Alport综合征治疗进展

唐子璐,姚 俊综述,高春林,夏正坤审校

0 引 言

Alport综合征(Alport syndrome,AS)是一种遗传性肾小球疾病,由编码IV型胶原链的COL4A3/COL4A4/ COL4A5基因突变引起。其主要临床特征为血尿、蛋白尿和进行性肾衰竭[1]。Orphanet数据显示,AS的患病率接近1-9/100 000,影响数百万人的肾脏功能和生命健康[2-3]。对于大多数AS患者来说,其终生发生肾衰竭的风险都很高,其中X连锁 Alport 综合征(X-linked Alport syndrome,XLAS)男性患者的肾衰竭中位年龄仅为25岁,其在40岁时肾衰竭发病率更是高达90%;即使是临床症状相对较轻的常染色体显性遗传患者和XLAS女性患者的肾衰竭风险也分别高达20%和25%[4]。因此尽早采取有效干预措施以延缓肾功能的恶化对于保障患者的生存质量至关重要。

AS的发病机制在于IV型胶原 α3/4/5的缺失导致其参与构成的肾小球基底膜(glomerular basement membrane,GBM)结构缺陷,进而破坏肾小球滤过屏障的完整性[5]。研究表明,肾素血管紧张素-醛固酮系统(renin aniotension aldosterone system,RAAS)在AS的病情进展中起到关键作用[6]。基于AS的病理特点,降低肾小球内压被认为能够防止足细胞上的机械应力导致的GBM破裂并降低病理性蛋白尿促进肾小球硬化的风险[7]。血管紧张素转换酶抑制剂(angiotensin-converting enzyme inhibitors,ACEIs)被认为具有抗蛋白尿、抗高血压的直接药物活性以及降低肾小球滤过压从而减少足细胞损伤的间接肾脏保护作用,能够实现对终末期肾病(end stage kidney disease,ESKD)进展的双重阻滞[8]。然而,多项回顾性研究证实,以ACEI为代表的RAAS系统阻滞剂仅能延迟肾功能的恶化,难以避免ESKD的临床结局[9-10]。尽管肾移植被认为是最理想的治疗方案并在许多ESRD病例中成功应用,但兼容供体的可及性以及为避免移植物抗宿主反应而进行的终身免疫抑制治疗是现阶段难以突破的瓶颈。因此,近年来大量研究者们致力于研发与RAAS阻断机制不同的干预手段以期为AS患者提供更多的治疗选择,最终实现肾脏功能和预期寿命的双重获益。本文就近年来国内外关于AS的潜在治疗方案作一综述。

1 基因干预

基因诊治是遗传性疾病的研究热点,相比于姑息性的药物干预,基因治疗为遗传性疾病提供了治愈的可能。AS的基因治疗目前集中在初级细胞及动物实验层面。在COL4A3-/-小鼠模型中,携带人类COL4A3-COL4A4基因座的小鼠转基因平台恢复了功能性GBM并改善了临床表型[11]。Lin等[12]利用诱导型转基因系统实现了AS小鼠模型中缺失α3/4/5的IV胶原网络的有效修复。聚集的规则间隔短回文重复(clustered regularly-interspaced-short palindromic repeat,CRISPR/ Cas9)系统作为一种成熟的基因编辑方法,可用于多种遗传疾病的治疗。在携带有COL4A3/COL4A5突变基因的AS患者的足细胞系中,CRISPR/Cas9基因干预实现了大于40% 的变体的逆转[13]。研究者还提出了局部注射CRISPR/Cas9治疗AS患者的视觉和听力障碍的可能,但其可行性尚需要进一步验证。作为AS常见的突变形式之一,终止密码子的过早出现可导致α3/4/5链截断而无法组装成异源三聚体。通过通读截断无义突变实现全长蛋白表达是一种潜在的AS治疗方法。已经在AS患者中鉴定出11个无义突变对G418(一种具有高通读活性的氨基糖苷类抗生素)诱导的过早终止密码子通读疗法敏感,过早终止密码子通读治疗对于某些AS患者具有可行性[14]。与截断突变相比非截断突变AS患者的临床表型相对温和,可考虑诱导截断突变转化为非截断突变,从而弱化基因突变对转录和翻译水平的影响[15]。选择性的外显子跳跃可将截断突变转变为非截断突变,有望减轻AS患者的临床症状并延迟ESKD的到来。在COL4A5基因外显子21的截断变异体中,外显子跳跃成功诱导了三聚体的形成并改善了临床病理表现和生存期[16]。虽然外显子跳跃无法彻底纠正突变状态,但其对突变样式的调控可能是重症AS的一种有前途的治疗选择。

2 蛋白质替代

相较于针对源头的基因干预,外源性的蛋白质替代更为直接且操作相对简单。将全长或mini-α345的原聚物治疗性地递送到肾小球,在肾小球中可寡聚形成GBM中的α345支架以弥补内源性α3/4/5的聚合缺陷[17]。最近开发的α345 NC1结构域单链三聚体和微型α345胶原IV原生质体都可能对AS产生治疗效果[11]。尽管AS的分子干预尚处于起步阶段,但随着蛋白质异源表达、定向递送技术的发展和基因检测、编辑水平的提高,基因治疗有望成为AS的常规治疗甚至治愈手段。

3 Nrf2激活

核因子E2相关因子2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是一种转录因子,充当抗氧化应激反应的主要调节剂[18]。甲基巴多索隆(bardoxolone)是Kelch样ECH相关蛋白1 (Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)的共价抑制剂,是Nrf2通路的已知最强激活剂[19]。Bardoxolone可抑制炎症和纤维化、减少肾小球硬化并改善肾功能;还能逆转内皮功能障碍并恢复肾小球滤过率[4]。Bardoxolone曾在糖尿病合并CKD患者中表现出eGFR改善效应,但增加了患者的蛋白尿和心力衰竭风险[8]。队列研究显示:Bardoxolone治疗在2年内具有令人满意的安全性,并显著保留AS患者的eGFR水平[4]。但受试者的血清转氨酶升高被认为与Nrf2的激活有关,需要警惕其肝脏毒性[20]。CARDINAL3期试验进一步评估了Bardoxolone在AS患者中的安全性,耐受性和疗效[21]。在治疗期间观察到血清肌酐(serum creatinine,Scr)降低伴尿白蛋白/肌酐的增加,这表明Scr的降低可能是通过肾小球的超滤而实现的,这可能会加重AS患者GBM的损伤并加剧肾功能的下降[21-22]。因此,虽然Bardoxolone具有显著的肾功能保留效应,但其对血液动力学及肾小球超滤的影响势必影响其临床应用和推广。在Bardoxolone的基础上,Kaseda等[23]尝试了通过直接抑制Keap1-Nrf2的蛋白间相互作用激活Nrf2的可行性。作为一种非共价Nrf2激活剂,UBE-1099降低了AS小鼠的Scr水平、改善了肾脏炎症和纤维化进程,并延长了实验寿命。UBE-1099的肾脏保护作用再度肯定了Nrf2激活策略在AS中的研究和应用价值。虽然Nrf2激活剂存在多种不良反应,但其是包括AS在内的多种CKD的新兴干预靶点,显著的eGFR保留和改善能力使其有望成为有史以来第一种可以逆转CKD进展的药物。

4 PPAR激动

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)是一个核受体家族,调控参与脂质代谢和线粒体功能的相关基因表达,PPARα、PPARγ和PPARδ(亦称β和NUC1)是PPAR家族的已知成员[24]。其中PPARδ激活对缺血和白蛋白超负荷引起的急性肾损伤均具有保护作用[5]。REN001(旧称:HPP593)作为一种选择性的PPARδ激动剂,明显降低COL4A3-/-小鼠的蛋白尿和血尿素氮水平,并改善了肾脏的炎症和纤维化程度[5]。REN001的肾脏保护效应对于PPAR激动剂用于AS治疗来说是积极的信号。在此基础上研究者们探究了不同途径的PPAR激活对AS患者的肾脏保护效用。miRNA是一组小的非编码RNA,通过调节基因表达在生理和病理过程中发挥重要作用[25]。研究发现miR-21能够促进成纤维细胞的增殖并抑制细胞凋亡,miR-21沉默可以改善CKD小鼠的肾纤维化进展[26-27]。由PPARα调节的代谢途径,被认为是肾间质纤维化中miR-21沉默的重要靶标,PPARα信号受损会加重肾纤维化的发展[28-29]。Anti-miR-21治疗通过增强的PPARα/类视黄醇X受体活性在肾小球和肾小管间质中显示TGF β依赖性抗炎和抗纤维化作用[30]。转录组学分析显示:与正常对照组相比,AS患者肾脏中的miR-21表达显著升高。高水平的miR-21与蛋白尿、炎症和纤维化以及肾脏疾病严重程度密切相关[31]。因此miR-21阻断有望成为AS患者的诱人靶标。miR-21沉默显著延长了AS小鼠的生存期,并改善了组织学终点,包括肾小球硬化、肾小管损伤、炎症和间质纤维化[30]。与此同时,Anti-miR-21对于ACEI具有强有力的协同效应。Anti-miR-21和ACEI联合使用在减少蛋白尿、抑制纤维化、保留肾功能和增加生存率方面显示出累加作用。在早期ACEI治疗中增加Anti-miR-21会延迟肾纤维化的进展并延长寿命[32]。这种协同效应可能会进一步延迟肾衰竭进程,并可能成为AS长程系统治疗的重要组成部分。因此对AS患者来说,选择性的PPAR激活可能是一种有前途的新疗法。

5 控 糖

二甲双胍是2型糖尿病的传统治疗药物,其能够改善肿瘤进展、炎症及其纤维化进程,因此被认为具有治疗慢性肾病(chronic kidney disease,CKD)的潜力[33-34]。动物在体实验显示:二甲双胍可抑制AS小鼠的蛋白尿、肾脏炎症、纤维化以及肾小球损伤,并显著延长预期寿命[35]。因此二甲双胍对包括AS在内的非糖尿病性肾小球疾病同样具有肾脏保护作用,但其远期有效性及安全性还需要进一步验证。

钠-葡萄糖转运体2(sodium-glucose co-transporter protein-2,SGLT2)抑制剂是一种新型降糖药,包括达格列净、卡格列净等[36]。已有相关研究证实SGLT2抑制剂具有肾保护作用,这使其成为治疗进行性肾脏疾病的潜在候选药物[37]。实验表明达格列净在非代谢起源的CKD中具有有益作用,但其是否可治疗快速进行性遗传性肾脏疾病尚不清楚[38]。基于此,Song等[39]设计了一项AS动态队列的真实世界研究,结果显示,在为期6月的随访期内,服用达格列净的AS患者蛋白尿水平显著下降且未出现任何相关不良反应。这在一定程度上提示了达格列净对于AS患者良好的疗效及安全性,但该研究涉及的病例数较少,需要更多样本的高质量研究验证结果的真实性。与此同时,另一项病例对照研究显示SGLT2抑制剂(恩格列净和达格列净)具有强大的肾保护作用,在RAAS阻滞剂的基础上应用SGLT2抑制剂更大程度地保留了eGFR并改善了蛋白尿水平[40]。SGLT2抑制剂通过管球反馈引起的传入小动脉血管收缩对ACEIs引起的传出小动脉血管舒张起到的协同作用被认为是这种强大的肾脏保护作用的可能机制[8]。

SGLT2抑制剂能够在应用RAAS阻滞剂的基础上进一步纠正血液动力学的超负荷状态,具有进一步延迟ESKD的强大潜力。基于此,在AS的诊疗过程中,我们可以考虑应用SGLT2抑制剂作为RAAS阻滞剂的附加疗法。但是不可否认的是SGLT2抑制剂面临多种相关不良事件,如骨折、感染、坏疽和糖尿病酮症酸中毒[8]。因此,当我们对于SGLT2抑制剂的肾脏保护作用持乐观肯定态度的同时也必须对上述不良反应保持高度警惕,并在临床应用中平衡患者的风险及获益。

6 调 脂

COL4A3-/-小鼠是一种较为成熟的AS动物模型,可以清楚地展示人类AS的发生和发展机制。在COL4A3-/-小鼠模型的肾皮质和肾小球中观察到胆固醇调节相关基因呈现明显差异表达,胆固醇在其肾皮质中的含量增加了8倍[41]。这提示胆固醇的积累可能参与了AS的疾病进展,脂代谢的调节可能对AS有一定的保护意义。羟丙基-b-环糊精 (Hydroxypropyl-b-cyclodextrin,HPbCD)是一种脂代谢调节剂,可调控胆固醇的外排过程。在体动物实验发现:HPbCD治疗可降低AS小鼠肾脏中的胆固醇含量,防止蛋白尿、炎症、肾小管间质纤维化的发展,并显著延长实验性AS肾病的生存期[41]。HPbCD的阳性结果肯定了调脂策略在AS治疗中的应用价值,基于此研究者们进一步探究了靶向调节胆固醇流出用于治疗AS的可行性。氧固醇结合蛋白样蛋白(oxosterone binding protein like protein,OSBPL)作为一种脂质调节蛋白,可调节ATP结合盒转运蛋白依赖的胆固醇流出。研究者以OSBPL7为分子靶标合成了两种5-芳基烟酰胺化合物(Cpd A和Cpd G)。二者均成功诱导了足细胞ABCA1依赖性胆固醇流出,并显著抑制了AS小鼠的肾功能下降[42]。进一步研究发现除OSBPL7之外,肾的胆固醇代谢还受到骨桥蛋白(Osteopontin,OPN)的调节[43]。OPN是一种分泌磷蛋白,在调节骨形态发生、炎症、心力衰竭和肿瘤转移中起重要作用[43-44]。近期有研究发现OPN在AS小鼠的肾小管中高度表达,并且以胆固醇依赖的途径影响AS的病理学进展。研究指出过表达的OPN通过增加胆固醇的流入,导致线粒体的生物学功能缺陷:形态上出现线粒体破坏,无序线粒体嵴、囊泡和自噬体形成;功能上表现为磷酸化呼吸功能、静止呼吸能力及最大解偶联呼吸受损,线粒体产能下降;OPN基因敲除可显著改善AS小鼠的蛋白尿、高血压、肾功能衰减、听力和视觉缺陷[43]。此外DNM3可能在OPN驱动的胆固醇调节通路中发挥着关键作用,OPN阻断剂和DNM3调节剂有作为AS及其他胆固醇失调相关代谢综合征治疗药物的潜力,值得进一步探究和研发。

总之关于脂质尤其是胆固醇代谢通路的研究,提出了胆固醇流入的增加和线粒体呼吸功能的受损是导致AS疾病进展的潜在途径,为AS的临床干预提供了新的潜在药物和治疗靶标。胆固醇稳态的调节可能是以AS为代表的遗传性肾脏疾病新的有潜力的治疗策略。

7 抗炎和抗纤维化

在AS患者肾功能进展中往往伴随着不同程度的炎症和纤维化,炎症和纤维化可能也参与了AS的疾病进展[45-46]。其中封闭蛋白(Claudin-1,CL)是形成紧密连接的重要成分,而后者又参与构成上皮屏障并影响细胞旁通透性[47-48]。因此,CL可能参与调节肾脏的滤过和重吸收过程,并在多种肾脏疾病的发生发展中发挥着潜在作用。CL-1在AS小鼠模型的肾近端小管中表达显著增加,且可被炎症因子(TNF α)诱导,而不受蛋白尿水平的调控[48]。因此CL-1是一种独立于蛋白尿之外的可以反应AS患者肾脏炎症状态的指标,有望成为AS抗炎治疗策略下的潜力靶标。此外有研究发现IL11与肾病的炎症及纤维化进程有关,在此基础上Widjaja等[49]探究了将IL11应用于AS诊疗的可能。研究发现,IL11受体在肾小管上皮细胞及足细胞中均有表达,且AS小鼠肾脏中的IL11水平随着肾衰竭的进展呈现进行性升高[50]。因此IL11可能是反应AS患者肾脏损伤程度及肾脏功能残留的良好指标。研究者进一步探索了IL11抗体(X203)在AS疾病进展中的治疗作用。结果显示:X203给药减少了AS小鼠的蛋白尿,改善了肾功能并可在单独及ACEI药物应用基础上进一步延长生存期[50]。这种强大的肾脏保护作用可能与IL11介导的部分上皮-间质转化受到抑制相关,而部分上皮-间质转化被视为肾脏炎症、纤维化和肾衰竭的起始因素[51-52]。基于此IL11信号抑制的炎症及纤维化阻滞效应可能是RAAS治疗方案的有益补充。组蛋白脱乙酰酶(Histonedeacetyase,HDAC)抑制剂可促进组蛋白乙酰化,同样能够防止肾脏的纤维化[53-54]。CG200745是一种新型HDAC抑制剂,其乙酰化效力较强,人体安全性较高。研究显示,在近端肾小管上皮细胞中CG通过抑制TGF β 信号激活并阻断成纤维细胞向肌成纤维细胞的转变改善了AS小鼠的肾脏纤维化程度,延缓了疾病进展[55]。

炎症和纤维化是AS疾病进展的关键特征,抗炎与抗纤维化策略能够通过减轻炎症和肾小管间质纤维化延迟AS患者ESKD的发生,有望成为AS治疗的潜在干预途径。

8 结语与展望

AS是一种以IV型胶原蛋白异常为主要特征的遗传性肾脏疾病,通常会进展为肾衰竭[56]。在儿童肾衰竭患者中,AS患儿的比例高达13%,严重影响儿童生长发育和生命健康。目前尚无预防AS患者进展为ESKD的确切疗法,AS的临床诊疗仅局限于RAAS阻滞剂药物以及最终的透析和肾脏移植[57]。虽然ACEI的病理性蛋白尿消融效应在一定程度上延缓了疾病的进展,但不能彻底改善进行性的肾脏损伤,接受ACEI治疗的患者最终还是难以避免肾脏透析或移植的临床结局。而一旦进入肾脏透析和移植阶段,患者的生活质量和社会属性将会受到严重的影响,因此早期有效的临床干预以尽可能延长肾脏中位生存期是AS诊疗工作的重点。多种潜在治疗方案已经成功通过了动物实验或初步临床试验的检验,它们以不同于ACEI的作用机制发挥肾脏保护作用,进一步的研究有望为AS患者提供确切可及的RAAS阻滞剂之外的治疗策略。不同药物的序贯或联合应用可能会显示出减轻肾损伤和减缓肾衰竭进展的累加作用,进一步改善AS患者的远期预后。同时我们有理由相信随着研究的深入,基因层面的干预能够开启AS临床治疗的新时代,AS患者有望获得更大的肾脏和生存获益。