基因检测在慢性肾脏病诊治中的应用

吴其顺 王 琳 综述 裴小华 审校

基因异常是导致慢性肾脏病(CKD)发生、发展的重要原因。在儿童CKD中,遗传性肾病(HKD)占比高达42.1%～52.1%[1-2]。发病年龄越小,HKD的概率越高。此外,基因异常还与CKD的进展及预后相关。一项基于512万挪威人群的调查显示,如一级亲属中患有终末期肾病(ESRD),受调查者将来发生ESRD的风险将增高7.2倍[3]。据现有文献报道[4-7],儿童常见的HKD包括肾小管疾病/肾钙质沉着症、先天性肾尿路畸形、囊肿性肾病、激素抵抗型肾病综合征,而成人常见常染色体显性遗传多囊肾病(ADPKD)、Alport综合征、常染色体显性遗传肾小管间质性肾病(ADTKD)和肾单位肾痨等(NPHP)。既往认为,HKD是罕见病,但在使用大规模平行测序(MPS)对CKD患者进行基因检测后,发现HKD的实际流行率明显被低估,儿童队列约为30%,成人队列为6%～30%[4-7]。因此,基因检测在CKD的诊治中需要受到足够重视。在2022年1月,欧洲肾脏学会-欧洲透析和移植学会(ERA-EDTA)联合欧洲罕见肾病参考网(ERKNet)发布了《基因检测在慢性肾脏病诊断中的临床实践建议》(简称《建议》)[8],我们对其加以解读,旨在引起国内同行共鸣,合理、规范地将基因检测应用于CKD的预防与诊治中。

基因检测的方式与迭代

基因检测方法包括第一代测序和第二代测序技术。第一代测序的准确率高、结果可靠,但检测费用高、通量低、费时费力,目前用于候选基因明确的HKD及经高通量测序已经筛查出致病突变的进一步确认,如基因组拷贝数变异(CNV)检测。第二代测序包括靶向基因panel测序、全外显子组测序(WES)和全基因组测序(WGS)等。靶向基因panel测序主要针对对被高度怀疑突变的基因区域,准确率较高,但不能发现新的致病基因,因此适用于临床表型具有特异性的HKD,如ADPKD、Alport综合征、法布雷病。而非靶向测序(WES和WGS)则是将整个基因组进行检测,可发现新的基因。

基因检测注意事项

基因检测必将成为CKD诊治的重要手段,甚至成为常规手段。人类表型本体论术语(HPO)是人类疾病的表型异常词汇表(https://hpo.jax.org22),已成为罕见疾病深层表型分型的行业标准。需要提醒的是,临床医师不能唯“基因检测”论;在解读基因报告时,一定要结合患者病史(发病年龄、病程和家族史)、体格检查、实验室检查、影像学检查和(或)组织活检等信息进行综合研判。

基因检测的临床获益

首先,基因检测是微创的。其次,基因检测可以避免罕见病患者的“诊断之旅”,甚至减少肾活检穿刺术[9],且可能对原来的诊断进行修正。如膜增生性肾小球肾炎(MPGN)实际上可能是由COL4A3-5突变引起的Alport综合征;Batter综合征实际是由SLC26A3突变引起的先天性氯化物腹泻[10-11]。现有的CKD队列研究表明进行基因检测后,10%～22%的病例需要修正其原诊断[4-5]。第三,基因检测可早期发现肾外表现。对于PAX2突变的先天性肾脏及尿路畸形 (CAKUT)患者,指南建议筛查双眼[12]。在HNF1B突变患者中,临床医师应注意糖尿病、肝胰异常等肾外并发症[13]。考虑到WT1基因突变的肾病患者发展为肾母细胞瘤或性腺母细胞瘤的风险较高,因此需要定期随访[14]。第四,基因检测可以指导治疗决策和预后。有研究发现,约1.9%的局灶节段性肾小球硬化患者是由ADCK4基因(指导合成辅酶Q10)突变引起;经单一补充辅酶Q10后,患者的蛋白尿明显好转,肾功能稳定[15-16]。酶替代治疗可有效缓解法布雷病的进展[17]。成纤维细胞生长因子23(FGF-23)单克隆抗体已经通过美国食品药品监督管理局和欧盟的批准,用于X连锁低血磷性佝偻病(XLH)的治疗,可有效改善XLH患者的低磷血症、影像学病变和骨痛等症状[18]。一项多中心前瞻性研究证明,基于基因检测阴性而停止非典型溶血性尿毒症综合征抗C5治疗可能是合理和安全的。厄库利珠单抗停药后的复发可能是由于补体基因突变,因此需要基因检测定期随访[19]。而Alport综合征患者的COL4A突变类型可提供有关肾和肾外表型以及移植后抗肾小球基膜(GBM)肾小球肾炎风险的信息[20]。第五,基因检测有助于优生优育。对于单基因遗传病,估算子代发生基因缺陷病的概率,如伴性遗传疾病(Alport综合征、法布雷病、XLH等)的男性患者,其女儿100%基因缺陷,但儿子无风险;而女性患者其子女遗传缺陷基因概率均为50%。目前,第三代试管婴儿技术(胚胎植入前遗传学诊断技术),已经可以提前预知单基因疾病的发生,如ADPKD[21]。最后,基因检测在肾移植术前配型和术后预测排异的地位已日益凸显[22]。

针对性建议

肾小球疾病据估计,HKD至少占儿童蛋白尿性肾小球疾病的25%,与发病年龄呈负相关。在先天性肾病综合征中,NPHS1、NPHS2、WT1和LAMB2突变占80%,其他基因占5%～20%。NPHS2、WT1和NPHS1突变是欧洲患者遗传性激素抵抗肾病综合征的最常见原因,而在亚洲人中,COQ8B突变较为常见[23]。目前已确认60多个基因与肾小球疾病的发生相关,例如CUBN(管状基因)、CLCN5(凹痕病、近端管状缺陷)或PAX2(CAKUT基因),常表现为蛋白尿。

大多数肾小球疾病基因在足细胞中选择性或优先表达,包括狭缝隔膜(NPHS1)、足细胞细胞骨架(MYO1E、ACTN4、INF2)、膜蛋白复合物(NPHS2、TRPC6)。以蛋白尿为主要表现的肾小球疾病可由编码足细胞分化和维持相关调控元件的基因遗传异常引起,包括参与线粒体能量供应的核基因和线粒体基因(如COQ2、COQ6、COQ8B、mt-tRNA),tRNA修饰(如KEOPS复合基因、WDR4),核转录因子(如WT1、LMX1B、SMARCAL1)、核孔复合蛋白(如NUP93、NUP107)和膜蛋白,参与足细胞足突在细胞外基质中的锚定(LAMB2、ITGB4、ITGA3)。Ⅳ型胶原(COL4A1、3、4、5)是GBM的主要组成部分,其突变可导致肾小球疾病,病初以血尿为主,在病程中可能发展为蛋白尿和肾衰竭,但也可能仅表现为肾病综合征。

《建议》提出,对于先天性肾病综合征,强烈建议基因检测。标准剂量的激素治疗无效,应立即考虑基因检测。对激素治疗初始有反应,后期出现激素抵抗,则不建议进行基因检测(表1)。

表1 基因检测在不同肾脏疾病诊断中的应用

肾小管疾病遗传性肾小管疾病通常与多种基因异常相关,较为复杂。与成人相比,儿童患者中常染色体隐性遗传更多见。在欧洲的一项研究中,临床诊断为肾小管疾病的儿童和成人中,遗传性疾病分别占64%和29%[24-25]。

《建议》提出,对于大多数肾小管疾病患者,建议进行基因检测。其检测方法首推靶向测序,特别是外显子靶向测序。

补体缺陷相关性疾病非典型溶血尿毒症综合征、免疫复合物介导的MPGN和C3肾小球疾病都是典型的补体相关性罕见肾病,与基因异常密切相关[26]。

《建议》提出,对于补体缺陷造成的肾病,强烈建议筛查CFH、CD46、CFI、C3、THBD和DGKE基因。使用多基因panel测序进行诊断,除了进行SNP和单倍型分析之外,指南强调不应忽视CNV分析,以确保CFH/CFHR基因中发生的大片段缺失、重复等变异能被发现。

CAKUTCAKUT是造成儿童CKD的主要原因,不明原因的成人CKD患者也可能患有这种疾病。目前已发现45种基因变异与此相关,10%～15%的病例为单基因变异,大多数患者是多基因变异[27],后者可表现为在同一家族出现不同亚型的临床表现。

《建议》提出,在大多数情况下,CAKUT患者进行基因检测是必要的,更重要的是在产前或婚前进行筛查。

肾纤毛病肾纤毛病是临床和遗传异质性较高的一类疾病,常伴发肾外表现,包括多囊肾性病(PKD,包括ADPKD和ARPKD)和NPHP。在有早期严重疾病表现的儿童中,ARPKD(主要是PKHD1)和ADPKD(主要是PKD1和PKD2)基因变异最为常见[21]。DZIP1L和许多其他基因的变异也可发生ARPKD样表型[28],如GANAB、DNAJB11、HNF1ß、PKHD1、DZIP1L、TSC1/2、VHL、OFD1等。NPHP在临床上通常很容易与PKD区别开来,NPHP是一种肾小管间质疾病,以肾小管间质囊肿、肾脏大小正常或者偏小为特征。目前,已知20多个NPHP基因(多数为常染色体隐性),NPHP1的大量缺失占所有青少年肾单位肾痨的20%～40%。NPHP基因的变异可导致多种肾外表现[29-31]。ADPKD有时会被误认为是ADTKD,后者最常见的原因是MUC1基因突变或UMOD基因突变[32]。尽管ADTKD通常伴肾功能损害,但无肾脏肿大,且仅有少量或无囊肿,进展至ESRD的速度较NPHP相对缓慢。其他纤毛病也可能出现类似PKD或NPHP的肾囊肿,尤其是当肾外特征轻微或尚未检测到时。

《建议》提出,强烈推荐有家族史或产前、婴儿或儿童表现为肾纤维囊性病变的患者进行全基因组检测,如非靶向测序。

不明原因的CKD临床上有相当部分的CKD患者起病时已经表现为肾功能衰竭,无法进行肾活检,或者存在肾活检禁忌证,或即使行肾活检但因缺乏特征性病理改变而无法诊断的情况。对于这些患者,基因检测常是确诊的唯一途径。Mann等[33]对104例年龄<25岁的肾移植受者进行了WES检测发现，34例(32.7%)受者存在单个致病基因突变,其中突变检出率较高的基因有CAKUT中的EYA1、JAG1基因,SRNS中的NPHS1基因,肾小球疾病中的COL4A5基因,囊性肾病的NPHP1基因等。Groopman等[34]对3 315例成人CKD患者进行WES检测,发现308例(9.3%)的CKD患者为单基因突变所致,突变分布于66个基因,其中63%的突变集中在6个基因(PKD1、COL4A5、COL4A3、COL4A4、PKD2 和UMOD),且突变发生率较高的疾病分别为发育和囊肿性疾病(23.9%)以及不明原因的CKD(17.1%)。以上的研究结果均提示,基因检测有助于不明原因CKD患者的病因学诊断。

《建议》提出,对于50岁以前进展为ESRD的患者进行基因检测是必要的。如果患者有明确病因,如急性肾损伤、糖尿病肾病、感染性肾病,可不进行基因检测。先进行靶向测序,若未发现变异,则可使用非靶向测序。

小结:基因检测不但有助于肾脏疾病的早期诊断,还可以帮助临床医师预测疾病进展,指导靶向治疗,避免不必要的药物毒副反应。此外,基因检测还有助于优生优育。随着基因测序技术的发展,基因突变知识库的扩充,基因检测将给CKD诊治带来质的飞跃,使得CKD的精准诊治成为可能。

致谢：感谢南京医科大学第一附属医院(江苏省人民医院)老年肾科赵卫红及江苏大学附属医院肾内科何建强的帮助和指导！