脂蛋白肾病的发病机制及诊治进展

陈佳 何娅妮

脂蛋白肾病(LPG)是一种由载脂蛋白(Apo)E基因突变导致异常脂蛋白在肾小球内积聚引起的罕见肾小球疾病[1]。其由日本学者Saito于1989年首次报道,后续在世界范围内也不断有病例报道,其中绝大多数病例来自日本和中国等东亚国家,目前LPG发病率仍不清楚[2-3]。LPG多发生于青壮年,也可见于儿童,男女比约2∶1,多为散发,少数为家族性发病。LPG临床上以蛋白尿、血浆ApoE水平升高为特征,常伴有高脂血症[Ⅲ型高脂蛋白血症(HLP)],但无其他脏器脂质代谢异常的损伤表现[1-3]。LPG组织病理学特征是肾小球毛细血管腔扩张,腔内充以大量的脂蛋白栓子[1]。近年发现部分患者在肾脏组织学上表现为非免疫性膜性肾病(MN)[4-5]。LPG尚无特效治疗手段,预后不佳,文献报道约50%的LPG患者最终进展为肾衰竭,且肾移植后也容易复发[1,3]。

一、发病机制

目前关于LPG的发病机制仍未完全阐明,有证据表明ApoE蛋白结构和功能异常可导致脂蛋白在肾脏的异常沉积,而LPG患者APOE基因突变及血ApoE水平升高也证实了二者的关联[1]。此外,LPG患者体内其他部位并未发现类似肾脏内的脂蛋白沉积,表明肾脏本身的一些特异性结构或功能可能也与LPG发病相关[3]。

1.ApoE分子结构与生物学功能:APOE基因的染色体位置为19q13.2,包含4个外显子共3 603个碱基对,而ApoE蛋白则是由299个氨基酸残基构成的多功能糖蛋白,其中包含一些重要的功能结构域,包括低密度脂蛋白(LDL)受体结合域(136-150)、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)结合域(142-147)及脂质与脂蛋白结合域(216-299)等[6]。正常人群内存在3种ApoE亚型——E2、E3和E4,其中ApoE3为野生型,在70%以上的普通人群中出现[7]。与ApoE3氨基酸序列比较,ApoE2的158位半胱氨酸被精氨酸取代,ApoE4的112位的半胱氨酸被精氨酸取代。ApoE1、ApoE5和ApoE7被认为是较少见亚型,分别有多个不同氨基酸取代后形成的变异体。ApoE3携带者的血脂水平通常正常,而ApoE5参与肾损伤,ApoE4携带者是阿尔茨海默症的危险因素。LPG患者中常见亚型为E3/3或E3/4[1]。目前共发现17种可能与LPG相关的ApoE突变,大部分集中在LDL受体(LDLR)结合域,尤其是HSPG结合域[3]。

正常的ApoE蛋白是高度螺旋的,可在不同的三级结构间转换以结合不同物质。相关研究发现,3种ApoE突变蛋白(Chicago、Sendai、Osaka或Kurashiki)的螺旋含量减少,进一步导致蛋白稳定性下降,在生理温度37 ℃时便开始变性聚集。此外,另外3种ApoE突变蛋白(Kyoto、Tsukuba及Las Vegas)具有类似稳定性下降现象[3]。在受体结合能力方面,ApoE Kyoto、ApoE Sendai与LDLR的结合仅表现出正常蛋白5%的活性,从而导致脂蛋白聚集与清除障碍。ApoE2与LDLR的结合能力不足正常值的1%,但ApoE2纯合子并不会导致LPG,表明有其他因素参与致病。ApoE Kyoto由于LDLR结合能力丧失,无法进入肝细胞而大量聚集[3]。研究发现,HSPG在肾小球基底膜上大量表达,可能是导致突变脂蛋白在肾小球大量聚集的重要原因[3]。

2.ApoE相关肾小球病

(1)LPG:LPG的典型特征是肾小球毛细血管扩张,脂蛋白栓中存在Aβ片层结构,巨噬细胞来源的泡沫细胞少见[1,3]。基因分析发现LPG患者中存在多种ApoE突变,大多数是靠近LDLR结合位点的ApoE错义突变的杂合子个体,部分涉及远离LDLR结合位点的氨基酸缺失突变[7]。全世界已报道了约270余例LPG患者,其中大部分来自日本和中国,也有来自欧美国家的病例[3]。在中国和日本的先证者中,发现ApoE Sendai和ApoE Kyoto突变是引起LPG的主要突变基因[8-9]。同时Ⅲ型HLP被认为参与了LPG及ApoE2纯合子肾小球病[10]。另有研究表明,ApoE螺旋区域内的脯氨酸的不相容性可引起ApoE热力学不稳定、疏水性表面暴露和ApoE聚集,从而导致LPG[10]。同时,不同于LDLR结合位点的突变,ApoE Kyoto的点突变似乎没有参与ApoE与LDLR的结合。最近研究发现,与LPG相关的非脯氨酸取代的ApoE突变体,包括ApoE Kyoto,也可能有助于肾小球毛细血管内的蛋白质聚集,这可能是导致LPG的共同潜在机制[3,11]。

(2)ApoE2纯合子肾小球病:ApoE2纯合子是引起Ⅲ型HLP肾小球带有泡沫细胞病变的主要原因。国际上报道至少已有10例ApoE2纯合子患者出现多种肾小球病变。与LPG在遗传背景和病理特征上有所不同,ApoE2纯合子肾小球病的组织学特征是肾小球硬化,泡沫巨噬细胞浸润明显,往往不易与糖尿病肾脏疾病鉴别[5,10]。然而,由于某些患者缺乏糖尿病病史,故推测Ⅲ型HLP异常脂质可导致以泡沫巨噬细胞为特征的肾小球病变。目前认为,肾脏巨噬细胞泡沫样病变导致肾小球硬化的机制与动脉粥样硬化的形成相似[10]。从肾小球脂蛋白栓子的特点上来看,与典型脂蛋白栓子不同,部分ApoE2纯合子LPG患者肾小球仅出现脂蛋白栓但无Aβ片层结构,或表现为非免疫性内皮下和上皮下低密度电子致密物沉积(EDD)[1]。研究发现,ApoE2杂合子与上述特征病理改变密切相关。ApoE2/3患者的肾小球可出现非免疫性内皮下EDD;ApoE2杂合子与ApoE Tokyo/Maebashi亚型的复合杂合子患者肾小球除出现脂蛋白栓子外,还出现泡沫巨噬细胞浸润;ApoE Tokyo/Maebashi亚型是引起LPG的代表性基因突变类型之一,这导致ApoE编码框架内表达Leu141～Lys143氨基酸的编码基因缺失,这种复合型杂合子可诱导非典型LPG的肾组织病理学改变[1]。

(3)MN样ApoE沉积病(MN样ApoE病):新近在ApoE Toyonaka突变(Ser197Cys)和ApoE2纯合子复合型突变的非近亲携带者中发现了一种新的肾小球病[12]。Fukunaga等[12]首次报道了1例20岁表现为蛋白尿和血尿的日本女性患者,在肾活检标本的大多数肾小球中发现了见于MN的“钉突”,但没有系膜增生或基质扩张。电子显微镜检查发现大量EDD,主要位于肾小球基底膜上皮下、内皮下及系膜区。这些病理特征与自身免疫性疾病(如V型狼疮肾炎)的继发性MN相似。高倍电子显微镜下可见微气泡或微囊。免疫荧光检查结果显示无免疫球蛋白(Ig)G和C3沉积,表明该疾病并非免疫病因所致。通过免疫组织化学和串联质谱法明确了ApoE在肾小球中聚集,虽然患者并未检测出高脂血症,但血清中ApoE水平极高。以上发现表明该疾病为ApoE突变所致。进一步分析发现,该患者为铰链区中的ApoE Toyonaka(Ser197Cys)与ApoE2纯合子复合型突变。

3.其他可能的致病机制:除了ApoE相关因素,目前也有证据表明其他因素可能参与LPG的发生。LPG可在移植肾中复发,可能是移植物抗宿主反应(GVHD)导致的持续炎症所促发[13]。目前通过脾细胞移植技术,发现GVHD可在FcR-γ缺陷型小鼠体内引起LPG样表现,包括肾脏临床症状及肾小球毛细血管内脂蛋白血栓[14]。来自人源化小鼠的证据发现,将人类ApoE3及ApoE Sendai分别导入ApoE/FcR-γ双敲除小鼠,观察到这两种外源基因均会导致基因缺陷小鼠LPG样反应[15]。而若将人类ApoE3分别导入FcR-γ缺陷与FcR-γ野生型小鼠,虽然两种小鼠均出现LPG样反应,但FcR-γ缺陷型小鼠症状明显更加严重。FcR-γ缺陷引起的巨噬细胞异常只是LPG的促发因素,并不能独立导致LPG,因为在FcR-γ缺陷而ApoE正常的小鼠体内并未发现LPG样变化[15]。此外,肾脏本身的结构与功能特点,如迂曲的毛细血管网、带负电荷的基底膜等可能有利于脂蛋白沉积[3]。目前尚有无ApoE突变的LPG病例报道[16],可能与其他未知基因的突变、内含子突变、调控序列异常、表观遗传学和环境影响等因素有关。

二、临床表现

LPG主要累及肾脏,以肾小球受累为主。几乎所有患者均存在不同程度的蛋白尿,多数表现为肾病综合征,少数表现为轻微蛋白尿和镜下血尿,可伴有轻、中度高血压。血脂异常主要表现为ApoE增高,也可有总胆固醇、甘油三酯、极低密度脂蛋白(VLDL)升高,类似于Ⅲ型HLP,但常缺少脂沉积有关系统性表现,如角膜混浊、黄瘤纹。少数患者血脂异常并不明显[1,3]。

三、病理特征

1.典型病理改变

(1)光镜:LPG在光学显微镜下典型表现为肾小球体积明显增大,呈分叶状。早期改变局限在肾小球,毛细血管袢全球或节段受累。典型表现为毛细血管腔高度扩张,可见浅淡色网状物质充填;系膜区可见溶解或轻至中度系膜增生;PASM-Masson染色可见基底膜呈双轨样改变。肾间质和肾血管病变不明显,但随疾病进展可见肾小球硬化、肾小管萎缩及间质纤维化。苏丹Ⅲ或油红O染色可见毛细血管腔内脂滴沉积[1,3]。

(2)免疫荧光:LPG的免疫荧光检查一般无Ig、补体、纤维蛋白原的沉积,个别患者可见IgM或IgA少量沉积。β脂蛋白在系膜区及毛细血管袢染色呈阳性。管腔内血栓样物质ApoE和ApoB染色均呈阳性[1,3]。

(3)电镜:LPG在电子显微镜下肾小球毛细血管袢腔内充满呈指纹状排列的低密度EDD(片层结构),内含大小不等的颗粒和空泡。其他非特异性表现包括内皮细胞和足细胞的溶酶体增多,内部可见脂质空泡;足细胞呈弥漫性和完全性足突消失,EDD在系膜和肾小球基底膜中聚集等。少数患者肾小球毛细血管袢脂蛋白栓塞表现不典型,仅表现为肾小球系膜增生性病变和系膜插入导致的基膜双轨征,易误诊为膜增生性肾小球肾炎、糖尿病肾脏疾病等。此外,相关文献报道ApoE2纯合子肾小球病的组织学特征是肾小球硬化,泡沫巨噬细胞浸润明显,而肾小球毛细血管袢脂蛋白栓并不明显[1,3]。

2.MN样ApoE相关肾小球病变:肾小球可见类似MN“钉突”样改变,但没有系膜增生或基质扩张。免疫荧光检查无IgG和C3沉积。电子显微镜检查可见肾小球基底膜、上皮下、内皮下和系膜区大量EDD沉积。高倍电子显微镜下,可见微气泡或微囊[1]。

3.ApoE表型与临床和肾脏病理改变的关系:不同类型ApoE突变的临床表现和病理特征有所不同,见表1。

表1 ApoE不同表型与肾小球疾病

四、诊断与鉴别诊断

与LPG最相符的临床特征包括蛋白尿、Ⅲ型HLP,伴VLDL、中间密度脂蛋白(IDL)及ApoE水平升高,缺乏特异性。但其具有特殊病理学表现:肾小球毛细血管腔扩张并含淡染物质,且油红O染色及ApoE和ApoB染色均呈阳性;电镜见毛细血管袢腔内充满呈指纹状排列的低密度EDD(片层结构)。因此诊断此病并不困难。此外,所有LPG患者DNA序列分析都存在ApoE变异[1,3],对APOE基因进行DNA序列分析即可确诊。

典型LPG的诊断并不困难,不典型病例或初发病例均需与膜增生性肾小球肾炎相鉴别,观察毛细血管袢腔是否呈轻度扩张状、有无淡染的絮状物堆积、外周袢系膜基质插入的多寡程度及是否存在内皮下大量免疫复合物/EDD沉积均有助于鉴别诊断。疾病晚期肾小球可出现局灶硬化,但局灶肾小球硬化无论在早期或晚期,肾小球体积常明显增大或大小不一,且肾小球毛细血管袢扩张不明显,无脂蛋白栓子,因此疑似LPG时可行ApoE染色以明确诊断。

五、治疗进展

目前没有LPG的有效治疗方法,大部分治疗是基于降低蛋白尿与血脂水平、保护及延缓肾功能进展为治疗目的[3]。LPG刚被发现的年代多采用糖皮质激素+免疫抑制剂治疗,对于进展到终末期肾脏病的患者则采取肾移植,后来发现这些治疗方式均对LPG无效。有报道采用血浆置换、免疫吸附对治疗LPG有一定疗效,但由于缺乏队列研究,疗效尚不确切[3]。目前对LPG的治疗包括以下几个方面:

1.药物治疗:临床上针对蛋白尿采用的常规方法包括糖皮质激素、免疫抑制剂、抗血小板药物、纤溶剂、血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)/血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)等,治疗效果均不佳[1,3]。针对脂代谢异常给予降脂治疗可使部分患者蛋白尿得到一定程度控制。LPG通常与Ⅲ型HLP相关,其中富含甘油三酯的脂蛋白(如VLDL和IDL)是主要成分。研究表明高甘油三酯血症会加重人类和实验动物模型的LPG。鉴于此,包括贝特类在内的降脂药物在LPG的治疗中可能具有重要意义[22]。研究发现非诺贝特治疗组在3年以上访视期中肾脏存活率得到提高,而在ApoE2纯合子肾小球病患者中,贝特类药物未获得确切疗效[22-23]。

2.免疫吸附/血浆置换:目前尚不确定血浆置换或LDL单采的疗效,但一项国内的初步研究显示,13例LPG患者接受葡萄球菌蛋白A免疫吸附治疗后,尿蛋白和血清ApoE水平快速下降,且在重复活检中出现脂蛋白栓消失[24]。原因在于蛋白A可与IgG的FcR-γ链结合,FcR-γ缺乏在小鼠中可引起LPG样病变,且不依赖于ApoE异常。FcR-γ链缺乏所致的LDLR和清道夫受体缺乏可能抑制脂蛋白摄取,促进肾小球毛细血管袢内形成脂蛋白血栓。因此,葡萄球菌A蛋白免疫吸附治疗可能有效,原因在于FcR-γ链功能障碍可能对人类LPG的发生非常重要。另一篇报道表明,LDL单采(使用肝素诱导体外脂蛋白沉积系统进行血浆置换)可成功治疗LPG,明显降低了LDL胆固醇和甘油三酯[25]。原因在于肝素诱导的体外脂蛋白沉淀系统可通过肝素活化脂蛋白脂肪酶和肝甘油三酯脂肪酶,使富含甘油三酯的脂蛋白(如VLDL和IDL)更易于清除。但上述治疗方法由于操作难度大、成本高,且存在感染风险等原因,目前并未在临床广泛应用。

3.肾移植:文献报道大多数肾移植患者均出现LPG复发,且受者ApoE异常可能诱发移植肾脂蛋白栓形成[1,3]。全球目前累计有6例LPG患者进行肾移植,其中5例移植肾出现了LPG复发[3]。

4.透析:目前尚不明确LPG患者是优选血液透析还是腹膜透析。然而,对于大多数病例,血液透析可在一定程度上改善血脂异常。

综上,LPG是APOE 基因突变后导致的以高度扩张的肾脏毛细血管袢内填塞脂蛋白栓子及血浆中ApoE水平明显升高为特征的一种罕见肾小球疾病。LPG 缺乏典型临床表现,多表现为不同程度的蛋白尿。肾脏组织病理活检是诊断LPG的重要手段,当肾小球毛细血管袢脂蛋白栓子不典型时,应行ApoE染色以避免漏诊及误诊。此外,APOE基因DNA序列分析有助于明确诊断LPG。目前关于LPG的发病机制尚未完全阐明,且缺乏有效治疗方案,未来还需进一步研究和探讨。