Ⅳ型胶原相关肾病：从薄基膜肾病、Alport综合征到局灶节段性肾小球硬化

章慧娣 综述 谢静远 陈 楠 审校

·肾脏病基础·

Ⅳ型胶原相关肾病：从薄基膜肾病、Alport综合征到局灶节段性肾小球硬化

章慧娣 综述 谢静远 陈 楠 审校

新一代测序技术(NGS)的不断发展，推动了遗传性肾脏病致病基因定位及疾病谱的重新定义，其中Ⅳ型胶原(α3/α4/α5链)相关肾病的临床表型谱取得新的进展。最新多项研究发现COL4A3/COL4A4是家族性局灶节段性肾小球硬化新的致病基因，本文将综述及讨论Ⅳ型胶原α3/α4/α5链(COL4A3/COL4A4/COL4A5，COL4A3-5)相关肾病的临床疾病谱。

Ⅳ型胶原 局灶节段性肾小球硬化 Alport综合征 薄基膜肾病

近年来新一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)的不断完善，肾脏疾病的诊断达到分子水平，极大地加速了遗传性肾脏疾病的致病基因定位，推动疾病谱的重新定义[1]。通过基于NGS的研究，Ⅳ型胶原相关肾病研究的临床表型谱取得新的进展。Ⅳ型胶原(type Ⅳ collagen，COL4)作为肾小球基膜(glomerular basement membrane，GBM)主要结构，为其他细胞外基质提供结合网架，与肾小球内皮细胞和足细胞共同构成肾小球滤过屏障。因成熟的GBM仅表达Ⅳ型胶原α链(type Ⅳ collagen α chain，COL4A)的α3α4α5链，α1α1α2链仅在出生前GBM表达，本文仅讨论Ⅳ型胶原α3/α4/α5链(COL4A3/COL4A4/COL4A5，COL4A3-5)相关肾病。

既往公认的COL4A3-5相关肾脏疾病包括Alport综合征(AS)、薄基膜肾病(TBMN)和良性家族性血尿(BFH)，2014年后的多项研究[2-5]显示为局灶节段性肾小球硬化(FSGS)的新致病基因。本文将综述COL4A3/A4/A5突变的临床疾病谱及基因型-临床表型的可能关联。

Ⅳ型胶原结构与功能

Ⅳ型胶原COL4A3 和 COL4A4 定位于2号染色体 2q35-37，COL4A5和 COL4A6定位于 X染色体 Xq22。COL4A链分为3个结构域：氨基末端7s结构域；中间胶原区域，含(Gly-X-Y)n重复序列，为甘氨酸(Glycine，Gly)；羧基末端非胶原区域(noncollagenous-1 Domain，NC1),成熟 GBM 中只含足细胞合成的COL4 α3α4α5链[6]。由COL4A3-5链构成的Ⅳ型胶原网，仅在GBM和远端肾小管、肺泡、眼及耳蜗基膜表达。足细胞内首先分别合成及翻译COL4A3-5链，组装始于羧基端NC1，向7S结构域延伸，三聚体形成后被分泌到胞外形成超级分子结构，通过羧基端接头构成二聚体，7S结构域交联构成四聚体，联合侧链间的相互作用更加稳定。

由于不完全穿透率和复杂的临床表型，传统孟德尔模型不能完整解释常染色体COL4A3/COL4A4突变引起的肾脏病临床表现。COL4A3-5突变包括最常见的错义突变，常引起截断蛋白的无义突变、剪接突变、移码突变和大片段缺失。COL4蛋白结构引起特殊的突变致病效应：(1)靠近NC1突变由于破坏/影响了α3α4α5链三螺旋的组装，且暴露了未组装的氨基酸残基引起过度的羟化和糖基化修饰，导致更严重的表型；(2)Gly-X-Y结构域中的Gly稳定胶原区三螺旋结构，突变可引起组织力学结构改变，但表型较NC1端变异相对轻[7-8]。

Ⅳ型胶原(α3/α4/α5)突变相关肾病谱

Alport综合征(AS) AS发病率为1∶ 5 000～1∶ 10 000，是指患者具有特征性的临床表现(血尿伴或不伴蛋白尿，肾功能常逐步受损，可出现角膜和听力的异常)，病理上以GBM分层/厚薄不一为主要特征，多数由X染色体的COL4A5基因突变所致，但也可为常染色体上的COL4A3或4基因突变引起[9]。AS有3种遗传方式[10-11]，其中80%～85%为 X 染色体遗传AS(X-linked Alport syndrome，XLAS)，为COL4A5突变所致；其余为COL4A3和/或COL4A4突变引起的常染色体隐性遗传AS(ARAS，占15%)和常染色体显性遗传AS(ADAS，占1%～5%)。最近研究发现ADAS发生率可能高达18.9%(17/90)[12]。

XLAS与ARAS已被广泛认识，XLAS男性及AR患者均将早期不可避免地进展至 ESRD。XLAS女性5%无血尿，但XLAS男性100%有血尿[13]。90%男性和10%女性在40岁前发生听力丢失，由于X染色体灭活的Lyon现象，仅约15%的XLAS女性发生ESRD[14]。ARAS通常有以下特征：(1)男女均可发病，临床表型重；(2)父母无明显临床症状(无症状或仅孤立镜下血尿)；(3)父母常有近亲结婚。突变接近COL4A的羧基端、大片段重组、插入和缺失、无义突变可引起早发型肾衰竭(30岁之前)，多伴随听力下降、晶状体病变和视网膜病[15]。AS全球专家意见指出，COL4A3-5基因突变检测应成为AS的必要诊断手段[9,16]。

已有报道将NGS成功应用于AS患者基因诊断[11]，XLAS和ARAS的突变位点报道逐渐增多，临床表型特征日渐完善。COL4A3/A4杂合突变的临床表型多样[17-18]，联合皮肤及GBM的Ⅳ型胶原α3 及α5链检测在这些患者中并无鉴别意义[19]。已报道的该突变可引起ADAS、TBMN、BFH和FSGS，甚至在激素抵抗性肾病综合征(steroid-resistant nephrotic syndrome，SRNS)患者可发现高比例的COL4A突变患者[3]。

1997年ADAS首次被报道[20]，许多研究证实ADAS的存在[12]。诊断ADAS须在临床上达到AS诊断标准，遗传模式符合，基因诊断确认为COL4A3/A4的杂合突变[9,21]。

ADAS临床表型相对较轻，进展至ESRD速度慢[22-23]。ADAS与ARAS杂合子携带者临床表现有一定差异，后者部分患者可完全无症状,其它则表现为持续或间断镜下血尿(与GBM变薄有关)，极少数杂合子携带者可进展至ESRD。特别需要注明的是ARAS杂合子携带者在家系中必须有ARAS纯合子先证者。

薄基膜肾病(TBMN) 病理上以>50%的GBM弥漫变薄为特征，成人GBM通常<250 nm，2～11岁儿童<180 nm(WHO标准)[24]，且无AS典型的基底膜分层现象，临床以单纯镜下血尿为主要表现，通常不出现肾衰竭。由 COL4A3/COL4A4 突变导致，遗传方式为常染色体显性。TBMN穿透率仅约70%，从头突变率低，影响了约1%的人群，目前无热点突变报道。临床医师诊断的BFH过去认为与TBMN 等同[25]，但近年来发现孤立性镜下血尿/TBMN未必是良性预后，故本文不再专门讨论BFH[26]。当患者存在COL4A3/A4 突变时，并不能完全排除AS，特别是ADAS。诊断应慎重,有相当一部分患者尽管被诊断为TBMN/BFH，仍可进展为CKD或ESRD，应对患者做详细的家系调查和定期随访，尤其是在患者出现大量蛋白尿或肾外表现时，应重新认识其预后是否良性。

一般认为对于COL4A5突变的检测来排除XLAS对于TBMN的诊断更为重要，因AS的GBM分层现象可能是散在的、不完整的，而且基于GBM的诊断容易在男孩及女性中出现错误，故在TBMN患者中必须除外XLAS，临床诊断怀疑TBMN，症状不典型时需行肾脏活检。尽管TBMN预后是良好的，但仍增加了高血压、蛋白尿和肾功能损伤的风险，合并其他肾脏病或糖尿病时肾衰风险明显增加。临床研究发现TBMN合并其他肾小球疾病如IgA肾病、FSGS、MCD、MN等可显著影响TBMN预后，但并无证据显示其他肾小球疾病如IgA肾病合并TBMN其临床表现及预后显著差于单纯IgA肾病患者[27-28]。美国单中心报道回顾性分析634例肾活检患者[29]，其中TBMN占47例(7.4%)，仅17例(36.2%)为单纯TBMN，63.8%合并其他肾小球疾病：IgA肾病和FSGS各9例(19.1%)。

局灶节段性肾小球硬化(FSGS) FSGS是一个基于病理的诊断，肾脏病理光镜显示FSGS，电镜显示足突广泛融合，临床表现为显著蛋白尿，多伴血尿，疾病进展往往出现肾功能不全。据病因可分为原发性和继发性(包括遗传性)FSGS。值得注意的是典型AS肾脏病理可表现为FSGS，TBMN患者在成人后其疾病进展出现蛋白尿/肾功能不全时肾脏病理表现也以FSGS为主[30]，需鉴别。

对于临床医师来说，FSGS不是一组特异的疾病，更是一种病理诊断依赖的疾病实体。在FSGS的诊断中有相当一部分患者与儿童SRNS诊断重叠[31]。遗传性FSGS可因足细胞相关蛋白的单基因突变引起，这些突变解释了约8%～14%的家族性FSGS(familial FSGS,FFSGS)，散发FSGS患者的基因变异情况少有研究报道。已报道符合孟德尔遗传规律引起FSGS的突变基因主要包括[32]：NPHS1,NPHS2,CD2AP,ACTN4,MYO1E,INF2,TRPC6,WT1,PLCE1,LMX1B,CD151,LAMB2,ITGB4,COQ2,COQ6,ADCK4,APOL1 位点(G1/G2突变体)等。大多数AD型FSGS是功能获得性突变，多表现为迟发型缓慢进展的发病规律[33]。

最近基于NGS的研究发现COL4A3/A4突变高频存在于FFSGS[2,4-5]，均表现为AD的遗传方式。美国Duke大学报道，7/70例(10%)FFSGS中找到COL4A3/A4的致病突变[2]。中国瑞金医院同期报道[5]，在5/40例(12.5%)FFSGS发现COL4A3的致病突变，1/50例(2%)散发性FSGS中找到COL4A3突变位点，这些患者电镜下只有GBM节段性变薄，且无眼耳的肾外表现，无法诊断为AS或TBMN。迄今为止COL4A3是中国人FFSGS中突变率最高的致病基因，这将FSGS的基因诊断比例提高到接近25%的水平。2015年Gast等[3]研究发现,COL4A3-5突变是最常见的致病位点，被诊断的COL4突变患者更倾向于有家族史、血尿、GBM异常和早期发病，XLAS女性携带者是最常被误诊为FSGS的类型。该研究建议在FSGS中检测COL4A3/4COL4A5突变，因在FSGS中发现COL4A3/A4致病突变的重要性，2016年Stokman等[1]建议重新定义COL4A相关疾病谱或扩大AS的疾病谱覆盖范围。

目前AS和TBMN并无很多可选择的治疗方式，ARAS/XLAS/ADAS均应尽可能早的开始血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)/血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)治疗，XLAS女性携带者和ARAS杂合子若出现蛋白尿、高血压或肾功能不全应马上开始ACEI/ARB治疗，证据显示早期诊断及治疗，可显著改善AS患者的长期预后[34-35]。TBMN预后多为良性，需加强定期随访和正确的预后评估，一旦出现高血压、蛋白尿或肾功能不全应及时给予ACEI/ARB治疗[9]。原发性FSGS患者除ACEI/ARB外，主要是激素或联合免疫抑制剂(环磷酰胺/环孢素A/普乐可复)治疗，而FFSGS致病基因分子诊断(如COL4A3/A4)的明确是否可以减少不必要的激素/免疫抑制剂使用，目前仅个别文献有相关报道[36]，未来有待更多的临床循证。目前在COL4A3-5分子突变引起疾病谱中，无针对COL4A突变的特异性基因治疗，但在动物模型中已取得有前景的疗效[37]。

疾病表现的多样性和基因诊断的特异性促使肾脏病专家提出了一个新的疾病实体，命名为“胶原Ⅳ相关肾病”，这是一个基于分子水平(COL4基因致病性突变)的疾病诊断方式。目前文献并未统一命名，包括Ⅳ型胶原肾病(α3-α4)[17]，Ⅳ型胶原肾病[38]，Ⅳ型胶原相关肾病[39]。值得注意的是：AS是主要基于临床表现诊断的疾病，TBMN与FSGS的诊断基于肾脏病理，SRNS诊断基于临床表现及治疗反应。有研究者提出这是一个共同的分子疾病-胶原Ⅳ相关肾病：包括COL4A3-5分子突变引起的一系列疾病谱(TBMN、FSGS 和AS)，另有学者则认为应该将TBMN/FSGS都归入AS，将AS的临床疾病表型谱扩大，目前尚无定论[1]。

肾脏科医师今后在疾病诊断中应该依据临床诊断、基因(分子)诊断还是两者相结合，特别是在临床实践、基因咨询机构或者个体化诊疗中如何准确应用，仍有待更多循证医学证据。Ⅳ型胶原(α3/α4/α5)分子突变引起肾脏疾病谱从TBMN、AS扩大到FSGS，是否不同突变位点可引起不同疾病表型，有待未来更多的验证。建议在FSGS和SRNS等常见肾小球疾病中，尤其是局部基膜有病变的患者，将COL4A3-5分子突变筛查纳入常规的检测基因，以指导临床诊疗及对患者预后的评估。

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(本文编辑 溢 行)

Collagen Type Ⅳ related nephropathy：from TBMN, Alport Syndrome to FSGS

ZHANGHuidi,XIEJingyuan，CHENNan

DepartmentofNephrology,RuijinHospital,InstituteofNephrology,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMedicine,Shanghai200025,China

The continuous development of next-generation sequencing (NGS) technology has promoted new pathogenic gene mapping and redefinition of disease spectrum of hereditary kidney disease, for instance the clinical phenotype of collagen type Ⅳ related nephropathy has made new progress. In addition to Alport syndrome, thin basement membrane nephropathy and benign familial hematuria, the latest studies have been showed that COL4A3/COL4A4 are new pathogenic genes of familial focal segmental glomerulosclerosis (FSGS). Here, we review and discuss clinical phenotypic spectrum of collagen type IV chain (α3/α4/α5) (COL4A3/COL4A4/COL4A5, COL4A3-5)-related nephropathy.

collagen Ⅳ focal segmental glomerulosclerosis alport syndrome thin basement membrane nephropathy

10.3969/j.issn.1006-298X.2017.04.015

国家重点基础研究发展计划(2012CB517604),国家重点研发计划(2016YFC0904100)，国家自然科学基金(81570598)

上海市交通大学医学院附属瑞金医院肾脏科；上海交通大学医学院附属肾脏病研究所(上海，200025)

2016-12-12