急性腎損傷中補(bǔ)體系統(tǒng)作用機(jī)制的研究進(jìn)展

趙文婷 劉剛 楊莉

·綜述·

急性腎損傷中補(bǔ)體系統(tǒng)作用機(jī)制的研究進(jìn)展

趙文婷 劉剛 楊莉

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是一組由多種病因造成的以腎小球?yàn)V過(guò)率迅速下降為特點(diǎn)的臨床綜合征[1]，發(fā)病率高，病死率高。目前，改善AKI預(yù)后的方式主要是早期診斷和早期防治，臨床上以支持治療為主，尚無(wú)有效的治療藥物可以減輕腎組織損傷和促進(jìn)修復(fù)，因此對(duì)AKI發(fā)病機(jī)制的研究就顯得尤為重要。近年來(lái)，免疫炎癥反應(yīng)在AKI發(fā)病中的作用受到日益關(guān)注。腎小管上皮細(xì)胞是AKI中主要受損的靶細(xì)胞[2], 其損傷后通過(guò)釋放炎癥介質(zhì)，啟動(dòng)和促進(jìn)天然免疫炎癥反應(yīng)，在清除壞死細(xì)胞的同時(shí)，導(dǎo)致了免疫炎癥反應(yīng)的放大和組織進(jìn)一步損傷。因此，適度調(diào)控炎癥反應(yīng)可能減輕組織損傷，從而改善腎臟預(yù)后。

補(bǔ)體系統(tǒng)廣泛存在于血清、組織液和細(xì)胞膜表面，是由30余種蛋白質(zhì)組成的反應(yīng)系統(tǒng)，包括補(bǔ)體固有成分、補(bǔ)體受體和補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白。目前確定的補(bǔ)體系統(tǒng)激活途徑有三條：經(jīng)典途徑、凝集素途徑及旁路途徑。由抗原抗體復(fù)合物結(jié)合C1q啟動(dòng)激活的是經(jīng)典途徑；由甘露糖結(jié)合凝集素(mannose-binding lectin，MBL)或纖維膠原素結(jié)合至病原體表面激活的是凝集素途徑；由病原微生物等提供接觸表面而從C3開始激活的是旁路途徑。補(bǔ)體三條激活途徑受不同激活物激活后，均形成具有酶活性的C3轉(zhuǎn)化酶，進(jìn)一步激活C3，形成C5轉(zhuǎn)化酶，作用于C5，最終形成攻膜復(fù)合物(membrane attack complex，MAC)即C5b-9。在正常調(diào)控下補(bǔ)體可以有效識(shí)別和清除外源有害物質(zhì)和受損宿主細(xì)胞，發(fā)揮免疫防御作用。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明，AKI發(fā)生時(shí)存在補(bǔ)體的異常活化，并且參與腎小管上皮細(xì)胞的損傷。本文將對(duì)補(bǔ)體系統(tǒng)在AKI發(fā)病機(jī)制中的作用及調(diào)控進(jìn)行綜述。

一、補(bǔ)體活化介導(dǎo)AKI的組織損傷

1.補(bǔ)體活化參與AKI組織損傷的證據(jù) 有學(xué)者在小鼠急性缺血再灌注腎損傷(ischemic reperfusion injury, IRI)中發(fā)現(xiàn)，C3在腎小管基底膜沉積增加、C6和C9在損傷的腎小管周圍和管腔內(nèi)沉積增加，提示AKI時(shí)發(fā)生了補(bǔ)體的活化，并且補(bǔ)體沉積的腎小管也是發(fā)生組織學(xué)損傷的腎小管，提示補(bǔ)體活化介導(dǎo)了組織損傷[3]。進(jìn)一步研究顯示，降低C3水平(C3 SiRNA[4]或C3缺陷[3,5])，或者抑制補(bǔ)體通路其他因子如C5(C5單抗[6]或C5缺陷[3])、C6(C6缺陷[3])，以及B因子(B因子單抗[7])的產(chǎn)生或活性，均可導(dǎo)致MAC的形成減少、顯著減輕腎小管損傷及中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)程度，并有效減輕腎功能損傷。CD59(一種膜補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，可抑制C8與C9的結(jié)合，從而抑制MAC的形成)表達(dá)缺陷的小鼠在IRI時(shí)MAC形成增加，腎小管管周C9沉積顯著增加，腎小管細(xì)胞損傷和組織炎癥反應(yīng)均明顯加重[8]，進(jìn)一步證明補(bǔ)體系統(tǒng)的過(guò)度活化可加重缺血性AKI的組織損傷。此外，補(bǔ)體通路活化的其他產(chǎn)物，如C5a，可引起炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞損傷。在小鼠[3,9]或大鼠IRI[3]、小鼠腎移植[10]及順鉑腎病[11]模型中，C5a受體在腎小管上皮細(xì)胞上的表達(dá)升高，應(yīng)用C5aR拮抗劑或敲除C5a受體基因，在沒(méi)有影響組織MAC活性的情況下，能夠顯著降低腎組織炎癥因子(TNF-α及MPO)水平、減輕腎小管損傷以及腎功能損害程度。

Thurman等[12]在急性腎小管壞死患者的腎活檢標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)， 沿著腎小管基底膜(并未闡明是腎小管基底膜的內(nèi)側(cè)還是外側(cè))有補(bǔ)體活化分子C3d的沉積，提示在人類急性腎小管壞死疾病中存在補(bǔ)體的活化。然而，有關(guān)人類AKI中補(bǔ)體活化的調(diào)控機(jī)制還缺乏研究。

2.補(bǔ)體活化導(dǎo)致腎損傷的途徑 雖然已經(jīng)有了許多的研究報(bào)道，但至今仍不明確補(bǔ)體參與AKI損傷的確切機(jī)制，有些研究甚至存在相互矛盾的觀測(cè)結(jié)果，而且基本都是來(lái)源于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物模型。以下介紹這方面目前主要的研究發(fā)現(xiàn)。

在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，小鼠近端腎小管上皮細(xì)胞株(proximal tubular epithelial cell，PTEC)在化學(xué)缺氧條件下，應(yīng)用B因子單抗[7]可以顯著減輕細(xì)胞損傷，提示補(bǔ)體旁路途徑的活化；在另一篇報(bào)道[13]中，證明人和小鼠PTEC活化的補(bǔ)體通路是不一樣的，將血清作為補(bǔ)體來(lái)源，物理缺氧再給氧誘導(dǎo)補(bǔ)體活化，加入MgEGTA(通過(guò)螯合鈣離子阻斷經(jīng)典途經(jīng)和凝集素途徑的活化)不影響C3在小鼠PTEC細(xì)胞的沉積，而人PTEC表面的C3沉積幾乎完全消失，表明缺氧再給氧的小鼠PTEC活化的是補(bǔ)體旁路途徑，而缺氧再給氧的人PTEC活化的是經(jīng)典或凝集素途徑。進(jìn)而用MBL單抗或用D-甘露糖競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合MBL(抑制MBL與其他配體的結(jié)合)抑制補(bǔ)體凝集素途徑的活化，C3或C4的沉積并未減少；進(jìn)一步用C1q單抗或去除C1q或IgM的方法抑制經(jīng)典途徑活性，C3、C4沉積幾乎消失，而加入C1q或IgM再次恢復(fù)經(jīng)典途徑活性，C3、C4沉積也隨之恢復(fù)，證實(shí)缺氧再給氧的人PTEC活化的是經(jīng)典途徑。這種人和小鼠PTEC活化的補(bǔ)體途徑的不一致，說(shuō)明可能存在種屬的差異性。

在AKI動(dòng)物模型中，認(rèn)為補(bǔ)體經(jīng)典途徑是不參與腎損傷的，如IRI小鼠腎組織沒(méi)有C1q沉積[3]，并且補(bǔ)體經(jīng)典途徑相關(guān)分子C4、C1q的缺陷[14]以及免疫球蛋白產(chǎn)生缺陷[15]均不會(huì)影響腎組織中補(bǔ)體沉積及腎損傷程度。對(duì)于補(bǔ)體旁路途徑，各國(guó)學(xué)者大多認(rèn)為其參與AKI，如在小鼠IRI[3,5]以及敗血癥相關(guān)AKI[16]模型中，補(bǔ)體旁路途徑特有成分B因子、P因子的缺陷或活性降低均可使得腎功能損傷及組織炎癥反應(yīng)明顯減輕、腎小管C3沉積明顯減少，證實(shí)補(bǔ)體旁路途徑的活化參與了AKI的發(fā)生。而關(guān)于補(bǔ)體凝集素途徑對(duì)AKI的意義，不同實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果卻不太一致。如正常小鼠MBL僅在腎小球系膜區(qū)部分沉積，但隨缺血及再灌注時(shí)間延長(zhǎng)，MBL沉積在腎小管上皮細(xì)胞、管周毛細(xì)血管及腎小管管腔中，然后C3、C6、C9與MBL共沉積，提示凝集素途徑的活化可能發(fā)生在IRI早期。有研究[17]發(fā)現(xiàn)，MBL缺陷小鼠在腎臟IRI后，血漿C3a水平下降，說(shuō)明補(bǔ)體活化程度下降，其下降程度是與腎小管基底膜C3d沉積的減少相關(guān)的，腎損傷減輕；注射重組MBL后，MBL缺陷小鼠腎損傷程度加重，并呈現(xiàn)劑量依賴性，證實(shí)補(bǔ)體凝集素途徑參與了腎臟IRI的發(fā)生。在小鼠同種異體腎移植的IRI模型中，補(bǔ)體凝集素途徑所需分子MBL相關(guān)絲氨酸蛋白酶2(Mannan-binding lectin-associated serine protease 2 ，MASP-2)表達(dá)缺陷時(shí)，補(bǔ)體活化產(chǎn)物C3d在腎小管上皮細(xì)胞基底側(cè)的沉積明顯減少，對(duì)移植腎有著明顯的保護(hù)作用，而C4表達(dá)缺陷時(shí)對(duì)損傷腎臟卻沒(méi)有這種保護(hù)作用，說(shuō)明MASP-2介導(dǎo)的腎臟IRI并不依賴C4的存在，提示MASP-2可能繞開C4活化補(bǔ)體(目前尚不知道的途徑)，這種現(xiàn)象曾經(jīng)在小鼠心肌和胃腸道IRI模型中也有報(bào)道[19]，但也不排除MASP-2本身對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的直接損傷作用(如MBL就可以直接損傷腎小管上皮細(xì)胞而不通過(guò)補(bǔ)體活化實(shí)現(xiàn)[20])。而Takashi[5]應(yīng)用補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白衰變加速因子(decay-accelerating factor，DAF)和CD59雙敲除(對(duì)補(bǔ)體損傷更敏感)的小鼠IRI模型，MBL缺陷后并沒(méi)有減輕補(bǔ)體沉積和腎損傷，作者認(rèn)為補(bǔ)體凝集素途徑是不激活的。但是凝集素途徑活化所需要的模式識(shí)別分子，不單是MBL，還有纖維膠原素或者膠原凝集素11[21]，該作者并未進(jìn)行觀察。

急性腎小管壞死患者的腎活檢標(biāo)本上，發(fā)現(xiàn)C3d沿腎小管基底膜沉積，而沒(méi)有C4d沉積，提示在人類急性腎小管壞死疾病中補(bǔ)體活化通路可能是旁路途徑[12]。

二、腎組織原位補(bǔ)體活化介導(dǎo)AKI的組織損傷

補(bǔ)體活化介導(dǎo)AKI組織損傷，而三條補(bǔ)體通路的中心環(huán)節(jié)是C3的活化，那么起關(guān)鍵作用的補(bǔ)體C3來(lái)源是哪呢？究竟是血液循環(huán)中的C3起主導(dǎo)作用，還是腎臟自身合成的C3呢？Farrar[22]在相同基因小鼠之間進(jìn)行腎移植，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體活化分子C3d在腎小管基底側(cè)表面的沉積是逐漸累積的(至少在再灌注48h時(shí))，并且供體腎C3的表達(dá)缺陷會(huì)有效減輕缺血性AKI的程度，而與受體C3的表達(dá)無(wú)關(guān)，說(shuō)明腎臟原位(主要是近端腎小管上皮細(xì)胞)合成的補(bǔ)體對(duì)缺血性AKI的發(fā)生起關(guān)鍵作用，而不是血液循環(huán)中的補(bǔ)體C3。另外研究發(fā)現(xiàn)，近端腎小管細(xì)胞可合成C2、C3、C4和B因子等補(bǔ)體成分[23]，促進(jìn)局部補(bǔ)體活化，是引起AKI的重要因素[24]。

在人類移植腎領(lǐng)域，研究發(fā)現(xiàn)，在腎臟冷缺血后、再灌注之前，供體腎C1、C3、B因子等補(bǔ)體分子表達(dá)上調(diào)，并與移植腎的腎功能預(yù)后不良有關(guān)[24-25]。

三、腎組織補(bǔ)體活化的調(diào)控機(jī)制

一方面，腎臟微環(huán)境的改變可以調(diào)節(jié)補(bǔ)體活化，如應(yīng)激狀態(tài)下腎小管細(xì)胞合成的NH3可以在不需要酶的情況下與C3硫酯鍵形成酰胺鍵，形成具有C3b功能屬性的分子，參與形成C3轉(zhuǎn)化酶促進(jìn)旁路途徑活化；酸性環(huán)境也可以促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞旁路途徑活化[15]，這也為臨床上腎病患者服用NaHCO3保護(hù)腎臟提供了依據(jù)。

另一方面，補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，分為可溶性(如H因子)和膜結(jié)合型，可以調(diào)控腎小管間質(zhì)的補(bǔ)體活化。如阻斷小鼠體內(nèi)H因子與腎小管上皮細(xì)胞的相互作用，腎小管損傷加重；給予外源靶向重組H因子，腎小管間質(zhì)C3沉積和腎小管損傷明顯減輕[26]，證明H因子可以通過(guò)調(diào)控補(bǔ)體活化實(shí)現(xiàn)對(duì)腎組織和腎功能的保護(hù)作用。人類腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)的膜補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白有膜輔因子蛋白(membrane cofactor protein，MCP/CD46)和低水平的CD59，兩者均是一種跨膜糖蛋白，MCP抑制C3轉(zhuǎn)化酶的形成，CD59抑制MAC的形成。嚙齒類動(dòng)物腎小管上皮細(xì)胞只表達(dá)一種補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，即補(bǔ)體受體1相關(guān)蛋白y(complement receptor 1-related protein/gene y，Crry)，其抑制補(bǔ)體活化的作用機(jī)制類似人類的MCP和DAF，通過(guò)促進(jìn)C3b和C4b失活抑制C3轉(zhuǎn)化酶的形成。Crry正常生理狀態(tài)下位于腎小管上皮細(xì)胞基底側(cè)，腎臟缺血后，Crry的表達(dá)失去極性，分散在從腎小管上皮細(xì)胞胞漿內(nèi)甚至管腔側(cè)，補(bǔ)體活化得以在腎小管間質(zhì)側(cè)進(jìn)行，補(bǔ)體C3沿腎小管基底膜大量沉積[27-29]。而抑制Crry活性(Crry單抗[15])或降低Crry水平(Crry表達(dá)缺陷[29])，都會(huì)使得補(bǔ)體活化增強(qiáng)，腎組織損傷加重。因此，補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白的正常表達(dá)及分布保證了在生理狀態(tài)下腎臟不會(huì)受到補(bǔ)體過(guò)度活化的攻擊。

四、補(bǔ)體系統(tǒng)與腎間質(zhì)纖維化

AKI可以導(dǎo)致腎組織的不完全修復(fù)，遺留慢性腎小管間質(zhì)炎癥及纖維化。研究表明，在單側(cè)輸尿管結(jié)扎小鼠模型[30]中，降低補(bǔ)體C5的表達(dá)，尤其阻斷C5a與其受體的相互作用，可以減輕腎間質(zhì)纖維化程度，表明C5a參與介導(dǎo)腎間質(zhì)纖維化。阿霉素誘導(dǎo)的蛋白尿小鼠模型中，C3aR缺陷可使腎間質(zhì)膠原含量、肌成纖維細(xì)胞聚集以及巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)減少[31]。以上研究結(jié)果提示，補(bǔ)體系統(tǒng)的活化可能參與了AKI后期的慢性腎臟纖維化進(jìn)程，其調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

五、小結(jié)與展望

綜上所述，補(bǔ)體系統(tǒng)在AKI的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。腎臟原位產(chǎn)生的補(bǔ)體分子，介導(dǎo)了AKI的組織損傷；而補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白的存在抑制了補(bǔ)體的過(guò)度活化。未來(lái)還需要更為廣泛深入的研究，特別是要在人類AKI上明確補(bǔ)體活化參與致病的機(jī)制，才能為治療提供新的方向。

[1] 王海燕，李曉玫， 趙明輝，等. 腎臟病學(xué)[M]. 第3版. 北京:人民衛(wèi)生出版社,2008: 26

[2] Duann P, Lianos E A, Ma J, et al. Autophagy, Innate Immunity and Tissue Repair in Acute Kidney Injury[J]. Int J Mol Sci, 2016, 17(5): E662.

[3] Danobeitia JS, Djamali A, Fernandez LA. The role of complement in the pathogenesis of renal ischemia-reperfusion injury and fibrosis[J]. Fibrogenesis Tissue Repair, 2014, 7: 16.

[4] Zheng X, Feng B, Chen G, et al. Preventing renal ischemia-reperfusion injury using small interfering RNA by targeting complement 3 gene[J]. Am J Transplant, 2006, 6(9): 2099-2108.

[5] Miwa T, Sato S, Gullipalli D, et al. Blocking properdin, the alternative pathway, and anaphylatoxin receptors ameliorates renal ischemia-reperfusion injury in decay-accelerating factor and CD59 double-knockout mice[J]. J Immunol, 2013, 190(7): 3552-3559.

[6] De Vries B, Matthijsen RA, Wolfs TG, et al. Inhibition of complement factor C5 protects against renal ischemia-reperfusion injury: inhibition of late apoptosis and inflammation[J]. Transplantation, 2003, 75(3): 375-382.

[7] Thurman JM, Royer PA, Ljubanovic D, et al. Treatment with an inhibitory monoclonal antibody to mouse factor B protects mice from induction of apoptosis and renal ischemia/reperfusion injury[J]. J Am Soc Nephrol, 2006, 17(3): 707-715.

[8] Turnberg D, Botto M, Lewis M, et al. CD59a deficiency exacerbates ischemia-reperfusion injury in mice[J]. Am J Pathol, 2004, 165(3): 825-832.

[9] Zheng X, Zhang X, Feng B, et al. Gene silencing of complement C5a receptor using siRNA for preventing ischemia/reperfusion injury[J]. Am J Pathol, 2008, 173(4): 973-980.

[10]Lewis AG, Kohl G, Ma Q, et al. Pharmacological targeting of C5a receptors during organ preservation improves kidney graft survival[J]. Clin Exp Immunol, 2008, 153(1): 117-126.

[11]Pan H, Shen Z, Mukhopadhyay P, et al. Anaphylatoxin C5a contributes to the pathogenesis of cisplatin-induced nephrotoxicity[J]. Am J Physiol Renal Physiol, 2009, 296(3): F496-F504.

[12]Thurman JM, Lucia MS, Ljubanovic D, et al. Acute tubular necrosis is characterized by activation of the alternative pathway of complement[J]. Kidney Int, 2005, 67(2): 524-530.

[13]van der Pol P, Roos A, Berger S P, et al. Natural IgM antibodies are involved in the activation of complement by hypoxic human tubular cells[J]. Am J Physiol Renal Physiol, 2011, 300(4): F932-F940.

[14]Renner B, Strassheim D, Amura CR, et al. B cell subsets contribute to renal injury and renal protection after ischemia/reperfusion[J]. J Immunol, 2010, 185(7): 4393-4400.

[15]Mccullough JW, Renner B, Thurman JM. The role of the complement system in acute kidney injury[J]. Semin Nephrol, 2013, 33(6): 543-556.

[16]Zou L, Feng Y, Li Y, et al. Complement factor B is the downstream effector of TLRs and plays an important role in a mouse model of severe sepsis[J]. J Immunol, 2013, 191(11): 5625-5635.

[17]Moller-Kristensen M, Wang W, Ruseva M, et al. Mannan-binding lectin recognizes structures on ischaemic reperfused mouse kidneys and is implicated in tissue injury[J]. Scand J Immuol, 2005, 61(5): 426-434.

[18]Schwaeble WJ, Lynch NJ, Clark JE, et al. Targeting of mannan-binding lectin-associated serine protease-2 confers protection from myocardial and gastrointestinal ischemia/reperfusion injury[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108(18): 7523-7528.

[19]van der Pol P, Schlagwein N, van Gijlswijk DJ, et al. Mannan-binding lectin mediates renal ischemia/reperfusion injury independent of complement activation[J]. Am J Transplant, 2012, 12(4): 877-887.

[20]Farrar CA, Tran D, Li K, et al. Collectin-11 detects stress-induced L-fucose pattern to trigger renal epithelial injury[J]. J Clin Invest, 2016, 126(5): 1911-1925.

[21]Farrar CA, Zhou W, Lin T, et al. Local extravascular pool of C3 is a determinant of postischemic acute renal failure[J]. FASEB J, 2006, 20(2): 217-226.

[22]Sacks SH, Zhou W. The role of complement in the early immune response to transplantation[J]. Nat Rev Immunol, 2012, 12(6): 431-442.

[23]Damman J, Nijboer WN, Schuurs TA, et al. Local renal complement C3 induction by donor brain death is associated with reduced renal allograft function after transplantation[J]. Nephrol Dial Transplant, 2011, 26(7): 2345-2354.

[24]Naesens M, Li L, Ying L, et al. Expression of complement components differs between kidney allografts from living and deceased donors[J]. J Am Soc Nephrol, 2009, 20(8): 1839-1851.

[25]Renner B, Ferreira V P, Cortes C, et al. Binding of factor H to tubular epithelial cells limits interstitial complement activation in ischemic injury[J]. Kidney Int, 2011, 80(2): 165-173.

[26]Thurman JM, Ljubanovic D, Royer PA, et al. Altered renal tubular expression of the complement inhibitor Crry permits complement activation after ischemia/reperfusion[J]. J Clin Invest, 2006, 116(2): 357-368.

[27]Renner B, Coleman K, Goldberg R, et al. The complement inhibitors Crry and factor H are critical for preventing autologous complement activation on renal tubular epithelial cells[J]. J Immunol, 2010, 185(5): 3086-3094.

[28]Bao L, Wang Y, Chang A, et al. Unrestricted C3 activation occurs in Crry-deficient kidneys and rapidly leads to chronic renal failure[J]. J Am Soc Nephrol, 2007, 18(3): 811-822.

[29]Boor P, Konieczny A, Villa L, et al. Complement C5 mediates experimental tubulointerstitial fibrosis[J]. J Am Soc Nephrol, 2007, 18(5): 1508-1515.

[30]Tang Z, Lu B, Hatch E, et al. C3a mediates epithelial-to-mesenchymal transition in proteinuric nephropathy[J]. J Am Soc Nephrol, 2009, 20(3): 593-603.

10.3969/j.issn.1671-2390.2017.01.013

100034 北京，北京大學(xué)第一醫(yī)院腎內(nèi)科暨北京大學(xué)腎臟疾病研究所

楊莉，E-mail: li.yang@bjmu.edu.cn

2016-11-13

2016-12-12)