補(bǔ)體系統(tǒng)調(diào)節(jié)蛋白H因子家族異常與腎臟疾病

鐵豐紅 綜述 于 磊 審校

旁路途徑是自然進(jìn)化中最先出現(xiàn)的補(bǔ)體激活途徑，H因子(FH)家族是旁路途經(jīng)激活的調(diào)節(jié)蛋白。FH輔助I因子滅活C3b，F(xiàn)H相關(guān)蛋白(FHRs)可與FH競爭性結(jié)合C3b等配體促進(jìn)補(bǔ)體激活。近年來，隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的推進(jìn)，對疾病的機(jī)制有了更高要求， FH家族作為多種疾病的新靶點(diǎn)得到了廣泛深入的研究。本文旨在對FH家族異常致腎臟疾病的研究進(jìn)行綜述并介紹其診斷與治療的進(jìn)展，以期為進(jìn)一步的研究提供參考。

補(bǔ)體旁路活化的調(diào)節(jié)

補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白抑制補(bǔ)體成分過度激活或輔助補(bǔ)體激活，發(fā)揮免疫作用。調(diào)節(jié)蛋白對補(bǔ)體激活調(diào)節(jié)不會局限在某一途徑，主要體現(xiàn)在對C3轉(zhuǎn)化酶的生成、活性、半衰期等的影響。備解素(P因子)可穩(wěn)定C3轉(zhuǎn)化酶，促進(jìn)補(bǔ)體激活[1]。P選擇素(CD62P) 通過募集白細(xì)胞、C3b而促進(jìn)旁路途徑激活。補(bǔ)體受體1(CR1，CD35)可結(jié)合C3b和C4b，使C3轉(zhuǎn)化酶形成受阻，也可協(xié)助I因子發(fā)揮功能。膜輔蛋白(MCP，CD46)可協(xié)助I因子發(fā)揮功能，抑制C3轉(zhuǎn)化酶活性。I因子具有絲氨酸蛋白酶活性，裂解C4b和C3b，阻斷C3轉(zhuǎn)化酶的合成并抑制其活性。衰變加速因子(DAF，CD55)主要作用是使結(jié)合在細(xì)胞表面的C3轉(zhuǎn)化酶分解。FH可與B因子或Bb競爭結(jié)合C3b，輔助I因子水解C3b(表1)。

表1 補(bǔ)體旁路活化的調(diào)節(jié)

FH及FHRs的結(jié)構(gòu)與功能

結(jié)構(gòu)人FH家族基因位于1號染色體長臂3區(qū)2帶(1q32)，自著絲點(diǎn)至端粒依次為CFH(CFHL-1)、CFHR-3、1、4、2、5。血漿中FH的平均濃度為233～400 μg/ml，由20個補(bǔ)體調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)域(CCP)組成。肝臟、單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等均可合成FH[2]。FH樣蛋白1(FHL-1)N端是與FH相同的CCP1-7，但缺失CCP8-20。FHR-1由5個CCP構(gòu)成，F(xiàn)HR-1的CCP3-5與FH的CCP18-20相似，CCP1-2與FHR-2、5的CCP1-2相似(相似度>90%)。在體外檢測血液中FHR-1多以同源二聚體或FHR-1/FHR-2異二聚體的形式存在，血液中的濃度在～40～100 μg/ml。FHR-2由4個CCP構(gòu)成，CCP3-4與FH的CCP19-20相似度較高，F(xiàn)HR-2自身可形成二聚體，濃度3 μg/ml(較低)[3]。FHR-3由5個CCP構(gòu)成，其中CCP1-2與FH的CCP6-7高度相似(相似度>85%)，而CCP3-5則與FHR-4的多個CCP(2、4等)相似(相似度>93%)，CCP3-5與C3b、肝素的結(jié)合。FHR-4可分為兩種即FHR-4A(9個CCP)和FHR-4B(5個CCP)，F(xiàn)HR-4A和FHR-4B的 CCP1相似度98%， FHR-4A的CCP6-9與FHR-4B的CCP2-5氨基酸序列相同(相似度100%)。FHR-4與C3b、C反應(yīng)蛋白(CRP)等結(jié)合而發(fā)揮作用，目前測量FHR-4濃度的方法并不可靠。FHR-5由9個CCP組成，正常情況下血漿濃度為3～6 μg/ml，在局部存在炎癥時FHR-5的濃度增高[4](圖1)。

圖1 FH和FHRs結(jié)構(gòu)示意圖[2-4]FH:H因子;FHRs:H因子相關(guān)蛋白;FH家族以CCP為單位,顏色相同序號相同結(jié)構(gòu)相似，不同的顏色代表不同的功能。黃色為FHR1、2、5形成而二聚體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，紫色為輔助I因子水解C3b的功能區(qū)，綠色為結(jié)合配體的結(jié)合區(qū)，同樣藍(lán)色也具有一定的結(jié)合配體功能

功能FH與FHRs存在競爭關(guān)系， FHRs與FH最顯著的差異是FHRs無CCP1-4功能區(qū)所以不存在輔助I因子的功能[5]。

FH可通過CCP6-7、19-20識別正常細(xì)胞黏多糖或唾液酸，CCP6-7可易化CCP19-20與C3b的結(jié)合促使CCP1-4裂解C3b、C3bBb。當(dāng)FH與FHRs的相對數(shù)量發(fā)生變化時(如感染)會影響FH與配體的結(jié)合。FHRs的濃度(例如CFHR3-1Δ無法形成FHR-1同源或異源二聚體)和狀態(tài)(單體或二聚體)會發(fā)生變化，而二聚體與配體結(jié)合的能力強(qiáng)于單體。

FH家族與腎臟疾病

補(bǔ)體系統(tǒng)在感染性疾病、自身免疫性疾病中均發(fā)揮了重要的作用。非典型溶血性尿毒綜合征(aHUS)、C3腎小球病、IgA腎病(IgAN)等均與之相關(guān)[6]。

C3腎小球病C3腎小球病是以腎臟組織僅存在C3沉積，無免疫球蛋白、C1q沉積為特點(diǎn)的一類腎臟疾病，可分為C3腎小球腎炎(C3G)和致密物沉積病(DDD)。目前關(guān)于C3腎小球病發(fā)病機(jī)制的研究主要集中在遺傳學(xué)方面和自身抗體的產(chǎn)生[7]。

FH FH基因突變導(dǎo)致FH無法分泌至細(xì)胞外，循環(huán)FH濃度減低；而CCP1-7的突變導(dǎo)致FH及FHL-1的功能異常，例如編碼CCP7的基因突變(rs1061170)[8]。國外的研究認(rèn)為突變與C3轉(zhuǎn)化酶的自身抗體(C3Nef)存在相關(guān)性[9]。

FHR5 塞浦路斯籍C3G患者CFHR5的第2、3外顯子的拷貝數(shù)增多，導(dǎo)致CCP1-2整合到了正常的FHR5蛋白上(FHR51-2-FHR5)，F(xiàn)HR5蛋白多聚化，此時循環(huán)中FHR5減低、C3的水平輕微減低[10]。耶魯大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，DDD患者編碼FHR2第4、5個CCP基因及CFHR5啟動子基因的缺失突變導(dǎo)致FHR2的CCP1-2整合到了FHR5上(FHR21-2-FHR5)，導(dǎo)致循環(huán)中的C3減低[11]。

FHR3和FHR1 C3G患者存在CFHR3和CFHR1的缺失或插入，CFHR3-1缺失被認(rèn)為與多種疾病有關(guān)，CFHR3的第1-3號外顯子和CFHR1的第3-5號外顯子可作為一個整體(FHR31-2-FHR13-5)插入正常的CFHR3和CFHR1基因之間，但循環(huán)中FHR31-2-FHR13-5蛋白并未表現(xiàn)出使補(bǔ)體過度激活的現(xiàn)象，腎臟活檢卻可見C3b沉積及腎小球損傷等[12]。

其他 散發(fā)的C3G患者或具有家族史的病例中發(fā)現(xiàn)了，諸如編碼相應(yīng)蛋白或CCP的基因缺失導(dǎo)致的機(jī)體產(chǎn)生整合蛋白FHR31-3-FHR48,9、FHR11-3-FHR5，此時循環(huán)中FHR1、FHR2等濃度減低；插入或重復(fù)導(dǎo)致的FHR11-2-FHR1等蛋白出現(xiàn)在循環(huán)中參與補(bǔ)體激活的調(diào)節(jié)[13-14](圖2)。

aHUS aHUS是補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白功能紊亂及FH自身抗體形成導(dǎo)致的免疫相關(guān)性疾病。30%～50%的患者循環(huán)FH減低，故有學(xué)者提出可將具有CFH基因缺陷以及形成FH自身抗體的aHUS作為aHUS的一種亞型，即DEAP-HUS[15-16]。

aHUS患者會產(chǎn)生FH抗體，抗體對FH功能的影響主要包括：(1)與FH的CCP19-20結(jié)合后影響FH與C3b的結(jié)合；(2)帶有FH抗體的血漿可促進(jìn)洗滌血小板聚集[17]。90%產(chǎn)生FH抗體的患者存在CFHR3-1基因缺失[18]。FH突變主要包括兩種類型一種是以CCP19-20(FHS1191L和FHV1197A)改變?yōu)榇淼难h(huán)FH水平正常但結(jié)合配體功能缺陷，另一種是直接導(dǎo)致循環(huán)FH減少(循環(huán)C3減少)[19]。當(dāng)CFHR1缺失時FH與FHR3形成整合蛋白，此時FH CCP1-7被遮蓋無法發(fā)揮功能，F(xiàn)HR3蛋白結(jié)構(gòu)完整，結(jié)合C3b和肝素能力增強(qiáng)導(dǎo)致細(xì)胞表面補(bǔ)體激活調(diào)節(jié)紊亂[20]。當(dāng)FH基因與CFHR1基因之間出現(xiàn)缺失時候還會出現(xiàn)FH與FHR1的整合蛋白(FH1-18-FHR14-5和FH1-19-FHR15)，此時患者的FH、FHR1及FHR3的循環(huán)水平會減低，其他FHRs基本正常，循環(huán)中的旁路途激活接近正常，而細(xì)胞表面旁路途經(jīng)異常激活可導(dǎo)致溶血反應(yīng)[21]。將編碼FH中CCP19-20的基因連同CFHR1和CFHR3基因作為一個整體重復(fù)排列在正常CFHR1基因后，循環(huán)中出現(xiàn)FHR11-3-FH19-20蛋白以及FHR3蛋白增多，其他FHRs基本正常，對補(bǔ)體激活的影響是內(nèi)皮細(xì)胞表面的補(bǔ)體激活調(diào)節(jié)失衡， C5b-9損傷內(nèi)皮細(xì)胞[22](圖2)。

圖2 FH家族基因突變示意圖[13]FH：H因子;FHR：FH相關(guān)蛋白基因;CFHR:FH相關(guān)蛋白基因;FH家族基因發(fā)生突變(缺失和重復(fù))突變，左側(cè)為其由于突變產(chǎn)生的蛋白，右側(cè)為FH家族基因的示意圖。這些基因突變分布在C3腎小球腎炎、非典型溶血性尿毒綜合征、IgA腎病等疾病的患者中且在疾病的發(fā)病和進(jìn)展中對補(bǔ)體旁路途經(jīng)激活產(chǎn)生復(fù)雜的作用

IgAN IgAN是由黏膜感染引起以IgA糖基化異常為基礎(chǔ),補(bǔ)體系統(tǒng)參與的自身免疫性疾病。1987年Rauterberg等[23]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體旁路途徑參與了IgAN的發(fā)病及腎小球的損傷。目前的研究認(rèn)為補(bǔ)體的調(diào)節(jié)是參與IgAN發(fā)病、影響預(yù)后的重要因素[24]。

關(guān)于IgAN的全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)研究發(fā)現(xiàn)FH內(nèi)含子位點(diǎn)rs6677604與IgAN存在關(guān)聯(lián),而FHRs基因缺失(CFHR3-1Δ)與rs6677604A存在連鎖現(xiàn)象，此時血清FH濃度較高、C3沉積強(qiáng)度較弱、循環(huán)C3水平較高、循環(huán)C3a水平則較低，認(rèn)為補(bǔ)體激活相對較弱，CFHR3-1Δ是IgAN的保護(hù)因素[25]。近期的研究發(fā)現(xiàn)在排除CFHR3-1Δ的影響外，IgAN患者血漿中FHR-1的水平顯著增高，其與腎小球濾過率和慢性腎臟病進(jìn)展均存在關(guān)聯(lián)[26]。為矯正FH水平的影響，人們將FH、FHR-1的相對濃度即FHR-1/FH比值與臨床表現(xiàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，此時FHR-1/FH和臨床表現(xiàn)的相關(guān)性更為顯著[27]。與FH相比，F(xiàn)HR-1對于C3裂解產(chǎn)物iC3b和C3dg的親和力更強(qiáng)，考慮FHR-1的增高參與了腎功能損傷[26]。一些關(guān)于CFHR5的研究顯示，突變使FHR-5與C3b的結(jié)合能力增強(qiáng)，進(jìn)而與FH競爭促進(jìn)補(bǔ)體激活，導(dǎo)致腎臟損傷，增加IgAN易感性。IgAN患者血漿FHR-5水平高于正常人，在一項中國IgAN患者的大樣本研究中已經(jīng)證實，高FHR-5水平有較重的蛋白尿和高血壓，腎功能也較差。此外IgAN腎活檢可見FHR-5沉積，沉積強(qiáng)度與疾病預(yù)后、C3相關(guān)的沉積(C3b、iC3b、C3d等)、C5b-9均存在相關(guān)性[28](圖2)。

狼瘡性腎炎(LN)腎臟是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)最常累及的器官，其發(fā)病機(jī)制主要包括抗核抗體的產(chǎn)生、補(bǔ)體激活及C1q抗體的產(chǎn)生等。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)凝集素途徑(MBL)途徑和旁路途徑在參與LN發(fā)病。最近的國外研究提示旁路途徑激活的LN患者預(yù)后差[29]。

通過對一些候選單核苷酸多態(tài)性(SNPs)的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)H家族中的CFHR3-1Δ是SLE發(fā)病及進(jìn)展的危險因素[30]。在抗FH抗體陰性的情況下LN循環(huán)中FH的水平顯著低于SLE，同時也觀察到FH水平與患者的臨床病理表現(xiàn)存在一定相關(guān)性[31]。國內(nèi)的研究發(fā)現(xiàn)FH相關(guān)的SNPs與SLE的表型存在相關(guān)性，活動的SLE伴FH功能紊亂與細(xì)胞凋亡的清除異常[32]。

補(bǔ)體FH家族異常的診斷與治療

FH家族蛋白的基因變異、蛋白結(jié)構(gòu)的改變、腎活檢免疫成分沉積情況及循環(huán)中FH家族蛋白水平可作為診斷相關(guān)疾病的重要信息。膜攻擊復(fù)合體、循環(huán)C3水平及補(bǔ)體激活的程度等補(bǔ)體相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測有助于判斷預(yù)后評估療效[33]。治療方面，有動物實驗證明，合成的具有功能區(qū)和結(jié)合區(qū)的FH(FH1-5*18-20-FHR1-2，miniFH)可明顯減弱細(xì)胞表面補(bǔ)體的激活和腎小球基膜C3沉積，問題在于這種合成FH的半衰期很短，這一研究推動了FH家族蛋白在治療相關(guān)疾病中的應(yīng)用[34]。miniFH對于陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿和aHUS的研究雖然處于起步階段，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)miniFH對經(jīng)典途徑影響較少，小鼠和獼猴對miniFH是可耐受的[35]。FH家族作為治療相關(guān)疾病新靶點(diǎn)蘊(yùn)含著巨大的潛力。

小結(jié)：FH和FHRs在腎臟病發(fā)生發(fā)展過程中的核心問題是兩者相互競爭、相互影響，F(xiàn)HRs抑制了FH抑制補(bǔ)體旁路途徑激活的效應(yīng)，導(dǎo)致補(bǔ)體激活，損傷腎臟。隨著研究的深入，越來越多的證據(jù)支持這一結(jié)論，雖然研究主要是在基因?qū)用?，但有足夠的證據(jù)表明FH家族在腎臟疾病中的重要性，有待進(jìn)一步研究。