難治性腎病綜合征遺傳背景檢測及其臨床應(yīng)用

陳思培，李貴森△

(1.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院腎內(nèi)科/腎病研究所，四川 成都 610072)

難治性腎病綜合征(refractory nephrotic syndrome，RNS)藥物治療的效果相對較差，腎臟損害易進(jìn)行性加重，預(yù)后差，是終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)常見原因之一[1]。約10%的兒童特發(fā)性腎病綜合征表現(xiàn)為激素抵抗(steroid-resistant nephrotic syndrome，SRNS)，其中30%～40%在10年內(nèi)會進(jìn)展到ESRD[2]。目前關(guān)于RNS的研究主要集中于對發(fā)病機(jī)制、治療策略與激素耐藥機(jī)制的探討。RNS發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，多種因素均可導(dǎo)致其發(fā)生，主要導(dǎo)致足細(xì)胞損傷，進(jìn)而導(dǎo)致腎小球?yàn)V過屏障選擇性喪失和蛋白尿的出現(xiàn)。隨著臨床研究和發(fā)病機(jī)理研究的不斷深入，已有大量證據(jù)表明遺傳變異在RNS發(fā)生中至關(guān)重要[3]。目前已在足細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)多個基因突變均可導(dǎo)致RNS，影響其一些重要功能[4]。本文針對RNS遺傳背景，結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果，重點(diǎn)就導(dǎo)致RNS足細(xì)胞相關(guān)蛋白基因，在RNS發(fā)病中的遺傳變異及其導(dǎo)致RNS的機(jī)制和臨床應(yīng)用價值進(jìn)行綜述。

1 足細(xì)胞裂孔膜的相關(guān)蛋白基因

1.1 NPHS1NPHS1基因位于人類染色體19q13.1，所編碼的腎素蛋白(nephrin)是構(gòu)成裂孔膜(Slit diaphragm，SD)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵分子之一，也是裂孔膜上首個被證實(shí)的蛋白成分，在維持裂孔膜完整性及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面發(fā)揮重要功能[5]。NPHS1基因突變主要分為缺失突變和無義突變兩種類型，除此之外也發(fā)現(xiàn)數(shù)十種包括插入突變、錯義突變和剪切位點(diǎn)突變等基因突變，其中無義突變可導(dǎo)致nephrin蛋白縮短，而錯義突變則影響nephrin蛋白的Ⅲ型纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)域[6]。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)NPHS1基因的173種單基因突變，同時也發(fā)現(xiàn)中國SRNS患者中存在NPHS1基因突變[7]。由此看來，NPHS1中的不同突變可能導(dǎo)致SRNS不同臨床癥狀及疾病嚴(yán)重程度。因此NPHS1基因突變不僅是CNF病因，也與RNS具有一定聯(lián)系。

1.2 NPHS2podocin是一種完整的膜蛋白，是構(gòu)成膜的關(guān)鍵部分，主要表達(dá)于足細(xì)胞裂孔膜上，可通過直接或間接地結(jié)合nephrin，增加nephrin對絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-actixated protein kinases，MAPKs)的誘導(dǎo)刺激，維持裂孔膜的濾過屏障作用。當(dāng)編碼podocin的NPHS2基因存在突變時可導(dǎo)致SRNS的發(fā)生，在約40%的家族性和17%的散發(fā)性SRNS病例中均發(fā)現(xiàn)該基因的突變[8]。NPHS2基因位于染色體1q25.2，包含25411個核苷酸，啟動子區(qū)有2511個核苷酸，其信使RNA有8個外顯子，1853個核苷酸。研究表明，NPHS2基因突變導(dǎo)致podocin與nephrin之間的相互作用的改變被認(rèn)為是引起SRNS主要原因，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過125個NPHS2基因突變，包括歐洲人群中普遍存在的R138Q突變及在NS發(fā)病遺傳學(xué)中尤為重要的R229Q變體[9]。因此NPHS2基因突變可能是RNS的相關(guān)致病基因。

1.3 TRPC6TRPC6基因位于11q21-q22，其編碼的蛋白屬于瞬時受體電位陽離子通道C家族(TRPC)成員，在腎小管和腎小球中均有表達(dá)，主要存在于足細(xì)胞膜上，能與podocin相互作用，調(diào)節(jié)裂孔膜介導(dǎo)的足細(xì)胞鈣離子內(nèi)流，從而改變信號傳導(dǎo)影響細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)及功能[10]。

TRPC6基因突變可表現(xiàn)出常染色體顯性遺傳的家族性FSGS。至今，已在不同種族及國家的8個FSGS家族中鑒定出TRPC6基因中的11個不同突變，其中5個是功能獲得性突變，主要導(dǎo)致細(xì)胞中鈣的內(nèi)流[11]。TRPC6基因突變曾被認(rèn)為是遲發(fā)性常染色體顯性遺傳性FSGS的遺傳原因，但TRPC6變異體也可在早發(fā)性和散發(fā)性SRNS患者中存在，如在130例西班牙RNS患者進(jìn)行TRPC6基因突變篩查中發(fā)現(xiàn)3個與疾病相關(guān)的錯義突變(約占2%)，該研究進(jìn)一步確定TRPC6基因突變與散發(fā)SRNS的關(guān)系[12]。由此可以看出TRPC6基因突變對RNS的發(fā)生具有重要意義。

1.4 CD2AP可能參與RNS遺傳形式的另一基因是CD2AP基因。位于染色體6p12的CD2AP所編碼蛋白在足細(xì)胞中表達(dá)，通過與肌動蛋白和突觸極蛋白相互作用維持足細(xì)胞正常細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，同時也與nephrin、podocin等裂孔膜蛋白相互作用，將裂孔膜蛋白固定于細(xì)胞骨架，并與血管內(nèi)皮細(xì)胞和腎小球基底膜構(gòu)成血液濾過屏障，而CD2AP免疫功能異?？梢鸬鞍啄蚝湍I小球疾病[13]。現(xiàn)已在兒童FSGS患者中發(fā)現(xiàn)5種不同CD2AP雜合突變，同時在中國成人散發(fā)性FSGS患者中檢測出2號外顯子(160 g>A)及4號外顯子(358 A>G)雜合突變[14]。因此推測CD2AP基因突變與RNS發(fā)病相關(guān)性較大。

1.5 PLCE1在常染色體隱性NS中發(fā)現(xiàn)一種基因突變，該突變導(dǎo)致早發(fā)性NS，并可進(jìn)展為SRNS，其組織學(xué)主要表現(xiàn)為彌漫性系膜硬化。磷脂酶ε(PLCE1)基因位于染色體10q23.33染色體上，其編碼蛋白主要在腎小球足細(xì)胞表達(dá)，調(diào)節(jié)正常的腎小球發(fā)育[15]。磷脂酶ε催化膜磷脂水解并產(chǎn)生肌醇1，4，5-三磷酸和二?；视?，若存在突變可破壞細(xì)胞生長和分化。PLCE1也與IQGAP-1和nephrin蛋白相互作用，影響細(xì)胞粘附?，F(xiàn)已有研究在12個SRNS家族中發(fā)現(xiàn)隱性PLCE1致病突變[16]。因此PLCE1基因突變對RNS的發(fā)生也至關(guān)重要。

1.6 ARHGDIA在哺乳動物中有3種編碼Rho GTP酶解離抑制因子(RhoGDI)的基因，ARHGDIA是其主要編碼基因，定位于染色體17q25.3。ARHGDIA編碼RhoGDIα蛋白，與幾種Rho GTP酶相互作用，包括RhoA、RhoC、Rac1、Rac2和Cdc42。ARHGDIA在大多數(shù)組織中表達(dá)，而其他2個編碼RhoGDI(RhoGDIβ和RhoGDIγ)的基因顯示組織特異性表達(dá)。ARHGDIA突變導(dǎo)致RhoA，Rac1和Cdc42表達(dá)上調(diào)，損害足細(xì)胞，從而導(dǎo)致NS的發(fā)生[17]。已有研究發(fā)現(xiàn)SRNS中的ARHGDIA突變消除了與Rho GTP酶的相互作用，上調(diào)活性GTP結(jié)合的Rac1和Cdc42，并導(dǎo)致足細(xì)胞的遷移表型改變。Rho GTPase調(diào)節(jié)廣泛的細(xì)胞過程，主要包括細(xì)胞粘附，遷移和增殖，因此應(yīng)嚴(yán)格控制其活性[18]。Rho GTP酶信號傳導(dǎo)是NS發(fā)病機(jī)制的重要組成部分，由此表明ARHGDIA基因突變與RNS相關(guān)性較大。

1.7 ACTN4ACTN4定位于染色體19q13，編碼α-輔肌動蛋白4，在多種組織中都高度表達(dá)，但僅在腎臟中存在與ACTN4突變相關(guān)的臨床表型。α-輔肌動蛋白4主要在裂孔膜中交聯(lián)肌動蛋白，ACTN4基因突變將導(dǎo)致肌動蛋白結(jié)合減少，引起細(xì)胞內(nèi)蛋白聚集體形成，影響足細(xì)胞正常骨架結(jié)構(gòu)，同時改變足細(xì)胞裂孔膜的動力學(xué)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致蛋白尿和FSGS發(fā)生。通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，與野生型ACTN4相比，突變體ACTN4在體外可誘導(dǎo)形成無序和纏結(jié)的肌動蛋白聚集體[19]。已有研究在3個FSGS家族中發(fā)現(xiàn)ACTN4的三個不同點(diǎn)突變：K255E、T259I和S262P突變，ACTN4突變患者的典型表現(xiàn)是青少年時期或之后出現(xiàn)蛋白尿，并在50多歲時緩慢進(jìn)展到ESRD，具有晚發(fā)性[20]?，F(xiàn)有的研究表明ACTN4基因突變與家族性和散發(fā)性FSGS相關(guān)，因此對于RNS中ACTN4基因突變的作用有待進(jìn)一步研究。

1.8 ANLN最近，在F-actin結(jié)合蛋白基因中發(fā)現(xiàn)突變，該基因突變?yōu)镕SGS的新病因。ANLN基因主要位在染色體7p15-p14，對發(fā)育過程中的胞質(zhì)分裂非常重要。ANLN基因突變可導(dǎo)致家族性FSGS，ANLN突變型與裂孔膜CD2AP蛋白結(jié)合能力降低，從而影響其與PI3K通路的相互作用，并通過過度激活PI3K/AKT/mTOR/p70 S6K/Rac1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引起足細(xì)胞功能的多重紊亂[21]。ANLN基因突變可導(dǎo)致FSGS發(fā)生，仍需探討其與RNS發(fā)生的關(guān)聯(lián)性。

2 足細(xì)胞線粒體相關(guān)蛋白基因

輔酶Q10(泛醌)是細(xì)胞膜的脂溶性成分，對于線粒體內(nèi)膜呼吸鏈中的電子傳遞非常重要。與輔酶Q10生物合成相關(guān)的幾個基因的突變與SRNS相關(guān)，包括COQ2，COQ6，異戊二烯基二磷酸合酶亞基2(PDSS2)和含有aarF域激酶4(ADCK4)，這些基因的突變可引起輔酶Q10水平降低，從而降低線粒體呼吸酶活性，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷[22]。

3 足細(xì)胞粘附GBM相關(guān)蛋白基因

3.1 LAMB2LAMB2編碼層粘連蛋白β2的突變可導(dǎo)致常染色體隱性遺傳疾病-Pierson綜合征，其特征為神經(jīng)發(fā)育缺陷與腎臟微小病變。在FSGS患者中也發(fā)現(xiàn)LAMB2突變，LAMB2基因定位于染色體3p21，其錯義突變R246Q可破壞層粘連蛋白分泌，可能與神經(jīng)系統(tǒng)異常缺失和腎臟疾病發(fā)病年齡偏高有關(guān)，也可能發(fā)生RNS[23]。

3.2 COL4ACOL4A5基因定位X染色體Xq22，其突變將導(dǎo)致X連鎖Alport綜合征發(fā)生，其特征是出現(xiàn)血尿和進(jìn)行性腎功能不全。COL4A3(2q36-q37)和COL4A4(2q35-q37)純合的或雜合突變可引起常染色體隱性遺傳的Alport綜合征，同時在10%SRNS和FSGS患者中也發(fā)現(xiàn)COL4A3-5突變，表明該突變與RNS具有相關(guān)性[24]。

4 足細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因

4.1 WT1WT1基因位于染色體11p13，編碼一種鋅指樣轉(zhuǎn)錄因子(Zinc finger transcription factor)蛋白，主要表達(dá)于腎臟和造血細(xì)胞中，通過識別并結(jié)合特異性靶基因以調(diào)控其轉(zhuǎn)錄[25]。已知多種腎臟疾病與WT1基因突變相關(guān)，如散發(fā)性SRNS。WT1基因突變所致腎病其臨床起病隱匿，即使出現(xiàn)大量蛋白尿卻未出現(xiàn)浮腫現(xiàn)象。在散發(fā)性SRNS患兒的研究中發(fā)現(xiàn)9例女性患兒存在WT1基因突變，突變檢出率為3.9%，其突變位點(diǎn)主要位于在第8和9外顯子，同時也在2例中國SRNS患兒中發(fā)現(xiàn)WT1基因突變[26]。從上述證據(jù)中表明，WT1基因突變也可能存在于RNS中。

4.2 SMARCAL1SMARCAL1編碼ATP驅(qū)動的DNA退火解旋酶，在腎臟中廣泛表達(dá)，主要存在于足細(xì)胞中。SMARCAL1基因定位在染色體2q34-36，在基因調(diào)控過程中與DNA-核小體相互作用，影響染色質(zhì)重塑。SMARCAL1突變導(dǎo)致Schimke免疫性骨發(fā)育不良，并伴有生長障礙和T細(xì)胞功能受損，以及發(fā)生FSGS或RNS[27]。

4.3 NXF5核RNA輸出因子5(NXF5)編碼核孔復(fù)合物相關(guān)蛋白，主要參與細(xì)胞核輸出mRNA。NXF5在X染色體Xq22中的突變導(dǎo)致X連鎖的FSGS及相關(guān)的心臟阻滯[28]。因此NXF5突變可能參與RNS過程。

5 其他基因

溶酶體蛋白的突變也可引起SRNS，如SCARB2編碼溶酶體膜蛋白，其突變可導(dǎo)致伴肌萎縮腎功能衰竭[29]。大量研究發(fā)現(xiàn)APOL1存在突變，主要包括G1(錯義S342 g和I384 M)和G2(C-末端六個堿基對缺失)，在非洲人群的患者中較為常見，同時在約35%非洲裔美國人中也發(fā)現(xiàn)該基因突變體。APOL1等位基因純合子或復(fù)合雜合子突變個體發(fā)生FSGS的風(fēng)險增加[30]。除此之外，自2017年3月起，已發(fā)現(xiàn)70多個腎相關(guān)基因，包括最近報道與SRNS相關(guān)的基因，如NUP93、NUP107、NUP205、KANK1、KANK4、MAGI2和EMP2等[31]。

6 總結(jié)與展望

分子遺傳學(xué)和基因組科學(xué)的快速發(fā)展極大地提高了我們對RNS分子基礎(chǔ)的認(rèn)識，使疾病的精準(zhǔn)診療成為可能?；蛲蛔冭b定的潛在益處，主要包括選擇適當(dāng)?shù)闹委煼绞?、了解臨床腎外表現(xiàn)、評估預(yù)后。同時早期遺傳診斷可能影響移植管理，以及遺傳檢查可以指導(dǎo)臨床管理。鑒于RNS的難治性，基因突變?yōu)樵\斷和基于機(jī)制的治療提供突破方向。盡管這些進(jìn)展也給臨床醫(yī)生及其患者和家庭的臨床應(yīng)用帶來了重大挑戰(zhàn)，但基因診斷的發(fā)展為開發(fā)個體化治療方法提供前所未有的機(jī)會，為患有RNS的兒童和成年人提供更好的診斷、治療及預(yù)后。