C3a在糖尿病腎病中的研究進(jìn)展

李萌 賀婷 蔣紅櫻

糖尿病腎病（Diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病（Diabetes mellitus，DM）最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，患病人數(shù)逐年上升，預(yù)計(jì)到2040年，將增加至6.42 億，最終有30%～40%的患者將進(jìn)展為終末期腎臟病（Endstagerenal disease，ESRD）[1]。目前臨床相關(guān)治療措施僅能延緩DKD 進(jìn)展，早診斷、早預(yù)防、早干預(yù)將減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高患者的生活質(zhì)量并延長(zhǎng)生存時(shí)間。目前DKD 病理發(fā)生機(jī)制尚不完全明確，研究表明，補(bǔ)體系統(tǒng)在DKD 的發(fā)生發(fā)展中有著不可忽視的作用[2]。補(bǔ)體系統(tǒng)通過(guò)經(jīng)典途徑、旁路途徑和凝集素途徑進(jìn)行激活，3 條途徑在補(bǔ)體 C3 處匯合，補(bǔ)體C3 裂解產(chǎn)生C3a，作為一種強(qiáng)效的炎癥因子，其通過(guò)作用于各種免疫及非免疫細(xì)胞發(fā)揮作用。對(duì)C3a 的進(jìn)一步研究可能對(duì)DKD 的診斷及治療帶來(lái)新的思路及依據(jù)，本研究將對(duì)C3a 在DKD中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 C3a 生物學(xué)功能

C3a 是由C3 裂解產(chǎn)生的具有較高活性的過(guò)敏毒素，是一種含有77 個(gè)氨基酸、4 個(gè)反平行螺旋結(jié)構(gòu)的小分子多肽，其中β 類胰蛋白酶對(duì)C3a 進(jìn)行降解，C3a 濃度與C3 濃度呈高度正相關(guān)，但C3a 在血液中較C3 具有較好的穩(wěn)定性，因此，通過(guò)檢測(cè)C3a 濃度能更準(zhǔn)確地反映血清補(bǔ)體的水平[3，4]。既往研究顯示，在不同個(gè)體及不同檢測(cè)方法中，C3a 在血液中的濃度為20～156ng/ml。C3a 通過(guò)與C3a 受體（C3aR）結(jié)合，發(fā)揮多種生物學(xué)功能，是免疫系統(tǒng)中重要的趨化介質(zhì)，C3a 與C3aR 的結(jié)合位點(diǎn)包括C 末端氨基酸亮氨酸-甘氨酸-亮氨酸-丙氨酸-Arg[5]。當(dāng)C3a 被切割成 C3a-desArg 時(shí)將失去與C3aR 結(jié)合的能力。目前用于檢測(cè)C3a 的抗體可以將C3 與其裂解產(chǎn)物區(qū)分開(kāi)來(lái)，但無(wú)法區(qū)分C3a和C3a-desArg，需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)特異性識(shí)別C3a 的抗體[6]。C3a 通過(guò)不同的方式參與免疫反應(yīng)，作用于固有免疫細(xì)胞上調(diào)或下調(diào)不同的細(xì)胞因子，激活樹(shù)突狀細(xì)胞[7]；調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞和淋巴細(xì)胞之間的 T 細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)[8]；通過(guò)促進(jìn)肥大細(xì)胞釋放組胺、平滑肌收縮、血管通透性增強(qiáng)和肥大細(xì)胞趨化因子分泌等作用，在活化部位產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[9]。C3a 在中性粒細(xì)胞中發(fā)揮抗炎作用，盡管中性粒細(xì)胞膜上功能性C3aR 高表達(dá)，但C3a 不會(huì)刺激中性粒細(xì)胞脫顆粒以激活炎癥反應(yīng)[10]，C3a C 肽末端在與細(xì)菌脂多糖透化脂質(zhì)體結(jié)合后表現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)，對(duì)革蘭氏菌具有抗菌作用[11]。C3a 在多種疾病中發(fā)揮重要作用。在阿爾茨海默病中，C3a 可靶向調(diào)節(jié)介導(dǎo)微管相關(guān)蛋白tau，從而導(dǎo)致認(rèn)知功能下降[12]。在哮喘中，C3a 通過(guò)促進(jìn)平滑肌收縮、黏液分泌和炎癥細(xì)胞的募集參與疾病的發(fā)生。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，C3aR 的缺乏對(duì)過(guò)敏性氣道疾病模型小鼠的肺有保護(hù)作用[13，14]。在冠狀動(dòng)脈疾病中，C3aR 的表達(dá)與血小板中活化的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa 呈正相關(guān)[15]。C3a通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞動(dòng)員在腸道缺血再灌注損傷中發(fā)揮保護(hù)作用[16]。C3 通過(guò)維持腫瘤中的免疫抑制環(huán)境、作用于CD4 T 細(xì)胞并誘導(dǎo)抑制性表型、激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)的激酶途徑，誘導(dǎo)上皮到間充質(zhì)的轉(zhuǎn)化等作用來(lái)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，通過(guò)藥理學(xué)阻斷或敲低抑制C3a-C3aR 軸可降低其促瘤作用[17～19]。

在腎臟組織中，C3a 主要與在腎臟上皮組織的C3aR 結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)作用。人C3aR 可在腎臟、腦、肺、腸、皮下脂肪組織等檢測(cè)到。C3aR 在正常人腎臟的腎小球上皮細(xì)胞和近端腎小管細(xì)胞中表達(dá)，但在系膜或腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中不表達(dá)[20]。任何一個(gè)補(bǔ)體途徑的激活都會(huì)導(dǎo)致C3 轉(zhuǎn)化酶不斷切割C3 分子形成C3a[5]。補(bǔ)體系統(tǒng)在DKD 被激活可能由于以下兩種機(jī)制：①在DM 小鼠中觀察到缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）在腎近端小管積累，補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白下調(diào)；高糖環(huán)境中，糖基化使得CD59 失活，失去膜攻擊復(fù)合物（MAC）抑制功能，從而進(jìn)一步激活補(bǔ)體[21，22]。②由于高葡萄糖，補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白的糖基化增加，導(dǎo)致刺激補(bǔ)體自動(dòng)攻擊的調(diào)節(jié)能力降低，DM 患者甘露糖結(jié)合凝集素（MBL）水平明顯升高，在高糖環(huán)境下，MBL 與糖和果糖賴氨酸結(jié)合，并通過(guò)MBL 相關(guān)的絲氨酸蛋白酶（MASP）途徑激活補(bǔ)體[23，24]。補(bǔ)體激活的增加導(dǎo)致過(guò)敏毒素C3a 的產(chǎn)生，其作用于C3aR，并導(dǎo)致產(chǎn)生活性氧（ROS）、炎性細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，例如 TGF-b、MCP-1、IL-1、IL-16 和TNF，是DKD 中腎纖維化和炎癥的介質(zhì)[25]。

2 C3a 在DKD 中的作用機(jī)制

2.1 C3a 對(duì)腎臟足細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的改變C3a 主要與C3aR 結(jié)合產(chǎn)生作用，C3aR 可在足細(xì)胞中表達(dá)，在DM 大鼠腎臟中可觀察到C3a 沉積，C3a 從多個(gè)途徑損傷足細(xì)胞：①C3a 可改變足細(xì)胞結(jié)構(gòu)。一項(xiàng)體外研究表明，C3a 在足細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)使得黏附斑（FA）相關(guān)基因的表達(dá)下調(diào)，阻斷細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）和細(xì)胞骨架之間的聯(lián)系，細(xì)胞對(duì)ECM 黏附能力下降，從而損害足細(xì)胞系細(xì)胞的形態(tài)成熟。C3a可明顯刺激足細(xì)胞Ang Ⅱ分泌，增加TRPC6 表達(dá)，使纖維形肌動(dòng)蛋白（F-actin）重構(gòu)[26，27]。②C3a 通過(guò)氧化應(yīng)激損傷足細(xì)胞。對(duì)暴露于C3a 培養(yǎng)的人足細(xì)胞進(jìn)行更深入的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體斷裂、線粒體內(nèi)膜電位降低、ATP 含量降低以及檸檬酸合酶活性降低，檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)中的初始酶[28]。DM 中補(bǔ)體介導(dǎo)的腎損傷另一個(gè)機(jī)制是氧化應(yīng)激，補(bǔ)體與線粒體功能障礙相關(guān)并且線粒體呼吸鏈?zhǔn)强梢援a(chǎn)生 ROS 的關(guān)鍵部位。研究發(fā)現(xiàn)，C3a 作用于C3aR 增加線粒體內(nèi)鈣的攝取，使線粒體內(nèi)鈣濃度上升，還可使線粒體呼吸減少，ATP 生成減少，最大呼吸能力受損，線粒體結(jié)構(gòu)功能異常，促進(jìn)氧化應(yīng)激的發(fā)生，破壞足細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能[29]。氧化應(yīng)激下，C3a 與C3aR 共同參與通過(guò)增強(qiáng)NLRP3 組裝和caspase-1 激活而增加LPS 誘導(dǎo)的單核細(xì)胞IL-1b的產(chǎn)生，C3aR 在人類單核細(xì)胞中增加了TLR4 介導(dǎo)的細(xì)胞因子的釋放，導(dǎo)致Th17 反應(yīng)增強(qiáng)，此外，C3a通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2 依賴的ATP 釋放通道，控制細(xì)胞內(nèi)ATP 釋放到細(xì)胞外間隙，上調(diào)細(xì)胞內(nèi)磷酸化，從而促進(jìn)單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-1b 并增加輔助性T 細(xì)胞的誘導(dǎo)[30]，通過(guò)局部炎癥反應(yīng)破壞足細(xì)胞功能。

2.2 C3a 促進(jìn)腎臟組織內(nèi)皮細(xì)胞纖維化C3a 是一種促纖維化因子，可通過(guò)激活 TGF-b1/CTGF 通路在人腎近端小管上皮（HK-2）細(xì)胞中誘導(dǎo)上皮-肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（EMT），C3aR 拮抗劑治療降低了T2DM 大鼠的TGF-b 和p-Smad3 水平。腎纖維化特征是ECM 成分的過(guò)度積累。膠原蛋白Ⅰ被用作ECM 沉積的常見(jiàn)標(biāo)志物，體外實(shí)驗(yàn)表明，C3a 刺激近端腎小管細(xì)胞中膠原蛋白Ⅰ和TGF-b 的產(chǎn)生[31]。TGF-b/Smad3 通路在控制ECM 產(chǎn)生和纖維化中起著關(guān)鍵作用，在TGF-b 刺激后，Smad3 在羧基末端絲氨酸殘基處被磷酸化，然后p-Smad3 與Smad4 形成復(fù)合物并易位至細(xì)胞核以誘導(dǎo)促纖維化基因表；C3aR 拮抗劑處理T2DM 大鼠TGF-b/p-Smad3 信號(hào)表達(dá)減少[32]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，C3aR 拮抗劑通過(guò)抑制 Wnt/β-catenin、IKBα 磷酸化和IL-6 釋放來(lái)減輕高脂飲食和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的DKD 大鼠腎損傷，從而減輕炎癥和內(nèi)皮細(xì)胞纖維化[33]。

2.3 C3a 促進(jìn)炎癥反應(yīng)C3a 作為少數(shù)活性較強(qiáng)的過(guò)敏毒素在炎癥反應(yīng)中具有不可忽略的作用。在C3a 刺激下，巨噬細(xì)胞中炎性細(xì)胞因子的mRNA 表達(dá)顯著增加。體外研究表明，C3a 可以增強(qiáng)巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，從而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和T 細(xì)胞譜系的分化。NLRP3 炎性體的激活產(chǎn)生IL-1b 和IL-18，兩者均與腎損傷有關(guān)，C3a 作用于C3aR 誘導(dǎo)NLRP3 炎性體激活，通過(guò)增強(qiáng)NLRP3 組裝和caspase-1 激活而增加LPS 誘導(dǎo)的單核細(xì)胞IL-1b的產(chǎn)生[34]。腸-肝-腎軸在慢性腎病中具有重要作用[35]，腸道菌群改變，促進(jìn)肝臟分泌C3，進(jìn)一步促進(jìn)補(bǔ)體激活及炎癥反應(yīng)，研究認(rèn)為DM 腎損傷機(jī)制與腸-腎軸微生物群相關(guān)。C3a 在體外通過(guò)激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）通路和產(chǎn)生IL-8 增加腸上皮細(xì)胞的單層通透性，使細(xì)菌內(nèi)毒素轉(zhuǎn)移到體循環(huán)中[36]。這種代謝性內(nèi)毒素血癥會(huì)導(dǎo)致DM 患者出現(xiàn)慢性低度炎癥。在炎癥性腸病的動(dòng)物模型中已經(jīng)很好地證明了阻斷補(bǔ)體成分C3a 會(huì)限制腸道炎癥；在胰腺炎大鼠模型中，C3aRA 可改善腸道的氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)，從而減輕腸道炎癥[37，38]。

3 總結(jié)及展望

DKD 發(fā)生機(jī)理復(fù)雜，至今仍不完全清楚。補(bǔ)體激活在DM 并發(fā)癥中的作用機(jī)制基礎(chǔ)也未能完全闡明。非特異性C3aR 拮抗劑SB290157 已被證實(shí)在多種細(xì)胞系統(tǒng)中對(duì) C3aR 具有激動(dòng)劑活性。研究發(fā)現(xiàn)，C3aR 拮抗劑SB290157 在T2DM 大鼠模型中可減輕白蛋白尿并改善腎纖維化，并抑制在高葡萄糖條件下培養(yǎng)的人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中的炎癥和纖維化標(biāo)志物[32]。用SB290157 抑制C3aR 還保留了足細(xì)胞丟失和使足細(xì)胞線粒體異常正常化[39]。C3a可能是調(diào)節(jié)腎臟中免疫代謝途徑的關(guān)鍵分子，是合適的治療靶點(diǎn)及DKD 診斷的潛在生物標(biāo)志物。DKD 的臨床療法尚無(wú)抑制補(bǔ)體，因此未來(lái)的研究可著眼于開(kāi)發(fā)靶向補(bǔ)體途徑以減輕炎癥和腎纖維化的新型拮抗劑，從而減輕DKD 患者的負(fù)擔(dān)。