局部補(bǔ)體產(chǎn)生在腎臟損傷中的意義

李雪娟 于 峰 綜述 丁 潔 審校

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·腎臟病基礎(chǔ)·

局部補(bǔ)體產(chǎn)生在腎臟損傷中的意義

李雪娟1于 峰2綜述 丁 潔1審校

補(bǔ)體是一組具有酶促反應(yīng)活性的血清糖蛋白。補(bǔ)體系統(tǒng)參與了多種腎臟損傷的發(fā)生與發(fā)展，以往認(rèn)為導(dǎo)致腎臟損傷的補(bǔ)體成分由“腎外”細(xì)胞產(chǎn)生(如肝細(xì)胞等)，通過循環(huán)到達(dá)腎臟而引起一系列補(bǔ)體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)及免疫損傷。近年國內(nèi)外研究報(bào)道均顯示，肝外組織如腎、腦、血管、肺等均能合成補(bǔ)體。腎臟是肝外補(bǔ)體合成的重要場所之一，并且腎臟局部產(chǎn)生的補(bǔ)體可能參與腎臟損傷的發(fā)生與發(fā)展。本文重點(diǎn)闡述腎臟局部固有細(xì)胞產(chǎn)生的補(bǔ)體成分在腎臟損傷中的意義。

補(bǔ)體蛋白 腎臟疾病 腎臟固有細(xì)胞

補(bǔ)體系統(tǒng)參與了多種腎臟損傷的發(fā)生與發(fā)展，以往認(rèn)為導(dǎo)致腎臟損傷的補(bǔ)體成分是由“腎外”細(xì)胞產(chǎn)生，如肝細(xì)胞、脾細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板等，通過循環(huán)到達(dá)腎臟而引起一系列補(bǔ)體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)及免疫損傷。而近年研究顯示，腎臟是肝外補(bǔ)體合成的重要場所之一[1]，且腎臟局部產(chǎn)生的補(bǔ)體可能參與了腎臟損傷的發(fā)生與發(fā)展。

補(bǔ)體是一組具有酶促反應(yīng)活性的血清糖蛋白。1896年，Bordet發(fā)現(xiàn)綿羊抗霍亂弧菌血清能夠溶解霍亂弧菌，而加熱至56℃，30 min后可阻止其活性,首次發(fā)現(xiàn)了補(bǔ)體[2]。補(bǔ)體系統(tǒng)包括30多種可溶性及膜結(jié)合性蛋白，是抵抗微生物感染的天然免疫系統(tǒng)的重要組分，同時(shí)在維持自身細(xì)胞完整性、組織穩(wěn)態(tài)及適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮非常重要的作用[3]。補(bǔ)體系統(tǒng)有經(jīng)典途徑、替代途徑、甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)三條活化途徑。C3是三條活化途徑的交匯點(diǎn)，由此繼續(xù)活化補(bǔ)體的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生一系列具有重要生物學(xué)效應(yīng)的活性片段及終末產(chǎn)物——膜攻擊復(fù)合物(MAC)。有意義的是，機(jī)體內(nèi)還存在對(duì)抗補(bǔ)體過度活化的自我調(diào)節(jié)機(jī)制，主要由多種補(bǔ)體抑制因子完成，旨在維持自身系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，保護(hù)機(jī)體免受“異己”的損傷，在病理狀態(tài)下，這種平衡被打破，補(bǔ)體系統(tǒng)則會(huì)參與多種炎癥反應(yīng)及自身免疫性疾病的發(fā)生。

近年來多項(xiàng)研究均顯示，肝外組織如腎臟、腦、肺、關(guān)節(jié)、皮膚和血管等也能合成少量具有重要生物學(xué)意義的補(bǔ)體成分。1999年，Tang等[4]首次對(duì)腎臟分泌的補(bǔ)體C3在人類補(bǔ)體循環(huán)池中所占的比例進(jìn)行了研究，提示腎臟是肝外組織合成補(bǔ)體的重要場所,且腎臟局部合成的補(bǔ)體成分還可進(jìn)一步影響并參與腎臟損傷的發(fā)生。既往研究證實(shí)腎臟固有細(xì)胞可在局部合成幾乎所有的補(bǔ)體成分[4-5]。本文重點(diǎn)闡述腎臟局部固有細(xì)胞產(chǎn)生的補(bǔ)體成分在腎臟損傷中的意義。

腎小球上皮細(xì)胞

腎小球上皮細(xì)胞分為臟層上皮細(xì)胞和壁層上皮細(xì)胞，其中臟層上皮細(xì)胞既是腎小球?yàn)V過屏障的重要組成部分，又是補(bǔ)體介導(dǎo)的免疫復(fù)合物性腎小球腎炎損傷的靶細(xì)胞之一[6]。體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，腎小球臟層上皮細(xì)胞可產(chǎn)生多種補(bǔ)體成分，如C3、C4、CR1、Crry等[5,7]。研究顯示，免疫損傷時(shí)，補(bǔ)體C3b會(huì)與腎小球上皮細(xì)胞表面的受體相結(jié)合而參與免疫復(fù)合物的清除。那么腎小球上皮細(xì)胞局部合成的補(bǔ)體成分與免疫炎癥的關(guān)系如何呢？

1993年，Zhou等[7]經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，體外分離培養(yǎng)人腎小球上皮細(xì)胞，利用代謝標(biāo)記及免疫共沉淀等實(shí)驗(yàn)方法，報(bào)道了人腎小球上皮細(xì)胞能夠分泌補(bǔ)體C3、C4，并且在γ干擾素(IFN-γ)的作用下，C4基因水平表達(dá)增加。其后，Laufer等[8]也發(fā)現(xiàn)，人腎小球上皮細(xì)胞能夠合成C1r、C1s、C1抑制物、C3、C2和B因子等補(bǔ)體成分。2005年，Bao等[9]發(fā)現(xiàn)了狼瘡性腎炎小鼠模型中腎小球臟層和壁層上皮細(xì)胞均能合成C3a受體(C3aR)，隨著疾病的進(jìn)展，其表達(dá)量增加。由于C3是補(bǔ)體三條活化通路的核心，其在補(bǔ)體相關(guān)疾病的發(fā)生中具有重要的地位。近年來，C3基因敲除的動(dòng)物模型及分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展使得有關(guān)C3的研究有了長足的進(jìn)展。2008年，Sheerin等[10]將C3基因敲除小鼠的腎臟移植到正常小鼠，再用阿霉素處理后則不能誘導(dǎo)其產(chǎn)生蛋白尿、腎小管損傷及進(jìn)行性腎衰竭,這一研究結(jié)果提示腎臟局部合成的補(bǔ)體成分是蛋白尿相關(guān)的腎組織損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也為局部組織產(chǎn)生的補(bǔ)體蛋白可能參與其他位點(diǎn)的組織炎癥損傷提供了可能。但也有研究不支持這一觀點(diǎn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示循環(huán)中通過腎小球?yàn)V過的C3加重了蛋白尿的腎小管損傷，而腎小管上皮細(xì)胞局部合成的C3與腎小管間質(zhì)損傷的嚴(yán)重程度及蛋白尿的發(fā)生無關(guān)[11]。北京大學(xué)第一醫(yī)院丁潔課題組的前期工作建立了經(jīng)典的嘌呤霉素大鼠腎病模型，進(jìn)一步應(yīng)用基因芯片生物信息學(xué)的方法分析發(fā)現(xiàn)，蛋白尿發(fā)生發(fā)展及足突動(dòng)態(tài)變化中腎組織局部顯示多個(gè)補(bǔ)體成分高表達(dá)[12]。而早期動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體的作用可能并非都有害[13]，補(bǔ)體可能會(huì)通過抑制局部免疫復(fù)合物的沉積而保護(hù)腎臟免受損傷。故腎小球上皮細(xì)胞局部合成補(bǔ)體的機(jī)制和目的尚有待進(jìn)一步研究。

近年的研究還發(fā)現(xiàn)，腎小球上皮細(xì)胞能夠表達(dá)多種補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，如可溶性的補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白H因子，膜結(jié)合型的補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，Ⅰ型補(bǔ)體受體(CR1/CD35)、衰變加速因子(DAF/CD55)、膜輔助蛋白(MCP/CD46)及補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白CD59等[14]。

H因子作為一類重要的可溶性的補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，不論是在血管內(nèi)還是在細(xì)胞表面均參與控制C3轉(zhuǎn)化酶的生成及穩(wěn)定性。2003年，Ren 等[15]利用補(bǔ)體活化的大鼠腎小球上皮細(xì)胞及Heymann腎炎膜性腎病的大鼠模型，通過實(shí)時(shí)定量PCR(RT-PCR)檢測腎臟局部H因子mRNA的表達(dá)，結(jié)果顯示，無論是體內(nèi)還是體外實(shí)驗(yàn)，H因子表達(dá)均上調(diào)，這很可能是腎小球上皮細(xì)胞對(duì)膜性腎病的直接反應(yīng)，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。2007年Alexander等[16]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠腎小球上皮細(xì)胞局部產(chǎn)生的補(bǔ)體H因子對(duì)慢性血清病所致的彌漫增生性腎小球腎炎腎組織上皮下沉積的免疫復(fù)合物的清除具有非常重要的作用。而循環(huán)中H因子的缺乏或功能缺陷也已證明與許多疾病的發(fā)生(如不典型溶血尿毒綜合征、C3腎小球腎炎等)相關(guān)。

CR1是C3b的受體，可介導(dǎo)吞噬作用，并作為Ⅰ因子的輔助因子促進(jìn)C3b和C4b的降解。Quigg等[17]證明了大鼠的腎小球上皮細(xì)胞能夠表達(dá)CR1-mRNA。在急進(jìn)性腎小球腎炎、膜性腎病、狼瘡性腎炎及糖尿病性腎小球硬化癥的患者腎活檢時(shí)，腎小球上皮細(xì)胞的CR1表達(dá)消失，推測可能是由于腎小球上皮細(xì)胞數(shù)目減少或代謝異常所致。

DAF通過抑制C3、C5轉(zhuǎn)化酶的形成而發(fā)揮作用。2002年，Bao等[18]利用免疫熒光及電鏡等方法研究了大鼠體內(nèi)DAF的分布及功能，證實(shí)了DAF可在其腎小球臟層上皮細(xì)胞表達(dá)。在嘌呤霉素(PAN)誘導(dǎo)的大量蛋白尿腎病模型中，DAF表達(dá)的上調(diào)可能會(huì)發(fā)揮其保護(hù)腎臟的功能。

腎小球系膜細(xì)胞

既往文獻(xiàn)報(bào)道，腎小球系膜細(xì)胞能夠產(chǎn)生C2、C3、C4、C3aR、B因子及 H因子等補(bǔ)體成分[19-20]。

1993年 Sacks等[19]利用體外原代培養(yǎng)的人腎小球系膜細(xì)胞，使用35S代謝標(biāo)記及免疫共沉淀的方法發(fā)現(xiàn)，腎小球系膜細(xì)胞能夠表達(dá)補(bǔ)體C3及C4；經(jīng)過IFN-γ的刺激后，C3mRNA的表達(dá)無變化，但C4mRNA的表達(dá)增加，說明IFN-γ能夠調(diào)節(jié)腎小球系膜細(xì)胞補(bǔ)體C4基因的表達(dá)。

由于補(bǔ)體參與了多種原發(fā)性及繼發(fā)性腎小球腎炎的發(fā)病[21]，如狼瘡性腎炎及IgA腎病的腎臟病理上均有系膜細(xì)胞增生及系膜區(qū)免疫復(fù)合物的沉積。那么，系膜細(xì)胞局部合成的補(bǔ)體成分意義何在呢？Wan等[20]利用siRNA敲低人腎小球系膜細(xì)胞內(nèi)源性C3的表達(dá)后，觀察其對(duì)腎小球系膜細(xì)胞的表型及增殖狀態(tài)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重型鈣調(diào)蛋白結(jié)合蛋白(h-caldesmon)(收縮表型的標(biāo)記)的mRNA表達(dá)增加，而骨橋蛋白、基質(zhì)Gla蛋白(MGP)和Ⅳ型膠原 mRNA(合成表型的標(biāo)記)的表達(dá)減少，從而降低了人系膜細(xì)胞的增殖，這些結(jié)果均提示腎小球系膜細(xì)胞局部產(chǎn)生的補(bǔ)體C3可能影響腎小球系膜細(xì)胞的表型及增殖狀態(tài)，進(jìn)一步提示C3可能在腎臟疾病中腎小球系膜細(xì)胞表型的調(diào)控方面發(fā)揮重要作用。

腎小球內(nèi)皮細(xì)胞

1997年，Sheerin 等[22]的研究發(fā)現(xiàn)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞能夠合成補(bǔ)體C3，在腫瘤壞死因子α(TNF-α)的刺激下，其表達(dá)增加。另有研究顯示，腎小球內(nèi)皮細(xì)胞能夠表達(dá)補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白CD59[23]。2007年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)狼瘡性腎炎患者中腎小球內(nèi)皮細(xì)胞C3aR的表達(dá)增加，研究采用Western Blot和免疫熒光染色的方法,免疫熒光染色結(jié)果是兩位病理專家在雙盲情況下進(jìn)行評(píng)分,發(fā)現(xiàn)C3aR染色強(qiáng)度與狼瘡性腎炎的整體組織活動(dòng)的評(píng)分呈明顯正相關(guān)，而作為對(duì)照的其他腎臟疾病并未出現(xiàn)[24]。而進(jìn)一步在動(dòng)物體內(nèi)利用特異性C3aR拮抗劑阻斷C3a/C3aR通路后，則延長了狼瘡腎炎小鼠的生存時(shí)間[25]。

腎小管上皮細(xì)胞

近年來國內(nèi)外的研究均表明，腎小管上皮細(xì)胞是腎臟中多種補(bǔ)體固有成分(如C3、C4、C2、C1q、D因子、H因子)mRNA表達(dá)和相應(yīng)蛋白合成的重要場所[26]。Ichida等[27]認(rèn)為，由于補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白(如CD46、CD55等)在腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)相對(duì)較少，故腎小管上皮細(xì)胞可能是補(bǔ)體局部沉積和MAC作用的主要靶點(diǎn)。體外培養(yǎng)的近端腎小管上皮細(xì)胞未經(jīng)任何刺激即可表達(dá)補(bǔ)體C3，在TNF-β的刺激下，其表達(dá)量增加，且呈劑量和時(shí)間依賴性。Castellano等[28]也證實(shí)白細(xì)胞介素β(IL-1β)及IFN-能使近端小管上皮細(xì)胞分泌C3增高。

近年來，有關(guān)腎小管上皮細(xì)胞局部分泌補(bǔ)體的研究多集中于腎臟移植免疫的領(lǐng)域。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，移植腎“失功”和排異反應(yīng)的發(fā)生與供腎局部，尤其是腎小管上皮細(xì)胞C3的過度活化密切相關(guān)[29]。急性排斥反應(yīng)是早期器官移植失敗的重要原因，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步影響到移植器官的存活時(shí)間。研究顯示，補(bǔ)體的替代途徑活化參與腎臟移植后的缺血再灌注損傷。由于腎小管上皮細(xì)胞代謝旺盛，易受到缺血再灌注損傷的影響，而腎小管上皮細(xì)胞幾乎可以產(chǎn)生替代途徑中所有的補(bǔ)體成分。有文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)生腎臟移植排斥反應(yīng)時(shí)，近端腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)的C3會(huì)上調(diào)，而在小鼠移植腎模型的研究中，來自C3陰性(非特異性敲除)的小鼠腎臟移植后的存活時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C3陽性的小鼠[30]。Sacks 等[31]在一項(xiàng)前瞻性、隨機(jī)對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，腎活檢病理中腎小管C3基因的表達(dá)強(qiáng)度不但與腎小管間質(zhì)損傷程度有關(guān)，更與腎小球的濾過功能呈負(fù)相關(guān)。因此，腎小管上皮細(xì)胞在致病因素誘導(dǎo)下過度生成并活化補(bǔ)體，在移植腎相關(guān)腎損傷發(fā)病中的作用已引起廣泛重視。

腎小管上皮細(xì)胞不僅能夠直接合成補(bǔ)體，還可合成部分補(bǔ)體的受體成分，如C3a及C5a的受體[32-33]。 2004年，Braun等[32]利用流式細(xì)胞分選(FACS)、Western Blot和RT-PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)，人近端腎小管上皮細(xì)胞可表達(dá)C3aR，利用基因芯片技術(shù)檢測在近端腎小管C3aR活化后引發(fā)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，提示補(bǔ)體的活化可直接調(diào)節(jié)腎臟免疫炎癥反應(yīng)。隨后Tang等[34]利用C3a刺激腎小管上皮細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，上皮細(xì)胞鈣黏蛋白(E-cadherin)表達(dá)減低，α平滑肌肌動(dòng)蛋白和Ⅰ型膠原的mRNA表達(dá)上調(diào)，加入C3aR拮抗劑后，則抑制了上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化；在阿霉素誘導(dǎo)的腎蛋白尿腎臟小鼠模型中，C3aR(-/-)組比野生組損傷輕，間質(zhì)的α平滑肌肌動(dòng)蛋白和Ⅰ型膠原的含量也明顯降低，提示敲除C3aR對(duì)腎功能的保護(hù)作用。2003年，de Vries 等[33]發(fā)現(xiàn)C5aR在健康小鼠的腎小管上皮細(xì)胞有表達(dá)，在此基礎(chǔ)之上建立了缺血再灌注模型后發(fā)現(xiàn)，其C5aR表達(dá)上調(diào)，CXC 趨化因子和TNF-的mRNA的表達(dá)也明顯上調(diào)，并伴有大量中性粒細(xì)胞浸潤；而C5aR通路被阻斷后，則只有CXC趨化因子的表達(dá)上調(diào)。這一研究提示C5a及其受體在腎臟缺血再灌注發(fā)病中的重要性。2011年國內(nèi)也有學(xué)者報(bào)道[35]，體外培養(yǎng)的人近端腎小管上皮細(xì)胞在C3a及C5a的誘導(dǎo)下，其相應(yīng)的受體mRNA表達(dá)均增強(qiáng)，并激活了轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)/結(jié)締組織生長因子(CTGF)的信號(hào)通路，最終導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。以上研究表明，腎小管上皮細(xì)胞合成的補(bǔ)體及相關(guān)受體在介導(dǎo)炎癥及促纖維化的相關(guān)通路中可能具有重要作用

綜上所述，腎臟固有細(xì)胞可合成多種補(bǔ)體及相關(guān)成分，并可能參與多種腎臟疾病的發(fā)生和發(fā)展。但是腎臟固有細(xì)胞到底能合成哪些補(bǔ)體分子？這些原位合成的補(bǔ)體成分的表達(dá)變化特點(diǎn)？自身合成的補(bǔ)體成分如何發(fā)揮生物學(xué)功能？原位合成補(bǔ)體成分的數(shù)量與在腎外合成的補(bǔ)體成分?jǐn)?shù)量及功能上有無差異？諸多問題均需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，為未來防治免疫相關(guān)腎臟疾病進(jìn)展的研究提供理論依據(jù)。

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(本文編輯 律 舟 加 則)

The renal locally produced complement and kidney injury

LIXuejuan1,YUFeng2,DINGJie1

1DepartmentofPediatrics,PekingUniversityFirstHospital,No.1XiAnMenDaJie,Beijing,100034,PR.China2RenalDivision,DepartmentofMedicine,PekingUniversityFirstHospital;InstituteofNephrology,PekingUniversityKeylaboratoryofRenalDisease,MinistryofHealthofChina;KeylaboratoryofCKDPreventionandTreatment,MinistryofEducationofChina;Beijing100034,China

Complement comprises approximately 40 serum proteins, glycoproteins that exhibit enzymatic activity. Evidence increasingly indicates that the complement system plays a pivotal role in mediating renal diseases. Although complement components are produced in the liver, in recent years, many studies have shown that extrahepatic tissues, including the kidney, brain, blood vessels, lungs, can synthesize small amounts of complement components. Among extrahepatic tissues, the kidney is one of the main sites of complement synthesis. However, recent evidence also suggested that locally expressed complement proteins are involved in renal injury. This review is mainly focus on the significance of renal locally produced complement in renal diseases.

complement renal cells renal diseases

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81170657)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(30830105)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973，2012CB517700)；北京市自然科學(xué)基金(7072080)

1北京大學(xué)第一醫(yī)院兒科(北京，100034)，2腎內(nèi)科

2015-06-01