系膜-足细胞-小管上皮细胞通信与IgA肾病

郭 艳，曾 欢，王润秀，谢富华

(赣南医学院 1.2017级硕士研究生；2.第一附属医院肾内科；3.基础医学院分析实验室，江西 赣州 341000)

IgAN是一种以IgA或IgA为主的免疫复合物在系膜区沉积的原发性肾小球疾病，它的流行程度因地理位置差异而不同，以东亚地区高发(40%～50%)，且更容易进展为终末期肾脏病(end-stage renal disease，ESRD)，欧洲人群的发病率居中(20%～30%)，而非洲人的发病率最低(<5%)，呈现一个明显的西向东渐变过程[1-2]。我国是IgAN的高发地区，27%的IgAN患者10年 内eGFR减半或发展至ESRD[3]，是ESRD重要的病因之一。然而，有关IgAN的发病机制目前仍未完全阐明，目前学者主要从遗传学(研究表明[4]rs2856717可预示IgAN的不良预后)、免疫学及酶学等方面进行研究。本文就系膜-足细胞-小管上皮细胞间的信号通信在IgAN中的发生、发展中的作用研究作一综述。

1 IgAN发病机制

IgAN易感性及疾病进展风险受遗传及环境因素的影响，“四次打击学说”是目前比较公认的发病机制[5]。Hit1：循环中低糖基化IgA1( galactose deficient IgA1;gd-IgA1)水平增加；Hit2：针对低糖基化IgA1的特异性自身抗体生成；Hit3：致病性免疫复合物形成(IgA1-IC)；Hit4：免疫复合物在肾小球系膜区沉积，引起系膜增生，系膜基质扩张和炎症细胞因子浸润，从而导致肾损伤[6]。普遍认为，IgA1低糖基化是 IgAN发病的始动因素，循环中gd-IgA1水平与疾病进展风险正相关[7-8]。有大量研究致力于低糖基化的IgA1是如何产生的？而这主要围绕遗传因素[9-10]和粘膜免疫失衡(上呼吸道感染和肠道粘膜感染)[11]。低糖基化IgA1的产生具有遗传特性，也可能受环境因素的影响，如细菌蛋白、局部微环境细胞因子IL-4、IL-6、TGF-β等。研究表明[12]过表达BAFF的小鼠检测到循环和肾小球gd-IgA水平升高。目前研究开始关注Hit4，致病性免疫复合物激活系膜细胞，引起系膜细胞增殖、炎症级联反应，最终导致肾纤维化[13]。

2 系膜-足细胞-小管上皮细胞通信与IgAN

在肾小球内，系膜细胞、足细胞、小管上皮细胞以及白细胞之间进行多向通信[14]。例如，系膜细胞损伤可导致足细胞足突融合或足细胞消失；反过来，足细胞损伤又可能诱导系膜细胞增殖。系膜细胞和内皮细胞的旁分泌信号是维持足细胞功能所必需的[15]。

2.1 gd-IgA1与系膜细胞系膜细胞占肾小球细胞总数的30%～40%，是肾小球性疾病发生、发展的关键[16]。IgA1-IC在系膜区沉积启动肾小球内炎症、损伤。通常情况下，血清gd-IgA1浓度升高预示着系膜区炎症反应的增强、肾小管萎缩和间质纤维化显著。然而，并非所有高循环IgA水平或系膜IgA1沉积的患者都进展为IgAN，而且并非所有肾移植的IgAN患者都会复发。有研究认为[17]IgAN患者的系膜细胞对gd-IgA1-IC易感性增加。

2.1.1 CD71介导的gd-IgA1系膜沉积循环中IgA免疫复合物与系膜细胞结合目前主要认为与转铁蛋白受体(CD71)有关，CD71是系膜细胞上的主要IgA受体[18]。在易感个体中，IgA1免疫复合物与系膜细胞上转铁蛋白受体(TfR1)和转谷氨酰胺酶2(TGase2)受体结合并触发系膜细胞活化，细胞内Ca2+、IP3、PCL-γ活化，导致细胞增殖，过量细胞外基质、活性氧物质、促炎和促纤维化介质产生[19-20]。另一方面，IgA1免疫复合物还能增强系膜细胞TfR表达，进一步加重系膜区炎症和增殖[21]。

2.1.2 β-1,4半乳糖基转移酶介导的gd-IgA1系膜细胞沉积除转铁蛋白受体外，近来研究表明系膜细胞上还存在另一种与IgA结合、沉积密切相关的IgA受体β-1,4-半乳糖基转移酶，参与IgA系膜沉积以及后续的IgA清除[22]。

2.1.3系膜细胞活化与炎症因子血小板衍生因子(Platelet-derived growth factors, PDGF)是间充质细胞的促有丝分裂因子，在伤口愈合、动脉粥样硬化、纤维化和恶性肿瘤中起着重要作用，研究表明[23]PDGF 表达在IgAN中显著上调，PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D是系膜细胞增生和肾纤维化的强烈刺激因子。有研究表明，IgA1-IC介导的系膜细胞活化与细胞内脾酪氨酸激酶(Spleen tyrosine kinase，SYK)有关，将IgAN来源的IgA1刺激肾小球系膜细胞，可以诱导脾酪氨酸激酶表达和磷酸化[24]。系膜细胞活化后产生的趋化因子和炎性介质(IL-6、TNF-α、TGF-β、AngⅡ)，能以自分泌或旁分泌的形式作用于系膜细胞本身或邻近细胞(如足细胞、内皮细胞)，而邻近的细胞反过来分泌炎性介质影响系膜细胞[14,25-26]。

2.2系膜-足细胞通信与IgAN 系膜细胞损伤在IgAN发病机制中发挥重要作用。然而，足细胞损伤常与肾功能障碍、蛋白尿加重有关。足细胞是终末分化细胞，也是肾小球滤过屏障的最终“看门人”。近年来，足细胞在IgAN发展中的作用越发受到关注。IgAN患者肾活检常可见足细胞肥大和肾小球硬化，尿检有足细胞数量和足细胞相关蛋白podocalyxin增加，并且这些病变与蛋白尿及疾病进展正相关[27-28]。有研究表明IgAN系膜细胞活化后产生的炎症细胞因子(TNF-α、IL-6)作用于足细胞，下调足细胞表面标志蛋白WT-1表达并诱导足细胞凋亡[29]。因此，足细胞病变很可能参与IgAN肾损伤。但另一方面，有研究表明足细胞上并不表达任何IgA受体，理论上讲IgA1对足细胞不产生直接作用，更主要的是，来自IgAN的肾活检发现足细胞区域罕见有IgA沉积。因此，IgAN患者中出现的足细胞损伤可能源于于足细胞周围的炎症因子环境。

2.2.1系膜-足细胞通信理论LAI等[30]提出并证实了系膜细胞-足细胞相互通信理论，采用IgAN血清分离的pIgA1处理系膜细胞，然后将处理系膜细胞后培养上清作为条件培养基，作用于足细胞和肾小管细胞，以研究这些细胞的表型和分泌变化。这种体外模拟系膜-足细胞通信的实验方法被国内外多数实验室接受并采纳，IgA1-IC 激活系膜细胞后分泌促炎细胞因子TNF-α、TGF-β、AngⅡ、IL-6、血小板活化因子(platelet activating factor，PAF)[31-32],这些细胞因子在到达肾小管之前首先经肾小球滤过激活足细胞，然后激活一系列信号通路介导局部炎症反应加重又或下调足细胞标志蛋白Nephrin、Ezrin和Podocin表达诱导足细胞凋亡。

2.2.2 TGF-β1介导的系膜-足细胞通信TGF-β1是一种参与细胞外基质(ECM)合成的促纤维化细胞因子，可减少ECM的降解并刺激整合素基质受体的合成，从而导致ECM过量沉积引起肾纤维化。研究表明[33]，TGF-β1表达与IgAN肾纤维化正相关。IgAN患者尿中TGF-β1显著上调，上调水平和患者的临床表现严重程度正相关，进一步体外实验表明来自IgAN患者的IgA1-IC可以显著上调系膜细胞中CXCL1和TGF-β1的分泌，在CXCL1和TGF-β1的协同作用下激活CXCR2最后导致足细胞粘附功能障碍和死亡[34]。另一项研究表明[35]，RAS系统激活参与条件培养基介导的足细胞合成分泌TGF-β1。

2.2.3 TNF-α介导的系膜-足细胞通信TNF-α主要由巨噬细胞分泌，也可由各种免疫细胞分泌。研究表明TNF-α在IgAN患者血和尿中升高[1,36]。系膜细胞释放TNF-α能促进足细胞TNF受体1和2(TNFRSF1A和TNFRSF1B)的表达，还能刺激足细胞自分泌TNF-α[37]。系膜细胞TNF-α与足细胞TNFRSF1A相互作用促进足细胞TNF-α、IL-6表达，能导致足细胞凋亡，TNF-α与TNFRSF1B相互作用则导致慢性肾间质炎症反应。

2.2.4 AngⅡ介导的系膜-足细胞通信AngⅡ是肾素血管紧张素系统(RAS)的主要效应分子,系膜细胞活化后AngⅡ合成增加[38]。体外实验表明，Ang Ⅱ可导致nephrin表达降低，并增加细胞凋亡，这种作用可被血管紧张素抑制剂阻断[39]。而另一项研究则表明[40]，炎症小体NLRP3参与AngⅡ诱导的足细胞损伤和线粒体功能障碍，并通过NLRP3特异性siRNA沉默验证。

2.3系膜-小管上皮细胞通信与IgAN 在牛津分类中，肾小管萎缩或纤维化是IgAN有效的预后因素[41]，与IgAN发展至ESRD密切相关。已知肾小管上皮细胞并不表达任何IgA受体，而且IgAN肾活检中很少在肾小管间质中检测到IgA，IgAN的肾小管间质损伤是否与IgA系膜沉积有关？国内外均有研究通过体外建立系膜-小管上皮细胞通信的模式，将IgAN患者纯化的IgA1与系膜细胞共培养，提取条件培养基作用于小管上皮细胞来观察局部微环境改变(如TGF-β1、TNF-α、Ang Ⅱ增加)对小管上皮细胞促炎症和凋亡作用。

2.3.1 TGF-β1介导的系膜-小管上皮细胞通信TGF-β1信号转导通路对肾间质纤维化及EMT的重要作用己得到公认，主要通过TGF-β/Smad经典信号通路参与肾小球及肾间质纤维化的发展。 Epac1是一种经肾上腺素能激活的非PKA依赖的信号分子，Epac1 能通过级联激活Rap抑制Ⅱ、Ⅲ型胶原表达发挥抗纤维化作用。研究表明，TGF-β1、 Epac1、Rap1均参与IgAN肾小管间质损伤的发生和发展，其分子机制可能通过TGF-β1抑制Epac1/Rap1表达[42]。

2.3.2 TNF-α介导的系膜-小管上皮细胞通信CHEN等[43]通过制备IgA-HMC条件培养基作用于PTEC，测定TNF-α、MIF和sICAM-1基因和蛋白表达，结果表明MIF和sICAM-1表达上调可以被TNF-α抗体抑制。因此认为，TNF-α可能通过肾小管细胞活化导致肾间质的炎症改变，参与系膜-小管上皮细胞通信。

2.3.3 AngⅡ介导的系膜-小管上皮细胞通信研究表明[44]，来自IgAN活化的人肾小球系膜细胞的条件培养基培养小管上皮细胞时，Ang Ⅱ产生上调，分别通过AT1R和AT2R导致炎症和细胞凋亡。Ang Ⅱ和AT1R诱导的炎症反应可能与蛋白激酶C、MAPK活化有关。而Ang Ⅱ-AT2R诱导的细胞凋亡可能涉及Caspase信号激活。另一项体外实验则表明来自IgAN的IgA1活化系膜细胞后促进AngⅡ和醛固酮合成分泌，这将导致两种后续的分子事件：(1)促进系膜细胞TGF-β释放；(2)通过上调小管上皮细胞NADPH氧化酶和ROS表达，促进肾小管上皮细胞凋亡[45]。

2.4足细胞与小管上皮细胞通信通常情况下，系膜细胞和足细胞损伤发生在小管上皮损伤之前，但小管上皮损伤会引发不可逆性肾小管间质纤维化并发展为ESRD。足细胞受损后释放生物活性物质，上调小管上皮细胞黏附分子和 HLA-Ⅱ类抗原表达，促进白细胞募集导致小管上皮炎症损伤。而这又将反过来作用于足细胞。因此，在足细胞和肾小管上皮之间形成恶性循环、炎症级联放大。

3 小 结

肾小球系膜区含IgA的免疫复合物(IgA-IC)沉积是IgAN的标志。IgA-IC的系膜沉积导致肾小球系膜细胞增殖、基质扩张，促炎和促纤维化介质产生。然而足细胞、肾小管上皮细胞上并不表达任何IgA受体，在IgAN肾活检确可见足细胞受损、肾小管萎缩和间质纤维化。近年来研究已经证实系膜-足细胞-小管上皮细胞通信在IgAN肾损伤和疾病进展中的推动作用。对IgAN发病机制的进一步研究有望为IgAN的治疗提供新方法。