曹莹，沈清

(重庆医科大学附属第一医院，重庆 400042)

0 引言

IgA 肾病(IgAN)是世界范围内最常见的原发性肾小球肾炎，也是导致肾衰竭的主要原因[1]。IgAN 占中国原发性肾小球疾病的43.45%，经活检证实的原发性IgAN 中有20%-40%在10-20 年内进展为终末期肾病[2,3]。IgAN 早期症状缺乏特异性甚至无症状，诊断需要依靠有创的肾穿刺活检，重复性差。该病在欧洲、亚洲及非洲裔个体中发病率的显著差异，家族性的聚集及疾病病程、预后的差异都提示了遗传因素在疾病中的发生、发展起的重要作用。现在公认IgAN 是多基因遗传和环境等因素交互形成的，表观遗传学机制更能表明环境对基因影响的相互作用。表观遗传变异（epigenetic variation）是指在基因的DNA 序列没有发生改变的情况下，基因功能发生可遗传变化，并最终导致了表型变化，高通量测序的技术进步揭示了基因表达受到DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色体构象变化、microRNA 等的错综复杂的调控。越来越多的研究表明IgAN 患者产生IgA1 的细胞可能由于特异性糖基转移酶β1，3-半乳糖基转移酶(C1GALT1)及其分子伴侣Cosmc 的异常表达导致Gd-IgA1 的产生，从而参与IgAN 的发病。

1 C1GALT1 与IgA 肾病关系

原发性IgA 肾病是一种免疫复合物介导的疾病，其特征是肾小球内含有IgA 的免疫沉积。IgA 由两个结构和功能不同的亚类IgA1 和IgA2 代表，值得注意的是，IgA1 而不是IgA2，具有一个19 个氨基酸的铰链区(HR)，具备9 个潜在的O-糖基化位点；每个HR 连接3-6 个核心O-多糖。在IgA肾病患者当中，特点是形成半乳糖（Gal）缺乏的铰链区O 连接的IgA1 多糖(Gd-IgA1) ，IgA1 的循环免疫复合物(CIC)水平升高[4]。对参与IgA 肾病发病机制揭示了其自身免疫性：（1）IgA1 分子重链独特铰链区域的糖链结构改变导致抗原决定簇暴露；（2）抗原决定簇被自然产生的IgG 型和/或IgA1 同型抗糖链抗体识别：（3）免疫复合物在形成；（4）免疫复合物的沉积导致补体活化，增加氧化应激，促进炎症性钙通道失活，并诱导细胞凋亡[5]。研究表明，IgAN 患者存在IgA1 HR 的O-糖链伴有半乳糖缺乏和Tn/STn 的表达，这可能是IgAN 发病的发病因素；而IgAN 患者IgA1 上TN 和STN 抗原的表达可能与B 细胞限制C1GALT1 活性，导致它无法正确折叠形成活性酶有关, 从而影响O¯糖基化过程，最终导致疾病发生；活性C1GALT1 的生物合成需要一个由C1GALT1C1基因编码的内质网定位的分子伴侣Cosmc 来防止其聚集和随后的蛋白酶体降解[6]。进一步研究发现，IgAN 患者外周血B 淋巴细胞中C1GALT1 表达正常，而C1GALT1C1 基因表达降低，提示C1GALT1C1 的变异影响IgA1 O-糖基化。也有研究表明IgAN 患者产生IgA1 的细胞由于特异性糖基转移酶的表达和活性改变而导致Gd-IgA1 的产生：C1GalT1 降低，ST6GalNAcII 升高，导致IgAN 患者具有唾液酸化和末端N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)的循环Gd-IgA1 水平升高[7]。接下来HR 中的Tn 抗原可被自然产生的IgA 或IgG 抗体识别和结合，形成循环免疫复合物；大分子IgA1 复合物可能会逃脱肝脏清除，因为它们太大而不能通过内皮细胞窗到达肝细胞[8]。取而代之的是，它们被分流到肾循环，在那里，覆盖在肾小球系膜的内皮窗更大，系膜细胞通过一种未知的机制与高分子量IgA1 高亲和力结合，IgA1 免疫复合物激活系膜细胞并伴随补体C3 的沉积被认为是IgAN 发病的始动事件[9]。

2 C1GALT1 的生物学功能

C1GALT1 又名T-合酶，是 O-糖基化过程中的关键酶。糖基化是蛋白质最常见的翻译后修饰之一，大约一半的哺乳动物蛋白质是糖基化的。值得注意的是，免疫球蛋白和其他糖蛋白在自身免疫性和慢性炎症性疾病、传染病或癌症患者中可能会异常糖基化[10]。因此，差异糖基化糖蛋白在健康和疾病中的生物学功能在生物医学研究中日益受到关注。一些糖蛋白在富含丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)的片段中具有糖基化聚集点。粘蛋白，如膜相关粘蛋白MUC1 或分泌型粘蛋白，是O-糖基化蛋白的原型。粘蛋白型糖基化的第一步是α¯N¯乙酰氨基半乳糖基转移酶 ( ppGalNAcT) 催化GalNAc转移到丝氨酸/苏氨酸残基，形成Tn 抗原；在β1，3-半乳糖基转移酶(C1GalT1) 作用下，将Gal 添加到GalNAc 上形成T 抗原；最后在α2，6¯ 唾液酸转移酶(ST6GalNAc）催化下，GalNAc 中添加N- 乙酰神经氨酸(NeuAc) 残基产生唾液酸化的GalNAc，称为sialyl-Tn 抗原（STN 抗原）或者Gal 被2，3-唾液酸转移酶(如ST3Gal1)唾液酸化而形成sialyl-T 抗原[11]。这些带有末端或唾液酸化GalNAc 的半乳糖缺乏型O-聚糖可被抗多聚糖抗体识别，导致肾炎免疫复合物的产生，这些复合物可能沉积在肾小球中，激活系膜细胞，并导致组织损伤[12]。

2.1 C1GALT1 与基因

目前，IgAN 被认为是一种自身免疫性疾病，C1GALT1 基因编码IgA1 分子半乳糖化过程中的关键酶β1，3-半乳糖基转移酶，Gale[13]等人在白人和中国人中通过线性回归进行全基因组关联分析，发现C1GALT1 基因上的等位基因与Gd-IgA1 水平密切相关，C1GALT1 的常见变异影响人群中的Gd-IgA1 水平，而Gd-IgA1 水平与进行性IgAN 的风险独立相关，而且IgA10-糖基化改变的致病重要性在白人和中国IgAN 患者中可能有所不同。Pirulli[14]等人在研究意大利患者中C1GalT1 基因变异与IgA 肾病易感性时发现C1GALT1基因的1365G/G 与IgAN 的易感性有关，此结果与Li 等人[15]研究结果一致。推测1365G/A 单核苷酸多态性可能在调节C1GalT1 与新描述的Cosmc 基因(染色体带Xq23)之间的相互作用中发挥作用，该基因编码一些糖基转移酶(如T-合成酶)正确折叠所需的分子伴侣，以及由此产生的完整活性。Bertinetto 等[16]研究表明C1GALT1 的两个多态性(rs1008898和rs7790522)与IgAN 患者发病相关。有学者[17]对IgAN 患者和健康对照组的维吾尔族人群进行了基于C1GALT1 半基因型分析的基因关联研究中发现IgAN 组rs5882115 的I 等位基因和DI 基因型的频率明显高于对照组，这与这与Li 等人的结果不同；然而在C1GALT1 单倍型单倍型GAGDA 在患者中的频率明显增高，这与Li 等人的结果相似。Wang等人[18]在研究中国南方汉族时虽然所选择的候选基因与IgAN 没有单独的相关性，但通过多因素降维(MDR)方法发现C1GALT1（Rs1008898) 和IL5RA(Rs340833) 这两个基因的相互作用导致了IgAN 的易感性，IL5RA 编码白细胞介素5 受体的乙酰链，通过该受体发出的信号可能与调节Th1/Th2极性和免疫调节有关。Nie[19]等人随后的荟萃分析没有发现rs1047763 和rs1008898 与IgAN 风险有任何显著的关联，但样本量的限制及某些遗传模型的明显的异质性等使结论具有争议。

2.2 C1GALT1 与DNA 甲基化

DNA 甲基化是一种在不改变潜在遗传密码的情况下影响基因表达的表观遗传修饰。胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤二核苷酸(CPGS)的胞嘧啶增加一个甲基可以改变转录因子的结合，影响染色质的构象结构，从而抑制特定基因的转录。DNA 甲基化改变与多种肿瘤、炎症、心脏代谢和动脉粥样硬化性疾病有关[20]。低甲基化基因的功能包括细胞周期、分裂、转录调节和DNA 修复，高甲基化基因的功能包括囊泡介导的转运、胞吐和脂质转运，这些都是足细胞功能的重要特征[21,22]。Cosmc是内质网上T-合成酶的特异性分子伴侣，Sun[23]等人在儿童IgAN 及其对照组分离培养B 淋巴细胞，经IL-4 或5-氮-2"-脱氧胞苷(AZA)处理，IgA 细胞甲基化与Cosmc mRNA 表达改变与糖基化IgA1 水平呈特异性相关，表明Cosmc 启动子区域的高甲基化可能是IgAN 淋巴细胞Cosmc mRNA 表达降低并伴随糖基化IgA1 异常升高的关键机制。Qinet 等[24]报道在IgAN 患者中外周血B 细胞高甲基化可能在Cosmc 表达下调起一定作用，但在这方面没有提供直接的证据，作者没有充分考虑到Cosmc 是X 连锁和个体在该位点上是功能半合子的事实。有研究表明[25]IgAN 患者DNMT1（DNA 甲基转移酶1）、C1GALT1 与估计肾小球滤过率(EGFR)呈正相关，与24 小时尿蛋白呈负相关。另一方面，虽然IgAN 患者中DNMT1 的表达没有升高，但它与IgAN 中导致IgA1 糖基化的关键酶C1GALT1 有关，推测这种差异可能是由于IgAN 患者中重度IgAN 患者(肾功能降低或蛋白尿升高)的DNMT1 水平较低，而轻度IgAN 患者的DNMT1 水平较高，因此可以中和与对照组的差异所致。

2.3 C1GALT1 与miRNAs

目前，研究人员认为60%的mRNAs 可以被microRNAs(miRNAs)靶向，miRNAs 可以调节各种细胞的功能和病理生理状态[26]。作为一类短的( 约22bp) 非编码RNA，miRNAs具有较长的半衰期，通常是稳定的，可以分泌到细胞外微环境或血液、尿液和其他体液中[27]。肾脏疾病中miRNAs 的研究仍处于初级阶段。miRNAs 可参与调节肾脏发育、生理功能和肾脏疾病的发生。由于miRNAs 序列短，在不同肾脏疾病中的作用不同，特异性miRNAs 的表达可以增加或降低，从而有助于疾病的预防和治疗。Hu[28]等人发现在中国IgAN 患者的B 淋巴细胞中，miR-347b 过表达，并且在mRNA 和蛋白水平上都抑制了Cosmc 和增殖途径调节因子[磷酸酶和张力蛋白同源(PTEN)]，从而导致B 细胞的更大增殖和更高的血清低O-半乳糖化IgA1O-糖形式水平。而Yang[29]等人研究表明IgAN 患者外周血淋巴细胞miR-155 表达明显降低，导致T 淋巴细胞亚群漂移(Th2、Th17 升高，Th1、Treg 降低)，抑制C1GALT1C1 基因表达，加重IgA1 异常糖基化。Sun[30]等人在研究儿童IgAN 患者时，发现miRNA-196b 和miRNA-33a-3p靶向COSMC，在用miRNA-196b 模拟物转染的分离的B 淋巴细胞中，COSMC 的表达水平显着下调，但Gd-IgA1 的表达水平增加；因此，miRNA-196b 可能通过COSMC 调控在Gd-IgA1 和IgAN 发病机理中发挥作用。通过高通量的IgAN患者和健康对照PBMCs 的miRNA 图谱，Serino 等人鉴定了37 个不同表达的miRNA，并先后揭示了miR-148B 潜在的靶点是C1GALT1 来调节Gd-IgA1 的水平[31]，而let-7b 与GALNT2 表达的改变有关，并且这种改变的表达与IgA1 的异常糖基化有关[32]。MIR-98 是let-7 家族的成员之一，Liu[33]等人选择miR-98-5p 作为研究对象，对表达下调的mRNA 进行测序分析，推测上调的miR-98-5p 可能以CCL3（趋化因子配体3）为靶标，导致IL-6 水平的升高，诱导C1GALT1 表达的改变，从而导致Gd-IgA1 过高。越来越多的证据表明，在肾脏疾病中，各种miRNAs 经常上调或下调，其肾脏病理生理学中的作用有待于进一步研究。

2.4 C1GALT1 与高尔基体蛋白

高尔基体基质蛋白130(GM130)是一种分子量为130 的高尔基体外周膜蛋白，定位于顺式高尔基体中，GM130 的主要生理作用包括维持高尔基体形态，可以与其他高尔基体膜蛋白以不同的结合方式形成多种囊泡对接复合物，以确保内质网囊泡成功对接在高尔基体上[34-36]，以及参与蛋白质和脂质的糖基化修饰过程，现已证实GM130 表达下调可导致癌细胞糖基化缺陷[37]。在顺式高尔基体中，GM130 的糖基化修饰是以N-乙酰半乳糖基转移酶(GalNAcT)为基础，将乙酰半乳糖(GalNAc) 转运到铰链，提示GM130 在O- 多糖缺陷型IgA1 的产生中起着重要的作用。为了探索GM130 在IgA1 O-糖基化修饰中的贡献，wang 等[38]通过GM130-siRNA 转染评估GM130 沉默，表明IgAN 患者扁桃体组织和PBMC 中GM130 的表达明显降低，GM130 通过负向调节C1GALT1 的表达在IgAN 患者的IgA1 O-聚糖缺乏症中起重要作用，但不影响ST6GalNAc-II 的表达。GM130 的下调抑制或延迟了内质网到高尔基体的运输[39]，影响了停靠在高尔基体上的糖基转移酶，导致糖基化缺陷。Petrosyan 和他的同事[40]曾证明GM130 可以与高尔基体外周膜蛋白GRASP65 或Giantin介导的C1GalT1-VC 对接结合，GM130 基因敲除会影响C1GalT1、C1GalT1-VC 在细胞质中的高尔基体定位，然后迅速降解，这有助于我们了解IgAN 患者GM130 表达降低导致C1GalT1 下调和Gd-IgA1 分泌增加的分子机制。在某些肿瘤组织中GM130 的高表达导致糖基化异常已得到广泛的研究，但目前有关IgAN 患者高尔基体蛋白表达异常相关的研究数量有限，IgAN 患者与IgA1 产生细胞中GM130 表达的详细关系和机制尚需进一步研究。

2.5 C1GALT1 与淋巴细胞中的异常表达

在循环中，CD19+B 淋巴细胞是产生IgA1 的主要细胞，有研究发现在IgAN 患者扁桃体B 淋巴细胞中，CD19 阳性的B 淋巴细胞C1GALT1 的表达明显低于对照组，并发现IL-4 刺激可显著降低C1GALT1 和Cosmc 的mRNA 水平[41]。Suzuki[42]等人研究表明IL-6 刺激IgAN 患者的IgA1 产生细胞可导致IgA1 O-聚糖的半乳糖缺乏。Xing[43]等人发现C1GALT1 在IgAN 患者中的表达水平明显下调，并与Gd-IgA1 水平的升高呈负相关；随后的Meta 分析证实IgAN 患者B 淋巴细胞中C1GALT1 基因的低表达和C1GALT1 的低活性。Qing[44]等人先前的研究表明IgAN 患者B 淋巴细胞cosmc 基因表达水平明显低于正常对照组和非IgAN 患者，但是在C1GALT1 的表达水平上没有观察到明显的差异。人们普遍认为Th17 淋巴细胞主要通过IL-17 促进慢性炎症反应在自身免疫性疾病的发病机制中起关键作用，在炎症部位如肾脏和皮肤释放IL-17，可以通过增加效应细胞的流入来放大免疫反应；此外，IL-17 还可以增加B 细胞的活化和抗体的产生，从而促进B 细胞的过度活化。Ling 等人[45]发现IL-17降低了B 细胞系DAKIKI（表面IgA1 阳性的人B 淋巴瘤细胞株）中C1GALT1 和Cosmc 的表达，刺激B 淋巴细胞促进B 细胞增殖，从而导致体外IgA1 产量增加，并伴有IgA1 糖基化不足。IL-17 对免疫功能的调节可能是今后预防IgAN 复发的一个靶点。

3 小结与展望

IgA 肾病是一种免疫疾病，血清Gd-IgA1 升高在IgAN 中是一致的发现，目前已有共识认为IgA1 糖基化异常与本病的发病机制直接相关，但是到目前为止，异常O-糖基化IgA1 的性质尚不清楚。C1GALT1 作为IgA1 的关键糖基转移酶，多项研究证明C1GALT1 在IgAN 中IgA1 糖基化异常的分子基础上发挥了重要作用，然而，对于IgA1 是由于C1GALT1 活性的功能改变还是由于其表达减少而导致的半乳糖化不足存在争议，因为对该糖基转移酶活性的调节缺乏信息。现有研究表明基因多态性、遗传易感性、DNA 甲基化、microRNA、高尔基体基质蛋白等表观遗传变异及相关细胞的异常表达等多方面影响C1GALTl 及其分子伴侣Cosmc 的表达，进而导致IgAl低糖基化。因此C1GALTl 及其分子伴侣Cosmc 的异常表达可能作为IgAN 发病的潜在因素，对其致病机制的进一步研究可能为我们对该疾病提供更深的认识，为诊疗提供新的思路。