雷帕霉素及其衍生物治療局灶節(jié)段性腎小球硬化

王斯斯 綜述 管 娜 審校

局灶節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)是導致終末期腎病的常見腎小球疾病,主要表現(xiàn)為激素耐藥型腎病綜合征(NS),治療困難,治療藥物有限,亟待探討新的治療藥物[1-3]。近年研究證實,哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1(mTORC1)通路過度活化可介導FSGS足細胞損傷機制,雷帕霉素(RAPA)及其衍生物如依維莫司可通過抑制過度活化的mTORC1保護足細胞,理論上有治療FSGS的應用前景,本文對相關研究進展加以綜述[4]。

mTORC1概述

mTORC1是由哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、哺乳類致死SEC13蛋白8(mLST8)、mTOR調節(jié)相關蛋白(Raptor)、富含脯氨酸的Akt底物和包含DEP域的與mTOR相互作用的蛋白等組成的復合物[5]。mTOR是289 kDa的蛋白激酶,屬于磷脂酰肌醇3-激酶相關激酶家族成員,是mTORC1中最重要的功能蛋白。mTOR起到分子感受器的作用,在多種信號刺激下,mTOR通過磷酸化下游底物核糖體蛋白S6磷酸激酶1(S6K1)和4E結合蛋白1(4E-BP 1)調控與細胞生長、增殖、代謝和死亡相關的關鍵蛋白的基因轉錄和蛋白質合成。mTORC1主要受磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)調控,受結節(jié)性硬化復合物1/結節(jié)性硬化復合物2(Tsc1/Tsc2)抑制[6]。mTORC1參與調控蛋白質、核酸、脂質和其他大分子的生成,抑制分解代謝過程,如自噬和溶酶體生成,是調控細胞生長、增殖、代謝和死亡的核心機制(圖1)[5]。

圖1 mTORC1信號通路及功能PI3K：磷脂酰肌醇-3-激酶；Akt：蛋白激酶B；AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶；mTORC1：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1；4E-BP：4E結合蛋白；S6K1：核糖體蛋白S6激酶1；ULK：unc-51類自噬激活激酶；SREBP：固醇調節(jié)元件結合蛋白；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α

mTORC1與足細胞損傷

mTORC1的適度活化是維持足細胞正常形態(tài)的必要條件。足細胞特異性Raptor敲除(RaptorΔpodocyte)小鼠足細胞mTORC1活化標記物pS6減少,足突融合[7]。mTORC1可通過抑制自噬維持足細胞基礎自噬功能;調控WT1表達影響足細胞完整性;調控足細胞血管內皮生長因子(VEGF)生成影響腎小球濾過屏障功能;調控丙酮酸激酶M2影響足細胞分化,調控足細胞裂孔隔膜分子nephrin、瞬時受體電位陽離子通道蛋白6和細胞骨架接頭蛋白Nck表達,影響足細胞細胞黏附性和遷移[8-11]。

mTORC1過度活化參與FSGS發(fā)病機制。在阿霉素(ADR)誘導小鼠足細胞損傷模型、ADR小鼠腎病模型和FSGS患者均觀察到mTORC1過度活化現(xiàn)象[4,12]。來自基因敲除模型進一步證實,特異性敲除足細胞mTORC1負性調節(jié)因子Tsc1使mTORC1過度活化確實可致小鼠出現(xiàn)FSGS病變和蛋白尿[4,12-13]。

目前尚缺乏足細胞系對mTORC1過度活化引起的下游機制的研究。在小鼠模型中,mTORC1過度活化導致足細胞數(shù)量減少、足細胞脫落、足細胞肥大、足突融合、裂孔隔膜分子nephrin表達量正常但不能正常定位至裂孔隔膜部位、足細胞向成纖維細胞表型轉換等,其中足細胞表型轉換被認為與足細胞脫落有關[4,12-13]。

動物模型研究顯示RAPA及其衍生物可顯著減輕蛋白尿和FSGS。預防性應用RAPA或ADR注射后1～2周出現(xiàn)蛋白尿時治療性應用RAPA均顯著改善了ADR小鼠腎病模型蛋白尿及腎小球硬化[4,14]。在ADR大鼠腎病模型中,預防性或治療性應用依維莫司均顯著改善了蛋白尿[15]。在mTORC1過度活化所致小鼠腎病模型中,RAPA顯著改善足細胞功能分子nephrin的分布、足突融合和蛋白尿[13]。在ADR小鼠腎病模型中,敲除一個Raptor等位基因可抑制過度活化的mTORC1,改善腎小球硬化和蛋白尿[4]。上述證據(jù)表明抑制過度活化的mTORC1可能成為新的足細胞保護靶點(圖2)。

圖2 mTORC1過度活化與足細胞損傷和FSGSTGF-β:轉化生長因子-β;Tsc1:結節(jié)性硬化復合物1;mTORC1:哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1;pS6:磷酸化核糖體蛋白S6;4E-BP:4E結合蛋白;FSGS:局灶節(jié)段性腎小球硬化;RAPA:雷帕霉素；ULK1：unc-51類自噬激活激酶1

RAPA及其衍生物在FSGS的臨床研究現(xiàn)狀

RAPA于1964年被發(fā)現(xiàn),之后其衍生物如依維莫司和坦西莫司等陸續(xù)被研發(fā)[5]。此類藥物與FK506結合蛋白12結合后作用于mTOR激酶的FRB結構域,阻止mTOR激酶與特異性底物結合從而抑制mTORC1活性[16-18]。由于只有mTORC1復合物的FRB結構域可與RAPA及其衍生物結合,因此RAPA及其衍生物主要是mTORC1抑制劑。由于具有免疫抑制作用,RAPA于1999年被美國食品藥品管理總局批準臨床上用于器官移植患者[19],目前也被用于腎臟腫瘤和多囊腎患者[16-18]。

迄今主要有4篇研究(3篇成人和1篇兒童)報道了RAPA用于治療激素耐藥型NS或FSGS,結果不一(表1)[20-23]。Tumlin等[20]報道了RAPA治療21例成人激素耐藥型FSGS患者的前瞻性開放標簽臨床試驗,治療6個月后緩解率為57%。1例治療前腎皮質間質纖維化達70%者治療期間出現(xiàn)腎功能進行性下降。Tsagalis等[21]報道甲潑尼龍聯(lián)合RAPA治療3例成人原發(fā)性FSGS患者,治療后均獲緩解,腎功能未受影響。Liern等[22]報道RAPA治療13例表現(xiàn)為激素耐藥型NS且鈣調磷酸酶抑制劑、環(huán)磷酰胺以及依那普利或氯沙坦治療無效的原發(fā)性FSGS患兒,療程 12個月,69%達完全或部分緩解。觀察到的RAPA主要不良反應為高脂血癥、貧血、口腔潰瘍和胃腸道反應等。上述研究為RAPA進一步用于FSGS的治療提供了臨床證據(jù)。

然而,1項RAPA治療FSGS患者的2期開放標簽臨床試驗顯示RAPA可加重一些患者病情[23]。該研究納入了6例原發(fā)性FSGS成人患者,經(jīng)8.0±3.0個月治療后6例蛋白尿均未緩解,5例在用藥后1～5個月出現(xiàn)腎功能下降,2例停用RAPA后2～7天腎功能恢復。其中2例因治療后腎功能下降行腎活檢發(fā)現(xiàn)嚴重的間質纖維化、腎小管萎縮和急性腎小管壞死。由于患者在用RAPA前未行腎臟病理檢查,不能排除所發(fā)現(xiàn)腎臟病理改變與FSGS進展有關。此外,來自其他疾病的研究也報道了RAPA的腎臟不良反應,限制了其在FSGS的進一步應用。

RAPA的不良反應及機制

蛋白尿來自腎移植患者的研究報道蛋白尿是RAPA主要不良反應之一,被認為與高劑量應用RAPA有關。Loriga等[24]報道高劑量依維莫司與蛋白尿顯著相關。Letavernier等[25]報道3例腎移植患者用高劑量RAPA(血藥濃度15.8～17.1 ng/L)后出現(xiàn)NS和FSGS。RAPA相關蛋白尿主要是腎小球性蛋白尿。RAPA也抑制腎小管上皮細胞對白蛋白的重吸收,下調cubilin和megalin表達,該作用可被ACEI逆轉[26]。RAPA相關腎小球性蛋白尿的機制被認為與抑制VEGF表達、裂孔隔膜分子表達和足細胞線粒體腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)合成以及治療時機的選擇有關。

過度抑制mTOR活性mTOR維持適度活化是足細胞維持正常功能的前提。基因敲除模型證實,僅部分抑制過度活化的mTOR具有足細胞保護作用,而完全抑制mTOR活性可導致足細胞損傷和蛋白尿[4]。

抑制VEGF VEGF對足細胞生存和分化有重要作用。Letavernier 等[25]發(fā)現(xiàn),在RAPA誘發(fā)的FSGS病變中,VEGF局灶性表達缺失。培養(yǎng)的人足細胞用治療濃度的RAPA處理后,VEGF合成和蛋白激酶B磷酸化顯著降低,發(fā)生細胞骨架重排和細胞表型變化[9]。RAPA抑制VEGF信號通路導致足細胞VEGF通路紊亂被認為與蛋白尿有關。

抑制足細胞及裂孔隔膜分子表達Stallone等[27]分析了110例應用RAPA的腎移植患者,根據(jù)用藥后2年內尿蛋白情況將患者分為尿蛋白增多>70%和<70%組,結果發(fā)現(xiàn)尿蛋白增多>70%組足細胞裂孔隔膜分子nephrin和podocin顯著減少,與RAPA高血藥濃度顯著相關。體外研究發(fā)現(xiàn),足細胞分子WT1及裂孔隔膜關鍵分子nephrin、podocin和CD2ap表達與RAPA劑量有關,大劑量應用RAPA及其衍生物導致WT1和裂孔隔膜分子表達減少,破壞足細胞結構完整性[9,27]。然而,關于上述分子在RAPA腎臟不良反應中的作用也有不同的觀點。Kim等[28]用高低不同劑量RAPA作用于C57BL/6小鼠,盡管觀察到RAPA導致足細胞相關分子WT1、synaptopodin和nephrin等表達顯著下調,但未導致蛋白尿,提出RAPA對上述足細胞分子的抑制作用不足以誘發(fā)蛋白尿。

抑制足細胞線粒體ATP合成Zschiedrich等[4]發(fā)現(xiàn)低劑量mTOR抑制劑不影響足細胞線粒體ATP合成,可減輕ADR誘導的足細胞線粒體功能障礙,而高劑量mTOR抑制劑顯著抑制了足細胞線粒體ATP合成,加重了ADR誘導的足細胞線粒體功能障礙,提示對線粒體功能影響不同可能介導了mTOR抑制劑產(chǎn)生的不同足細胞和蛋白尿效應。

自噬障礙mTORC1為負性自噬調節(jié)因子。RAPA可抑制mTORC1使足細胞自噬增強和自噬溶酶體再循環(huán)障礙,自噬體和自噬溶酶體堆積,從而導致自噬循環(huán)障礙,受損線粒體清除障礙。mTOR過度抑制小鼠表現(xiàn)為蛋白尿、足細胞空泡變性和腎小球硬化改變,電鏡下可見足細胞自噬體和自噬溶酶體增多[29]。

治療時機的選擇基因敲除模型研究顯示,在疾病早期mTORC1過度活化可導致足細胞肥大。有學者認為,關于RAPA的應用存在治療窗。在疾病早期足細胞肥大有代償意義,此時予以RAPA類藥物可能與腎損害有關。若足細胞mTORC1持續(xù)過度活化,可導致足細胞不可逆的損傷及表型轉換,可能更適合RAPA類藥物應用[4]。然而,目前尚缺乏用于評估患者RAPA類藥物治療時機的客觀評價指標。

腎功能下降高劑量RAPA類藥物與腎功能下降有關。Kim等[28]在小鼠實驗中證實低劑量(3 mg/kg)RAPA對血清肌酐無影響,高劑量(10 mg/kg,30 mg/kg)RAPA導致血清肌酐顯著增高。加重鈣調磷酸酶抑制劑(CNIs)腎毒性、誘導腎小管上皮細胞轉分化和腎間質纖維化等機制被認為參與RAPA不良反應。

與CNIs有關臨床觀察到RAPA類藥物與CNIs聯(lián)用時似乎更易出現(xiàn)腎損害,可能與RAPA及其衍生物加重CNIs腎毒性有關[30]。Cho等[23]報道3例用RAPA后出現(xiàn)腎功能快速下降患者中2例在RAPA治療前曾用環(huán)孢素A治療約3年。

腎小管上皮細胞損傷及腎間質纖維化RAPA可促進腎小管上皮細胞凋亡[31]。高劑量依維莫司可誘導人近端腎小管上皮細胞向間充質細胞轉分化,α平滑肌肌動蛋白、波形蛋白、纖維連接蛋白和基質金屬蛋白酶9表達增多,而低劑量依維莫司無此作用[32]。Tumlin等[20]報道,1例RAPA治療后腎功能迅速下降者在治療前有嚴重的腎間質纖維化,提示間質纖維化程度可能與用RAPA后腎功能下降有關。

小結:RAPA及其衍生物理論上可通過抑制過度活化的mTORC1保護足細胞治療FSGS,然而現(xiàn)有臨床結果不一,呈現(xiàn)有效、無效、甚至用藥后出現(xiàn)蛋白尿或腎功能下降等表現(xiàn),限制了RAPA在臨床的應用。對RAPA效應機制及腎臟不良反應機制的深入研究有助于為臨床篩選可能受益于RAPA及其衍生物治療的患者類型以及指導用藥提供理論參考。