补体活化异常与IgA肾病

杨 柳 综述 王金泉 审校



·肾脏病临床·

补体活化异常与IgA肾病

杨 柳 综述 王金泉 审校

IgA肾病(IgAN)是由半乳糖缺陷的IgA1结合抗体后形成病原免疫复合物所介导的自身免疫性疾病，以IgA在肾小球系膜区沉积为特点。系膜区沉积的IgA主要为多聚体IgA1，通过活化系膜细胞产生大量炎症因子，进一步激活补体系统。补体通过替代途径和凝集素途径活化，在IgAN发病机制中发挥重要作用。替代途径产物备解素、H因子(FH)及凝集素途径产物甘露糖结合凝集素(MBL)、MBL相关丝氨酸蛋白酶(MASP)1和2及C4d等参与形成系膜区免疫沉积物。补体H因子相关基因(CFHR)蛋白产物通过与FH竞争性调节替代途径，减弱FH对补体活化的抑制作用。全基因组关联分析显示CFHR 1和CFHR 3缺失对IgAN有保护作用。IgA参与形成的免疫复合物导致补体活化后补体因子及其片段可作为IgAN的血清、尿液及肾组织生物标志物。新近文献报道进展型IgAN患者受益于抗补体治疗，但其长期疗效有待于临床研究进一步验证。本文将补体活化异常对IgAN产生的影响加以综述。

IgA肾病 补体 发病机制 生物标志物

1968年，Berger和Hinglais[1]首次报道了IgA肾病(IgAN)， 其诊断依赖于以IgA为主的免疫球蛋白沉积于肾小球系膜区。IgAN患者系膜区沉积的IgA主要为多聚体形式(pIgA1)。Suzuki等[2]研究表明，IgA1聚糖链区半乳糖化障碍导致O-聚糖链缩短频率增加、IgA1糖基化异常，有助于pIgA1聚集及IgA免疫复合物(IgA-IC)形成，促进IgA在系膜区沉积，IgA-IC活化系膜细胞，诱导细胞外基质增生、细胞因子分泌，导致肾脏损伤。由于补体C3、C4、C4d、甘露糖结合凝集素(MBL)、备解素、终末产物膜攻击复合物(MAC)C5b-9等成分常伴随IgA沉积于肾组织，补体活化在IgAN中发挥的作用成为研究热点[3]。

补体在IgAN致病机制中的作用

补体系统经三条途径被激活：抗原抗体复合物结合C1q启动激活经典途径； MBL直接结合细菌启动激活凝集素途径；由病原微生物等提供接触表面、从C3开始激活替代途径。固有成分中参与经典途径的有C1、C4、C2；参与凝集素途径的有MBL、丝氨酸蛋白酶；参与替代途经的有备解素、D因子、B因子等；三条途径均在裂解C3后形成共同终末产物——MAC[4]。调节成分包括C1抑制物、I因子(FI)、H因子(FH)、C4结合蛋白等。补体受体主要有CR1～5、C2aR、C3aR和C4aR。补体C3被激活后其片段C3b与细胞受体相结合，通过信号传导激活细胞，过程中产生的大量炎症介质加重细胞与组织损伤[5]。

IgAN以大分子IgA1在肾小球系膜区沉积为病理特点，C3的伴随性沉积是其肾组织免疫荧光染色的常见表现。大多数IgAN肾组织中均可检出备解素，提示替代途径活化，肾组织沉积物内存在C5、C6、C9及MAC则表明补体活化途径的终末阶段在肾内进行。体内及体外实验均证实IgA能够活化补体替代途径[6]。Roos等[7]最先证明IgA能够结合MBL活化凝集素途径。病理性IgA1结合于MBL碳氢结合区，激活凝集素途径，MBL亦可识别受损肾小球固有细胞及凋亡细胞暴露的内源性寡糖结构域，继而启动凝集素途径[8]。可见IgAN中补体活化以替代途径和凝集素途径为主[9]。一项随访20年的队列研究表明确诊时肾组织内C4d染色阳性的IgAN患者20年肾存活率明显低于C4d阴性者，C4d阳性IgAN患者进入终末期肾病(ESRD)的危险因素包括尿蛋白定量、肾小球滤过率(GFR)及肾小管萎缩或间质纤维化,C4d染色阳性是IgAN进入ESRD的独立危险因素[10]。Oortwijn等[11-12]进一步证实15%IgAN患者系膜区存在分泌型IgA(sIgA)沉积，且sIgA沉积与MBL和C4d沉积明显相关，提示补体凝集素途径活化与sIgA有关，局部补体活化导致肾脏病变加重。由此可见，补体凝集素途径在IgA介导IgAN损伤的过程中发挥重要作用。

随着全基因组关联分析的进展，研究焦点逐渐从补体成分转移到补体调节因子，尤其影响 C3转化酶的多种膜性或可溶性补体调节蛋白，如FH和H因子相关蛋白(CFHR)。FH由CFH基因编码，以20个高频短义重复序列(SCRs)编码的区域组成，C端结合细胞表面，N端结合C3b加快C3转化酶裂解，是补体替代途径的重要抑制性因子。与CFH基因相似，CFHR基因亦由SCR组成，并存在多种结合性能[13]。

研究表明CFHR蛋白通过与FH竞争结合细胞表面C3b，直接影响FH对补体替代途径的抑制功能，CFHR1-CFHR3蛋白缺失导致FH水平升高、补体调节能力增强，对IgAN起保护性作用(图1)[14-15]。此外，CFHR1蛋白亦可抑制C5转化酶活性，CHFR3蛋白对补体活化的调节功能与FI类似[16]，与CFHR1蛋白共同下调C5a、最终阻断补体介导的中性粒细胞趋化。CFHR1或CFHR3单独缺失，IgAN发病风险降低30%，CFHR1-CFHR3联合缺失，IgAN发病风险进一步下降[3]。Zhu等[17]针对CFH、CFHR3、CFHR1对IgAN易感性和病情进展的影响进行研究，结果表明CFH突变位点rs6677604与系膜区C3沉积有关，该位点上A等位基因与血清CFH蛋白水平高、补体活化裂解产物C3a降低有关，且血清CFH蛋白与循环C3水平呈正相关、与系膜区C3沉积呈负相关，而血清致病性半乳糖缺陷的IgA1与系膜区C3沉积正相关，表明CFH、CFHR3和CFHR1基因突变影响补体活化，能够预示IgAN的发生。CFHR5基因突变导致补体活化异常所引发的CFHR5肾病与IgAN有许多共同点，最新研究通过筛查所有CFHR5外显子及非编码区并对异常位点进行比较，发现IgAN患者CFHR5稀有突变的分布与健康对照组存在明显差异，其中CFHR5-M、CFHR5-S、CFHR5-D三种重组CFHR5蛋白与C3b结合功能显著增强，提示CFHR5是IgAN的易感基因，其稀有突变增加IgAN的遗传易感性[19]。

图1 CFHR1、3基因缺失对IgA肾病进展产生保护性作用的机制[14-15]CFHR1和CFHR3蛋白与H因子竞争性结合C3b，但前者补体调节能力较弱；当CFHR1、3基因缺失，H因子能有效结合C3b并强烈抑制补体替代途径活化及放大

补体作为IgAN的生物标志物

由于存在于循环中或沉积在组织内的IgA-IC均可直接导致补体活化，能否将血清、尿液及组织中各种补体成分作为IgAN的生物标志物，以判断IgAN的活动性及预后，引发了学界的关注。

尽管补体C3沉积于系膜区是IgAN常见免疫病理改变，血C3水平通常正常，仅部分患者血C3下降，但iC3b、C3d等C3降解产物水平升高，表明体内存在替代途径活化。研究表明近20%IgAN患者存在低C3血症，其ESRD或肌酐倍增发生率明显高于C3正常者，而肾小球系膜区C3沉积者发生肾脏终点事件几率明显高于无C3沉积者，提示补体活化对IgAN病理改变及肾脏结局产生影响[19]。Komatsu等[20]发现IgAN患者循环中补体C3水平明显低于正常对照，尽管未能发现C3水平与病情严重程度有关，但病情较重者血清IgA/C3比值显著升高，进一步研究结果显示平均IgA/C3比值高于4.5者5年肾存活率明显下降。在中国人群中，除尿蛋白定量>1 g/24h、高血压、病理损伤严重等因素外，血清IgA/C3≥3.2是IgAN患者进入ESRD的有效预测因子[21]。血清C3活化裂解产物形成新抗原——活化C3，其水平在30%IgAN患者较健康对照组升高，且活化C3水平升高者蛋白尿、血尿较活化C3正常者明显增多，血浆活化C3浓度与随访期间肾功能恶化程度相关，表明IgAN患者补体活化与肾脏病进展有关，活化C3可作为预测IgAN结局的生物标志物[22]。

尿液中补体成分亦可作为IgAN活化的生物标志物。IgAN患者尿液中MAC、FH及备解素水平明显升高，而补体受体1则明显减少，且尿MAC和FH水平与血清肌酐、尿N-乙酰-β-葡萄糖苷(NAG)酶、尿β2微球蛋白、尿蛋白、肾间质纤维化及肾小球硬化比例均呈正相关，尿备解素与尿NAG酶、尿β2微球蛋白及尿蛋白呈正相关[23]。Zhang等[24]以共聚焦显微镜观察到IgAN患者肾组织内有FH和C3b共沉积，而尿FH/尿肌酐比值随IgAN Hass分级升高而升高，且与肾组织内FH沉积正相关。IgAN患者尿液中MBL水平较正常人群明显升高，与肾功能、蛋白尿、高血压、系膜细胞增生、节段肾小球硬化、内皮细胞增殖等指标相关，且随访终点病情无缓解的患者尿MBL水平明显高于病情缓解者，提示尿MBL是可靠地评价IgAN严重程度及预后的无创性生物标志物[25]。

肾组织补体成分免疫染色也可预测IgAN预后。Nasri等[26]研究表明，系膜区C3沉积与血清肌酐水平高、新月体比例高、毛细血管袢内皮细胞增生、系膜细胞增殖以及节段硬化有关。Nakagawa等[27]对IgAN肾组织进行C3c和C3d免疫荧光染色，结果显示以C3c沉积为主者严重血尿发生率更高、肾小球毛细血管袢内增生更明显，且GFR进一步下降，提示C3c与IgAN肾小球内炎症反应有关，该作者推测C3c沉积表明肾脏局部处于补体活化急性期，而C3d沉积可在补体活化后持续存在，与IgAN活动性无关。Roos等[8]研究显示肾小球系膜区MBL染色阳性的IgAN均伴有MBL相关丝氨酸蛋白酶和C4d共沉积，且肾小球MBL沉积与系膜增生、肾小球硬化及间质纤维化有关。系膜区C4d染色阳性的IgAN患者20年肾存活率明显低于系膜区C4d阴性者(28%vs85%)，C4d在系膜区沉积是独立于基线GFR和蛋白尿外，影响肾功能下降和远期预后的风险因素[28]。

IgAN的补体靶向性治疗

尽管补体活化并非IgAN患者肾功能恶化的始动因素，肾小球补体成分沉积仍可加重肾脏炎症及细胞损伤。由于补体活化在IgAN发病机制中起到重要作用，Kiryluk等[13]提出IgAN患者可能受益于重组FH或抗C5单克隆抗体治疗，目前以抗C5单克隆抗体——依库珠单抗进行补体靶向治疗已开始用于治疗IgAN。Rosenblad等[29]报道1例接受吗替麦考酚酯联合激素治疗的白人男性IgAN患者，因肾功能恶化采用单剂量依库珠单抗治疗后血清肌酐和蛋白尿均明显下降，补体功能检测提示补体活化被完全阻断，但由于肾组织慢性化病变严重而停依库珠单抗。Ring等[30]报道1例大剂量激素联合环磷酰胺、血浆置换治疗均无效的血管炎型IgAN患者，接受依库珠单抗治疗后肾功能迅速改善。由此可见，肾功能恶化的IgAN患者可能受益于补体靶向性治疗，但血清MAC水平能否有助于监测疾病活动性、依库珠单抗对进展型IgAN是否具有长期疗效仍需临床研究进一步验证。

小结：补体通过替代途径和凝集素途径活化在IgAN的发病机制和临床进展中发挥关键作用。补体替代途径调节基因CFHR对IgAN疾病表型的影响提示替代途径在IgAN的发展过程中起作用。血清C3水平下降及其裂解产物增多并沉积于肾小球可作为IgAN活动的生物标志物。针对补体活化的靶向药物有可能成为进展型IgAN患者的可行治疗方案。

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(本文编辑 律 舟)

Abnormal complement activation and IgA nephropathy

YANGLiu,WANGJinquan

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDiseases,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing210016,China

Immunoglobulin A nephropathy (IgAN), an autoimmune disease mediated by pathogenic immune complexes consisting of galactose-deficient IgA1 bound by antibodies, is characterized by the deposition of IgA in the mesangium of glomeruli. The mesangial IgA has been found to consist mainly of polymeric IgA1 which drives the activation of the mesangial cells and results in excessive production of several inflammatory mediators. The activation of mesangial cells is amplified by the ability of IgA to activate the complement system, mainly via the alternative pathway and lectin pathway. Properdin and factor H (FH) in the alternative pathway and mannan-binding lectin, mannan-binding lectin-associated serine proteases 1 and 2, and C4d in the lectin pathway are present in the mesangial immunodeposition. Protein products of complement factor H-related genes (CFHR) 1 and 3 impact inhibition of complement by FH, in the way of competing with FH in the regulation of the alternative pathway. Genome-wide association studies identified deletion of CFHR1 and CFHR3 play a protective role in IgAN. Complement factors and fragments could serve as biomarkers of IgAN in serum, urine, and renal tissue, for IgA-immune complexes contribute to active complement system. Recently, several literatures reported patients with IgAN benefited from anti-complement therapy. However, the long-time effect still needs to be confirmed by clinical studies. In this review, we summarize the contribution of abnormal complement activation to IgAN.

IgA nephropathy complement pathogenesis biomarker

10.3969/cndt.j.issn.1006-298X.2017.03.016

南京军区南京总医院肾脏科 国家肾脏疾病临床医学研究中心 全军肾脏病研究所(南京，210016)

2016-06-20