2023年肾脏病学新进展5 | 肾小球疾病进展二：IgA肾病基础研究

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全基因组关联分析确定了IgA肾病的致病信号通路和优选药物治疗靶点1

本研究通过对10146例IgA肾病病人和28751例对照进行GWAS分析，发现了30个独立的显著风险位点，其中有16个新位点，包括TNFSF4/TNFSF18、REL、CD28、PF4V1、LY86、LYN、ANXA3、TNFSF8/TNFSF15、REEP3、ZMIZ1、OVOL1/RELA、ETS1、IGH、IRF8、TNFRSF13B和FCAR，解释了11%的疾病风险，支持了IgA肾病是一个多基因疾病。当对小鼠进行基因敲除时，风险位点在同源基因中的富集导致血IgA水平异常。该研究还观察到IgA肾病易感性与血清IgA水平呈正相关，较高的多基因评分不仅增加IgA肾病易感性，也增加进展至尿毒症的风险。该研究使用多种分析表明IgA肾病的发生受遗传控制，也是IgA肾病的关键致病途径。IgA肾病其他的致病因素还包括来自于肾外组织免疫、造血细胞和肠道粘膜细胞等。易感基因富集在一些可干预的细胞因子配体-受体对，为未来的靶向治疗提供了重要的线索。

图1 通路，细胞类型和组织富集分析。全基因组显著相关的non-HLA位点的通路富集分析主要集中在先天免疫和获得性免疫途径，最显著的是细胞因子-细胞因子受体相互作用（A）。疾病中最关键的组织是血液、免疫和胃肠道粘膜细胞，而不是肾脏（B,C,D）。

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风险等位基因增强Toll样受体9诱导的IgA肾病免疫2

多个GWAS分析已经重复性地确定了MTMR3/HORMAD2/LIF/OSM基因位点与IgA肾病发病风险相关。然而，因果变异、相关基因和改变的机制仍然知之甚少。该研究基于包含2762例IgA肾病病例和5803个对照个体的GWAS数据集进行了精细映射分析，并确定rs4823074是B淋巴母细胞样细胞中与MTMR3启动子交叉的候选因果变异。孟德尔随机化研究表明，风险等位基因可能通过增加MTMR3表达来影响血清IgA水平，从而调节疾病易感性。与此一致，IgA肾病患者外周血单个核细胞中MTMR3表达升高。进一步的体外机制研究表明，MTMR3增加IgA的产生依赖于其磷脂酰肌醇3-磷酸结合域。此外，该研究提供了体内功能证据，表明Mtmr3-/-小鼠表现出Toll样受体9（TLR9）诱导的IgA产生、肾小球IgA沉积以及系膜细胞增殖缺陷。RNA-seq和通路分析显示，MTMR3缺陷导致肠道免疫网络受损，无法产生IgA。因此，该研究的研究结果支持MTMR3通过增强TLR9诱导的IgA免疫在IgA肾病发病机制中的作用。

图2 Mtmr3 KO小鼠出现TLR9诱导的抗体产生缺陷和肾小球IgA沉积。野生型小鼠中，CpG-ODN组血清IgA、IgG和IgA-IgG复合物水平明显高于CpG-control组(A,B,D)。同时，在Mtmr3 KO小鼠中没有观察到CpG-ODN刺激TLR9后血清IgA、IgG和IgA-IgG复合物水平升高。这些结果表明，TLR9诱导的抗体产生可被MTMR3缺陷所抑制。此外，TLR9激活导致野生型小鼠肾小球IgA沉积和系膜细胞增生，而在Mtmr3 KO小鼠中，这些病理特征显著降低(E,F)。

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以系膜细胞为靶点的IgA自身抗体的鉴定重新定义了IgA肾病的发病机制3

IgA肾病是原发性肾小球肾炎最常见的类型，常进展为肾衰竭。IgA肾病是由肾小球系膜中的IgA沉积触发的，其机制尚不明确。来自日本顺天堂大学肾病科和东京大学的研究者通过gddY小鼠，一种自发的IgA肾病模型小鼠，发现了产生针对系膜抗原的血清IgA，包括βII-spectrin。大多数IgA肾病患者血清中也有抗βII-spectrin蛋白IgA。与IgA肾病患者一样，IgA 浆细胞在gddY小鼠的肾脏中积累。从浆细胞克隆产生的IgA抗体携带大量的v区突变，并结合到βII-spectrin蛋白和系膜细胞表面。这些IgAs识别暴露在胚胎肾源性细胞表面的βII-spectrin蛋白。最后，研究者证明了克隆IgA可以选择性地原位结合肾小球系膜区域。IgA肾病中IgA自身抗体及其抗原的鉴定提供了对IgA肾病发病的关键见解，并将IgA肾病重新定义为组织特异性自身免疫性疾病。

图3 βII-spectrin暴露于MCs的表面，并被最初由gddY小鼠PBs产生的单克隆IgAs识别。

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跨尺度光学成像显示半乳糖缺乏型IgA肾病Q2Q3动力学异常4

IgA肾病是最常见的肾小球肾炎，其特征是在系膜中存在IgA沉积。致病性IgA在肾脏组织中的沉积是一个基本的启动过程，但尚未得到充分的研究。该研究利用跨尺度光学成像揭示了半乳糖缺乏型 IgA 引起肾病的异常动力学。该研究采用光学成像技术，以优化的空间和时间分辨率直接可视化BALB/c裸鼠肾脏IgA沉积。实时荧光成像显示，与从健康个体中纯化的IgA相比，从IgA肾病患者分离的IgA优先积累在肾脏中。两种IgA在肝脏中的分布无差异。光声计算机断层动态显示和量化了肾皮质中病理性IgA的增强滞留。在小鼠模型中，光声显微镜追踪到肾小球中IgA的沉积，分辨率可达3微米。值得注意的是，纵向荧光成像显示半乳糖缺乏IgA (Gd-IgA)在IgA肾病患者循环中升高，在肾脏中持续超过两周，Gd-IgA的稳定沉积导致肾脏损伤，包括蛋白尿和系膜增生。因此，作者的研究强调了Gd-IgA肾脏沉积动力学异常参与了IgA肾病的发病机制。因此，跨尺度光学成像在评估免疫介导的肾脏疾病和揭示疾病的潜在机制方面具有潜在的应用价值。

图4 纵向荧光成像研究半乳糖缺乏症IgA (Gd-IgA)的肾脏动力学。注射24小时后，Gd-IgA在肾脏的沉积强于来自IgAN和健康对照组的IgA(A,B)，说明Gd-IgA在肾脏的优先积累。注射后第7天和第14天，Gd-IgA仍沉积在肾脏中，而来自健康对照组的IgA几乎被消除(图C,D)。定量分析显示，注射后第7天和第14天，Gd-IgA的荧光强度明显高于来自健康个体和IgAN患者的IgA(E,F)。而肝脏沉积无显著差异(G,H)。这些结果表明Gd-IgA具有较强的肾脏沉积特性。

05

RhoA小泡转运介导的谷氨酰胺转移酶2膜转位促进IgA肾病中IgA1系膜沉积5

在人源化IgA肾病小鼠模型中，谷氨酰胺转移酶2 (TGase2)已被证明有助于IgA1的沉积，但其机制尚未完全了解。在这项研究中，该研究发现抑制TGase2活性可以显著减少聚合IgA1 (pIgA1)的数量，pIgA1从与人系膜细胞(HMC)相互作用的IgA肾病患者中分离。TGase2在细胞质和细胞膜上均有表达。在pIgA1处理后，有更多的TGase2被招募到膜上。利用pIgA1系膜沉积的细胞模型，该研究在细胞质部分鉴定了253个潜在的tgase2相关蛋白，并观察到在pIgA1刺激后HMC中细胞囊泡浓度增加，Ras同源家族成员a (RhoA)表达增加。通过抑制囊泡运输途径，pIgA1在HMC上的沉积量和HMC上的TGase2表达量均降低。在机制上，TGase2与RhoA在细胞囊泡中共沉淀。过表达RhoA后，HMC上TGase2的表达量显著增加，而敲低RhoA后，HMC上TGase2的表达量显著降低。该研究的体外研究表明，TGase2通过RhoA介导的囊泡转运途径从细胞质转运到细胞膜，该途径可促进IgA肾病中pIgA1与系膜的相互作用。

图5 TGase2通过RhoA介导的囊泡运输从细胞质到细胞膜的途径促进pIgA1在人系膜细胞上的沉积。(A) TGase2在正常肾小球系膜细胞中表达较弱，通过RhoA 囊泡从细胞质转位到细胞膜。囊泡运输途径的抑制剂Exo1显著减少了TGase2向细胞膜的运输。(B) IgA肾病患者血液中的多聚体IgA1 (pIgA1)进入肾脏，通过与TGase2和IgA1受体TFRC结合沉积在系膜中；这激活了更多的TGase2， RhoA和RhoA 囊泡的表达。增加的TGase2通过RhoA 囊泡转运到膜上，导致越来越多的pIgA1粘附在系膜细胞膜上。(C) pIgA1与系膜细胞的相互作用诱导细胞增殖和产生ECM，如纤维连接蛋白和胶原蛋白，这将进一步增加疾病的进展。

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COL4A3、COL4A4和COL4A5的基因变异导致散发IgA肾病患者的薄基底膜病变6

薄基底膜损伤（tGBM）在IgA肾病中并不常见。肾小球基底膜主要成分IV型胶原由α3,α4和α5链蛋白构成，由COL4A3/COL4A4/COL4A5 编码。近年来，组织病理学诊断为FSGS的患者也有报道编码IV型胶原基因发生突变。最近在家族性IgAN病例中发现了致病性COL4A3/COL4A4/COL4A5突变体，但这些突变体对散发型IgAN的作用尚不清楚。该研究纳入了161例患者，包括伴有tGBM的散发IgAN患者，以及匹配的未伴有tGBM的IgAN患者和单纯薄基底膜肾病患者（TBMN）。全外显子测序筛查和评COL4A3/COL4A4/COL4A5基因突变情况。测定基底膜厚度，ELISA检测循环中Gd-IgA1水平。研究结果表明，IgAN-tGBM患者病情比单纯IgAN患者轻，但比TBMN患者重。122例IgAN-tGBM患者行全外显子测序后，在38例患者（31.1%）中鉴定出COL4A3/COL4A4/COL4A5基因的37个诊断性变异。此外，具有诊断性变异的IgAN- tGBM患者的GBM厚度<250 nm的比例更高，肾小球损伤更轻，而没有诊断性变异的IgAN- tGBM患者表现出更多的IgAN特点，包括肾小球IgA沉积强度更高和Gd-IgA1水平升高。简而言之，存在胶原蛋白基因诊断性变异的患者与不存在诊断性变异的患者存在不同的发病机制。所有，在散发IgAN伴发tGBM患者中，有必要对COL4A3/COL4A4/COL4A5基因变异进行检测评估。

图6 鉴定出诊断性变异位于COL4A3、COL4A4和COL4A5基因的不同区域。为了探究错义SNV的位置与GBM厚度之间的关系，该研究只有一个杂合子诊断错义SNV的患者进行分析。IV型胶原包含一个中间胶原结构域（包含Gly-Xaa-Yaa重复和多种非胶原中断）和两个非胶原结构域。在这些错义SNVs中，大多数变异位于中间胶原结构域，并且在Gly-Xaa-Yaa重复序列中全部被甘氨酸取代，导致GBM更薄。

参考文献：

1.Kiryluk K, Sanchez-Rodriguez E, Zhou XJ, et al. Genome-wide association analyses define pathogenic signaling pathways and prioritize drug targets for IgA nephropathy. Nat Genet. 2023;55(7):1091-1105. doi:10.1038/s41588-023-01422-x

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3.Nihei Y, Haniuda K, Higashiyama M, et al. Identification of IgA autoantibodies targeting mesangial cells redefines the pathogenesis of IgA nephropathy. Sci Adv. Published online 2023.

4.Si M, Li L, Fang M, et al. Anomalous kinetics of galactose-deficient IgA incurring nephropathy revealed by cross-scale optical imaging. Kidney Int. 2023;103(2):320-330. doi:10.1016/j.kint.2022.08.038

5.Zhong Z, Li Z, Li Y, et al. RhoA vesicle trafficking–mediated transglutaminase 2 membrane translocation promotes IgA1 mesangial deposition in IgA nephropathy. JCI Insight. 2023;8(19):e160374. doi:10.1172/jci.insight.160374

6.Yuan X, Su Q, Wang H, et al. Genetic Variants of the COL4A3, COL4A4, and COL4A5 Genes Contribute to Thinned Glomerular Basement Membrane Lesions in Sporadic IgA Nephropathy Patients. J Am Soc Nephrol. 2023;34(1):132-144. doi:10.1681/ASN.2021111447

作者|刘思梦 周倩

审核|毛慧娟 张莉  

编辑|冒盈盈