刘志红院士：重新认识肾小球滤过屏障及相关疾病

肾单位是肾脏行使其功能的基本单元，肾小球滤过屏障又是其发挥正常生理作用的重要防线。肾小球滤过屏障由内皮细胞、足细胞及肾小球基底膜（GBM）构成，它们之间相互依从，协同完成肾小球滤过屏障的功能。有鉴于此，对其结构成份损伤导致的疾病成为肾脏病研究的重要领域之一，如足细胞病、GBM相关疾病、IV型胶原相关疾病等。随着基因组医学的快速发展及相关研究的不断深入，尤其是肾小球滤过屏障相关基因的相继发现，我们对肾小球滤过屏障功能调控机制及相关疾病的认识也在不断更新。

2022年8月4日，在中华医学会肾脏病学分会2021年学术年会（CSN 2021）上，东部战区总医院、国家肾脏疾病临床医学研究中心主任刘志红院士做了关于“重新认识肾小球滤过屏障及相关疾病”的大会报告。刘志红院士指出，对于以Alport综合征为代表的这类疾病的研究，应从解析疾病基因变异入手，将为我们系统地认识肾小球滤过屏障结构异常及相互作用提供新的途径，对这类疾病基因变异的复杂性，临床表型的多样性和基因诊断的重要性带来新的认识，进而提高对这类疾病诊断和治疗的水平。

基因变异在疾病发生发展中起到非常重要的作用，包括对基因功能/关键通路、功能细胞亚群的调控作用，最终导致致病细胞亚群的分化和致病细胞亚群的活化。临床中，与基因变异相关的肾脏疾病并不罕见。以慢性肾脏病（CKD）患者中的IV型胶原基因突变的检出率为例：对3315例CKD患者进行全外显子组测序，307例（9.3%）患者存在致病性基因突变，包括66种不同的致病基因，其中COL4A3有27例（9%）、COL4A4有21例（7%）、COL4A5有44例（14%）。而血尿患者与IV型胶原基因突变也有显著关联，UK Biobank数据分析显示COL4A4 p.Ser969 X的关联最为显著，其次为COL4A3 p.Gly695Arg与COL4A4 intron 25 Variant。

IV型胶原蛋白及层粘连蛋白（laminin）是GBM的重要组分，在肾小球发育过程中由内皮细胞和足细胞分泌，其基因突变将导致蛋白产物无法形成正常三聚体，GBM网状结构疏松，且易于被蛋白水解酶水解，不仅失去支撑作用，还将直接对其毗邻的足细胞、内皮细胞造成影响。而足细胞作为IV型胶原及层粘连蛋白的主要分泌细胞，其功能缺陷将影响GBM的正常形成和行使其功能，如足细胞WT1突变引起GBM弥漫性变薄，伴撕裂分层样改变，INF2突变引起GBM变薄及节段分层，足突节段融合等。Alport综合征是上述异常导致疾病的代表性疾病之一。

我们对Alport综合征的研究有较长的历史，最早可追溯至1875年，然而直至2013年才有对应的诊疗指南问世。

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遗传学特点与诊断

在肾脏发育早期，α1α1α2(IV)及层粘连蛋白-111为GBM主要成分，随着发育成熟，逐渐被α3α4α5(IV)及层粘连蛋白-521所取代，最终形成稳定的GBM结构。

由于上述机制由不同基因进行编码，因此也导致了遗传模式的多样性，例如X连锁Alport综合征、常染色体隐性Alport综合征和常染色体显性Alport综合征。其中，X连锁Alport综合征男性病情重，易发展为终末期肾脏病（ESKD），而女性病情相对较轻。常染色体隐性Alport综合征的基因型为纯合子或复合杂合子突变，突变类型造成的病情严重程度与X连锁Alport综合征一致。常染色体显性Alport综合征则临床表现相对较轻（表1）。

表1 Alport综合征疾病分类表

由于基因变异与临床最终预后密切相关，因此在临床工作中一定要认识到Alport综合征致病基因突变的复杂性。如患者是否属于IV型胶原基因突变（遗传模式，突变类型）、双基因突变、嵌合突变或者多基因突变。随着基因检测技术可及性提高，对Alport综合征及疑似患者进行基因检测开始受到临床医师的重视。但由于缺乏专业培训及相关标准和规范，无论在样本送检、结果解读还是提供遗传咨询及长期管理方面都存在一些问题，需要进一步加强研究，制定临床工作的规范和指南。

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致病机制

在肾脏发育早期，α1α1α2(IV)及层粘连蛋白-111为GBM主要成分，随着发育成熟，逐渐被α3α4α5(IV)及层粘连蛋白-521所取代，最终形成稳定的GBM结构。在Alport综合征病理状态下，COL4A3-COL4A5基因突变将阻碍这一发育转换过程的正常进行，α1α1α2(IV)和异常层粘连蛋白亚型改变了基质受体表达和细胞骨架蛋白分布，导致足细胞足突融合消失，并刺激足细胞中基质金属蛋白酶（MMPs）分泌；另一方面，高滤过压刺激内皮细胞分泌内皮素-1，进而激活系膜细胞，最终导致肾小球滤过屏障功能异常。代偿性α1α1α2(IV)表达不仅导致GBM稳定性降低，易于被MMPs水解，还将与足细胞上DDR1和DDR2受体结合，激活整合素介导的炎症信号通路，参与局部炎症的触发及放大，诱导RAAS系统激活（图1）。因此，通过抑制RAAS激活、减轻局部炎症反应和抗纤维化被认为有可能成为延缓Alport综合征疾病进展的治疗手段。

图1 Alport综合征肾组织损伤机制

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Alport综合征的治疗

目前Alport综合征的治疗可分为4个方面：①RAAS抑制剂，如血管紧张素转化酶抑制剂/血管紧张素II受体阻滞剂（ACEI/ARB）或醛固酮受体拮抗剂；②抑制炎症反应，如Nrf2激动剂、内皮素A受体抑制剂；③抗纤维化，如Anti-miRNA-21；④基因治疗。

动物模型和临床患者回顾性队列研究及RCT研究均证实，ACEI/ARB能够显著延缓Alport综合征患者蛋白尿发生并延长肾功能的疗效，可将Alport综合征患者发生ESKD的时间延长十几年，并且早期治疗疗效更显著。本中心的分析结果表明，X连锁Alport综合征男性患者对ACEI/ARB治疗的反应与基因型明显相关，ACEI/ARB治疗将非截断突变患者进展为ESKD的时间延迟16年（从24岁至40岁），将截断突变患者进展为ESKD的时间延迟3年（从20岁至23岁）。基于ACEI/ARB显著的肾脏保护作用，国内外相关专家共识均推荐ACEI/ARB作为Alport综合征的标准治疗方案。建议X连锁Alport综合征男性及常染色体隐性Alport综合征患者从确诊时即开始ACEI/ARB治疗，X连锁Alport综合征女性及常染色体显性患者在出现微量白蛋白尿时开始ACEI/ARB治疗。需要指出的是，目前国内这类临床研究和观察仍很缺乏，需要更多大样本高质量的临床研究来提供更加符合中国患者的临床疗效证据，进而制定指导疾病诊断和治疗的标准和规范。

此外，通过Nrf2激动剂（Bardoxolone）抑制炎症反应、Anti-miRNA-21化合物（Lademirsen）抗纤维化、内皮素A受体抑制剂（Atrasentan）及血管紧张素II和内皮素A受体双重抑制剂（Sparsentan）降低肾小球内压等多通路新药正在临床试验当中，以及CRISPR/Cas9基因编辑技术、外显子跳跃疗法等潜在基因治疗方案，也将在未来为Alport综合征患者的治疗带来新的希望。

如层粘连蛋白β2（LAMB2）基因突变致层粘连蛋白521结构异常，使层粘连蛋白521分子间不能正常聚合，或层粘连蛋白521被其他类型的层粘连蛋白替代，导致GBM发育成熟障碍，结构异常，通透性增加，伴足细胞损伤和大量蛋白尿，即Pierson综合征。

Pierson综合征是常染色体隐性遗传疾病，临床表现为肾病综合征，伴神经系统发育异常（如肌张力低下、肌无力）和眼部异常（小瞳孔最常见，如图2）。

图2 Pierson综合征眼部异常

此外，在肾活检中，荧光检测下，无免疫复合物沉积，典型患者可见层粘连蛋白β2缺失；光镜可见系膜基质增加，足细胞呈立方形改变，可伴有局灶性节段性肾小球硬化（FSGS）样病变，肾小管间质萎缩和纤维化；电镜下系膜基质增加，足细胞弥漫性足突融合，GBM不规则性增厚和变薄，可见GBM致密层分层（图3）。

图3 Pierson综合征肾活检检测结果

在临床中，有部分Alport综合征患者可检出LAMB2变异，并且LAMB2-S580R变异将加速X连锁显性Alport综合征的进展。

FSGS患者中IV胶原及足细胞相关基因突变也时有发生，在对135例散发成人激素耐药型肾病综合征（SRNS）患者进行靶向Panel测序后发现，14例（10.4%）患者携带2个APOL1高风险等位基因，在其他致病突变中，足细胞相关基因占比为56.3%，IV型胶原基因突变占比为43.7%。与不携带基因突变的患者相比，上述携带者的预后较差。

家族性IgA肾病也可能发生IV型胶原基因突变，在对46例IgA肾病家系进行全外显子组测序后，9例（20%）检出IV型胶原基因突变，以COL4A3/A4杂合变异更为常见。

除上述肾病以外，由于α1α1α2(IV)分布于机体所有基底膜中，实际上COL4A1/A2基因突变可以使多系统受累，除了肾脏病变出现血尿及肾囊肿外，还可能涉及脑血管疾病（如脑穿通畸形、脑血小管病等）、眼部病变（如白内障、视网膜出血等）、肌肉病变和心脏病变。因此，当发现患者有COL4A1/A2变异时，不应只关注肾脏疾病。

总之，基因突变对于肾脏疾病，乃至全身症状的诊断和治疗有较大的参考价值，建议对存在以下情况的患者进行基因检测：激素抵抗难治性FSGS，家族性IgA肾病，肾小球GBM分层断裂、厚薄不均、结构不规则，不明原因的肾功能衰竭。

参考文献：

1. 刘志红. 重新认识肾小球滤过屏障及相关疾病. CSN 2021（会议报告）. 2022-8-4.

简介

中国工程院院士，教授、博士生导师

中国医学科学院 学部委员

东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心 主任

浙江大学医学院 院长

中国科学技术协会第十届委员会委员

中华医学会理事会 常务理事

中华医学会肾脏病学分会第九届 主任委员

国家“973”计划项目 首席科学家

国家“精准医学”重点研发计划项目 首席科学家

国际肾脏病学会（ISN） 常务理事