半乳糖缺陷IgA1及其在紫癜性肾炎和IgA肾病中的作用

尹晶，胡坚

(天津市儿童医院风湿免疫科，天津 300074)

半乳糖缺陷IgA1及其在紫癜性肾炎和IgA肾病中的作用

尹晶，胡坚

(天津市儿童医院风湿免疫科，天津 300074)

过敏性紫癜(Henoch-Schönlein purpura，HSP)是儿童最常见的系统性血管炎，肾脏受累使其病程慢性化。紫癜性肾炎(HSPN)的发病机制尚不明确，但肾活检显示IgA肾病(IgAN)与HSPN具有相同的病理表现，因此我们可以通过对IgAN的研究来推测HSPN发病机制。越来越多的研究证实半乳糖缺陷IgA1(Galactose-deficient IgA1，Gd-IgA1)循环免疫复合物在IgAN和HSPN的发病中起重要作用。现将Gd-IgA1的分子结构、合成代谢、在肾病中的作用以及遗传特性等进行综述。

半乳糖缺陷IgA1；异常糖基化；过敏性紫癜；IgA肾病

过敏性紫癜(Henoch-Schönlein purpura，HSP)又称IgA血管炎，是儿童最常见的系统性血管炎。HSP通常急性起病，临床表现为良性、自限性的疾病过程，平均病程4周左右，但肾脏受累可以使其慢性化，并且是导致其预后不良的一个主要因素。紫癜性肾炎(HSPN)通常表现为镜下血尿伴或不伴有轻度蛋白尿，多数在HSP发病后6周内出现。在儿童中，大约20%的HSPN(6%～ 7%HSP)患儿表现为肾炎或肾病综合征[1]，其中1%～3%的HSPN患者最终可能进展为慢性肾病或终末肾[2]。

关于HSP以及HSPN的发病机制尚不明确，由于缺少HSP的实验动物模型，使其发病机制的研究受到限制。而肾活检结果显示HSPN和IgA肾病(IgAN)在病理上难以区分，两者系膜区都有多聚IgA1的免疫复合物沉积[3]，目前观点一致认为HSP是IgAN的系统表现形式，它们可能是同一疾病的不同结局。因此，我们可以通过研究IgAN来推测HSPN的发病机制。

越来越多的研究证明含有半乳糖缺陷IgA1 (Galactose-deficient IgA1，Gd-IgA1)的循环免疫复合物在IgAN的发病机制中起重要作用，IgAN本质是一种糖基化异常的疾病。研究同时还发现在HSP合并肾炎的患者中Gd-IgA1的循环免疫复合物明显高于非肾损害HSP患者[3]；此外，虽然IgA1骨髓瘤患者循环中IgA1含量明显升高，但仅仅含有Gd-IgA1的患者才出现免疫复合物性肾小球肾炎[4-5]，这些说明Gd-IgA1在肾脏病变中的重要作用。

1 IgA1的糖基化结构

在健康个体中IgA主要分布在黏膜部位，血清中的IgA浓度相对较低。IgA含有两个亚类：IgA1和IgA2。与IgA2不同，IgA1重链CH1和CH2之间的铰链区有一个独特的片段，富含脯氨酸、苏氨酸和丝氨酸，它们是与含有N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)的O链聚糖相连接的部位[6-7]。GalNAc与半乳糖相连，可直接唾液酸化或通过半乳糖被唾液酸化，可为单唾液酸或双唾液酸形式。正常循环中IgA1铰链区的O链聚糖以GalNAc和半乳糖双糖形式存在。而IgAN和HSPN患者血清中Gd-IgA1明显升高，这些在IgA1铰链区糖基化缺陷的O链聚糖是IgAN和HSPN的重要致病因子[8]。

2 O链聚糖的合成过程

IgA1的O链聚糖的合成过程：首先GalNAc在UDP-GalNAc转移酶2(GalNAcT2)的催化作用下与IgA1铰链区的苏氨酸和丝氨酸连接，随后半乳糖和/或唾液酸残基与GalNAc相连。半乳糖与GalNAc的连接是通过核心1β1，3-半乳糖基转移酶(Core1β1， 3-galactosyltransferase，C1GalT1)来完成的，此酶将半乳糖从UDP-半乳糖转移到GalNAc。C1GalT1特异的分子伴侣Cosmc通过蛋白折叠使酶结构稳定，如果缺乏Cosmc，C1GalT1将被快速降解，铰链区不能与足够的半乳糖连接。最后在唾液酸转移酶的作用下将带负电荷的唾液酸连接到半乳糖或GalNAc上，组成O链聚糖的完整结构。但如果GalNAc先于半乳糖被唾液酸化，那么这种不成熟的唾液酸形式将妨碍后来的半乳糖残基与GalNAc的连接，因此，GalNAc特异的α 2,6唾液酸转移酶(ST6GalNAcⅡ)和C1GalT1/Cosmc的相对活性都能够影响IgA1的糖基化。

3 细胞因子对IgA1糖基化的影响

有研究发现细胞因子可以通过调节相关的酶活性而改变IgA1的糖基化。Suzuki等[9]通过体外实验比较来源于IgAN患者和健康对照者循环中分泌IgA1的细胞在不同细胞因子刺激下的反应，结果显示IL-6和IL-4能够明显提高Gd-IgA1含量，它们直接下调C1GalT1和Cosmc的表达而影响半乳糖的连接，而且IL-6还可以通过促进ST6GalNAcⅡ的表达间接影响IgA1糖基化，这一结果通过siRNA干扰技术将相应基因敲除和体外酶反应实验得到验证。Yamada等[10]的研究也得到相似的结果，他们分别用IFN-γ、IL-2、IL-5和IL-4在体外刺激分泌IgA1的B细胞，结果显示只有Th2细胞因子IL-4能够明显促进IgA1的合成，并且通过下调C1GalT1和Cosmc的mRNA表达，抑制C1GalT1酶活性，从而改变IgA1的糖基化，这一过程可以被人重组IL-4可溶性受体阻断。

4 黏膜免疫参与了Gd-IgA1的产生

IgAN显微镜下血尿的出现常与呼吸道、消化道等黏膜感染的发生密切相关，而HSP也与呼吸道感染有关，具有明显的流行病学特点，这两种疾病可由共同的细菌或病毒感染触发，提示异常黏膜免疫反应可能参与了Gd-IgA1的产生。支持这一观点的依据有[11]：Gd-IgA1主要为IgA1多聚体(pIgA1)，而血清中IgA1约90%为单体，这种pIgA1主要来源于黏膜中分泌IgA1的细胞；IgAN显微镜下血尿与咽喉炎的发生具有一致性，称为咽喉炎性血尿；疾病的严重程度与模式识别受体-TLR9的多态性相关。

然而，单纯Gd-IgA1并不足以致病，需经过“二次打击”才最终使疾病得以形成，即半乳糖缺陷使O链聚糖的GalNAc或唾液酸化的GalNAc作为抗原表位暴露，与多糖特异的IgG(少数为IgA或IgM)抗体相结合[12]，形成免疫复合物。导致GalNAc特异抗体出现的刺激因素目前尚不明确，但研究发现一些病毒(呼吸道合胞病毒、EB病毒)和革兰氏阳性菌(如链球菌)表面含有GalNAc结构，推测这些病原体上的GalNAc结构可能模拟了Gd-IgA1的多糖表位，刺激产生相应的抗体，与Gd-IgA1交叉反应形成循环免疫复合物。这也可以部分解释为什么IgAN和HSP与感染密切相关[5]。

5 IgA1循环免疫复合物导致肾脏损伤

IgA在肝细胞分解代谢，但这些循环免疫复合物由于分子量较大，不能进入孔径较小的窦周间隙，从而不能有效地被肝脏清除，由于肾小球毛细血管内皮细胞间隙较大，使其最终进入肾小球系膜区[13]，通过转铁蛋白受体(CD71)和Fcα/μ受体与肾小球系膜细胞结合，使其增殖，细胞外基质扩增，产生大量的细胞因子和生长因子促进肾小球硬化[14-15]，抗CD71抗体可以抑制上述反应，说明CD71在IgA1与系膜细胞的结合中起主要作用。此免疫复合物在足突细胞与小管上皮细胞沉积有限，但可以通过Mesangio-podocytic-tubular crosstalk机制使足突细胞功能失调和小管间质损伤[16]：IgA1免疫复合物沉积在肾小球系膜区后导致系膜细胞活化，释放促炎症因子与促纤维化介质，包括TNF、TGF-β、IL-6和血管紧张素Ⅱ等，系膜细胞释放的TNF诱导足突细胞的TNF合成，而后者通过自分泌方式进一步促进足突细胞TNF的产生并上调TNF受体表达，当TNF与TNFR1结合时导致IL-6合成和足突细胞凋亡，与TNFR2结合则继续维持促炎症细胞反应[17]；足突细胞还可以通过促进小管上皮细胞的活化而导致小管间质损伤；系膜细胞释放的醛固酮和血管紧张素Ⅱ协同诱导肾小管上皮细胞凋亡[18]。

6 Gd-IgA1的遗传特性

IgAN和HSPN患者血清中Gd-IgA1水平具有高度遗传性。Krzysztof等[19]将儿童HSPN、IgAN患者、他们的一级亲属与年龄种族相匹配的儿童对照以及健康成人对照的血清Gd-IgA1水平进行比较，结果显示IgAN和HSPN儿童血清中的Gd-IgA1水平明显高于儿童对照(P值分别为1.7×10-7和6.5×10-9)，这两种患者一级亲属的血清Gd-IgA1也高于相应健康成人对照(P值分别为3.2×10-6和5.1×10-4)。在入组患者中，75%的家庭为单系遗传，5%家庭为双系遗传，剩下20%为散发[19]。血清Gd-IgA1的遗传特性已经在高加索人、亚洲人和非裔美国人中得到证实[20-21]。IgAN和HSPN患者具有相似的遗传特性，为它们享有共同的发病机制提供了进一步的证明。值得注意的是在上述研究中IgAN和HSPN患者一级亲属的血清Gd-IgA1虽然高于正常对照，但并没有出现相应临床表现，说明单独Gd-IgA1升高尚不能致病，印证了前面所提到的“二次打击”学说。在所有受累患儿中，还有一小部分血清Gd-IgA1并不升高，提示除Gd-IgA1外，可能还存在其他致病机制，这将需要大量研究来证实。

7 总 结

HSPN的发病机制尚未完全明确，但HSPN和IgAN有相同的病理表现，而Gd-IgA1在IgAN的发病机制中起重要作用。目前研究一致认为Gd-IgA1在HSPN中起重要作用，是遗传与环境的共同作用结果。对于HSPN发病机制的研究具有临床实用性。我们可以将血清Gd-IgA1作为HSP进展成肾病的遗传风险因子，判断疾病活动度的指标。我们还可以进一步研究高水平Gd-IgA1是否与某一特定的临床病例特征相关，通过长期随访观察血清Gd-IgA1是否持续升高或随临床症状的缓解而降低，从而可以判断对治疗的反应。HSP的严重肾损害是其预后不良的主要因素，由于Gd-IgA1在肾损害中的重要作用，我们是否可以通过清除循环中Gd-IgA1免疫复合物来达到治疗目的。研究表明细胞因子也参与了Gd-IgA1的生成，这将为HSPN的治疗提供新的靶点。

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2015-04-28)

胡坚。E-mail：h1957_7591@126.com