IgA1分子糖基化异常在IgA肾病发病机制中的研究进展



IgA1分子糖基化异常在IgA肾病发病机制中的研究进展

孔荣珍,尹敏,王艺璇,于晶,解洪梅，姜琦，刘锋*

(吉林大学中日联谊医院 肾内科,吉林 长春130033)

原发性IgAN是世界范围内最常见的原发性肾小球疾病，是终末期肾病(ESRD)重要病因之一。Berger和Hinglais于1968年首次描述IgAN的病理特点，其肾小球系膜区沉积着含IgA1的免疫复合物[1]。目前IgAN发病机制尚未阐明，但已有诸多研究证实IgA1分子糖基化的异常及免疫复合物的形成在IgAN发病机制中起重要作用[2]。亦有研究表明Gd-IgA1免疫复合物的血清水平与IgAN病情进展和不良预后(血液透析和死亡)密切相关[3]。IgAN作为一种自身免疫性疾病，其IgA1分子主要来源于多克隆活性的B细胞，而B细胞的激活及IgA1分子的生成和分泌受T细胞调控，T细胞免疫调节紊乱(如Th1/Th2细胞比例失调等)使B细胞产生过量的IgA1[4]。异常的IgA1通过形成循环免疫复合物或原位免疫复合物沉积于肾小球系膜区，最终造成肾脏损伤。本文将对近年来IgAN中有关糖基化缺陷的IgA1(Gd-IgA1)分子的研究进展做一综述。

1IgA1分子基本结构及正常糖基化

IgA分子有IgA1和IgA2两个亚型，均可以单体(mIgA)和多聚体(pIgA)形式存在。IgA1分子重链CH1和CH2之间有一个13氨基酸组成的铰链区，每个铰链区有6个0-聚糖位点，其主要由丝氨酸和苏氨酸组成[5]。首先，在高尔基体中尿苷二磷酸-GalNAc中的GalNAc在N-乙酰半乳糖转移酶(GalNAcT)作用下转移至IgA分子铰链区丝氨酸或苏氨酸的羟基上，形成O-连接。而后半乳糖(Gal)在β1,3半乳糖转移酶(C1GalT1)及其分子伴侣Csmc作用下连接到GalNAc上。最后，唾液酸在α2,6-唾液酸转移酶(ST6GalNAcII)或α2,3-唾液酸转移酶作用下连接到Gal或GalNAc上，形成带负电荷的O-聚糖结构。IgA1铰链区O聚糖占据IgA1分子重链上的重要位点，并与Fc受体的配体邻近，此结构对于维持IgA1分子构象，保护铰链区免受蛋白酶降解有重要生理意义[5]。

2IgA1分子糖基化异常的机制

2.1遗传因素

虽然IgAN发病多呈散发性，但家族聚集现象已经被大量研究发现并证实。有研究发现IgAN患者部分亲属血Gd-IgA1水平升高，而无血缘关系的亲属,如配偶糖基化异常的IgA1未升高，证实了IgA1糖基化缺陷具有遗传性[6]。然

而，血清Gd-IgA1水平升高的亲属并不一定出现IgAN的临床症状，说明Gd-IgA1单独存在不足以致病。当然IgAN患者亲属血液中糖基化异常的IgA1合成抗体的能力发生改变、合成的免疫复合物的致病性发生改变亦不一定引起肾脏损伤。因此，遗传因素只是参与IgAN发病的一个方面，除遗传因素外，环境因素、免疫调节等因素共同参与了IgAN的发病。

2.2关键酶的异常

目前，IgA1异常糖基化的机制尚未阐明，有研究证实IgAN患者Gd-IgA1的产生机制之一是由于糖基化过程中关键酶的表达或活性发生异常，包括C1GalT1下降和(或)ST6GalNAcII升高；C1GalT1下降可直接影响0-聚糖半乳糖糖基化，唾液酸酶的升高可使GalNAc过早唾液酸化，从而影响铰链区O-聚糖的半乳糖糖基化，最终导致糖基化异常的IgA1形成。同时基因突变、多细胞因子、外源性因素等在关键酶的调节中也起到重要作用[7,8]，因而研究IgA1糖基化关键酶的调节因素对于明确IgA1糖基化异常的机制有重要意义。

2.2.1C1GalT1及其伴侣蛋白Cosmc

既往研究认为C1GalT1及其伴侣蛋白Cosmc存在编码基因突变导致出现IgA1异常糖基化，但后续研究又推翻了上述结论[9]，认为外源性途径在C1GalT1及其伴侣蛋白Cosmc的调节中可能发挥重要作用[10]。近些年许多研究证实多种外源性途径在C1GalT1及其分子伴侣Cosmc活性表达的调节中发挥的重要作用，而C1GalT1及其分子伴侣Cosmc是否存在编码基因的多态性及其作用的强弱还需进一步考证。如Grazia等[11]发现外周血中单核细胞上的微小核苷核酸(miRNA)的高表达可使C1GalT1表达降低；Suzuki等[12]发现IgAN患者血液中B细胞经EB病毒永生化后可降低Cosmc的表达，低糖聚化的PIgA1增多；Xie等[13]发现细菌脂多糖可使Cosmc甲基化水平增加，并可下调外周血中B细胞内Cosmc的表达。未来我们可通过研究IgAN患者miRNA、EB病毒、脂多糖的血清水平与C1GalT1及Cosmc的相关性，进一步探索IgAN新的无创性生物指标及IgAN的预防和治疗。

2.2.2IgA1铰链区结构的唾液酸化

为明确唾液酸化对IgA1异常糖基化的影响机制，有学者通过对健康组和IgAN患者中IgA1 0-糖基化类型的比较发现：健康组IgA1 0-聚糖2,3α-唾液酸化比2,6α-唾液酸化强度高，反之，在IgAN患者中后者强度更高。由此可推断出ST6GalNAcII可使GalNAc过早唾液酸化产生Gd-IgA1，IgA1 0-聚糖唾液酸化的重新分布可能在IgA发病机制中起到了重要作用[14]。也有研究发现唾液酸化的GalNAc可影响IgA1与某些受体的结合力，如IgA1与唾液酸糖蛋白受体的结合力会因IgA1的唾液酸化而降低[15]，从而使IgA1在肝脏内清除受阻，血液循环中的IgA1半衰期延长。因此，研究IgA1铰链区的糖链的唾液酸化对探讨IgAN发病机制及发现新的特异性生物指标有重要意义。

2.2.3细胞因子

为探索细胞因子对IgA1分子糖基化异常的影响，Suzuk等[16]通过siRNA技术发现IL-6、IL-4在IgA1分子糖基化异常过程中起到非常重要的作用。IL-6可通过提高IgA1细胞内ST6GalNAcII基因中编码GalNAc唾液酸化区域的基因位点活性而增加GalNAc的唾液酸化强度；IL-6还可通过减少C1GalT1及Cosmc的表达，使唾液酸化的Gd-IgA1和终末GalNAc增加。Yamada等发现Th2细胞分泌的IL-4可降低B细胞内C1GalT1 mRNA水平，引起C1GalT1下降，导致异常糖基化的IgA1分子增多[17]。研究IL-6、IL-4的细胞来源及对Gd-IgA1形成中关键酶的调节机制和作用位点，可能对IgAN的靶向治疗有重要意义。除IL-6、IL-4外，其它细胞因子如VEGF、IL10等在IgA1异常糖基化中的作用还有待进一步研究证实。

2.3免疫调节

有研究表明，IgAN的发病机制与黏膜免疫反应密切相关。黏膜感染可通过改变B细胞和其他免疫细胞(包括IgA1分泌细胞)内因子环境(如IgAN患者血清中TNF-α、IL-6水平的升高)使IgA1分子异常糖基化，也可使扁桃体淋巴细胞产生Gd-IgA1增多[18]。Toll样受体可识别内源性抗原，介导信号转导引起炎症反应，在IgAN患者外周血中单核细胞Toll样受体上调，故推断Toll样受体在IgA1异常糖基化及其免疫复合物形成中可能起重要作用[19]。IgAN患者外周血中Th1/Th2比值有所下降，在动物实验中已经证实该比值的下降在IgA1异常糖基化形成中有重要作用[20]。可见，免疫调节失衡是导致IgA1分子异常糖基化重要原因之一。

2.4环境因素

IgAN的起病常伴随着感染症状，且疾病的反复发作也与感染相关。大量临床观察结果显示EB病毒、链球菌、幽门螺杆菌等病原体可作为外源性抗原引发Gd-IgA1的产生。Suzuki发现，由副流感嗜血杆菌(HP)感染引起的扁桃体炎与IgAN患者发病相关[21]。他随后还发现细菌的脂多糖(LPS)可刺激IgAN患者扁桃体淋巴细胞产生Gd-IgA1[22]。因此，控制感染在一定程度上可抑制IgAN的起病和反复发作。

3免疫复合物形成

IgAN发病机制与遗传、环境等因素相关，是一种多基因病，其发病的关键在于含Gd-IgA1的免疫复合物沉积于肾小球系膜区,然而Gd-IgA1单独存在于肾小球系膜区不足以引起肾脏损伤[23]。Gd-IgA1首先在血液中形成循环免疫复合物或在系膜区形成原位免疫复合物，后者诱导系膜细胞分泌基质、细胞因子、趋化因子等，而后进一步引起肾脏损伤[24]。IgA1可通过三种方式形成循环免疫复合物(CIC)沉积于肾小球系膜区，Gd-IgA1因缺乏糖基化修饰发生构象改变，发生构象改变的Gd-IgA1易发生自我聚集；Gd-IgA1可与IgG形成免疫复合物；另外，Gd-IgA1还可直接与表达于髓性细胞表面的特异性受体FcαRI(CD89)结合形成免疫复合物[25]；上述含IgA1的CIC与系膜细胞表面受体CD71(转铁蛋白受体/TFR1)结合沉积于系膜区[26]。此外，因Gd-IgA1与系膜细胞、细胞基质(如IV型胶原蛋白、纤维结合蛋白、层黏连蛋白等)结合力明显增强，Gd-IgA1还可以非特异性抗原抗体复合物途径沉积于肾小球系膜区。对于IgA1复合物的形成和在肾小球的沉积机制尚需进一步探究，通过了解Gd-IgA1在肾小球不同的沉积方式，设定不同的免疫清除方案，在指导临床治疗IgAN中尤为重要。

4引起肾脏损伤的机制

4.1对系膜细胞的影响

由IgA1及其免疫复合物活化的系膜细胞产生多种细胞因子，后者参与系膜细胞增生和细胞外基质堆积从而造成肾脏损伤。Gd-IgA1及其复合物对肾小球系膜细胞的活化作用需要多细胞因子及补体的参与。已有研究表明含Gd-IgA1的免疫复合物可通过降低血管内皮生长因子(VEGF)、整合素的生成使细胞外基质增多刺激系膜细胞增殖和程序化死亡，引起肾脏损伤[27]。此外，IgAN中补体途径在系膜细胞损伤中起重要作用，Gd-IgA1可激活补体活化的替代途径使C3沉积，并与C5b-C9形成复合物参与系膜细胞损伤[28]；然而，骨形态发生蛋白7(BMP-7)具有抑制TNF-α促炎细胞因子形成的作用，还可通过抑制细胞中TGF-β活性起到抗纤维化的作用[29]，chan等[30]研究证实Gd-IgA1复合物可通过 BMP-7实现对系膜细胞的保护作用。可见，多种细胞因子共同参与了Gd-IgA1及其复合物对系膜细胞的活化，其中不仅有促进系膜细胞增值引起肾损伤的细胞因子，还有对系膜细胞发挥保护作用的BMP-7。除BMP-7外，是否存在其他对系膜细胞具有保护作用的细胞因子，还有待进一步探究。

4.2对足细胞的作用

足细胞，即肾小囊的脏层上皮细胞,附着于肾小球基底膜(GBM)外侧,连同GBM和毛细血管内皮一起构成了肾小球血液滤过屏障。足细胞的损伤与蛋白尿的产生及肾小球硬化密切相关，足细胞通过多种细胞因子参与的细胞-细胞间相互作用参与肾小球的损伤。Lizhu等[31]研究发现IgAN患者中Gd-IgA1复合物可刺激系膜细胞产生趋化因子CXCL1和转化生长因子-β(TGF-β)，它们能够诱导足细胞功能障碍和凋亡。体外培养的IgA1和系膜细胞的上清液可诱导足突细胞凋亡、抑制nephrin表达，进而加重足细胞的损伤[32]。王成等[33]发现IgA1和系膜细胞共同培养的上清液可通过激活肾素-血管紧张素系统降低足细胞在肾小球基底膜的粘附力，从而使肾小球滤过屏障受到影响。综上所述，多种细胞因子在足细胞损伤中发挥重要作用。目前，Gd-IgA1对足细胞的作用多局限于细胞因子的研究，其沉积于系膜细胞后引起足细胞损伤的具体机制尚需大量体外及临床研究深入探索。

4.3对肾小管的损伤

虽然肾活检病理结果提示IgA形成的免疫复合物主要沉积在肾小球，但IgAN患者多同时伴有肾小管的损伤。IgA1与系膜细胞共同培养产生的介质可使血管紧张素II增多，RAS系统激活，促使足细胞分泌TNF-a，后者进一步激活肾小管上皮细胞，引起一系列的炎症反应[34]。虽然IgA1分子不能直接作用于肾小管区，但是可通过细胞-细胞间相互作用造成肾小管损伤，INF-a在“球管交联”中发挥重要作用。

5结语

糖基化异常的IgA1分子被自身抗体识别形成免疫复合物沉积于肾小球系膜区，分泌、活化多种细胞因子，引起肾脏损伤。Gd-IgA1复合物是IgAN发病的关键环节。通过对IgA1分子的研究可为IgAN寻找新的生物指标，并将其应用于诊断疾病、评估预后、监测病情进展等方面，具有重要临床价值。通过对异常糖基化的IgA1在IgAN中作用机制的阐述，我们可以把调节糖基化过程中关键酶的活性、阻止或清除IgA1沉积于肾小球、调节Gd-IgA1引起的多种细胞因子的表达活性作为IgAN治疗的靶点。该综述通过对IgAN发病机制中关键分子IgA1的阐述，为IgAN开发新的靶向疗法提供了可能方向。因IgAN的临床表现及肾病理改变多种多样[35]，其诊断需要肾活检，导致患者对该病的知晓率低、重视程度低、依从性差，这些都会使IgAN的诊断率和有效治疗率下降。目前肾活检仍是IgAN诊断的金标准，明确IgAN患者血清Gd-IgA1和免疫复合物水平与肾活检病理分级之间的关系，可将Gd-IgA1及其免疫复合物血清水平作为IgAN疾病诊断、病情监测、预后评估无创性生物指标广泛地应用临床。

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(收稿日期：2015-11-19)

文章编号：1007-4287(2016)03-0513-04

*通讯作者