C3a在糖尿病肾病中的研究进展

李萌 贺婷 蒋红樱

糖尿病肾病（Diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病（Diabetes mellitus，DM）最常见的并发症之一，患病人数逐年上升，预计到2040年，将增加至6.42 亿，最终有30%～40%的患者将进展为终末期肾脏病（Endstagerenal disease，ESRD）[1]。目前临床相关治疗措施仅能延缓DKD 进展，早诊断、早预防、早干预将减轻经济负担，提高患者的生活质量并延长生存时间。目前DKD 病理发生机制尚不完全明确，研究表明，补体系统在DKD 的发生发展中有着不可忽视的作用[2]。补体系统通过经典途径、旁路途径和凝集素途径进行激活，3 条途径在补体 C3 处汇合，补体C3 裂解产生C3a，作为一种强效的炎症因子，其通过作用于各种免疫及非免疫细胞发挥作用。对C3a 的进一步研究可能对DKD 的诊断及治疗带来新的思路及依据，本研究将对C3a 在DKD中的研究进展进行综述。

1 C3a 生物学功能

C3a 是由C3 裂解产生的具有较高活性的过敏毒素，是一种含有77 个氨基酸、4 个反平行螺旋结构的小分子多肽，其中β 类胰蛋白酶对C3a 进行降解，C3a 浓度与C3 浓度呈高度正相关，但C3a 在血液中较C3 具有较好的稳定性，因此，通过检测C3a 浓度能更准确地反映血清补体的水平[3，4]。既往研究显示，在不同个体及不同检测方法中，C3a 在血液中的浓度为20～156ng/ml。C3a 通过与C3a 受体（C3aR）结合，发挥多种生物学功能，是免疫系统中重要的趋化介质，C3a 与C3aR 的结合位点包括C 末端氨基酸亮氨酸-甘氨酸-亮氨酸-丙氨酸-Arg[5]。当C3a 被切割成 C3a-desArg 时将失去与C3aR 结合的能力。目前用于检测C3a 的抗体可以将C3 与其裂解产物区分开来，但无法区分C3a和C3a-desArg，需进一步开发特异性识别C3a 的抗体[6]。C3a 通过不同的方式参与免疫反应，作用于固有免疫细胞上调或下调不同的细胞因子，激活树突状细胞[7]；调节淋巴细胞和淋巴细胞之间的 T 细胞信号传导[8]；通过促进肥大细胞释放组胺、平滑肌收缩、血管通透性增强和肥大细胞趋化因子分泌等作用，在活化部位产生炎症反应[9]。C3a 在中性粒细胞中发挥抗炎作用，尽管中性粒细胞膜上功能性C3aR 高表达，但C3a 不会刺激中性粒细胞脱颗粒以激活炎症反应[10]，C3a C 肽末端在与细菌脂多糖透化脂质体结合后表现出螺旋结构，对革兰氏菌具有抗菌作用[11]。C3a 在多种疾病中发挥重要作用。在阿尔茨海默病中，C3a 可靶向调节介导微管相关蛋白tau，从而导致认知功能下降[12]。在哮喘中，C3a 通过促进平滑肌收缩、黏液分泌和炎症细胞的募集参与疾病的发生。有学者研究发现，C3aR 的缺乏对过敏性气道疾病模型小鼠的肺有保护作用[13，14]。在冠状动脉疾病中，C3aR 的表达与血小板中活化的糖蛋白Ⅱb/Ⅲa 呈正相关[15]。C3a通过抑制中性粒细胞动员在肠道缺血再灌注损伤中发挥保护作用[16]。C3 通过维持肿瘤中的免疫抑制环境、作用于CD4 T 细胞并诱导抑制性表型、激活细胞外调节的激酶途径，诱导上皮到间充质的转化等作用来促进肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，通过药理学阻断或敲低抑制C3a-C3aR 轴可降低其促瘤作用[17～19]。

在肾脏组织中，C3a 主要与在肾脏上皮组织的C3aR 结合发挥生物学作用。人C3aR 可在肾脏、脑、肺、肠、皮下脂肪组织等检测到。C3aR 在正常人肾脏的肾小球上皮细胞和近端肾小管细胞中表达，但在系膜或肾小球内皮细胞中不表达[20]。任何一个补体途径的激活都会导致C3 转化酶不断切割C3 分子形成C3a[5]。补体系统在DKD 被激活可能由于以下两种机制：①在DM 小鼠中观察到缺氧诱导因子1α（HIF-1α）在肾近端小管积累，补体调节蛋白下调；高糖环境中，糖基化使得CD59 失活，失去膜攻击复合物（MAC）抑制功能，从而进一步激活补体[21，22]。②由于高葡萄糖，补体调节蛋白的糖基化增加，导致刺激补体自动攻击的调节能力降低，DM 患者甘露糖结合凝集素（MBL）水平明显升高，在高糖环境下，MBL 与糖和果糖赖氨酸结合，并通过MBL 相关的丝氨酸蛋白酶（MASP）途径激活补体[23，24]。补体激活的增加导致过敏毒素C3a 的产生，其作用于C3aR，并导致产生活性氧（ROS）、炎性细胞因子和生长因子，例如 TGF-b、MCP-1、IL-1、IL-16 和TNF，是DKD 中肾纤维化和炎症的介质[25]。

2 C3a 在DKD 中的作用机制

2.1 C3a 对肾脏足细胞结构及功能的改变C3a 主要与C3aR 结合产生作用，C3aR 可在足细胞中表达，在DM 大鼠肾脏中可观察到C3a 沉积，C3a 从多个途径损伤足细胞：①C3a 可改变足细胞结构。一项体外研究表明，C3a 在足细胞中过度表达使得黏附斑（FA）相关基因的表达下调，阻断细胞外基质（ECM）和细胞骨架之间的联系，细胞对ECM 黏附能力下降，从而损害足细胞系细胞的形态成熟。C3a可明显刺激足细胞Ang Ⅱ分泌，增加TRPC6 表达，使纤维形肌动蛋白（F-actin）重构[26，27]。②C3a 通过氧化应激损伤足细胞。对暴露于C3a 培养的人足细胞进行更深入的研究发现，线粒体断裂、线粒体内膜电位降低、ATP 含量降低以及柠檬酸合酶活性降低，柠檬酸合酶是柠檬酸循环中的初始酶[28]。DM 中补体介导的肾损伤另一个机制是氧化应激，补体与线粒体功能障碍相关并且线粒体呼吸链是可以产生 ROS 的关键部位。研究发现，C3a 作用于C3aR 增加线粒体内钙的摄取，使线粒体内钙浓度上升，还可使线粒体呼吸减少，ATP 生成减少，最大呼吸能力受损，线粒体结构功能异常，促进氧化应激的发生，破坏足细胞结构和功能[29]。氧化应激下，C3a 与C3aR 共同参与通过增强NLRP3 组装和caspase-1 激活而增加LPS 诱导的单核细胞IL-1b的产生，C3aR 在人类单核细胞中增加了TLR4 介导的细胞因子的释放，导致Th17 反应增强，此外，C3a通过细胞外信号调节激酶1/2 依赖的ATP 释放通道，控制细胞内ATP 释放到细胞外间隙，上调细胞内磷酸化，从而促进单核细胞产生IL-1b 并增加辅助性T 细胞的诱导[30]，通过局部炎症反应破坏足细胞功能。

2.2 C3a 促进肾脏组织内皮细胞纤维化C3a 是一种促纤维化因子，可通过激活 TGF-b1/CTGF 通路在人肾近端小管上皮（HK-2）细胞中诱导上皮-肌成纤维细胞转分化（EMT），C3aR 拮抗剂治疗降低了T2DM 大鼠的TGF-b 和p-Smad3 水平。肾纤维化特征是ECM 成分的过度积累。胶原蛋白Ⅰ被用作ECM 沉积的常见标志物，体外实验表明，C3a 刺激近端肾小管细胞中胶原蛋白Ⅰ和TGF-b 的产生[31]。TGF-b/Smad3 通路在控制ECM 产生和纤维化中起着关键作用，在TGF-b 刺激后，Smad3 在羧基末端丝氨酸残基处被磷酸化，然后p-Smad3 与Smad4 形成复合物并易位至细胞核以诱导促纤维化基因表；C3aR 拮抗剂处理T2DM 大鼠TGF-b/p-Smad3 信号表达减少[32]。此外，研究发现，C3aR 拮抗剂通过抑制 Wnt/β-catenin、IKBα 磷酸化和IL-6 释放来减轻高脂饮食和链脲佐菌素诱导的DKD 大鼠肾损伤，从而减轻炎症和内皮细胞纤维化[33]。

2.3 C3a 促进炎症反应C3a 作为少数活性较强的过敏毒素在炎症反应中具有不可忽略的作用。在C3a 刺激下，巨噬细胞中炎性细胞因子的mRNA 表达显著增加。体外研究表明，C3a 可以增强巨噬细胞分泌细胞因子，从而诱导炎症反应和T 细胞谱系的分化。NLRP3 炎性体的激活产生IL-1b 和IL-18，两者均与肾损伤有关，C3a 作用于C3aR 诱导NLRP3 炎性体激活，通过增强NLRP3 组装和caspase-1 激活而增加LPS 诱导的单核细胞IL-1b的产生[34]。肠-肝-肾轴在慢性肾病中具有重要作用[35]，肠道菌群改变，促进肝脏分泌C3，进一步促进补体激活及炎症反应，研究认为DM 肾损伤机制与肠-肾轴微生物群相关。C3a 在体外通过激活细胞外调节蛋白激酶（ERK）通路和产生IL-8 增加肠上皮细胞的单层通透性，使细菌内毒素转移到体循环中[36]。这种代谢性内毒素血症会导致DM 患者出现慢性低度炎症。在炎症性肠病的动物模型中已经很好地证明了阻断补体成分C3a 会限制肠道炎症；在胰腺炎大鼠模型中，C3aRA 可改善肠道的氧化应激及炎症反应，从而减轻肠道炎症[37，38]。

3 总结及展望

DKD 发生机理复杂，至今仍不完全清楚。补体激活在DM 并发症中的作用机制基础也未能完全阐明。非特异性C3aR 拮抗剂SB290157 已被证实在多种细胞系统中对 C3aR 具有激动剂活性。研究发现，C3aR 拮抗剂SB290157 在T2DM 大鼠模型中可减轻白蛋白尿并改善肾纤维化，并抑制在高葡萄糖条件下培养的人肾小球内皮细胞中的炎症和纤维化标志物[32]。用SB290157 抑制C3aR 还保留了足细胞丢失和使足细胞线粒体异常正常化[39]。C3a可能是调节肾脏中免疫代谢途径的关键分子，是合适的治疗靶点及DKD 诊断的潜在生物标志物。DKD 的临床疗法尚无抑制补体，因此未来的研究可着眼于开发靶向补体途径以减轻炎症和肾纤维化的新型拮抗剂，从而减轻DKD 患者的负担。