IgA腎病研究的現狀、問題與對策

李 明,司美君,蔡鳳桃,余學清

(廣東省人民醫院,廣東省醫學科學院,廣東 廣州 510080)

IgA腎病(IgA nephropathy,IgAN)是全球最常見的原發性腎小球腎炎,是終末期腎病的首要病因之一[1]。遺傳、環境、微生物等因素可影響IgAN的發生發展,但具體機制尚不明確。在IgAN的發病過程中,O糖基半乳糖修飾缺陷的IgA1蛋白扮演著至關重要的角色。IgA1蛋白的鉸鏈區由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,它會被免疫系統的特異性抗體所識別并結合,這種結合導致了Gd-IgA1免疫復合物的形成,免疫復合物在腎臟的系膜區沉積,從而引發炎癥反應,最終導致了腎小球的損傷。這一“多重打擊”理論框架目前總結了我們對IgAN發病機理的主要認識。然而,IgAN的發病機制仍然有許多未知的關鍵問題需要進一步研究和解答。其中包括Gd-IgA1是如何產生的、它怎樣引起外周血自身抗體的生成和結合、Gd-IgA在系膜區沉積的詳細機制以及沉積后在系膜區引發的生物學事件是什么。這些問題的進一步探索將有助于更深入地理解IgAN的發生和進展過程。

1 遺傳學研究

遺傳因素在IgAN的發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,發現了 IgAN的易 感 區 間 包 括6q22-23、4q26-31、17q12-22和2q36等,但目前為止未在這些區域中尋找到致病基因[4]。而對散發性IgAN患者,主要是開展病例對照的關聯分析研究。最初開展的候選基因關聯分析,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,未發現明確的易感基因。近年來,隨著全基因組關聯分析研究(GWAS)在多基因復雜疾病中的應用,目前已有5個大型的IgAN的GWAS研究,發現了多個IgAN相關的易感基因,分別與IgAN發病的四個環節均密切相關,包括機體免疫應答、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數據開展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,新發現了30個顯著差異的易感位點,其中16個為新發現的位點,共可解釋IgAN約11%的遺傳度[10,11]。GWAS研究極大推進了遺傳學研究的進展,然而GWAS研究通常發現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構變異,則很難檢測出來[12,13]。而外顯子芯片則可以發現編碼區的罕見和低頻變異,近期的2個IgAN的外顯子芯片研究,發現了3個與IgAN相關的編碼區的變異位點,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研究發現的中國漢族人群的特異位點DEFA,我們開展了DEFA的拷貝數變異研究,發現了3個獨立相關的拷貝數變異:DEFA1A3、DEFA3和一個非編碼區的缺失變異 211bp,DEFA低拷貝數與IgAN易感性及腎功能損害密切相關,可解釋約4.96%的疾病風險,并與IgAN關鍵致病因子Gd-IgA1呈負相關[16];進一步研究發現重組DEFA蛋白可顯著抑制IL-6的表達及免疫炎癥損傷,提示DEFA可望成為IgAN潛在的治療靶點。表觀基因組關聯分析(EWAS)發現與IgAN相關的多個CpG位點,對應的基因與腎小管萎縮和腎間質纖維化密切相關[17]。

遺傳學研究發現了多個IgAN的易感基因,然而目前僅可解釋約11%的遺傳度[11],為進一步發現更多的易感基因,通過新一代高通量測序開展全基因組測序研究,將可以發現全基因組范圍內的常見變異、罕見變異和結構變異,是未來研究的方向。同時目前已開展了易感基因的臨床關聯研究,揭示了易感基因與臨床表型的關聯性。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功能學研究,以明確IgAN相關的致病基因,為IgAN的臨床診斷及治療預后提供夯實的理論基礎。

2 Gd-IgA1異常在IgAN發病機制中的作用

Gd-IgA1以及免疫復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IgAN發生和進展此前尚不明確。我們建立了多模態跨尺度成像平臺,將活體熒光、光聲計算機斷層掃描和光聲顯微鏡成像結合,在活體水平上從全身到腎臟皮質、腎小球動態追蹤Gd-IgA1在小鼠體內代謝過程,發現Gd-IgA1具有更強的腎臟沉積特異性,該沉積效應較來自健康人的IgA1蛋白顯著增強[18]。穩定的Gd-IgA1沉積可引起系膜增生、系膜區電子致密物沉積及蛋白尿等腎小球損傷。這些結果提示半乳糖缺陷很可能增強IgA1在腎臟的沉積,并且為后續腎臟免疫復合物的形成提供基礎。跨尺度光學成像能夠在活體水平上準確地跟蹤免疫蛋白沉積的具體臟器部位,未來可以應用這項技術評估免疫介導的腎臟疾病或其他相關的疾病,為揭示疾病的潛在機制提供寶貴的應用價值。

3 微生物及代謝物在IgAN發生發展中的作用

IgAN的發生與特定病原體刺激、反復黏膜感染以及腸道微生物失調密切相關。腸道免疫系統被認為是抗原識別和免疫細胞激活的重要部位,也有研究認為腸道黏膜是產生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發生發展。證據表明,腸道中的微生物感染通過T細胞非依賴性(TLR 連接)和T細胞依賴性(細胞因子介導)途徑促進初始 B 細胞向IgA抗體分泌細胞的類別轉換[20]。腸道微生物群在增強 IgA 的產生方面也發揮著作用,同時產生的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致腸道菌群失調和炎癥[21]。即使沒有外源入侵,共生細菌生態失調和有害細菌的過度生長也會激活T細胞依賴性IgA的產生,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,我們進行了相關的研究,發現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。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,并且發現氨基酸代謝通路可能是微生物參與IgAN發生發展的機制之一。

4 IgAN的靶向藥物

隨著IgAN的易感基因和發病機制的研究不斷深入,目前出現了多個治療IgAN的靶向藥物,包括針對黏膜免疫、補體活化、T細胞依賴或非T細胞依賴B細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,腸道黏膜免疫失調參與介導IgAN的產生。TRF-布地奈德作為一種糖皮質激素制劑可將藥物輸送到Peyer斑塊高度密集的回腸遠端,通過局部給藥顯著減少口服皮質類固醇激素的全身不良反應。TRF-布地奈德的Ⅱ期和Ⅲ期臨床試驗發現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險[25,26]。

4.2 針對B/T細胞的靶向藥物在IgAN的發病機制的“四重打擊學說”中認為Gd-IgA1的合成是IgAN發生的關鍵因素,目前已證實BAFF和APRIL參與IgAN的發生,其血清水平與IgAN的疾病活動程度呈正相關。一項Ⅱ期臨床試驗發現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)也呈現出一致的變化趨勢,且未發生嚴重不良事件[26]。另外的研究發現TLR拮抗劑羥氯喹在優化的RAAS阻斷治療基礎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相關,這表明補體過度活化在IgAN進展中發揮重要作用。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,進而激活補體級聯酶促反應的活化途徑。目前針對于補體系統開發了一定的靶向藥物,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期臨床試驗發現其均能一定程度的降低IgAN患者的尿蛋白水平,并且未表現出明顯的不良反應。

隨著IgAN的發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應用。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治療。

5 其他

環境污染如PM2.5、重金屬、化學品等可引起腎臟炎癥和氧化應激,瑞金醫院的一項研究顯示[32],腎穿刺前后的PM2.5暴露與IgAN患者腎病進展獨立相關,提示環境污染對IgAN預后有不良影響,該發現對于我國慢性腎臟病的防治具有重要意義。

補體活化是IgAN發病的重要環節,研究發現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,或者疾病進展風險相關。在遺傳研究中發現與IgAN相關的補體活化基因補體H因子相關蛋白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 總結與展望

目前對IgAN的遺傳學研究取得了顯著進展,發現了多個新的易感基因,未來可采用多種遺傳學方法和策略以全面了解疾病相關的遺傳變異。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。在發病機制方面,研究證實調控“腸-腎軸”可有助于防治IgAN的發病和疾病進展。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的發病機制提供堅實的理論基礎。基于遺傳學研究和發病機制研究,目前已經研發出了針對不同靶點的新型藥物,已有的臨床試驗證據支持我們積極進一步研究,以改善患者預后。相信隨著未來對IgAN發病機制的進一步深入認識,有望對IgAN患者的個體化精準治療提供有力證據和支持。