IgA肾病研究的现状、问题与对策

李 明,司美君,蔡凤桃,余学清

(广东省人民医院,广东省医学科学院,广东 广州 510080)

IgA肾病(IgA nephropathy,IgAN)是全球最常见的原发性肾小球肾炎,是终末期肾病的首要病因之一[1]。遗传、环境、微生物等因素可影响IgAN的发生发展,但具体机制尚不明确。在IgAN的发病过程中,O糖基半乳糖修饰缺陷的IgA1蛋白扮演着至关重要的角色。IgA1蛋白的铰链区由23个氨基酸组成,其中包括多个丝氨酸和苏氨酸位点,这些位点可以接受O糖基的修饰。大量的研究已经证实,IgAN患者的外周血中,存在着O糖基半乳糖修饰缺陷的IgA1水平显著升高,而这一结果在不同种族和遗传背景的人群中具有一致性[2,3]。半乳糖缺陷IgA1(Gd-IgA1)很可能具有自身抗原的特性,它会被免疫系统的特异性抗体所识别并结合,这种结合导致了Gd-IgA1免疫复合物的形成,免疫复合物在肾脏的系膜区沉积,从而引发炎症反应,最终导致了肾小球的损伤。这一“多重打击”理论框架目前总结了我们对IgAN发病机理的主要认识。然而,IgAN的发病机制仍然有许多未知的关键问题需要进一步研究和解答。其中包括Gd-IgA1是如何产生的、它怎样引起外周血自身抗体的生成和结合、Gd-IgA在系膜区沉积的详细机制以及沉积后在系膜区引发的生物学事件是什么。这些问题的进一步探索将有助于更深入地理解IgAN的发生和进展过程。

1 遗传学研究

遗传因素在IgAN的发病中起着一定的作用。针对其家族聚集性的特点,对家族性IgAN开展全基因组连锁分析研究,发现了 IgAN的易 感 区 间 包 括6q22-23、4q26-31、17q12-22和2q36等,但目前为止未在这些区域中寻找到致病基因[4]。而对散发性IgAN患者,主要是开展病例对照的关联分析研究。最初开展的候选基因关联分析,由于其基因选择的偏倚性,及样本量相对较小并未在另一患者群中进行验证,未发现明确的易感基因。近年来,随着全基因组关联分析研究(GWAS)在多基因复杂疾病中的应用,目前已有5个大型的IgAN的GWAS研究,发现了多个IgAN相关的易感基因,分别与IgAN发病的四个环节均密切相关,包括机体免疫应答、黏膜免疫、补体活化异常和IgA1糖基化异常等[5～9]。随后对包括中国汉族和欧美高加索人群的多个GWAS数据开展Meta分析,以了解种族特异性的易感位点。在17个IgAN患者群中开展的最新meta-GWAS研究,新发现了30个显著差异的易感位点,其中16个为新发现的位点,共可解释IgAN约11%的遗传度[10,11]。GWAS研究极大推进了遗传学研究的进展,然而GWAS研究通常发现的都是最小等位基因频率(MAF)>5%的常见变异,而对于罕见变异和结构变异,则很难检测出来[12,13]。而外显子芯片则可以发现编码区的罕见和低频变异,近期的2个IgAN的外显子芯片研究,发现了3个与IgAN相关的编码区的变异位点,包括CFB上的低频变异、VEGFA基因的罕见变异V167I及PKD1L3 上的常见变异T429S[14,15]。同时,针对GWAS研究发现的中国汉族人群的特异位点DEFA,我们开展了DEFA的拷贝数变异研究,发现了3个独立相关的拷贝数变异:DEFA1A3、DEFA3和一个非编码区的缺失变异 211bp,DEFA低拷贝数与IgAN易感性及肾功能损害密切相关,可解释约4.96%的疾病风险,并与IgAN关键致病因子Gd-IgA1呈负相关[16];进一步研究发现重组DEFA蛋白可显著抑制IL-6的表达及免疫炎症损伤,提示DEFA可望成为IgAN潜在的治疗靶点。表观基因组关联分析(EWAS)发现与IgAN相关的多个CpG位点,对应的基因与肾小管萎缩和肾间质纤维化密切相关[17]。

遗传学研究发现了多个IgAN的易感基因,然而目前仅可解释约11%的遗传度[11],为进一步发现更多的易感基因,通过新一代高通量测序开展全基因组测序研究,将可以发现全基因组范围内的常见变异、罕见变异和结构变异,是未来研究的方向。同时目前已开展了易感基因的临床关联研究,揭示了易感基因与临床表型的关联性。然而部分易感基因未进一步开展功能研究,对IgAN的遗传解释度有一定的局限性,未来需对易感基因开展相关功能学研究,以明确IgAN相关的致病基因,为IgAN的临床诊断及治疗预后提供夯实的理论基础。

2 Gd-IgA1异常在IgAN发病机制中的作用

Gd-IgA1以及免疫复合物在肾小球的沉积是IgAN的重要病理特征,然而Gd-IgA1如何介导IgAN发生和进展此前尚不明确。我们建立了多模态跨尺度成像平台,将活体荧光、光声计算机断层扫描和光声显微镜成像结合,在活体水平上从全身到肾脏皮质、肾小球动态追踪Gd-IgA1在小鼠体内代谢过程,发现Gd-IgA1具有更强的肾脏沉积特异性,该沉积效应较来自健康人的IgA1蛋白显著增强[18]。稳定的Gd-IgA1沉积可引起系膜增生、系膜区电子致密物沉积及蛋白尿等肾小球损伤。这些结果提示半乳糖缺陷很可能增强IgA1在肾脏的沉积,并且为后续肾脏免疫复合物的形成提供基础。跨尺度光学成像能够在活体水平上准确地跟踪免疫蛋白沉积的具体脏器部位,未来可以应用这项技术评估免疫介导的肾脏疾病或其他相关的疾病,为揭示疾病的潜在机制提供宝贵的应用价值。

3 微生物及代谢物在IgAN发生发展中的作用

IgAN的发生与特定病原体刺激、反复黏膜感染以及肠道微生物失调密切相关。肠道免疫系统被认为是抗原识别和免疫细胞激活的重要部位,也有研究认为肠道黏膜是产生Gd-IgA1的重要位点[19]。肠道微生物可通过激活肠道黏膜免疫参与IgAN发生发展。证据表明,肠道中的微生物感染通过T细胞非依赖性(TLR 连接)和T细胞依赖性(细胞因子介导)途径促进初始 B 细胞向IgA抗体分泌细胞的类别转换[20]。肠道微生物群在增强 IgA 的产生方面也发挥着作用,同时产生的IgA也会影响微生物群的组成。肠道微生物群和IgA之间平衡的功能障碍可能会导致肠道菌群失调和炎症[21]。即使没有外源入侵,共生细菌生态失调和有害细菌的过度生长也会激活T细胞依赖性IgA的产生,刺激IgA的过度生成[22]。此外,肠道微生物代谢物可用于代表微生物活动的功能,并充当宿主和微生物群之间的中间表型。例如,硫酸吲哚酚、硫酸对甲苯酯和三甲胺-N-氧化物是与IgAN进展密切相关的肠道代谢物[23]。肠道微生物与IgAN之间存在密切的相互作用关系。

为探索微生物组变化在IgAN中的作用及机制,我们进行了相关的研究,发现IgAN患者和健康人群在口腔、咽、肠道、尿中的微生物种类、多样性、丰富度均存在显著差异,其中口腔和咽中的差异菌和肾小球滤过率(eGFR)及Gd-IgA1密切相关。这些差异菌可能通过Gd-IgA1的生成影响IgAN的进展[24]。治疗后,临床缓解患者微生物多样性和代谢物的组成向健康人群接近,并且发现氨基酸代谢通路可能是微生物参与IgAN发生发展的机制之一。

4 IgAN的靶向药物

随着IgAN的易感基因和发病机制的研究不断深入,目前出现了多个治疗IgAN的靶向药物,包括针对黏膜免疫、补体活化、T细胞依赖或非T细胞依赖B细胞活化机制等方面的药物,为IgAN的治疗开辟了新途径。

4.1 针对肠道黏膜免疫的靶向药物有研究表明,肠道黏膜免疫失调参与介导IgAN的产生。TRF-布地奈德作为一种糖皮质激素制剂可将药物输送到Peyer斑块高度密集的回肠远端,通过局部给药显著减少口服皮质类固醇激素的全身不良反应。TRF-布地奈德的Ⅱ期和Ⅲ期临床试验发现TRF-布地奈德可减少IgAN患者的蛋白尿,降低未来进展至终末期肾病的风险[25,26]。

4.2 针对B/T细胞的靶向药物在IgAN的发病机制的“四重打击学说”中认为Gd-IgA1的合成是IgAN发生的关键因素,目前已证实BAFF和APRIL参与IgAN的发生,其血清水平与IgAN的疾病活动程度呈正相关。一项Ⅱ期临床试验发现Atacicept对IgAN患者的Gd-IgA1水平呈剂量依赖性降低,尿蛋白肌酐比(UPCR)也呈现出一致的变化趋势,且未发生严重不良事件[26]。另外的研究发现TLR拮抗剂羟氯喹在优化的RAAS阻断治疗基础上加用可以有效且安全地减少IgAN患者的蛋白尿[27]。

4.3 针对补体系统的靶向药物系膜C3和IgA共沉积是IgAN的主要病理特征。有研究表明肾脏系膜C3沉积强度与患者生存率呈负相关,这表明补体过度活化在IgAN进展中发挥重要作用。在凝集素途径中,血浆中MBL直接识别多种病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖后,进而激活补体级联酶促反应的活化途径。目前针对于补体系统开发了一定的靶向药物,包括MASP-2抑制剂(Narsoplimab)[28]、B因子抑制剂(LNP023)[29]、C5抑制剂(Eculizumab)[30]及C5b受拮抗剂(Avacopan)[31]。这些补体靶向药物的Ⅱ期临床试验发现其均能一定程度的降低IgAN患者的尿蛋白水平,并且未表现出明显的不良反应。

随着IgAN的发病机制研究的不断深入,多种针对新靶点的药物将得以研发应用。目前已证实TF-布地奈德和羟氯喹能安全有效地降低IgAN患者的尿蛋白水平。仍有其他潜在的靶点药物正在进行相应的临床试验研究中,有望将来为IgAN患者提供更个体化的精准治疗。

5 其他

环境污染如PM2.5、重金属、化学品等可引起肾脏炎症和氧化应激,瑞金医院的一项研究显示[32],肾穿刺前后的PM2.5暴露与IgAN患者肾病进展独立相关,提示环境污染对IgAN预后有不良影响,该发现对于我国慢性肾脏病的防治具有重要意义。

补体活化是IgAN发病的重要环节,研究发现IgAN患者血清或肾组织中补体C3水平与患者的蛋白尿水平、肾功能损害程度,或者疾病进展风险相关。在遗传研究中发现与IgAN相关的补体活化基因补体H因子相关蛋白1(CFHR1)和3(CFHR3)[6],同时在临床IgAN患者的肾脏、尿液及血液中存在补体成分异常和补体活化等情况[33,34]。

6 总结与展望

目前对IgAN的遗传学研究取得了显著进展,发现了多个新的易感基因,未来可采用多种遗传学方法和策略以全面了解疾病相关的遗传变异。为进一步明确IgAN的致病基因,还需进一步对易感基因开展功能研究以明确IgAN的致病基因。在发病机制方面,研究证实调控“肠-肾轴”可有助于防治IgAN的发病和疾病进展。然而对于肠道微生物的变化如何影响肾脏并未明确,未来仍然需要进一步探索“肠-肾轴”的作用机制,为揭示IgAN的发病机制提供坚实的理论基础。基于遗传学研究和发病机制研究,目前已经研发出了针对不同靶点的新型药物,已有的临床试验证据支持我们积极进一步研究,以改善患者预后。相信随着未来对IgAN发病机制的进一步深入认识,有望对IgAN患者的个体化精准治疗提供有力证据和支持。