸道黏膜免疫參與IgAN發(fā)生發(fā)展。證據(jù)表明,腸道中的微生物感染通過T細(xì)胞非依賴性(TLR 連接)和T細(xì)胞依賴性(細(xì)胞因子介導(dǎo))途徑促進初始 B 細(xì)胞向IgA抗體分泌細(xì)胞的類別轉(zhuǎn)換[20]。腸道微生物群在增強 IgA 的產(chǎn)生方面也發(fā)揮著作用,同時產(chǎn)生的IgA也會影響微生物群的組成。腸道微生物群和IgA之間平衡的功能障礙可能會導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)和炎癥[21]。即使沒有外源入侵,共生細(xì)菌生態(tài)失調(diào)和有害細(xì)菌的過度生長也會激活T細(xì)胞依賴性IgA的產(chǎn)生,刺激IgA的過度生成[22]。此外,腸道微生物代謝物可用于代表微生物活動的功能,并充當(dāng)宿主和微生物群之間的中間表型。例如,硫酸吲哚酚、硫酸對甲苯酯和三甲胺-N-氧化物是與IgAN進展密切相關(guān)的腸道代謝物[23]。腸道微生物與IgAN之間存在密切的相互作用關(guān)系。

為探索微生物組變化在IgAN中的作用及機制,我們進行了相關(guān)的研究,發(fā)現(xiàn)IgAN患者和健康人群在口腔、咽、腸道、尿中的微生物種類、多樣性、豐富度均存在顯著差異,其中口腔和咽中的差異菌和腎小球濾過率(eGFR)及Gd-IgA1密切相關(guān)。這些差異菌可能通過Gd-IgA1的生成影響IgAN的進展[24]。治療后,臨床緩解患者微生物多樣性和代謝物的組成向健康人群接近,并且發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝通路可能是微生物參與IgAN發(fā)生發(fā)展的機制之一。

4 IgAN的靶向藥物

隨著IgAN的易感基因和發(fā)病機制的研究不斷深入,目前出現(xiàn)了多個治療IgAN的靶向藥物,包括針對黏膜免疫、補體活化、T細(xì)胞依賴或非T細(xì)胞依賴B細(xì)胞活化機制等方面的藥物,為IgAN的治療開辟了新途徑。

4.1 針對腸道黏膜免疫的靶向藥物有研究表明,腸道黏膜免疫失調(diào)參與介導(dǎo)IgAN的產(chǎn)生。TRF-布地奈德作為一種糖皮質(zhì)激素制劑可將藥物輸送到Peyer斑塊高度密集的回腸遠(yuǎn)端,通過局部給藥顯著減少口服皮質(zhì)類固醇激素的全身不良反應(yīng)。TRF-布地奈德的Ⅱ期和Ⅲ期臨床試驗發(fā)現(xiàn)TRF-布地奈德可減少IgAN患者的蛋白尿,降低未來進展至終末期腎病的風(fēng)險[25,26]。

4.2 針對B/T細(xì)胞的靶向藥物在IgAN的發(fā)病機制的“四重打擊學(xué)說”中認(rèn)為Gd-IgA1的合成是IgAN發(fā)生的關(guān)鍵因素,目前已證實BAFF和APRIL參與IgAN的發(fā)生,其血清水平與IgAN的疾病活動程度呈正相關(guān)。一項Ⅱ期臨床試驗發(fā)現(xiàn)Atacicept對IgAN患者的Gd-IgA1水平呈劑量依賴性降低,尿蛋白肌酐比(UPCR)也呈現(xiàn)出一致的變化趨勢,且未發(fā)生嚴(yán)重不良事件[26]。另外的研究發(fā)現(xiàn)TLR拮抗劑羥氯喹在優(yōu)化的RAAS阻斷治療基礎(chǔ)上加用可以有效且安全地減少IgAN患者的蛋白尿[27]。

4.3 針對補體系統(tǒng)的靶向藥物系膜C3和IgA共沉積是IgAN的主要病理特征。有研究表明腎臟系膜C3沉積強度與患者生存率呈負(fù)相關(guān),這表明補體過度活化在IgAN進展中發(fā)揮重要作用。在凝集素途徑中,血漿中MBL直接識別多種病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖后,進而激活補體級聯(lián)酶促反應(yīng)的活化途徑。目前針對于補體系統(tǒng)開發(fā)了一定的靶向藥物,包括MASP-2抑制劑(Narsoplimab)[28]、B因子抑制劑(LNP023)[29]、C5抑制劑(Eculizumab)[30]及C5b受拮抗劑(Avacopan)[31]。這些補體靶向藥物的Ⅱ期臨床試驗發(fā)現(xiàn)其均能一定程度的降低IgAN患者的尿蛋白水平,并且未表現(xiàn)出明顯的不良反應(yīng)。

隨著IgAN的發(fā)病機制研究的不斷深入,多種針對新靶點的藥物將得以研發(fā)應(yīng)用。目前已證實TF-布地奈德和羥氯喹能安全有效地降低IgAN患者的尿蛋白水平。仍有其他潛在的靶點藥物正在進行相應(yīng)的臨床試驗研究中,有望將來為IgAN患者提供更個體化的精準(zhǔn)治療。

5 其他

環(huán)境污染如PM2.5、重金屬、化學(xué)品等可引起腎臟炎癥和氧化應(yīng)激,瑞金醫(yī)院的一項研究顯示[32],腎穿刺前后的PM2.5暴露與IgAN患者腎病進展獨立相關(guān),提示環(huán)境污染對IgAN預(yù)后有不良影響,該發(fā)現(xiàn)對于我國慢性腎臟病的防治具有重要意義。

補體活化是IgAN發(fā)病的重要環(huán)節(jié),研究發(fā)現(xiàn)IgAN患者血清或腎組織中補體C3水平與患者的蛋白尿水平、腎功能損害程度,或者疾病進展風(fēng)險相關(guān)。在遺傳研究中發(fā)現(xiàn)與IgAN相關(guān)的補體活化基因補體H因子相關(guān)蛋白1(CFHR1)和3(CFHR3)[6],同時在臨床IgAN患者的腎臟、尿液及血液中存在補體成分異常和補體活化等情況[33,34]。

6 總結(jié)與展望

目前對IgAN的遺傳學(xué)研究取得了顯著進展,發(fā)現(xiàn)了多個新的易感基因,未來可采用多種遺傳學(xué)方法和策略以全面了解疾病相關(guān)的遺傳變異。為進一步明確IgAN的致病基因,還需進一步對易感基因開展功能研究以明確IgAN的致病基因。在發(fā)病機制方面,研究證實調(diào)控“腸-腎軸”可有助于防治IgAN的發(fā)病和疾病進展。然而對于腸道微生物的變化如何影響腎臟并未明確,未來仍然需要進一步探索“腸-腎軸”的作用機制,為揭示IgAN的發(fā)病機制提供堅實的理論基礎(chǔ)。基于遺傳學(xué)研究和發(fā)病機制研究,目前已經(jīng)研發(fā)出了針對不同靶點的新型藥物,已有的臨床試驗證據(jù)支持我們積極進一步研究,以改善患者預(yù)后。相信隨著未來對IgAN發(fā)病機制的進一步深入認(rèn)識,有望對IgAN患者的個體化精準(zhǔn)治療提供有力證據(jù)和支持。