尿液补体活化在IgA肾病中的研究现状

王冬晴,李贵森,2△

IgA肾病(IgA nephropathy,IgAN)仍然是我国终末期肾病(end stage kidney disease,ESKD)最主要的原因之一,需要进一步研究其发病机制和防治策略。大量的研究证实IgAN是一种自身免疫介导性疾病,IgA1的合成和糖基化异常导致血清中半乳糖缺陷型IgA1增加,导致后续的一系列病理生理过程。目前,IgAN比较公认的发病机制是四重打击学说[1, 2]。补体系统的异常活化是IgAN发病机制的重要环节,局部和全身补体的激活促进了肾脏的炎症级联反应,加重了肾脏损伤。但补体活化与IgAN发病相关的机制尚不完全清楚。目前的主要证据多来源于IgAN患者循环和肾脏局部补体活化,而尿液作为临床更容易获得的标本,可动态观察补体的变化,近年来成为研究的重要手段之一。越来越多的证据表明,IgAN患者存在尿液补体成分异常的证据,且与IgAN发病及疾病进展相关[3]。本文将回顾IgAN尿液补体异常的研究证据,有助于进一步了解IgAN的发病机制。

1 IgAN发病机制概述

IgAN是世界上最常见的原发性肾小球肾炎,可导致患者平均预期寿命减少6～10年[4, 5],具有重大的个人和社会经济损害。因此,加强对IgAN发病机制的认识具有重大意义。目前认为IgAN发病机制的启动环节是IgA1糖基化异常。在此基础上提出的“四重打击”学说[6]受到了众多学者的认可,其理论框架如下所述。第一次打击:循环中半乳糖缺陷型IgA 1(Gd-IgA1)水平升高。IgAN患者的血清IgA1的O-糖链缺乏半乳糖,导致N-乙酰半乳糖胺末端残基暴露,成为自身抗原[7]。第二次打击:抗聚糖抗体IgG或IgM识别Gd-IgA1。第三次打击:包含Gd-IgA1的免疫复合物形成。第四次打击:免疫复合物沉积在肾小球系膜,导致系膜细胞增殖和补体激活,最终出现肾衰竭。

IgAN发病机制的“四重打击”学说表明补体激活参与了疾病的发生发展。目前,已有的许多证据表明补体系统异常活化在IgAN疾病严重性和活动性中具有重要作用。同时,正在进行的补体抑制剂的临床试验也将深入了解补体活性在IgAN发病机制中的重要性。

2 补体系统

补体蛋白的早期知识源于19世纪发现的正常血浆中的热不稳定成分,该成分通过抗体增强了细菌的调理作用,并使抗体能杀死细菌。补体系统由近60种可溶性和表面表达的蛋白质组成[8]。补体激活的途径有三种:经典途径(CP)、替代途径(AP)和凝集素途径(LP)[9],三条途径汇聚成终末途径(TP),最后产生膜攻击复合物C5b-9(MAC)。此外,液相和膜结合相补体调节蛋白调控免疫的动态平衡,防止补体的不适当激活(图1)。

图1 补体激活途径和靶向补体治疗IgAN示意图

当C1q与免疫复合物IgG或IgM的Fc区的补体结合位点相结合时,经典途径被激活。随后C1r和C1s被激活,形成活化的C1qrs。C1qrs裂解C4和C2,形成经典途径的C3转化酶(C4b2a)。在此途径中,液相调节蛋白C1抑制剂(C1INH)发挥重要的调节功能,它通过抑制C1r和C1s负向调节经典途径。循环中的C3自发水解形成C3b的“滴答”过程启动替代途径。因子D裂解因子B形成Bb,并与C3b结合,形成一种不稳定的C3转化酶(C3bBb),该C3转化酶的活性由备解素P稳定。此外,因子I、因子H、膜辅助因子蛋白(MCP/CD46)、衰变加速因子(CD55/DAF)以及补体受体1(CR1)分别通过液相或膜结合相负向调节替代途径。凝集素途径由微生物表面的碳水化合物与纤维胶原素(Ficolins)或甘露糖结合凝集素(MBLs)结合而触发,继而激活甘露糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶(MASP-1/MASP-2)。MASP裂解C4和C2,形成C3转化酶(C4b2a)。此外,C1INH也可通过抑制MASP活性负向调节凝集素途径。CD55还能促进C4b2a的解离,负向调节经典途径与凝集素途径。

这三条途径分别形成的C3转化酶(C4b2a/C3bBb)通过扩增环继续裂解C3,形成C5转化酶(C4b2a3b/C3bBb3b),C5转化酶将C5裂解成C5a和C5b,C5b促进C6、C7、C8和C9结合,形成膜攻击复合物C5b-9 (MAC)。在此过程中,蛋白S和MAC抑制蛋白(CD59)通过抑制MAC的形成发作重要的负调节功能。

3 IgA肾病与补体

3.1 IgAN肾组织补体激活的证据早期,在IgAN肾组织活检的描述中,超过90%的病例肾活检系膜中有IgA和C3的共沉积[10, 11],这一发现在其他IgAN肾组织活检中得到重复[12],证实了IgAN中存在局部补体激活。此外,全基因组关联研究[13]的重要发现强调了H因子相关蛋白(CFHR1/CFHR3)基因缺失与IgAN肾病发病风险降低相关,IgAN局部补体的激活受到广泛的关注。目前,在IgAN患者肾组织中先后检测多种补体成分,包括C3a、C5a、C4d、MBL、MASP、L-ficolin、B因子(CFB)、以及H因子(CFH)和CFHR5[14～19],它们分别与血肌酐升高、估算肾小球滤过率(eGFR)下降、蛋白尿增多以及组织学病变严重度相关。上述研究证明了IgAN患者肾小球补体蛋白沉积的复杂性,加深了我们对IgAN发病的理解,即肾脏局部补体激活与疾病严重度及活动性相关,有助于疾病进展,可能是肾功能衰竭的机制之一。

3.2 IgAN血清补体激活的证据虽然在IgAN中补体C3降低是少见的,但在IgAN中可见检测到其他补体活化的标志物,并且与疾病的严重程度有关。几个中心已经描述了IgAN患者血浆中替代途径补体C3、Ba、CFHRs水平的变化。研究发现血清C3、Ba、CFHR1、CFHR5水平分别与蛋白尿、高血压和eGFR降低以及严重的组织学病变相关[20～24]。循环中凝集素途径补体的水平也与IgAN的严重程度有关。研究发现,血清中MBL水平升高或降低均与IgAN疾病进展相关,包括eGFR下降和蛋白尿增加[25]。这一矛盾现象可能是由于IgAN包含许多不同的病理过程,在不同的个体中具有不同的致病优势。此外,对IgAN肾病中其他血清凝集素途径补体的分析发现,与健康对照组相比,IgAN患者血清中M-ficolin、L-ficolin、MASP-1和MBL相关蛋白(MAp)19水平升高[18]。综上所述,这些数据显示了IgAN患者补体活化的血清学和组织学之间的联系,进一步支持凝集素途径及替代途径激活对肾小球损伤的贡献,但补体激活的详细机制及其在肾小球炎症和损伤中的作用尚需进一步研究。

3.3 IgAN尿液补体活化的证据IgAN肾病尿液补体激活的标志物也可以被检测到,并且与疾病的严重程度有关。早期的研究发现,IgAN患者的尿液iC3b、Bb水平与蛋白尿和血肌酐呈正相关[26]。其次,通过口服碳酸氢钠纠正酸中毒后,患者尿液iC3b、Bb排泄显著减少,而血清补体水平无明显改变[26],提示尿液补体激活可作为疾病治疗监测的指标。在一项使用质谱法检测尿蛋白的研究中,与正常对照组相比,IgAN患者尿液中有18种蛋白分布不同,其中补体C3和C4a占主要成分[27],表明尿液补体激活可能是诊断IgAN患者的有前途的生物标志物。另一个中心的研究发现,与脓毒症患者相比,IgAN患者血清C3a、C5a水平正常,而尿C3a、C5a水平在组织学损害更重的IgAN患者中明显升高,且与血清肌酐、蛋白尿以及肾脏病理分级呈正相关[17]。这一研究表明,相比于循环补体激活,IgAN患者尿液补体的激活更能反应疾病活动性及严重程度。

先前的研究发现,尿MBL水平与IgAN的肾功能、蛋白尿和高血压以及组织病理学指标相关[28]。更重要的是,随访结束时未缓解IgAN患者的尿MBL水平明显高于缓解期患者。这一发现提示尿MBL可作为评估IgAN病情严重程度和预测预后的无创生物标志物。最近的研究发现,IgAN患者尿C3a、C5a、Bb、C4D、MBL和补体终末活化产物C5b-9水平与血肌酐和蛋白尿以及新月体比例相关[29]。这一发现表明IgAN中新月体的形成和快速进展的肾衰竭与尿液补体过度激活有关,可能是监测疾病活动性的潜在生物标记物。此外,研究者还检测了血清中的补体产物与临床参数的相关性[29],结果没有统计学意义。这一结果再次提示,尿液补体激活可能代表肾脏补体激活,而不代表血清补体激活,可作为潜在的无创生物标志物。

H因子是替代途径的主要调节因子,加速C3bBb转换酶的衰变。几个中心的研究发现,IgAN患者尿CFH水平明显升高,尿CFH水平与血肌酐、eGFR、蛋白尿、肾小管间质损害和新月体形成等组织损害相关[30～32]。并且,在肾组织有H因子沉积的IgAN患者中,尿H因子水平明显升高,患者的肾功能较差[30]。这些结果表明,尿H因子水平与肾H因子沉积密切相关,尿H因子水平较高可能预示着严重的肾脏损害,可作为动态监测IgAN患者肾脏损害的非侵入性生物标志物。

4 IgA肾病的补体抑制治疗

为了专门阻断补体替代途径的激活,已开发出针对B因子和C3的抑制剂。关于IONIS-FB-LRx(一种CFB mRNA的反义抑制剂)对原发性IgAN疗效的临床研究正在进行(NCT04014335)。Iptacopan(LNP023),也是一种CFB抑制剂。目前,IgAN患者使用不同剂量LNP023的安全性和有效性的临床研究(NCT03373461)已经完成,结果正在评估。Pegcetacoplan(APL-2),作为一种C3抑制剂,也正在作为治疗IgAN的一种选择进行测试(NCT03453619)。除了以替代途径为靶点外,终末途径的补体抑制剂也用于IgAN进行临床测试。对IgAN患者中进行的小干扰RNA靶向补体C5(Cemdisiran/ALN-CC5)的试验数据的初步分析显示,患者24小时尿蛋白与肌酐比率降低(NCT03841448)。此外,一种新的长效C5补体抑制剂Raverizumab正在IgAN患者中进行第2阶段试验(NCT04564339)。虽然许多临床试验正在进行中且结果尚不明确,但一些报道支持补体抑制剂在IgAN中的益处。Eculizumab可以抑制C5转化酶的活性,阻断C5到C5a的裂解。一项病例报告表明,在进展性IgAN患者中早期开始使用Eculizumab治疗能够减少蛋白尿并稳定肾小球滤过率[33]。在一项使用Avacopan(CCX-168,C5a受体拮抗剂)治疗IgAN的研究中,7名参与者中有6名蛋白尿减少[34]。Narsoplimab(OMS721)是MASP-2的单抗,Narsoplimab治疗可能使高危IgAN患者的蛋白尿降低和eGFR保持稳定[35]。尽管补体干预治疗已经取得一定的进展,但是安全有效的补体靶向治疗药物的开发,以及准确选择补体抑制治疗获益大于风险的患者,需要对IgAN补体激活和疾病严重度的关联进行更深入的了解。

5 展望

尿液补体活化失衡与疾病活动性及严重程度相关,对尿液补体活化的进一步研究不仅可以为IgAN发病机制的研究提供线索,还可能为开发补体激活的特异性无创生物标志物提供可能。此外,对尿液补体的动态监测不仅有助于识别补体持续激活的患者,还可作为疾病治疗监测的指标,帮助准确识别哪些患者将受益于补体抑制治疗,为未来临床治疗决策提供参考。