IgA1分子糖基化異常在IgA腎病發病機制中的研究進展

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IgA1分子糖基化異常在IgA腎病發病機制中的研究進展

孔榮珍,尹敏,王藝璇,于晶,解洪梅，姜琦，劉鋒*

(吉林大學中日聯誼醫院 腎內科,吉林 長春130033)

原發性IgAN是世界范圍內最常見的原發性腎小球疾病，是終末期腎病(ESRD)重要病因之一。Berger和Hinglais于1968年首次描述IgAN的病理特點，其腎小球系膜區沉積著含IgA1的免疫復合物[1]。目前IgAN發病機制尚未闡明，但已有諸多研究證實IgA1分子糖基化的異常及免疫復合物的形成在IgAN發病機制中起重要作用[2]。亦有研究表明Gd-IgA1免疫復合物的血清水平與IgAN病情進展和不良預后(血液透析和死亡)密切相關[3]。IgAN作為一種自身免疫性疾病，其IgA1分子主要來源于多克隆活性的B細胞，而B細胞的激活及IgA1分子的生成和分泌受T細胞調控，T細胞免疫調節紊亂(如Th1/Th2細胞比例失調等)使B細胞產生過量的IgA1[4]。異常的IgA1通過形成循環免疫復合物或原位免疫復合物沉積于腎小球系膜區，最終造成腎臟損傷。本文將對近年來IgAN中有關糖基化缺陷的IgA1(Gd-IgA1)分子的研究進展做一綜述。

1IgA1分子基本結構及正常糖基化

IgA分子有IgA1和IgA2兩個亞型，均可以單體(mIgA)和多聚體(pIgA)形式存在。IgA1分子重鏈CH1和CH2之間有一個13氨基酸組成的鉸鏈區，每個鉸鏈區有6個0-聚糖位點，其主要由絲氨酸和蘇氨酸組成[5]。首先，在高爾基體中尿苷二磷酸-GalNAc中的GalNAc在N-乙酰半乳糖轉移酶(GalNAcT)作用下轉移至IgA分子鉸鏈區絲氨酸或蘇氨酸的羥基上，形成O-連接。而后半乳糖(Gal)在β1,3半乳糖轉移酶(C1GalT1)及其分子伴侶Csmc作用下連接到GalNAc上。最后，唾液酸在α2,6-唾液酸轉移酶(ST6GalNAcII)或α2,3-唾液酸轉移酶作用下連接到Gal或GalNAc上，形成帶負電荷的O-聚糖結構。IgA1鉸鏈區O聚糖占據IgA1分子重鏈上的重要位點，并與Fc受體的配體鄰近，此結構對于維持IgA1分子構象，保護鉸鏈區免受蛋白酶降解有重要生理意義[5]。

2IgA1分子糖基化異常的機制

2.1遺傳因素

雖然IgAN發病多呈散發性，但家族聚集現象已經被大量研究發現并證實。有研究發現IgAN患者部分親屬血Gd-IgA1水平升高，而無血緣關系的親屬,如配偶糖基化異常的IgA1未升高，證實了IgA1糖基化缺陷具有遺傳性[6]。然

而，血清Gd-IgA1水平升高的親屬并不一定出現IgAN的臨床癥狀，說明Gd-IgA1單獨存在不足以致病。當然IgAN患者親屬血液中糖基化異常的IgA1合成抗體的能力發生改變、合成的免疫復合物的致病性發生改變亦不一定引起腎臟損傷。因此，遺傳因素只是參與IgAN發病的一個方面，除遺傳因素外，環境因素、免疫調節等因素共同參與了IgAN的發病。

2.2關鍵酶的異常

目前，IgA1異常糖基化的機制尚未闡明，有研究證實IgAN患者Gd-IgA1的產生機制之一是由于糖基化過程中關鍵酶的表達或活性發生異常，包括C1GalT1下降和(或)ST6GalNAcII升高；C1GalT1下降可直接影響0-聚糖半乳糖糖基化，唾液酸酶的升高可使GalNAc過早唾液酸化，從而影響鉸鏈區O-聚糖的半乳糖糖基化，最終導致糖基化異常的IgA1形成。同時基因突變、多細胞因子、外源性因素等在關鍵酶的調節中也起到重要作用[7,8]，因而研究IgA1糖基化關鍵酶的調節因素對于明確IgA1糖基化異常的機制有重要意義。

2.2.1C1GalT1及其伴侶蛋白Cosmc

既往研究認為C1GalT1及其伴侶蛋白Cosmc存在編碼基因突變導致出現IgA1異常糖基化，但后續研究又推翻了上述結論[9]，認為外源性途徑在C1GalT1及其伴侶蛋白Cosmc的調節中可能發揮重要作用[10]。近些年許多研究證實多種外源性途徑在C1GalT1及其分子伴侶Cosmc活性表達的調節中發揮的重要作用，而C1GalT1及其分子伴侶Cosmc是否存在編碼基因的多態性及其作用的強弱還需進一步考證。如Grazia等[11]發現外周血中單核細胞上的微小核苷核酸(miRNA)的高表達可使C1GalT1表達降低；Suzuki等[12]發現IgAN患者血液中B細胞經EB病毒永生化后可降低Cosmc的表達，低糖聚化的PIgA1增多；Xie等[13]發現細菌脂多糖可使Cosmc甲基化水平增加，并可下調外周血中B細胞內Cosmc的表達。未來我們可通過研究IgAN患者miRNA、EB病毒、脂多糖的血清水平與C1GalT1及Cosmc的相關性，進一步探索IgAN新的無創性生物指標及IgAN的預防和治療。

2.2.2IgA1鉸鏈區結構的唾液酸化

為明確唾液酸化對IgA1異常糖基化的影響機制，有學者通過對健康組和IgAN患者中IgA1 0-糖基化類型的比較發現：健康組IgA1 0-聚糖2,3α-唾液酸化比2,6α-唾液酸化強度高，反之，在IgAN患者中后者強度更高。由此可推斷出ST6GalNAcII可使GalNAc過早唾液酸化產生Gd-IgA1，IgA1 0-聚糖唾液酸化的重新分布可能在IgA發病機制中起到了重要作用[14]。也有研究發現唾液酸化的GalNAc可影響IgA1與某些受體的結合力，如IgA1與唾液酸糖蛋白受體的結合力會因IgA1的唾液酸化而降低[15]，從而使IgA1在肝臟內清除受阻，血液循環中的IgA1半衰期延長。因此，研究IgA1鉸鏈區的糖鏈的唾液酸化對探討IgAN發病機制及發現新的特異性生物指標有重要意義。

2.2.3細胞因子

為探索細胞因子對IgA1分子糖基化異常的影響，Suzuk等[16]通過siRNA技術發現IL-6、IL-4在IgA1分子糖基化異常過程中起到非常重要的作用。IL-6可通過提高IgA1細胞內ST6GalNAcII基因中編碼GalNAc唾液酸化區域的基因位點活性而增加GalNAc的唾液酸化強度；IL-6還可通過減少C1GalT1及Cosmc的表達，使唾液酸化的Gd-IgA1和終末GalNAc增加。Yamada等發現Th2細胞分泌的IL-4可降低B細胞內C1GalT1 mRNA水平，引起C1GalT1下降，導致異常糖基化的IgA1分子增多[17]。研究IL-6、IL-4的細胞來源及對Gd-IgA1形成中關鍵酶的調節機制和作用位點，可能對IgAN的靶向治療有重要意義。除IL-6、IL-4外，其它細胞因子如VEGF、IL10等在IgA1異常糖基化中的作用還有待進一步研究證實。

2.3免疫調節

有研究表明，IgAN的發病機制與黏膜免疫反應密切相關。黏膜感染可通過改變B細胞和其他免疫細胞(包括IgA1分泌細胞)內因子環境(如IgAN患者血清中TNF-α、IL-6水平的升高)使IgA1分子異常糖基化，也可使扁桃體淋巴細胞產生Gd-IgA1增多[18]。Toll樣受體可識別內源性抗原，介導信號轉導引起炎癥反應，在IgAN患者外周血中單核細胞Toll樣受體上調，故推斷Toll樣受體在IgA1異常糖基化及其免疫復合物形成中可能起重要作用[19]。IgAN患者外周血中Th1/Th2比值有所下降，在動物實驗中已經證實該比值的下降在IgA1異常糖基化形成中有重要作用[20]?？梢?，免疫調節失衡是導致IgA1分子異常糖基化重要原因之一。

2.4環境因素

IgAN的起病常伴隨著感染癥狀，且疾病的反復發作也與感染相關。大量臨床觀察結果顯示EB病毒、鏈球菌、幽門螺桿菌等病原體可作為外源性抗原引發Gd-IgA1的產生。Suzuki發現，由副流感嗜血桿菌(HP)感染引起的扁桃體炎與IgAN患者發病相關[21]。他隨后還發現細菌的脂多糖(LPS)可刺激IgAN患者扁桃體淋巴細胞產生Gd-IgA1[22]。因此，控制感染在一定程度上可抑制IgAN的起病和反復發作。

3免疫復合物形成

IgAN發病機制與遺傳、環境等因素相關，是一種多基因病，其發病的關鍵在于含Gd-IgA1的免疫復合物沉積于腎小球系膜區,然而Gd-IgA1單獨存在于腎小球系膜區不足以引起腎臟損傷[23]。Gd-IgA1首先在血液中形成循環免疫復合物或在系膜區形成原位免疫復合物，后者誘導系膜細胞分泌基質、細胞因子、趨化因子等，而后進一步引起腎臟損傷[24]。IgA1可通過三種方式形成循環免疫復合物(CIC)沉積于腎小球系膜區，Gd-IgA1因缺乏糖基化修飾發生構象改變，發生構象改變的Gd-IgA1易發生自我聚集；Gd-IgA1可與IgG形成免疫復合物；另外，Gd-IgA1還可直接與表達于髓性細胞表面的特異性受體FcαRI(CD89)結合形成免疫復合物[25]；上述含IgA1的CIC與系膜細胞表面受體CD71(轉鐵蛋白受體/TFR1)結合沉積于系膜區[26]。此外，因Gd-IgA1與系膜細胞、細胞基質(如IV型膠原蛋白、纖維結合蛋白、層黏連蛋白等)結合力明顯增強，Gd-IgA1還可以非特異性抗原抗體復合物途徑沉積于腎小球系膜區。對于IgA1復合物的形成和在腎小球的沉積機制尚需進一步探究，通過了解Gd-IgA1在腎小球不同的沉積方式，設定不同的免疫清除方案，在指導臨床治療IgAN中尤為重要。

4引起腎臟損傷的機制

4.1對系膜細胞的影響

由IgA1及其免疫復合物活化的系膜細胞產生多種細胞因子，后者參與系膜細胞增生和細胞外基質堆積從而造成腎臟損傷。Gd-IgA1及其復合物對腎小球系膜細胞的活化作用需要多細胞因子及補體的參與。已有研究表明含Gd-IgA1的免疫復合物可通過降低血管內皮生長因子(VEGF)、整合素的生成使細胞外基質增多刺激系膜細胞增殖和程序化死亡，引起腎臟損傷[27]。此外，IgAN中補體途徑在系膜細胞損傷中起重要作用，Gd-IgA1可激活補體活化的替代途徑使C3沉積，并與C5b-C9形成復合物參與系膜細胞損傷[28]；然而，骨形態發生蛋白7(BMP-7)具有抑制TNF-α促炎細胞因子形成的作用，還可通過抑制細胞中TGF-β活性起到抗纖維化的作用[29]，chan等[30]研究證實Gd-IgA1復合物可通過 BMP-7實現對系膜細胞的保護作用?？梢姡喾N細胞因子共同參與了Gd-IgA1及其復合物對系膜細胞的活化，其中不僅有促進系膜細胞增值引起腎損傷的細胞因子，還有對系膜細胞發揮保護作用的BMP-7。除BMP-7外，是否存在其他對系膜細胞具有保護作用的細胞因子，還有待進一步探究。

4.2對足細胞的作用

足細胞，即腎小囊的臟層上皮細胞,附著于腎小球基底膜(GBM)外側,連同GBM和毛細血管內皮一起構成了腎小球血液濾過屏障。足細胞的損傷與蛋白尿的產生及腎小球硬化密切相關，足細胞通過多種細胞因子參與的細胞-細胞間相互作用參與腎小球的損傷。Lizhu等[31]研究發現IgAN患者中Gd-IgA1復合物可刺激系膜細胞產生趨化因子CXCL1和轉化生長因子-β(TGF-β)，它們能夠誘導足細胞功能障礙和凋亡。體外培養的IgA1和系膜細胞的上清液可誘導足突細胞凋亡、抑制nephrin表達，進而加重足細胞的損傷[32]。王成等[33]發現IgA1和系膜細胞共同培養的上清液可通過激活腎素-血管緊張素系統降低足細胞在腎小球基底膜的粘附力，從而使腎小球濾過屏障受到影響。綜上所述，多種細胞因子在足細胞損傷中發揮重要作用。目前，Gd-IgA1對足細胞的作用多局限于細胞因子的研究，其沉積于系膜細胞后引起足細胞損傷的具體機制尚需大量體外及臨床研究深入探索。

4.3對腎小管的損傷

雖然腎活檢病理結果提示IgA形成的免疫復合物主要沉積在腎小球，但IgAN患者多同時伴有腎小管的損傷。IgA1與系膜細胞共同培養產生的介質可使血管緊張素II增多，RAS系統激活，促使足細胞分泌TNF-a，后者進一步激活腎小管上皮細胞，引起一系列的炎癥反應[34]。雖然IgA1分子不能直接作用于腎小管區，但是可通過細胞-細胞間相互作用造成腎小管損傷，INF-a在“球管交聯”中發揮重要作用。

5結語

糖基化異常的IgA1分子被自身抗體識別形成免疫復合物沉積于腎小球系膜區，分泌、活化多種細胞因子，引起腎臟損傷。Gd-IgA1復合物是IgAN發病的關鍵環節。通過對IgA1分子的研究可為IgAN尋找新的生物指標，并將其應用于診斷疾病、評估預后、監測病情進展等方面，具有重要臨床價值。通過對異常糖基化的IgA1在IgAN中作用機制的闡述，我們可以把調節糖基化過程中關鍵酶的活性、阻止或清除IgA1沉積于腎小球、調節Gd-IgA1引起的多種細胞因子的表達活性作為IgAN治療的靶點。該綜述通過對IgAN發病機制中關鍵分子IgA1的闡述，為IgAN開發新的靶向療法提供了可能方向。因IgAN的臨床表現及腎病理改變多種多樣[35]，其診斷需要腎活檢，導致患者對該病的知曉率低、重視程度低、依從性差，這些都會使IgAN的診斷率和有效治療率下降。目前腎活檢仍是IgAN診斷的金標準，明確IgAN患者血清Gd-IgA1和免疫復合物水平與腎活檢病理分級之間的關系，可將Gd-IgA1及其免疫復合物血清水平作為IgAN疾病診斷、病情監測、預后評估無創性生物指標廣泛地應用臨床。

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(收稿日期：2015-11-19)

文章編號：1007-4287(2016)03-0513-04

*通訊作者