尿液補體活化在IgA腎病中的研究現狀

王冬晴,李貴森,2△

IgA腎病(IgA nephropathy,IgAN)仍然是我國終末期腎病(end stage kidney disease,ESKD)最主要的原因之一,需要進一步研究其發病機制和防治策略。大量的研究證實IgAN是一種自身免疫介導性疾病,IgA1的合成和糖基化異常導致血清中半乳糖缺陷型IgA1增加,導致后續的一系列病理生理過程。目前,IgAN比較公認的發病機制是四重打擊學說[1, 2]。補體系統的異常活化是IgAN發病機制的重要環節,局部和全身補體的激活促進了腎臟的炎癥級聯反應,加重了腎臟損傷。但補體活化與IgAN發病相關的機制尚不完全清楚。目前的主要證據多來源于IgAN患者循環和腎臟局部補體活化,而尿液作為臨床更容易獲得的標本,可動態觀察補體的變化,近年來成為研究的重要手段之一。越來越多的證據表明,IgAN患者存在尿液補體成分異常的證據,且與IgAN發病及疾病進展相關[3]。本文將回顧IgAN尿液補體異常的研究證據,有助于進一步了解IgAN的發病機制。

1 IgAN發病機制概述

IgAN是世界上最常見的原發性腎小球腎炎,可導致患者平均預期壽命減少6～10年[4, 5],具有重大的個人和社會經濟損害。因此,加強對IgAN發病機制的認識具有重大意義。目前認為IgAN發病機制的啟動環節是IgA1糖基化異常。在此基礎上提出的“四重打擊”學說[6]受到了眾多學者的認可,其理論框架如下所述。第一次打擊:循環中半乳糖缺陷型IgA 1(Gd-IgA1)水平升高。IgAN患者的血清IgA1的O-糖鏈缺乏半乳糖,導致N-乙酰半乳糖胺末端殘基暴露,成為自身抗原[7]。第二次打擊:抗聚糖抗體IgG或IgM識別Gd-IgA1。第三次打擊:包含Gd-IgA1的免疫復合物形成。第四次打擊:免疫復合物沉積在腎小球系膜,導致系膜細胞增殖和補體激活,最終出現腎衰竭。

IgAN發病機制的“四重打擊”學說表明補體激活參與了疾病的發生發展。目前,已有的許多證據表明補體系統異常活化在IgAN疾病嚴重性和活動性中具有重要作用。同時,正在進行的補體抑制劑的臨床試驗也將深入了解補體活性在IgAN發病機制中的重要性。

2 補體系統

補體蛋白的早期知識源于19世紀發現的正常血漿中的熱不穩定成分,該成分通過抗體增強了細菌的調理作用,并使抗體能殺死細菌。補體系統由近60種可溶性和表面表達的蛋白質組成[8]。補體激活的途徑有三種:經典途徑(CP)、替代途徑(AP)和凝集素途徑(LP)[9],三條途徑匯聚成終末途徑(TP),最后產生膜攻擊復合物C5b-9(MAC)。此外,液相和膜結合相補體調節蛋白調控免疫的動態平衡,防止補體的不適當激活(圖1)。

圖1 補體激活途徑和靶向補體治療IgAN示意圖

當C1q與免疫復合物IgG或IgM的Fc區的補體結合位點相結合時,經典途徑被激活。隨后C1r和C1s被激活,形成活化的C1qrs。C1qrs裂解C4和C2,形成經典途徑的C3轉化酶(C4b2a)。在此途徑中,液相調節蛋白C1抑制劑(C1INH)發揮重要的調節功能,它通過抑制C1r和C1s負向調節經典途徑。循環中的C3自發水解形成C3b的“滴答”過程啟動替代途徑。因子D裂解因子B形成Bb,并與C3b結合,形成一種不穩定的C3轉化酶(C3bBb),該C3轉化酶的活性由備解素P穩定。此外,因子I、因子H、膜輔助因子蛋白(MCP/CD46)、衰變加速因子(CD55/DAF)以及補體受體1(CR1)分別通過液相或膜結合相負向調節替代途徑。凝集素途徑由微生物表面的碳水化合物與纖維膠原素(Ficolins)或甘露糖結合凝集素(MBLs)結合而觸發,繼而激活甘露糖結合凝集素相關絲氨酸蛋白酶(MASP-1/MASP-2)。MASP裂解C4和C2,形成C3轉化酶(C4b2a)。此外,C1INH也可通過抑制MASP活性負向調節凝集素途徑。CD55還能促進C4b2a的解離,負向調節經典途徑與凝集素途徑。

這三條途徑分別形成的C3轉化酶(C4b2a/C3bBb)通過擴增環繼續裂解C3,形成C5轉化酶(C4b2a3b/C3bBb3b),C5轉化酶將C5裂解成C5a和C5b,C5b促進C6、C7、C8和C9結合,形成膜攻擊復合物C5b-9 (MAC)。在此過程中,蛋白S和MAC抑制蛋白(CD59)通過抑制MAC的形成發作重要的負調節功能。

3 IgA腎病與補體

3.1 IgAN腎組織補體激活的證據早期,在IgAN腎組織活檢的描述中,超過90%的病例腎活檢系膜中有IgA和C3的共沉積[10, 11],這一發現在其他IgAN腎組織活檢中得到重復[12],證實了IgAN中存在局部補體激活。此外,全基因組關聯研究[13]的重要發現強調了H因子相關蛋白(CFHR1/CFHR3)基因缺失與IgAN腎病發病風險降低相關,IgAN局部補體的激活受到廣泛的關注。目前,在IgAN患者腎組織中先后檢測多種補體成分,包括C3a、C5a、C4d、MBL、MASP、L-ficolin、B因子(CFB)、以及H因子(CFH)和CFHR5[14～19],它們分別與血肌酐升高、估算腎小球濾過率(eGFR)下降、蛋白尿增多以及組織學病變嚴重度相關。上述研究證明了IgAN患者腎小球補體蛋白沉積的復雜性,加深了我們對IgAN發病的理解,即腎臟局部補體激活與疾病嚴重度及活動性相關,有助于疾病進展,可能是腎功能衰竭的機制之一。

3.2 IgAN血清補體激活的證據雖然在IgAN中補體C3降低是少見的,但在IgAN中可見檢測到其他補體活化的標志物,并且與疾病的嚴重程度有關。幾個中心已經描述了IgAN患者血漿中替代途徑補體C3、Ba、CFHRs水平的變化。研究發現血清C3、Ba、CFHR1、CFHR5水平分別與蛋白尿、高血壓和eGFR降低以及嚴重的組織學病變相關[20～24]。循環中凝集素途徑補體的水平也與IgAN的嚴重程度有關。研究發現,血清中MBL水平升高或降低均與IgAN疾病進展相關,包括eGFR下降和蛋白尿增加[25]。這一矛盾現象可能是由于IgAN包含許多不同的病理過程,在不同的個體中具有不同的致病優勢。此外,對IgAN腎病中其他血清凝集素途徑補體的分析發現,與健康對照組相比,IgAN患者血清中M-ficolin、L-ficolin、MASP-1和MBL相關蛋白(MAp)19水平升高[18]。綜上所述,這些數據顯示了IgAN患者補體活化的血清學和組織學之間的聯系,進一步支持凝集素途徑及替代途徑激活對腎小球損傷的貢獻,但補體激活的詳細機制及其在腎小球炎癥和損傷中的作用尚需進一步研究。

3.3 IgAN尿液補體活化的證據IgAN腎病尿液補體激活的標志物也可以被檢測到,并且與疾病的嚴重程度有關。早期的研究發現,IgAN患者的尿液iC3b、Bb水平與蛋白尿和血肌酐呈正相關[26]。其次,通過口服碳酸氫鈉糾正酸中毒后,患者尿液iC3b、Bb排泄顯著減少,而血清補體水平無明顯改變[26],提示尿液補體激活可作為疾病治療監測的指標。在一項使用質譜法檢測尿蛋白的研究中,與正常對照組相比,IgAN患者尿液中有18種蛋白分布不同,其中補體C3和C4a占主要成分[27],表明尿液補體激活可能是診斷IgAN患者的有前途的生物標志物。另一個中心的研究發現,與膿毒癥患者相比,IgAN患者血清C3a、C5a水平正常,而尿C3a、C5a水平在組織學損害更重的IgAN患者中明顯升高,且與血清肌酐、蛋白尿以及腎臟病理分級呈正相關[17]。這一研究表明,相比于循環補體激活,IgAN患者尿液補體的激活更能反應疾病活動性及嚴重程度。

先前的研究發現,尿MBL水平與IgAN的腎功能、蛋白尿和高血壓以及組織病理學指標相關[28]。更重要的是,隨訪結束時未緩解IgAN患者的尿MBL水平明顯高于緩解期患者。這一發現提示尿MBL可作為評估IgAN病情嚴重程度和預測預后的無創生物標志物。最近的研究發現,IgAN患者尿C3a、C5a、Bb、C4D、MBL和補體終末活化產物C5b-9水平與血肌酐和蛋白尿以及新月體比例相關[29]。這一發現表明IgAN中新月體的形成和快速進展的腎衰竭與尿液補體過度激活有關,可能是監測疾病活動性的潛在生物標記物。此外,研究者還檢測了血清中的補體產物與臨床參數的相關性[29],結果沒有統計學意義。這一結果再次提示,尿液補體激活可能代表腎臟補體激活,而不代表血清補體激活,可作為潛在的無創生物標志物。

H因子是替代途徑的主要調節因子,加速C3bBb轉換酶的衰變。幾個中心的研究發現,IgAN患者尿CFH水平明顯升高,尿CFH水平與血肌酐、eGFR、蛋白尿、腎小管間質損害和新月體形成等組織損害相關[30～32]。并且,在腎組織有H因子沉積的IgAN患者中,尿H因子水平明顯升高,患者的腎功能較差[30]。這些結果表明,尿H因子水平與腎H因子沉積密切相關,尿H因子水平較高可能預示著嚴重的腎臟損害,可作為動態監測IgAN患者腎臟損害的非侵入性生物標志物。

4 IgA腎病的補體抑制治療

為了專門阻斷補體替代途徑的激活,已開發出針對B因子和C3的抑制劑。關于IONIS-FB-LRx(一種CFB mRNA的反義抑制劑)對原發性IgAN療效的臨床研究正在進行(NCT04014335)。Iptacopan(LNP023),也是一種CFB抑制劑。目前,IgAN患者使用不同劑量LNP023的安全性和有效性的臨床研究(NCT03373461)已經完成,結果正在評估。Pegcetacoplan(APL-2),作為一種C3抑制劑,也正在作為治療IgAN的一種選擇進行測試(NCT03453619)。除了以替代途徑為靶點外,終末途徑的補體抑制劑也用于IgAN進行臨床測試。對IgAN患者中進行的小干擾RNA靶向補體C5(Cemdisiran/ALN-CC5)的試驗數據的初步分析顯示,患者24小時尿蛋白與肌酐比率降低(NCT03841448)。此外,一種新的長效C5補體抑制劑Raverizumab正在IgAN患者中進行第2階段試驗(NCT04564339)。雖然許多臨床試驗正在進行中且結果尚不明確,但一些報道支持補體抑制劑在IgAN中的益處。Eculizumab可以抑制C5轉化酶的活性,阻斷C5到C5a的裂解。一項病例報告表明,在進展性IgAN患者中早期開始使用Eculizumab治療能夠減少蛋白尿并穩定腎小球濾過率[33]。在一項使用Avacopan(CCX-168,C5a受體拮抗劑)治療IgAN的研究中,7名參與者中有6名蛋白尿減少[34]。Narsoplimab(OMS721)是MASP-2的單抗,Narsoplimab治療可能使高危IgAN患者的蛋白尿降低和eGFR保持穩定[35]。盡管補體干預治療已經取得一定的進展,但是安全有效的補體靶向治療藥物的開發,以及準確選擇補體抑制治療獲益大于風險的患者,需要對IgAN補體激活和疾病嚴重度的關聯進行更深入的了解。

5 展望

尿液補體活化失衡與疾病活動性及嚴重程度相關,對尿液補體活化的進一步研究不僅可以為IgAN發病機制的研究提供線索,還可能為開發補體激活的特異性無創生物標志物提供可能。此外,對尿液補體的動態監測不僅有助于識別補體持續激活的患者,還可作為疾病治療監測的指標,幫助準確識別哪些患者將受益于補體抑制治療,為未來臨床治療決策提供參考。