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家族性出血性肾炎(Alport综合征)

(奥尔波特综合征,遗传性进行性肾炎,遗传性慢性进行性肾炎,遗传性慢性肾炎)

家族性出血性肾炎(Alport综合征)是怎么回事?
向您详细介绍家族性出血性肾炎(Alport综合征)的病理病因,家族性出血性肾炎(Alport综合征)主要是由什么原因引起的。
2015年11月6日更新浏览数:975收藏数:111
家族性出血性肾炎(Alport综合征)病因

一、发病原因

Alport综合征是单基因遗传病,患者是杂合子。现代认为本病遗传存在异质性,共有3种遗传方式,即性连锁显性遗传、常染色体显性遗传及常染色体隐性遗传。

  1.性连锁显性遗传(sex-linked dominant inheritance)

为本病主要遗传方式。由于致病基因在X染色体上,故遗传与性别有关。母病传子也传女,子女得病机会均等,为50%。父病不传子,却传全部女儿。如此,家系中女性患者多于男性患者。但病情男重于女,因为女性还有一条正常的同源染色体(杂合子),而男性却无(半合子)。

20世纪80年代中后期一些学者开始该致病基因定位探索,一致发现定位于X染色体长臂中段(Xq22)。但是,这是什么基因突变当时并不清楚,直至1990年Myers等才证实这突变基因是胶原Ⅳα链亚单位α5(Ⅳ)的基因,即COL4A5。但是,1993年Zhou等又在此Xq22部位上发现了胶原Ⅳα链亚单位α6(Ⅳ)的基因CoL4A6,并证实COL4A6突变亦可导致本病。

2.常染色体显性遗传(autosomal dominant inheritance)

1/7~1/3家系按此方式遗传。由于致病基因在常染色体上,故遗传与性别无关。患病父或母亲的儿女得病机会相同,均约一半,父病能传子。患者病情轻重与性别无关,男、女病情严重度相似。

在发现本病性连锁显性遗传患者的致病基因定位后,人们一直在探索该遗传方式患者的致病基因定位。已知胶原Ⅳα链其他4个亚单位的基因均在常染色体上:α1(Ⅳ)及α2(Ⅳ)的基因COL4A1及COL4A2定位于染色体13;α3(Ⅳ)及α4(Ⅳ)的基因COL4A3及COL4A4定位于染色体2。是哪一个或哪一些基因突变致成本病发病?直至最近才证实是染色体2上的COL4A3及COL4A4。

3.常染色体隐性遗传(autosomal recessive inheritance)

1981年后本病才有此遗传方式的报道,现已受公认,但如此遗传的家系毕竟很少。该致病基因虽也在常染色体上,但杂合子的表现型正常,惟纯合子才显出疾病,故具有临床症状的患者常为近亲婚配的子女(父母皆为致病基因携带者,则其子女患病机会为1/4,成为表现型正常的致病基因携带者机会为1/2)。该致病基因在染色体上的定位亦于最近查明,亦为染色体2上的COL4A3及COL4A4。

在本病的遗传上还常见下列现象:在某些显性遗传家系中,存在有本身不表现疾病却能传病给子代的致病基因携带者,这些致病基因携带者的产生与杂合子不全外显率有关,多见于女性。另外,在显性遗传家系中,虽然多数患者肾、耳、眼病变并存,但却有少数患者仅有肾炎耳聋,造成疾病表现不一致,这种疾病表现的多样性与致病基因表现度(expressivity)不同相关。仅表现为肾炎或耳聋患者的子代又可能因致病基因表现度改变,重新使肾、耳、眼病变一并呈现。最后,少数患者疾病非遗传而来,系由基因突变引起,文献记载,在本病中这类患者占全部患者的15%~18%。

Alport综合征其临床表现和过程在同一家系或不同家系之间差别较大,易于误诊和漏诊,因此应给予充分重视。

二、发病机制

遗传性肾炎是一基底膜病,而胶原Ⅳ是构成基底膜的主要成分,因此在讨论本病发病机制前,先简要复习一下现代对胶原Ⅳ结构的认识。

胶原Ⅳ分子由3条α(Ⅳ)肽链组成,为三股螺旋结构。除中央螺旋区外,其氨基端为TS区,羧基端为终端膨大的非胶原NC1区。四个胶原Ⅳ分子的氨基端相连,两个胶原Ⅳ分子的羧基端相接,如此构成网状,形成基膜的支架。

构成胶原Ⅳ分子的α链亚单位原已知5种,即α1(Ⅳ)至α5(Ⅳ),近年又发现第6种α6(Ⅳ)。其中α1(Ⅳ)、α3(Ⅳ)及α5(Ⅳ)的氨基酸序列相似,而α2(Ⅳ)、α4(Ⅳ)及α6(Ⅳ)的氨基酸序列相似,可分成两类。由α1(Ⅳ)及α2(Ⅳ)构成经典的胶原Ⅳ分子,而由α3(Ⅳ)至α6(Ⅳ)构成胶原Ⅳ分子的同种型(isoforms)。已知α1(Ⅳ)及α2(Ⅳ)肽链广泛分布于各种基底膜中,而α3(Ⅳ)、α4(Ⅳ)及α5(Ⅳ)肽链仅呈有限的组织分布,主要分布于GBM、前晶状体膜及视网膜(内耳基底膜因检查困难而尚未研究),即本病的主要病变部位。α6(Ⅳ)肽链的组织分布尚未完全了解,初步资料显示它也为有限分布,所以可以推论本病基底膜中变异的胶原Ⅳα链应在α3(Ⅳ)至α6(Ⅳ)中。

前文已叙,本病中COL4A3至COL4A6的基因突变均已获证实。此中对COL4A5的突变形式研究最详,已报道有点突变、并接突变、缺失、以及插入、重复与缺失复合存在,或重复与倒位复合存在的复杂基因重排等。曾经有人推论基因突变导致酶病,酶的异常使胶原Ⅳ分子合成障碍或分解增速而导致基底膜病,但至今未获酶病证据,此假说无法成立。现在认为,基因疾病可直接导致胶原Ⅳ异常,因为发生了突变的DNA可在转录、翻译、翻译后对肽链修饰和肽链组成胶原Ⅳ的各个环节上发挥致病作用。

前文也已叙述,本病患者的病变GBM缺乏Goodpasture综合征抗原,现已知该抗原为α3(Ⅳ)肽链的NC1区。在本病常染色体显性或隐性遗传患者中,有突变的COL4A3基因,从而导致α3(Ⅳ)肽链异常,使Goodpasture综合征抗原缺如,这很容易理解。但是,在本病性连锁显性遗传患者中,COL4A5基因突变如何导致Goodpasture综合征抗原缺如有人作了多种推测,认为最大的可能性是COL4A6突变后生成变异α5(Ⅳ)肽链破坏了成熟胶原Ⅳ的稳定结构,使α3(Ⅳ)肽链不能进入此胶原Ⅳ分子,或者迅速从胶原Ⅳ中移出,故导致GBM中α3(Ⅳ)缺如。这解释是否合理尚需验证。Reeders于1992年作此解释时,COL4A6及COL4A4基因突变尚未发现,此两基因突变又如何导致Goodpasture综合征抗原缺如目前尚未见解释。本病发病机制可能有如下几点:

  1.分子生物学

Ⅳ型胶原是基底膜的主要胶原组分。单个Ⅳ型胶原蛋白链进入细胞后形成三螺旋分子,然后分泌出细胞,进入胞外基质。在哺乳动物基底膜,至少包含5种遗传学上不同的Ⅳ型胶原分子。与其他的胶原蛋白相同,前胶原蛋白Ⅳ链由一个主要的胶原区和一个羧基末端的非胶原区组成。胶原区含有甘氨酸-X-Y的三联体重复序列,X和Y代表各种其他氨基酸。Ⅳ型胶原分子三螺旋的形成是从在相关链的羧基末端非胶原区形成二硫键开始的。将这些链折叠成三螺旋结构并向氨基末端进行,这个过程类似于拉上拉链。Ⅳ型胶原与间质胶原蛋白在两方面有重要的不同,这些特性影响了它所能形成的大分子结构。首先,间质胶原蛋白从细胞内分泌后失去了其羧基末端的非胶原区,而Ⅳ型胶原蛋白三螺旋仍保留其羧基末端区。其次,Ⅳ型胶原蛋白链间隔有大量甘氨酸-X-Y重复序列,这样就增加了三螺旋的弹性。Ⅳ型胶原三螺旋通过分子间不同类型的连接方式形成网状结构:

(1)末端对末端连接:

即2个Ⅳ型胶原三螺旋的羧基末端相连接。

(2)4个三螺旋在其氨基末端产生共价作用。

(3)侧连接:

即一条三螺旋的羧基末端连接在另一条三螺旋的胶原区上。这些相互作用形成了有弹性的、非原纤维的、多边的支架。已经克隆出6个编码Ⅳ型胶原的基因,分别编码α1(Ⅳ)及α2(Ⅳ),其链的COL4A1及COL4A2的基因位于13号染色体上;编码α3(Ⅳ)及α4(Ⅳ)链的基因COL4A3及COL4A4位于2号染色体上;编码α5(Ⅳ)和α6(Ⅳ)链的基因COL4A5和COL4A6位于X染色体的长臂上;COL4A1和COL4A2、COL4A3和COL4A4、COL4A5和COL4A6分别头对头排列,共用一个双向的启动子。这些基因有相似之处,每个基因都有约50个外显子,由基因3′端的几个外显子连接于编码的羧基末端区。编码羧基末端序列的不同导致了抗原特异性、分子大小和电荷的异质性等特点。

Habib等和DiBona发现Alport综合征的基底膜羟脯氨酸含量比对照组减少,但基底膜羟脯氨酸含量的减少也是许多非Alport综合征肾脏疾病进展期的特征。Tina等发现Alport综合征患者尿中排出羟赖氨酸糖苷增多,这意味着胶原的分解加强,但Schroeder等却发现Alport综合征患者与其他小球疾病患者尿中排出的羟赖氨酸糖苷无差别。

Kleppel等报道Alport男性患者的肾小球基底膜缺少Ⅳ型胶原蛋白的α3和α4链,后来证明这些链的缺乏是由于编码α5(Ⅳ)链的COL4A5基因突变所致。直接和间接证据表明α3(Ⅳ)、α4(Ⅳ)和α5(Ⅳ)链在构成肾小球基底膜和其他基底膜时的特殊关系,这些链同时分布在胎儿和成人的肾脏、眼、耳蜗和脉络膜丛的基底膜中,由此可以解释本综合征可同时存在眼、耳异常。

α3(Ⅳ)和α4(Ⅳ)链只有与α5(Ⅳ)链一起才能构成三螺旋,因此COL4A5基因突变阻止了这些链构成肾小球基底膜。目前猜想有两种编码α5(Ⅳ)链的COL4A5基因的突变类型阻止了α3(Ⅳ)和α4(Ⅳ)链构成基底膜。任何影响α5(Ⅳ)链羧基末端区的突变都能阻止其与α3(Ⅳ)和α4(Ⅳ)链的连接,从而阻止三螺旋的形成。改变α5(Ⅳ)胶原区甘氨酸残基的突变可妨碍正常折叠成三螺旋,从而导致所有链的降解(前胶原自杀)。用基因工程的方法培养COL4A5突变细胞或转基因动物的方法可以证实这种假说。

2.肾损害进展的机制

对于COL4A5通过什么途径最终导致肾功能衰竭尚不清楚。尽管Alport综合征的男性在出生时肾小球基底膜即缺乏α3(Ⅳ)、α4(Ⅳ)、α5(Ⅳ)链,但许多年后才出现明显的肾小球滤过和选择性通透性异常。在组织学水平,从Alport综合征男性幼儿的肾小球基底膜变薄到成年男性的弥漫性肾小球基底膜增厚和分层,需要相当长的一段时间,这与肾小球滤过和选择性通透性改变的自然病程是平行的。因此,需要研究在此过程中基底膜的分子组成发生了什么变化、本病肾小球硬化的过程在哪些方面是独特的、哪些方面与非奥尔波特综合征的肾小球改变是相似的等等问题。

α1(Ⅳ)和α2(Ⅳ)链常出现在系膜和肾小球基底膜的内皮下区。在糖尿病肾病和膜增生性肾小球肾炎的病程中,这些链从肾小球基底膜中消失,但仍在增宽的系膜中存在。在奥尔波特综合征,α1(Ⅳ)和α2(Ⅳ)链的分布没有这样的变化,这些链在整个肾小球基底膜都存在。胶原蛋白Ⅴ和Ⅵ在正常时也只分布在系膜和内皮下的基底膜,而在Alport综合征时则分布在肾小球基底膜的全层,并随着肾小球的硬化而积累,但在糖尿病肾病和膜增殖性肾小球肾炎时从肾小球基底膜中消失。在奥尔波特综合征,肾小球其他基质成分如层黏素的A链和B链、硫酸肝素、nidogen和蛋白糖苷的分布也不正常。

Melvin等观察到Alport综合征男性患者肾小球基底膜中淀粉样蛋白P缺失。这种物质是肾小球基底膜、系膜和血管壁的正常糖蛋白组分。尽管已知淀粉样蛋白P能与Ⅳ型胶原蛋白羧基末端非胶原区结合,但其在体内肾小球基底膜上的配体仍未鉴定出来。

尚不清楚这些肾小球基底膜成分的异常是否有功能学上的重要性,但可以肯定COL4A5基因的突变在某些方面改变了某些基底膜成分的生物合成和分泌。

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