赵文婷 刘刚 杨莉

·综述·

急性肾损伤中补体系统作用机制的研究进展

赵文婷 刘刚 杨莉

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是一组由多种病因造成的以肾小球滤过率迅速下降为特点的临床综合征[1]，发病率高，病死率高。目前，改善AKI预后的方式主要是早期诊断和早期防治，临床上以支持治疗为主，尚无有效的治疗药物可以减轻肾组织损伤和促进修复，因此对AKI发病机制的研究就显得尤为重要。近年来，免疫炎症反应在AKI发病中的作用受到日益关注。肾小管上皮细胞是AKI中主要受损的靶细胞[2], 其损伤后通过释放炎症介质，启动和促进天然免疫炎症反应，在清除坏死细胞的同时，导致了免疫炎症反应的放大和组织进一步损伤。因此，适度调控炎症反应可能减轻组织损伤，从而改善肾脏预后。

补体系统广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面，是由30余种蛋白质组成的反应系统，包括补体固有成分、补体受体和补体调节蛋白。目前确定的补体系统激活途径有三条：经典途径、凝集素途径及旁路途径。由抗原抗体复合物结合C1q启动激活的是经典途径；由甘露糖结合凝集素(mannose-binding lectin，MBL)或纤维胶原素结合至病原体表面激活的是凝集素途径；由病原微生物等提供接触表面而从C3开始激活的是旁路途径。补体三条激活途径受不同激活物激活后，均形成具有酶活性的C3转化酶，进一步激活C3，形成C5转化酶，作用于C5，最终形成攻膜复合物(membrane attack complex，MAC)即C5b-9。在正常调控下补体可以有效识别和清除外源有害物质和受损宿主细胞，发挥免疫防御作用。近年来，越来越多的证据表明，AKI发生时存在补体的异常活化，并且参与肾小管上皮细胞的损伤。本文将对补体系统在AKI发病机制中的作用及调控进行综述。

一、补体活化介导AKI的组织损伤

1.补体活化参与AKI组织损伤的证据 有学者在小鼠急性缺血再灌注肾损伤(ischemic reperfusion injury, IRI)中发现，C3在肾小管基底膜沉积增加、C6和C9在损伤的肾小管周围和管腔内沉积增加，提示AKI时发生了补体的活化，并且补体沉积的肾小管也是发生组织学损伤的肾小管，提示补体活化介导了组织损伤[3]。进一步研究显示，降低C3水平(C3 SiRNA[4]或C3缺陷[3,5])，或者抑制补体通路其他因子如C5(C5单抗[6]或C5缺陷[3])、C6(C6缺陷[3])，以及B因子(B因子单抗[7])的产生或活性，均可导致MAC的形成减少、显著减轻肾小管损伤及中性粒细胞浸润程度，并有效减轻肾功能损伤。CD59(一种膜补体调节蛋白，可抑制C8与C9的结合，从而抑制MAC的形成)表达缺陷的小鼠在IRI时MAC形成增加，肾小管管周C9沉积显著增加，肾小管细胞损伤和组织炎症反应均明显加重[8]，进一步证明补体系统的过度活化可加重缺血性AKI的组织损伤。此外，补体通路活化的其他产物，如C5a，可引起炎症反应，并导致肾小管上皮细胞损伤。在小鼠[3,9]或大鼠IRI[3]、小鼠肾移植[10]及顺铂肾病[11]模型中，C5a受体在肾小管上皮细胞上的表达升高，应用C5aR拮抗剂或敲除C5a受体基因，在没有影响组织MAC活性的情况下，能够显著降低肾组织炎症因子(TNF-α及MPO)水平、减轻肾小管损伤以及肾功能损害程度。

Thurman等[12]在急性肾小管坏死患者的肾活检标本上发现， 沿着肾小管基底膜(并未阐明是肾小管基底膜的内侧还是外侧)有补体活化分子C3d的沉积，提示在人类急性肾小管坏死疾病中存在补体的活化。然而，有关人类AKI中补体活化的调控机制还缺乏研究。

2.补体活化导致肾损伤的途径 虽然已经有了许多的研究报道，但至今仍不明确补体参与AKI损伤的确切机制，有些研究甚至存在相互矛盾的观测结果，而且基本都是来源于细胞实验或动物模型。以下介绍这方面目前主要的研究发现。

在细胞实验中，小鼠近端肾小管上皮细胞株(proximal tubular epithelial cell，PTEC)在化学缺氧条件下，应用B因子单抗[7]可以显著减轻细胞损伤，提示补体旁路途径的活化；在另一篇报道[13]中，证明人和小鼠PTEC活化的补体通路是不一样的，将血清作为补体来源，物理缺氧再给氧诱导补体活化，加入MgEGTA(通过螯合钙离子阻断经典途经和凝集素途径的活化)不影响C3在小鼠PTEC细胞的沉积，而人PTEC表面的C3沉积几乎完全消失，表明缺氧再给氧的小鼠PTEC活化的是补体旁路途径，而缺氧再给氧的人PTEC活化的是经典或凝集素途径。进而用MBL单抗或用D-甘露糖竞争结合MBL(抑制MBL与其他配体的结合)抑制补体凝集素途径的活化，C3或C4的沉积并未减少；进一步用C1q单抗或去除C1q或IgM的方法抑制经典途径活性，C3、C4沉积几乎消失，而加入C1q或IgM再次恢复经典途径活性，C3、C4沉积也随之恢复，证实缺氧再给氧的人PTEC活化的是经典途径。这种人和小鼠PTEC活化的补体途径的不一致，说明可能存在种属的差异性。

在AKI动物模型中，认为补体经典途径是不参与肾损伤的，如IRI小鼠肾组织没有C1q沉积[3]，并且补体经典途径相关分子C4、C1q的缺陷[14]以及免疫球蛋白产生缺陷[15]均不会影响肾组织中补体沉积及肾损伤程度。对于补体旁路途径，各国学者大多认为其参与AKI，如在小鼠IRI[3,5]以及败血症相关AKI[16]模型中，补体旁路途径特有成分B因子、P因子的缺陷或活性降低均可使得肾功能损伤及组织炎症反应明显减轻、肾小管C3沉积明显减少，证实补体旁路途径的活化参与了AKI的发生。而关于补体凝集素途径对AKI的意义，不同实验室的研究结果却不太一致。如正常小鼠MBL仅在肾小球系膜区部分沉积，但随缺血及再灌注时间延长，MBL沉积在肾小管上皮细胞、管周毛细血管及肾小管管腔中，然后C3、C6、C9与MBL共沉积，提示凝集素途径的活化可能发生在IRI早期。有研究[17]发现，MBL缺陷小鼠在肾脏IRI后，血浆C3a水平下降，说明补体活化程度下降，其下降程度是与肾小管基底膜C3d沉积的减少相关的，肾损伤减轻；注射重组MBL后，MBL缺陷小鼠肾损伤程度加重，并呈现剂量依赖性，证实补体凝集素途径参与了肾脏IRI的发生。在小鼠同种异体肾移植的IRI模型中，补体凝集素途径所需分子MBL相关丝氨酸蛋白酶2(Mannan-binding lectin-associated serine protease 2 ，MASP-2)表达缺陷时，补体活化产物C3d在肾小管上皮细胞基底侧的沉积明显减少，对移植肾有着明显的保护作用，而C4表达缺陷时对损伤肾脏却没有这种保护作用，说明MASP-2介导的肾脏IRI并不依赖C4的存在，提示MASP-2可能绕开C4活化补体(目前尚不知道的途径)，这种现象曾经在小鼠心肌和胃肠道IRI模型中也有报道[19]，但也不排除MASP-2本身对肾小管上皮细胞的直接损伤作用(如MBL就可以直接损伤肾小管上皮细胞而不通过补体活化实现[20])。而Takashi[5]应用补体调节蛋白衰变加速因子(decay-accelerating factor，DAF)和CD59双敲除(对补体损伤更敏感)的小鼠IRI模型，MBL缺陷后并没有减轻补体沉积和肾损伤，作者认为补体凝集素途径是不激活的。但是凝集素途径活化所需要的模式识别分子，不单是MBL，还有纤维胶原素或者胶原凝集素11[21]，该作者并未进行观察。

急性肾小管坏死患者的肾活检标本上，发现C3d沿肾小管基底膜沉积，而没有C4d沉积，提示在人类急性肾小管坏死疾病中补体活化通路可能是旁路途径[12]。

二、肾组织原位补体活化介导AKI的组织损伤

补体活化介导AKI组织损伤，而三条补体通路的中心环节是C3的活化，那么起关键作用的补体C3来源是哪呢？究竟是血液循环中的C3起主导作用，还是肾脏自身合成的C3呢？Farrar[22]在相同基因小鼠之间进行肾移植，发现补体活化分子C3d在肾小管基底侧表面的沉积是逐渐累积的(至少在再灌注48h时)，并且供体肾C3的表达缺陷会有效减轻缺血性AKI的程度，而与受体C3的表达无关，说明肾脏原位(主要是近端肾小管上皮细胞)合成的补体对缺血性AKI的发生起关键作用，而不是血液循环中的补体C3。另外研究发现，近端肾小管细胞可合成C2、C3、C4和B因子等补体成分[23]，促进局部补体活化，是引起AKI的重要因素[24]。

在人类移植肾领域，研究发现，在肾脏冷缺血后、再灌注之前，供体肾C1、C3、B因子等补体分子表达上调，并与移植肾的肾功能预后不良有关[24-25]。

三、肾组织补体活化的调控机制

一方面，肾脏微环境的改变可以调节补体活化，如应激状态下肾小管细胞合成的NH3可以在不需要酶的情况下与C3硫酯键形成酰胺键，形成具有C3b功能属性的分子，参与形成C3转化酶促进旁路途径活化；酸性环境也可以促进肾小管上皮细胞旁路途径活化[15]，这也为临床上肾病患者服用NaHCO3保护肾脏提供了依据。

另一方面，补体调节蛋白，分为可溶性(如H因子)和膜结合型，可以调控肾小管间质的补体活化。如阻断小鼠体内H因子与肾小管上皮细胞的相互作用，肾小管损伤加重；给予外源靶向重组H因子，肾小管间质C3沉积和肾小管损伤明显减轻[26]，证明H因子可以通过调控补体活化实现对肾组织和肾功能的保护作用。人类肾小管上皮细胞表达的膜补体调节蛋白有膜辅因子蛋白(membrane cofactor protein，MCP/CD46)和低水平的CD59，两者均是一种跨膜糖蛋白，MCP抑制C3转化酶的形成，CD59抑制MAC的形成。啮齿类动物肾小管上皮细胞只表达一种补体调节蛋白，即补体受体1相关蛋白y(complement receptor 1-related protein/gene y，Crry)，其抑制补体活化的作用机制类似人类的MCP和DAF，通过促进C3b和C4b失活抑制C3转化酶的形成。Crry正常生理状态下位于肾小管上皮细胞基底侧，肾脏缺血后，Crry的表达失去极性，分散在从肾小管上皮细胞胞浆内甚至管腔侧，补体活化得以在肾小管间质侧进行，补体C3沿肾小管基底膜大量沉积[27-29]。而抑制Crry活性(Crry单抗[15])或降低Crry水平(Crry表达缺陷[29])，都会使得补体活化增强，肾组织损伤加重。因此，补体调节蛋白的正常表达及分布保证了在生理状态下肾脏不会受到补体过度活化的攻击。

四、补体系统与肾间质纤维化

AKI可以导致肾组织的不完全修复，遗留慢性肾小管间质炎症及纤维化。研究表明，在单侧输尿管结扎小鼠模型[30]中，降低补体C5的表达，尤其阻断C5a与其受体的相互作用，可以减轻肾间质纤维化程度，表明C5a参与介导肾间质纤维化。阿霉素诱导的蛋白尿小鼠模型中，C3aR缺陷可使肾间质胶原含量、肌成纤维细胞聚集以及巨噬细胞的浸润减少[31]。以上研究结果提示，补体系统的活化可能参与了AKI后期的慢性肾脏纤维化进程，其调控机制还需进一步研究。

五、小结与展望

综上所述，补体系统在AKI的发生发展中扮演重要角色。肾脏原位产生的补体分子，介导了AKI的组织损伤；而补体调节蛋白的存在抑制了补体的过度活化。未来还需要更为广泛深入的研究，特别是要在人类AKI上明确补体活化参与致病的机制，才能为治疗提供新的方向。

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10.3969/j.issn.1671-2390.2017.01.013

100034 北京，北京大学第一医院肾内科暨北京大学肾脏疾病研究所

杨莉，E-mail: li.yang@bjmu.edu.cn

2016-11-13

2016-12-12)