肾小球滤过屏障及相关疾病的再认识

刘志红

肾单位是肾脏行使其功能的基本单元,肾小球滤过屏障又是它发挥正常生理作用的重要防线。肾小球内皮细胞、肾小球基膜(GBM)和肾小球足细胞构成了滤过屏障这个有机整体,它们之间相互依从,协同完成肾小球滤过屏障的功能。有鉴于此,对其构成成分损伤导致的疾病成为肾脏疾病研究的重要领域之一,也相继提出了足细胞病、GBM相关疾病、Ⅳ型胶原相关疾病等概念。随着基因检测技术的快速发展和越来越多导致肾小球滤过屏障功能异常基因的发现,在提升我们对疾病本质认识的同时,也在重塑着对肾小球滤过屏障及相关疾病的认识。

肾小球滤过屏障中细胞与细胞外基质的相互作用,可以用相关基因变异对其功能影响来进一步说明。Ⅳ型胶原蛋白及层黏连蛋白(laminin)是GBM的重要组分,在肾小球发育过程中由内皮细胞和足细胞分泌,其基因突变将导致蛋白产物无法形成正常三聚体,GBM网状结构疏松,且易于被蛋白水解酶水解,致使其通透性增加,结构分层变形,不仅失去原有的屏障支撑作用,还将直接对其毗邻的足细胞、内皮细胞造成影响,表现为足细胞足突融合等病变。而足细胞作为Ⅳ型胶原及层黏连蛋白的主要分泌细胞,其功能缺陷将影响GBM正常结构的形成和功能行使,如足细胞WT1基因突变在导致足细胞病变的同时,常伴随GBM弥漫性变薄、分层撕裂。足细胞INF2基因突变同样可以导致上述类似的病变。Alport综合征是上述异常导致的代表性疾病之一,对其的深度解析有助于我们从肾小球滤过屏障层面来重新认识这类疾病。

认识肾小球滤过屏障相关疾病基因变异的复杂性

我们对Alport综合征的认识最早可追溯至1875年,从1927年Alport医生首次对该综合征进行系统描述,至观察到肾组织GBM特征性改变,再到明确Ⅳ型胶原缺失是其致病原因,直至Ⅳ型胶原基因突变是本病根本病因的阐明,经历了近百年不断深化的历程。Ⅳ型胶原由6条α链组成(α1～α6),相关基因分别位于第13号染色体、2号染色体和X染色体。6种α链分别构成3种不同的异源三聚体原体,分别是α1α1α2、α3α4α5和α5α5α6,其中α1α1α2分布于机体所有基膜中;α3α4α5分布于GBM、肾小球包囊、眼睛、耳蜗及远端小管基膜;α5α5α6分布于皮肤表皮基膜、肾小球包囊壁、远端小管及集合管基膜。上述特性构成了不同Ⅳ型胶原基因突变所致临床表型的多样性。Alport综合征遗传模式直接影响到患者的临床表型特征和预后,COL4A5突变引起X连锁Alport综合征(XLAS),男性患者病情较重,在30岁前进展为终末期肾病(ESKD)的概率为70%,女性患者病情相对较轻, 40岁前进展为ESKD的概率为12%。COL4A3-COL4A4突变分别引起常染色体隐性Alport综合征(ARAS)和常染色体显性Alport综合征(ADAS),ARAS患者预后较差,ADAS患者预后相对较好。Alport综合征基因变异类型同样对患者临床表型和预后产生影响,XLAS男性患者,表现为无义突变者,30岁前发生ESKD的概率为90%,剪接突变者其概率为70%,而错义突变者则为50%。如患者表现为截断突变,发生ESKD的年龄为 22岁,非截断突变者则为39岁。

国家肾脏疾病临床医学研究中心对570例肾活检确诊Alport综合征患者进行了全外显子基因测序,结果显示58%为XLAS,18%为ARAS,19%为ADAS,以及5%的COL4A双基因突变(COL4A3/COL4A4/COL4A5)。此外,在这组Alport综合征患者中还检出存在嵌合突变,合并laminin(LAMA5)基因突变,以及足细胞相关基因突变(包括ACTN4、INF2、TRPC6、MYO1E和NPHS1等)。上述发现提示,我们在Alport综合征观察到的这类GBM变薄分层,结构变异及伴随的足细胞病变,可以是Ⅳ型胶原基因(包括laminin基因)突变所致,也可以是足细胞相关基因突变的结果。

认识肾小球滤过屏障相关疾病的多样性

Pierson综合征由层黏连蛋白β2(LAMB2)基因突变所致,是一种常染色体隐性遗传疾病。LAMB2突变将导致GBM发育成熟障碍,伴足细胞损伤和大量蛋白尿。临床表现多为肾病综合征,伴神经系统发育异常(如肌张力低下、肌无力)和眼部异常。肾活检病理光镜下见系膜基质增加,可伴局灶节段性肾小球硬化(FSGS)样病变,肾小管间质萎缩和纤维化;典型病例荧光检测可见LAMB2缺失;电镜下系膜基质增加,足细胞弥漫性足突融合,GBM不规则性增厚和变薄,伴GBM致密层分层。这类疾病如仅对Ⅳ型胶原基因进行检测有可能造成临床上的漏诊、误诊。值得注意的是,在部分Alport综合征患者也检出LAMB2/LAMA5基因变异,有研究显示,合并LAMB2/LAMA5基因突变可加速Alport综合征病情进展。

局灶节段性肾小球硬化(FSGS)FSGS是以肾活检病理呈现出肾小球局灶节段性硬化病变为特征的一组疾病。病理表现除了较为突出的足细胞病变,往往还伴有GBM的改变,临床表现异质性强,病因不明。足细胞相关基因突变在其发病中的作用得到了动物实验和临床研究的支持,对这类患者,尤其是表现为激素治疗抵抗者进行足细胞相关基因检测开始受到人们的重视。近期研究发现,在对135例散发性成人激素抵抗肾病综合征(SRNS)患者进行靶向基因测序,在检出的致病突变中,足细胞相关基因占56.3%,Ⅳ型胶原基因突变占43.7%,两者的检出率几乎平分秋色。另一项研究还发现,对来自179个家庭的193例成人FSGS患者进行全外显子组测序,20个家庭鉴定出致病变异(基因诊断率11%),其中Ⅳ型胶原基因突变占55%,足细胞相关基因突变占40%,Ⅳ型胶原基因突变占据了主导地位。这些结果表明,FSGS这类病变的形成有可能是Ⅳ型胶原基因,足细胞相关基因突变导致的肾脏结构和功能异常,其临床表型的异质性可能与基因突变的种类及突变类型有关。认识到这一点,进一步加强相关基础和临床研究,对提高疾病诊治水平意义重大,至少现阶段可以帮助这类患者免受不必要的大剂量免疫抑制剂治疗带来的副作用。

家族性IgA肾病虽说IgA肾病是一种最常见的肾小球疾病,诊断主要依据是其病理形态学特征,该病病因尚不完全清楚,临床病理表现多样,并观察到有家族聚集现象。在对46例IgA肾病家系进行全外显子组测序分析,9例(20%)检出Ⅳ型胶原基因突变,主要表现为COL4A3/A4杂合突变。家族性IgA肾病患者进行全基因组关联分析研究,发现了一个新的易感基因位点就位于2q36区,也提示其与Ⅳ胶原基因之间的关联。

COL4A1/A2基因突变相关疾病由于α1α1α2(Ⅳ)分布于机体所有基膜中,由此基因突变导致的疾病常表现为多系统受累,除了肾脏病变外,还伴脑血管疾病(如脑穿通畸形、脑血小管病等)、眼部病变(如白内障、视网膜出血等)和心脏病变。患者的肾脏表现为血尿、蛋白尿,肾活检可见GBM变薄、肾小管基膜分层及空泡改变,可出现肾脏囊性病变。了解这类疾病肾外系统表现,对疾病筛查和进一步明确诊断应该很有帮助。

临床上对存在以下情况的患者建议进行相关基因的检测:激素抵抗难治性FSGS,家族性IgA肾病,肾小球GBM表现出厚薄不均、分层断裂改变和早发的不明原因的肾功能衰竭。有鉴于肾小球滤过屏障相关疾病拥有一些相似的表型特征(如GMB和足细胞病变),且可由多基因突变所致,在进行基因检测时最好能覆盖基膜相关基因(Ⅳ型胶原,层黏连蛋白),足细胞相关基因(裂孔膜蛋白,细胞骨架蛋白,转录因子等)和内皮细胞相关基因。

认识加强肾脏疾病基因检测工作的重要性

随着基因检测技术可及性提高,对临床上疑似患者进行基因检测开始受到临床医师的重视。这类检测多依赖商业化基因检测公司,由于缺乏专业培训及相关标准规范,无论在样本送检(一级家族成员),结果解读(诊断、基因名称、变异类型、ACMH分类),还是提供遗传咨询等方面都存在一些问题,严重影响了基因检测的质量和临床推广应用。以Alport综合征为例,若患者检测不到相关基因突变,其原因有可能是一些制式检测Panel对于COL4A3-COL4A5基因部分外显子(比如第一号外显子和最后一个外显子)捕获稳定性较差导致覆盖度较低,或在进行数据分析时遗漏了拷贝数变异(CNV)等情况。此外,还应关注是否存在特殊变异类型,比如可能造成异常剪接的同义变异、深内含子变异、嵌合体突变等。在这种情况下,可以考虑使用mRNA分析、多重连接依赖性探针扩增技术(MLPA)或全基因组测序(WGS)等其他变异检测技术帮助诊断,这些是一般的商业公司做不到的。当然,出现上述情况对患者的临床及病理检查结果进行复核也非常必要。综上所述,有必要加强肾脏疾病基因诊断的学习和培训,规范临床路径,制订临床实践指南,推进疾病诊断和治疗水平的提高。

对于以Alport综合征为代表的肾小球滤过屏障相关疾病的研究,应从深度解析疾病基因变异入手,分析疾病的遗传模式,基因突变类型及其与临床表型的关联,加深对这类疾病基因变异的复杂性、临床表型的多样性和基因诊断重要性的认识。充分利用我们丰富的临床资源和基础研究成果,积极探索这类疾病重新命名之路,提升科学研究和临床转化应用的整体水平。