【佳學基因檢測】多囊腎病基因檢測:常染色體隱性多囊腎病

多囊腎病之常染色體隱性多囊腎病基因檢測

常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 是一種罕見疾病，也是多囊腎病最嚴重的形式之一，可導致兒童期終末期腎病 (ESRD)。PKHD1是導致絕大多數(shù) ARPKD 的基因。然而，一些病例與最近發(fā)現(xiàn)的新基因（DZIP1L基因）以及幾種可以模仿 ARPKD 樣表型譜的纖毛基因有關。此外，使用細胞和動物模型闡明了與 ARPKD 發(fā)病機制和進展有關的許多分子通路。然而，ARPKD 蛋白的功能和疾病的分子機制目前仍未完全了解。在這里，我們回顧了 ARPKD 的臨床、治療、遺傳學和分子基礎，重點介紹了該領域的最新發(fā)現(xiàn)。

多囊腎病基因檢測:常染色體隱性多囊腎病關鍵詞

ARPKD、囊腫、罕見單基因疾病、腎臟病學

為什么要做多囊腎病基因檢測？

常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 是一種嚴重的遺傳性囊性疾病，以雙側(cè)腎囊性疾病和先天性肝纖維化相結(jié)合為特征。ARPKD 表現(xiàn)為圍產(chǎn)期或兒童期癥狀，是兒童發(fā)病和死亡的重要原因。ARPKD 是一種罕見疾?。辉诜姨m的一個孤立近交群體中，每 8000 個新生兒中就有 1 個患有該病。然而，在中國，報告的發(fā)病率為每 26485 個新生兒中就有 1 個，年患病率為每 100,000 人中有 1.17 人。ARPKD 的普遍患病率估計為每 20000 個新生兒中就有 1 個。

ARPKD 是一組異質(zhì)性單基因疾病的隱性形式，稱為多囊腎病 (PKD)。顯性形式常染色體顯性多囊腎病 (ADPKD) 具有更高的流行病學患病率，通常在成人中診斷。

什么樣的人就當做常染色體隱性多囊腎病基因檢測？

ARPKD 的表型高度多變，可表現(xiàn)為圍產(chǎn)期、新生兒、嬰兒、青少年或青年期發(fā)病的疾病，且沒有已知的性別或種族偏見。通常情況下，最嚴重的 ARPKD 病例出現(xiàn)在妊娠晚期或新生兒期，雙側(cè)腎臟腫大且回聲增強，皮髓質(zhì)分化差，腎形輪廓保留，并有多個微小囊腫。此外，他們還可以表現(xiàn)為羊水過少或羊水不足，導致典型的“Potter 序列”表型，有肺發(fā)育不全、特征性面部特征和馬蹄足攣縮的肢體。除 Potter 序列外，其他腎外表現(xiàn)并不常見。目前尚無記錄表明存在肝臟表型，但已報道了一些相關表型，如腹腔難產(chǎn)。

由于嚴重羊水過少伴有肺發(fā)育不全的風險，因此與更糟糕的預后相關。多達 50% 的 ARPKD 新生兒死于肺發(fā)育不全和胸腔壓迫導致的呼吸功能不全。然而，圍生期后，存活率很高，1 年和 10 年存活率分別達到 85% 和 82% 。圍生期存活下來的患者需要內(nèi)科專家的精心護理。請注意，產(chǎn)前診斷和終止妊娠是該疾病流行病學中需要考慮的因素。除了早期尿毒癥和肺未成熟之外，腎臟腫大和肺發(fā)育不全還會導致另一個問題，即腸內(nèi)喂養(yǎng)困難，這可能會使營養(yǎng)復雜化，需要持續(xù)鼻胃管喂養(yǎng)。

在大多數(shù)情況下，ARPKD 在生命最初幾個月內(nèi)的嚴重問題是動脈高血壓，需要使用多種藥物干預治療。嚴格控制血壓對于防止高血壓造成進一步的腎臟損害至關重要。但腎衰竭并不是新生兒死亡的常見原因 。腎臟疾病的表現(xiàn)包括尿路感染、肉眼血尿以及兒童早期的腎性骨病。關于超聲異常，通常在腎臟腫大之前報告回聲增強和腎囊腫。腎臟腫大是由于遠端腎單位廣泛擴張，通常發(fā)生在集合管中。隨著病情的進展，腎臟結(jié)構(gòu)逐漸類似于 ADPKD 中的模式，出現(xiàn)不同大小和外觀的腎臟大囊腫，常伴有間質(zhì)纖維化。這種情況導致生命最初幾十年內(nèi)幾乎 50% 的患者出現(xiàn)終末期腎病 (ESRD)，需要進行腎臟替代治療。

盡管該病被稱為“常染色體隱性多囊腎病”，但囊性肝表型在該病中起著重要作用，這也解釋了為什么原發(fā)基因被稱為“多囊腎和肝臟疾病 1 ( PKHD1 )”，其中多囊肝病 (PLD) 是主要的腎外表現(xiàn)。這些組織學變化是肝導管板發(fā)育缺陷的結(jié)果，稱為導管板畸形 (DPM) [ 23 , 24 ]。DPM 也是其他纖毛病的常見特征 [ 4 ]。隨著患者年齡的增長，會出現(xiàn)肝臟疾病。最早的表現(xiàn)是先天性肝纖維化 (CHF)，肝內(nèi)和肝外膽管均有不同程度的擴張（Caroli 綜合征）[ 23 ]。在 ARPKD 病程中，肝臟疾病有兩種主要表現(xiàn)：由于進行性肝纖維化導致的門靜脈高壓；和膽管炎 [ 14 ]。門脈高壓癥相關的并發(fā)癥包括脾腫大、血小板減少和食管靜脈曲張，可產(chǎn)生嚴重的出血并發(fā)癥 [ 14 , 25 ]。成年 ARPKD 患者（40 歲以上）與罹患肝臟腫瘤（尤其是膽管癌）的風險之間存在一定的聯(lián)系 [ 24 ]。值得注意的是，肝細胞功能通常保持穩(wěn)定，血清肝酶在正常范圍內(nèi)，膽汁淤積參數(shù)除外 [ 4 , 12 , 23 , 26 ]。這一事實使目前的臨床方法難以監(jiān)測肝病的嚴重程度和進展 [ 25 ]。

盡管約 10% 的 ADPKD 患者會發(fā)生腦動脈瘤，但 ARPKD 中僅描述了少數(shù)病例 [ 27 ]。顱內(nèi)動脈瘤的最高危險因素是高血壓，ADPKD 和 ARPKD 患者都有這種疾病 [ 28 ]。一些動脈瘤在早期就被診斷出來，這一點很引人注目，因為兒童動脈瘤非常罕見 [ 27 ]。此外，ARPKD 患者還可出現(xiàn)其他腎外和肝外表現(xiàn)，包括左心室肥大、反復呼吸道感染、神經(jīng)系統(tǒng)異常、眼底異常、腹痛、膿毒癥發(fā)作以及脊柱和四肢畸形 [ 14 , 29 ]。

雖然大多數(shù) ARPKD 患者的病情發(fā)展相似，但表型并不典型；在老年人群中，一些 ARPKD 病例報告為肝臟或腎臟中度受累，甚至為唯一或主要的表型 [ 4 , 21 ]。這與以下事實有關：盡管 ARPKD 是一種隱性疾病，雜合子攜帶者不應表現(xiàn)出任何臨床疾病表現(xiàn)，但數(shù)據(jù)表明PKHD1突變雜合子患 PLD 和輕度 PKD 的風險增加 [ 30 , 31 ]。

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3.診斷

由于 ARPKD 癥狀早期且嚴重，因此通常在產(chǎn)前就被診斷出來。在產(chǎn)前診斷中，從妊娠中期/晚期開始的超聲檢查可以檢測到腎臟腫大、回聲增強以及髓質(zhì)回聲增強，這是由于皮髓質(zhì)分化消失、肝實質(zhì)回聲增強且伴有纖維組織。羊水過少會使診斷更加困難，因此需要進行超聲檢查和 MRI 檢查。30% 的 ARPKD 病例報告發(fā)現(xiàn)微囊腫（5-7 毫米），但大囊腫（>10 毫米）很少見，可能提示患有其他不同的纖毛病。這些超聲發(fā)現(xiàn)在其他病理中很常見，例如梅克爾綜合征，產(chǎn)前超聲可能無法檢測到該疾病的輕度形式。在這些情況下，基因檢測可以提供準確的診斷 [ 32 , 33 ]。

鑒定出PKHD1基因后，便可以通過直接 DNA 測序（桑格法）進行基因診斷。然而，由于基因組規(guī)模龐大以及疾病相關突變的等位基因異質(zhì)性，PKHD1突變的基因檢測十分復雜 [ 34 ]。然而，根據(jù)遺傳學工作組的建議，在疑似 ARPKD 病例中應避免進行單基因檢測，因為其表型譜重疊廣泛。作為替代方案，下一代測序等方法已成為人們感興趣的技術，因為它們可以在獨特的測試中同時有效地分析多個候選基因，而且成本相對較低。在極少數(shù)情況下，甚至可以在具有嚴重新生兒臨床表型的兒童中觀察到兩個基因的突變 [ 4 , 33 , 35 ]。

基因檢測的結(jié)果對于每種疾病相關的合并癥和并發(fā)癥的臨床管理至關重要，可以提供明智的遺傳咨詢，并在未來實現(xiàn)更有針對性的精準醫(yī)療 [ 4 ]。

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4. 鑒別診斷

ARPKD 表型不僅是由PKHD1基因突變引起的。這使得診斷和管理（包括圍產(chǎn)期護理）變得困難。還需要考慮許多其他隱性和顯性基因（圖1) [ 4,21,36 ] 。??

圖1

ARPKD 鑒別診斷示意圖。PHKD1是 ARPKD 的主要致病基因，而DZIP1L表現(xiàn)出較輕的表現(xiàn)型。其他基因突變可能與 ARPKD 的臨床表現(xiàn)重疊，例如PKD1和PKD2是常染色體顯性多囊腎病 (ADPKD) 的主要致病基因；TSC2 導致結(jié)節(jié)性硬化癥 (TSC)；以及其他例如HNF1β、腎癆 (NPHP) 基因和其他纖毛病，如 Bardet–Biedl (BBS)、Joubert (JS) 和梅克爾綜合征 (MKS)。這些重疊的表現(xiàn)型表明纖毛病基因之間存在生理復雜和功能相互作用。

4.1. DZIP1L 相關多囊腎病

在攜帶DZIP1L突變的患者中，ARPKD 的中度表現(xiàn)已被描述[ 37 ]。與該基因相關的首例報告病例發(fā)生在產(chǎn)前或幼兒期；然而，尚未報道圍產(chǎn)期死亡病例 [ 4 , 21 , 37 ]。

4.2. 早期重度常染色體顯性多囊腎?。ˋDPKD）

在大多數(shù)情況下，ADPKD 不會在成年之前出現(xiàn)臨床癥狀，但也有一小部分病例（最多 5%）在兒童期或出生前就表現(xiàn)出疾病。目前尚無確定的理由認為隨機、表觀遺傳和環(huán)境因素會改變表型。如果一個孩子患有早發(fā)性 ADPKD，那么其他兄弟姐妹中重復發(fā)病率通常很高，這讓我們相信存在家族性修飾因素，例如復雜的遺傳相互作用與第二個修飾因素。“劑量敏感網(wǎng)絡”可能會使細胞完整性惡化，并可能解釋這些患者更嚴重的臨床病程 [ 4 , 21 , 38 , 39 ]。

臨床上，ARPKD 與 ADPKD 有顯著的重疊，但每種疾病也都有一些特征性表現(xiàn)。與 ARPKD 患者不同，ADPKD 患者很少出現(xiàn)肝膽并發(fā)癥。此外，ADPKD 患者更容易出現(xiàn)心血管合并癥，尤其是顱內(nèi)動脈瘤 [ 21 ]。

4.3. TSC2-PKD1 導致的早期和嚴重 PKD

TSC1和TSC2基因突變會導致結(jié)節(jié)性硬化癥 (TSC)。這種多器官疾病主要與癲癇和皮膚表現(xiàn)有關?；颊呖赡軙谀I臟、心臟和腦中出現(xiàn)非癌性腫瘤。腎臟表現(xiàn)是成年患者死亡的主要原因 [ 40,41 ]。當 16p 染色體上的缺失影響兩個相鄰基因（PKD1和TSC2 ）時，通常會導致 PKD 早期發(fā)作。此外，它們之間的密切生理相互關系可以解釋 PKD 和TSC之間的臨床重疊；TSC2蛋白功能已被證明在協(xié)助多囊蛋白 1 定位方面發(fā)揮作用 [ 21 ]。

4.4. HNF1β相關疾病

HNF1β/TCF2基因突變會導致產(chǎn)前腎臟回聲增強和波特氏序列，以及可能與 ARPKD 混淆的多囊腎腫大。將這些相似表型聯(lián)系起來的一種解釋是，除了其他多囊腎基因外， HNF1β還是調(diào)節(jié)PKHD1表達的轉(zhuǎn)錄因子。然而，該基因突變可導致多種表現(xiàn)：腎囊腫和糖尿病綜合征；生殖道缺陷；內(nèi)分泌/外分泌腺疾病、低鎂血癥和肝酶升高 [ 21 , 42 , 43 ]。

4.5. 腎癆（NPHP）

NPHP 被歸類為常染色體隱性囊性腎病，其特征是伴有纖維化的腎小管間質(zhì)囊腫。迄今為止，大約有 20 個基因與隱性 NPHP 有關 [ 36 ]。與 ARPKD 不同，NPHP 腎臟仍然很小。囊腫和高血壓通常僅在晚期疾病中表現(xiàn)出來，這是 25 歲以下患者 ESRD 的主要原因之一。在某些情況下，表現(xiàn)可能類似于 ARPKD，腎臟腫大或 Potter 序列。NPHP 蛋白與其他纖毛病蛋白在功能網(wǎng)絡中發(fā)揮作用；NPHP 基因的鑒定和特性有助于了解囊腫形成的分子機制 [ 4 , 21 , 44 , 45 ]。

髓質(zhì)囊性腎病（最近被命名為小管間質(zhì)腎病 TKD）是由MUC1和UMOD突變引起的，被認為是常染色體顯性 NPHP，其發(fā)病時間比隱性形式晚 [ 21 ]。

4.6. 其他纖毛基因突變

基因突變可能與 ARPKD 相似，而這些基因通常會導致其他（通常更復雜）纖毛病，例如 Bardet–Biedl (BBS)、Joubert (JS) 和 Meckel 綜合征 (MKS)。BBS 表型可能不均一，但通常表現(xiàn)為腎臟腫大和回聲增強，并伴有皮髓質(zhì)分化喪失。最嚴重的纖毛病是 MKS 和 JS，其特征是早發(fā)性發(fā)育障礙和神經(jīng)系統(tǒng)問題，以及許多纖毛病的特征，例如肝纖維化、多指畸形和囊性腎 [ 4 , 21 ]。

另一個例子是 Von Hippel–Lindau，這是一種由腫瘤抑制基因 VHL 基因突變引起的常染色體顯性遺傳病。這會導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管母細胞瘤，并伴有腎臟腫瘤?；颊咭灿泻艽蟾怕食霈F(xiàn)腎臟和胰腺囊腫。TSC、VHL 和 PKD 表現(xiàn)之間的相似性表明存在功能聯(lián)系：初級纖毛和 mTOR 信號通路 [ 4 , 46 ]。

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5. ARPKD的遺傳學

正如我們之前提到的，ARPKD 是由PKHD1 基因突變以及最近發(fā)現(xiàn)的DZIP1L 基因突變引起的[ 37 , 47 , 48 ]。PKHD1位于6 號染色體 (6p12.3-p12.2) (圖 2PKHD1基因是人類最大的基因之一，其基因組片段約為500 kb。預測該基因至少有 86 個外顯子，以復雜的可變剪接變體模式組裝，轉(zhuǎn)錄出約 8.5 kb–13 kb 的大型全長 mRNA [ 49 ] 。已在該基因中鑒定出多種被認為是致病的突變類型。目前，已鑒定出約 750 個PKHD1突變，其中約一半是錯義突變。外顯子 3 中的錯義突變 (c. 107C>T; p.Thr36Me) 是最常見的突變，占所有病例的 20% 以上 [ 34 , 51 ]。這種突變是在雜合子中觀察到的，具有第二個不同的突變等位基因 [ 29 ]。大多數(shù)病例是家族性的，但也有報道稱存在新生突變，占 2% 至 5% 的病例 [ 34 ]。有趣的是，在孤立性常染色體顯性多囊肝病 (ADPLD) 的背景下，Besse 等人報道了幾例PKHD1突變的雜合子攜帶者，他們隊列中的 102 名 ADPLD 患者中有 10 名是由PKHD1突變導致的，其中一名出現(xiàn) p.Thr36Me 錯義變異 [ 30 ]。根據(jù)臨床觀察，10% 的 ARPKD 患者出現(xiàn)無數(shù)無癥狀肝囊腫是一個遺傳事實 [ 31 ]。然而，這些數(shù)據(jù)不足以解釋為什么ARPKD 中的PKHD1會導致嚴重的肝腎表型，而在 ADPLD 中卻不會；在這方面，還需要更多的研究 [ 52 ]。

圖 2

ARPKD 基因、轉(zhuǎn)錄本和蛋白質(zhì)：( A ) PKHD1和DZIP1L基因和轉(zhuǎn)錄本。外顯子的位置已說明并編號，最長的轉(zhuǎn)錄本來自兩者：PKHD1有 67 個外顯子， DZIP1L有 16 個外顯子；( B ) 纖維囊蛋白/多聚導管蛋白 (FPC) 和 DAZ 相互作用蛋白 1 樣蛋白 (DZIP1L) 的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)未按比例繪制。

最近，Lu 等人通過全基因組 SNP 分析、全外顯子組測序和 Sanger 測序 [ 37 ] 建立了位于 3 號染色體 (3q22.1-q23) 上的DZIP1L （圖 2A)，編碼 767 個氨基酸的蛋白質(zhì)，作為與 ARPKD 發(fā)病機制相關的新基因。作者在七名具有 ARPKD 表型的患者（約占其隊列的 0.3%）中發(fā)現(xiàn)了突變，而沒有證據(jù)表明 PKD 基因中存在另一種突變。他們在兩個家族中發(fā)現(xiàn)了與該疾病分離的純合錯義突變（p.Gln91His 和 p.Ala90Val），并在另外兩個不相關的近親家系中發(fā)現(xiàn)了純合蛋白質(zhì)截斷突變（p.Gln155* 和 p.Glu354Alafs*39）。數(shù)據(jù)表明，DZIP1L突變不是該疾病的常見原因，但盡管如此，ARPKD NGS 診斷多基因組應該針對該基因，原因有二：DZIP1L 突變可能與其他 PKD 或纖毛病基因座相互作用，并有助于拓寬對該疾病遺傳復雜性的理解 [ 37 , 53 ]。

基因型-表型相關性

復合雜合子使得建立可能的基因型/表型相關性變得復雜。最常見的突變 c.107C>T (T36M) 僅能解釋約 20% 的突變等位基因，但其他突變均未被描述為一個簇；事實上，許多變異都是單一譜系所獨有的。PKHD1 中存在大量致病變異，包括截短、錯義和內(nèi)含子/剪接突變。通常，基因型-表型研究更多地針對突變類型，而非突變的具體位點 [ 54 , 55 ]。

攜帶兩個截短突變的患者表現(xiàn)出嚴重的表型，圍產(chǎn)期或新生兒死亡率高，而存在一個或兩個錯義突變的患者通常表現(xiàn)出中等表型。然而，也有例外，Ebner 及其同事描述的一名攜帶兩個PKHD1截短突變的患者在沒有腎臟替代療法的情況下存活了生命的前 30 個月，或者相反，幾例攜帶兩個錯義突變的患者可能與截短變體一樣嚴重 [ 55，56，57，58 ]。

此外，多達 20% 的兄弟姐妹表現(xiàn)出明顯的表型差異，這意味著基因型不足以解釋 ARPKD 的表型變異，其中復雜的轉(zhuǎn)錄譜可能發(fā)揮重要作用 [ 54,59 ]。此外，有證據(jù)表明，在具有其他基因變異的 ARPKD 小鼠模型中，該疾病得到了改變；例如，Pkhd1和Pkd1突變的共同遺傳會使表型惡化；這與人類中另一個 ADPKD 基因（PKD2）的突變也會使腎臟表現(xiàn)惡化有關 [ 60,61 ] 。人們還認為，表觀遺傳學和環(huán)境因素，以及與PKD相關的其他基因的遺傳變異，可以解釋家庭間和家庭內(nèi)的變異。

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6. ARPKD蛋白：結(jié)構(gòu)和功能

PKHD1的蛋白質(zhì)產(chǎn)物是纖維囊蛋白/多聚導管蛋白/FPC（圖 2B) [ 34 , 48 ]，是一種膜蛋白，具有較長的胞外 N 末端、一個跨膜結(jié)構(gòu)域和一個短的胞質(zhì) C 末端尾巴。胞外結(jié)構(gòu)域含有 12 個 TIG/IPT 結(jié)構(gòu)域（Ig 樣結(jié)構(gòu)域），這些結(jié)構(gòu)域已在細胞表面受體中描述 [ 62 ]。此外，在胞質(zhì)尾中還鑒定了三個潛在的蛋白激酶 A (PKA) 磷酸化位點，可能與其功能有關 [ 63 ]。據(jù)報道，PKHD1同源物PKHD1L的同一性為 25%，相似性為 41.5%，它編碼纖維囊蛋白-L，這是一種具有誘導性 T 淋巴細胞表達的受體，與 PKD 無關 [ 64 ]。FPC 的最長開放閱讀框 (ORF) 預測為 4074 個氨基酸長 [ 65 ]。然而，PKHD1基因經(jīng)歷了復雜的剪接模式，并能編碼多種額外的基因產(chǎn)物。同樣，F(xiàn)PC 表現(xiàn)出高度復雜的 Notch 樣蛋白水解加工模式，該模式已在體外水平 [ 66 ] 和使用小鼠模型的體內(nèi)水平 [ 67 ] 得到驗證，這使得對PKHD1 /FPC的研究特別困難。

FPC 是一種 440 kDa 的膜結(jié)合蛋白，主要在腎臟（皮質(zhì)管和髓管）、肝臟（肝內(nèi)和肝外膽管）和胰腺（胰管）中表達 [ 65 , 68 , 69 ]。檢測到了兩種分別為 ~230 和 ~140 kDa 的 FPC 產(chǎn)物，更重要的是，在分泌的 FPC 產(chǎn)物的細胞級分中發(fā)現(xiàn)了 ~140 kDa 產(chǎn)物 [ 65 ]。在亞細胞水平上，F(xiàn)PC 在腎上皮細胞和膽管細胞 [ 71 ] 的初級頂端纖毛 [ 65 , 68 , 70 ] 和纖毛基底體區(qū) [ 69 ] 中表達。此外，F(xiàn)PC 也在集合管細胞的頂端膜和細胞質(zhì)中表達 [ 65 ]。 ARPKD組織是否缺乏FPC表達還存在爭議，一些研究支持這一觀點[ 48,70 ]，但其他證據(jù)則表明并非如此[ 72 ]，這表明FPC剪接變體在時間和空間上表達的復雜性。

FPC 的結(jié)構(gòu)表明細胞表面受體可能具有功能，它通過 N 端與細胞外配體相互作用，或通過 C 端將細胞內(nèi)信號傳導至細胞核 [ 73 ]。胞質(zhì)尾部在全長裂解后可轉(zhuǎn)位至細胞核 [ 66 , 74 ]。然而，C 端的內(nèi)在機制仍不清楚，因為在小鼠模型中，C 端的缺失不會導致腎臟或肝臟囊性表型，這表明它對 ARPKD 中的囊腫形成并非至關重要 [ 67 ]。

DZIP1L編碼 DAZ（無精子癥缺失）相互作用蛋白 1 樣，這是一種鋅指蛋白，具有多個卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域和一個 N 端附近的 C2H2 型鋅指結(jié)構(gòu)域 [ 37 ]。鋅指蛋白 DZ??IP1L 參與初級纖毛的形成 [ 75 ]，Lu 及其同事認為它可能在多囊蛋白/PC（ADPKD 蛋白）運輸中發(fā)揮作用 [ 37 ]。研究結(jié)果強調(diào)纖毛過渡區(qū)是研究 ARPKD 發(fā)病機制的一個新的潛在關鍵點 [ 53 ]。

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7. ARPKD的發(fā)病機制/分子基礎/發(fā)病機理

7.1. ARPKD 嚙齒動物模型：從動物模型中吸取的教訓

到目前為止，已經(jīng)開發(fā)出幾種與人類 ARPKD 非常相似的動物模型（表格1PKD 的早期模型是由非直系同源基因的自發(fā)突變引起的，這些基因模仿了該疾病的隱性性狀和表型 [ 76 ] 。1985年報道的第一個小鼠模型是先天性多囊腎小鼠，或cpk [ 77 ]。人們對該模型中疾病的發(fā)展、表現(xiàn)/外顯率以及遺傳學進行了廣泛的研究 [ 76 , 78 ]。cpk模型會導致 C57BL/6J (B6) 品系發(fā)生自發(fā)突變，該突變與Cys1基因相對應 [ 62 ]。后來，在 20 世紀 90 年代，出現(xiàn)了其他基因座自發(fā)突變的模型，包括已充分研究的pcy小鼠 [ 79 ]，其Nphp3基因座發(fā)生突變[ 80 ]。此外，還描述并表征了BALB/c 多囊腎 ( bpk ) [ 81 ] 和幼年囊性腎模型 ( jck ) [ 82 ]，它們分別在Bicc1 [ 83 ] 和Nek8 [ 84 ] 中發(fā)生自發(fā)突變。隨后是通過化學誘導設計的動物模型，如使用苯丁酸氮芥誘變程序獲得的幼年先天性多囊腎 ( jcpk ) [ 85 ]。有趣的是，后來的研究表明，bpk和jcpk模型改進了Bicc1基因中的突變位點[ 83,86 ]。此外，通過插入誘變，從大規(guī)模插入誘變程序中發(fā)現(xiàn)了Oak Ridge 多囊腎或orpk小鼠 [ 87,88 ] 。

表格1

ARPKD 的當前動物模型列表，或模仿其表型的動物模型列表。根據(jù)已發(fā)表的數(shù)據(jù)，動物模型按從最舊到最新的順序排列。

在單獨的窗口中打開

* 模型名稱根據(jù) MGI (小鼠基因組信息學) [ 104 ] 命名。Ref. = 參考。KO = 敲除。

21 世紀初，隨著PKHD1被發(fā)現(xiàn)為 ARPKD 的主要基因 [ 47 , 48 ]，第一種 ARPKD 動物模型出現(xiàn)。多囊腎大鼠或 PCK 大鼠最初被提議作為 ADPKD 模型，因為其腎臟和肝臟疾病進展緩慢 [ 89 ]，但后來證實PCK 大鼠的Pkhd1基因被破壞 [ 48 ]。第一個基于Pkhd1的轉(zhuǎn)基因小鼠模型是Pkhd1 ex40 [ 90 ]，后來出現(xiàn)了許多其他模型，以及基于Dzip1l的模型（表格1)。值得注意的是，肝臟 ARPKD 樣表型在所有基于Pkhd1的模型中始終存在，但腎臟表型通常不存在。有趣的是，與 ARPKD 患者不同，這些模型中經(jīng)常出現(xiàn)胰腺囊腫 [ 6 ]。

ARPKD 中囊腫形成的關鍵或主要分子機制仍不清楚。盡管如此，動物模型讓我們能夠擴展對疾病不同階段的理解，從囊腫形成到囊腫進展。在這個復雜的過程中，已經(jīng)描述了幾種改變的分子通路，例如液體分泌、細胞異常增殖（如 mTOR、RAS-RAF-ERK 和 AKT）、由 PKA 激酶和 AC6 調(diào)節(jié)的 cAMP 通路、細胞外基質(zhì) (ECM) 的改變等 [ 91,92 ]。因此，近幾十年來，由于存在多種動物模型，對 ARPKD 病理生理學的理解有所提高。然而，ARPKD 中囊腫形成的關鍵內(nèi)在分子機制仍然未知，這導致人們對了解疾病機制和開發(fā)新治療策略的興趣日益濃厚。接下來，我們將回顧一下 ARPKD 中的主要分子通路。

7.2. EGFR軸表達和液體分泌異常

1992 年，首次有證據(jù)證明 PKD 中表皮生長因子受體 (EGFR) 軸發(fā)生了改變，當時證明 PKD 患者原代培養(yǎng)細胞可增加囊腫擴張 [ 105 ]。隨后，在從 ADPKD 患者分離的原代細胞中，表皮生長因子 (EGF) 刺激囊腫形成 [ 106 ]。對于 ARPKD，首批數(shù)據(jù)來自cpk小鼠模型腎臟提取物，結(jié)果顯示 EGF 表達上調(diào) [ 107 ]。逐漸地，其他證據(jù)顯示 EGFR 在體外 [ 108 ]、小鼠模型 [ 88,109,110 ] 和ARPKD患者 [ 111,112 ]中發(fā)揮重要作用，其中 EGFR 上調(diào)位于囊性上皮表面。同樣，已證實 ARPKD 中存在 EGF[ 113,114] 和轉(zhuǎn)化生長因子-α (TGFα)[115 ]的異常表達，且 EGFR 受體家族的幾個成員 (EGFR1、ErbB2 和ErbB4 ) 在 ARPKD 嚙齒動物模型中被發(fā)現(xiàn)過度表達[ 72,116 ] （圖 3A)。這種過表達包括 mRNA、蛋白質(zhì)和受體活性或磷酸化的增加[ 92 ]。此外，動物模型證據(jù)表明肝囊腫形成中 EGFR 軸存在類似的異常[ 117 ]。

圖 3

ARPKD 分子發(fā)病機制：( A ) 圖表代表 ARPKD 腎上皮細胞中可能上調(diào)、下調(diào)或失調(diào)的通路以及可能的潛在療法；( B ) 卡通表示 ARPKD 蛋白在腎上皮細胞纖毛中的定位。FPC 位于纖毛的初級頂端和基底體區(qū)域，而 DZIP1L 位于纖毛基底體的過渡區(qū)。 （FPC—纖維囊蛋白/多聚導管蛋白；DZIP1L—DAZ 相互作用鋅指蛋白 1 樣；PC1—多囊蛋白 1；PC2—多囊蛋白 2；TGF—轉(zhuǎn)化生長因子；ENaC—上皮鈉通道；Na + —鈉陽離子；EGFR—表皮生長因子受體；VEGF—血管內(nèi)皮生長因子；Cl − —氯陰離子；SMURF—SMAD 特異性 E3 泛素蛋白連接酶；Nedd4-2—E3 泛素蛋白連接酶 Nedd4-2；SRC—原癌基因酪氨酸蛋白激酶 Src；AKT—RAC-alpha 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶；Ca + —鈣陽離子；PDE—磷酸二酯酶；mTOR—雷帕霉素的哺乳動物靶點；MAPK—絲裂原活化蛋白激酶；RAF—快速加速纖維肉瘤；MEK—絲裂原活化蛋白激酶激酶；ERK—細胞外信號調(diào)節(jié)激酶；Rhoa—Ras 同源物家族成員 A；ER—內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；PKA—蛋白激酶 A；cAMP—環(huán)磷酸腺苷（環(huán) AMP）；ATP—三磷酸腺苷；AC6—腺苷酸環(huán)化酶 6 型；AQP2—水通道蛋白 2；V2R—加壓素受體 2；AVP—精氨酸加壓素；MMPs—基質(zhì)金屬蛋白酶）。

EGFR信號傳導與囊腫形成有關，EGFR酪氨酸激酶活性上調(diào)與囊腫生長之間存在相關性。通過點突變降低EGF酪氨酸激酶活性的改良orpk模型（wa2小鼠）[ 118 ]顯示囊腫形成顯著減少、腎功能改善[ 110 ] 。此外，使用EGFR特異性酪氨酸激酶抑制劑進行藥物抑制可降低EGFR活性，從而顯著減緩囊腫進展[ 119、120、121 ]。有爭議的是，EGFR酪氨酸激酶抑制劑并沒有減緩PCK大鼠腎囊腫的進展[ 122 ]。

上皮分泌是囊腫形成的關鍵病理生理學組成部分。ARPKD 凈液體分泌中鈉攝取減少被認為與上皮鈉通道 α 亞基中 EGF 減少有關 [ 123 , 124 ]。然而，關于這一主題已經(jīng)發(fā)表了相互矛盾的數(shù)據(jù) [ 116 ]。在來自 ARPKD 患者囊腫的細胞中，有人認為鈉的吸收是由上皮鈉通道 (ENaC) 介導的 [ 125 ] 。此外，該機制被認為是 ARPKD 中高血壓的調(diào)節(jié)劑 [ 125、126、127 ]。

另一方面，在 ADPKD 中，數(shù)據(jù)顯示 Cl −分泌通過囊性纖維化跨膜傳導調(diào)節(jié)器 (CFTR) 發(fā)生 [ 128 , 129 ]。然而，在 ARPKD 中，這種機制沒有明顯的相關性。在bpk小鼠模型中，CFTR 的缺失并未減緩腎囊腫和肝囊腫的進展 [ 130 ]。這些數(shù)據(jù)表明，ADPKD 和 ARPKD 中 Cl −和液體分泌的機制不同。

7.3. cAMP 與增殖

多項研究表明，腺苷酸環(huán)化酶腺苷 3′,5′-環(huán)磷酸腺苷 (cAMP) 通路可刺激 ARPKD 和 ADPKD 腎上皮細胞增殖。囊腫上皮中 cAMP 生成異常，導致囊液中含有大量該核苷酸 [ 122 , 131 , 132 , 133 ]。cAMP 可激活 ADPKD 腎囊腫上皮 [ 134 , 135 , 136 ] 以及培養(yǎng)的 ADPKD 和 ARPKD 細胞 [ 133 ] 中的 B-Raf、MEK 和 ERK 通路。同樣，這些結(jié)果還得到了一些數(shù)據(jù)的補充，這些數(shù)據(jù)顯示，在幾種 ARPKD 嚙齒動物模型中，MAPK 和 AKT/mTOR 通路在蛋白質(zhì)水平上呈上調(diào)趨勢 [ 137、138、139、140、141 ]。這些事實與細胞內(nèi) Ca 2+的減少和 SCR 蛋白的磷酸化有關 [ 142、143、144 ]。尤其是，阻斷細胞內(nèi) Ca 2+可提高培養(yǎng)的 ARPKD 細胞中的 AKT 和增殖活性 [ 143 ]。這項研究為將細胞內(nèi)鈣水平恢復作為 PKD 的治療方法提供了機會。

PKD 中鈣離子失調(diào)會導致血管加壓素 V2 受體上調(diào) [ 136 , 138 ]，從而激活 cAMP/PKA 級聯(lián) [ 145 , 146 ]。在一項臨床前試驗中，V2 受體拮抗劑已證明其在 ARPKD 大鼠模型中有效，可降低腎臟 cAMP 水平并改善囊性腎病 [ 137 ]（圖 3A)。這一事實已在臨床前 [ 147 , 148 ] 和臨床水平 [ 149 ] 上得到進一步研究、審查和理解，以至于托伐普坦（一種加壓素 V2 受體抑制劑）已獲準用于人類患者 [ 150 ]，并且正在進行針對 ADPKD 兒童的試驗（托伐普坦 ( NCT02964273 )）[ 151 ]。ARPKD 相關的臨床試驗將在后面進行審查。

7.4. ARPKD 病理生理學中涉及的其他途徑

在 ARPKD 中還發(fā)現(xiàn)了其他致病特征，以及細胞外基質(zhì) (ECM) 和金屬蛋白酶 (MMP) 表達的改變[ 152 , 153 ]、 Pkhd1缺陷細胞中血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 和缺氧誘導因子-1α (HIF-1α) 的上調(diào)[ 139 ]、動物模型中過氧化物酶體增殖激活受體-γ (PPAR-γ) 的上調(diào)[ 154 , 155 ]或代謝改變[ 156 ]。在一項大型而有趣的研究中，Kaimori 和他的同事發(fā)表了有關 FPC 與 C2-WWW-HECT 結(jié)構(gòu)域 E3 泛素連接酶家族成員之間的新功能關系的信息。作者將 FPC 定位在 Ndfip2 也存在的囊泡中，Ndfip2 是一種泛素連接酶相互作用蛋白，參與運輸和調(diào)節(jié) Nedd4-2 泛素連接酶家族以及 SMURF1 和 SMURF2。這些數(shù)據(jù)可能通過 TGF-β 信號通路解釋 ARPKD 和腎臟和肝臟纖維化中的不同通用表型，通過 ENaC 介導的鈉重吸收解釋高血壓，通過 RhoA 泛素化和細胞骨架組織解釋囊腫形成 [ 127 ]（圖 3A). 其他研究認為，PKD 中的管狀形態(tài)發(fā)生與平面細胞極性 (PCP) 異常有關 [ 157 ]。然而，后來的研究卻得出了相反的結(jié)果 [ 158 ]。

7.5 纖毛的作用

圖 3圖 2 顯示 ARPKD 蛋白（鋅指蛋白 DZ??IP1L 和 FPC）位于纖毛中。纖毛是從哺乳動物細胞表面發(fā)出的長而微管的結(jié)構(gòu)。初級纖毛的軸絲含有 9 個外周微管束（9 + 0 型）。與正常纖毛功能喪失相關的病理稱為纖毛病，包括 ARPKD [ 159 ]。PC2 也稱為 TRPP2，是瞬時受體通道 (TRP) 家族的成員，是一種鈣通透性非選擇性通道 [ 160 ]。PC2和 PC1 形成受體-通道復合物，參與鈣通路和纖毛反應 [ 161、162、163 ]（圖 3B)。研究表明，F(xiàn)PC 能與初級纖毛中的 PC2 相互作用并調(diào)節(jié) PC2 通道活性[ 101、164、165 ]。此外，有報道稱，F(xiàn)PC 的 C 端在體內(nèi)和體外與 PC2 的 N 端發(fā)生物理相互作用，而Pkhd1缺陷細胞則表現(xiàn)出 PC2 通道活性失調(diào)[ 101 ]。然而，Wang 等人發(fā)現(xiàn)，在 FPC 水平降低的細胞中，PC2 水平?jīng)]有差異[ 165 ]。使用新型Pkhd1小鼠模型的其他數(shù)據(jù)顯示，刪除Pkhd1的最后一個外顯子、PC2 結(jié)合位點和核定位信號對小鼠沒有明顯的病理影響[ 67 ]。此外，研究人員無法在轉(zhuǎn)基因小鼠模型的腎臟樣本中共沉淀 FPC-PC2。這些結(jié)果表明，F(xiàn)PC 的 PC2 結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)τ诶w維囊蛋白的功能并非必需的 [ 67 , 166 ]。

我們已描述了Pkd1和Pkhd1之間的遺傳相互作用，將 ADPKD 和 ARPKD 聯(lián)系在一起 [ 60 ]。因此，其他數(shù)據(jù)報告了其他嚙齒動物模型中Pkd1和Pkhd1之間的這種遺傳相互作用，描述了Pkd1和/或Pkhd1的輕度囊性疾病表型結(jié)合后其嚴重程度增強 [ 38 , 167 ]。這些研究和其他研究擴展了 FPC 和 PC1 之間的關系。使用體外模型，F(xiàn)PC 的缺失不會影響 PC1 的生物合成和定位，這表明Pkd1和Pkhd1之間的遺傳相互作用是間接的 [ 30 , 167 ]。

這些研究結(jié)果似乎與以下觀點一致：PKD 蛋白在纖毛中形成具有共同下游信號通路的功能性復合物 [ 168 ]。有趣的是，纖毛丟失會抑制 ADPKD 小鼠模型和常染色體顯性多囊肝病 (ADPLD) 小鼠模型中的腎囊腫生長 [ 169 ]。然而，在最近的一項研究中，Gallagher 和 Somlo 報告稱，纖毛的丟失并不能減緩 ARPKD 中肝病的進展 [ 170 ]。這些數(shù)據(jù)表明，至少在肝囊性表型中，ADPKD 和 ARPKD 沒有共同的纖毛相關通路。

另一方面，根據(jù)多項細胞培養(yǎng)研究、斑馬魚和小鼠的研究，DAZ 相互作用蛋白 1 樣蛋白 (DZIP1L) 定位于中心粒和纖毛過渡區(qū)初級纖毛 [ 37 ]。Lu 等人證明了 DZIP1L 與 septin 2 (SEPT2) 之間的相互作用，SEPT2 是一種參與維持過渡區(qū)纖毛周圍擴散屏障的蛋白質(zhì) [ 171 ]，并且與纖毛過渡區(qū)蛋白 tectonic 1 (TCTN1) 共定位。在DZIP1L突變細胞中，多囊蛋白-1 和 -2 從基體到纖毛軸絲的運輸發(fā)生改變；當它們正常分布在纖毛軸絲中時，兩者都保留在基體中。然而，DZIP1L缺乏不會改變 FPC 的定位或表達 [ 37 ]。這些發(fā)現(xiàn)表明DZIP1L在多囊蛋白的運輸中發(fā)揮著作用，并提供了將 ARPKD 與 ADPKD 聯(lián)系起來的新證據(jù)。

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8.臨床試驗

正如我們所指出的，PKD 中囊腫形成的核心或關鍵機制仍不清楚。細胞和動物研究表明，PKD 的發(fā)病機制涉及多種途徑。這些事實使得多種藥物進入臨床階段（表 2）。

表 2

目前正在進行或已完成 ARPKD 臨床試驗。

在單獨的窗口中打開

狀態(tài)根據(jù)https://clinicaltrials.gov/，于 2021 年 4 月 6 日訪問。

根據(jù) 3 期和 4 期臨床試驗的結(jié)果 [ 149 , 172 , 173 ]，目前正在進行兩項使用托伐普坦藥物干預的臨床試驗。這些試驗的主要目的是評估托伐普坦對嬰兒（8 天或以下）和兒童（18 歲以下）（NCT04782258）以及兒科患者（28 天至 12 周齡）（NCT04786574）的安全性。另一方面，PKD 表現(xiàn)出異常的 c-Src 活性，連接 cAMP 和 EGFR 分子途徑 [ 174 ]，并且其抑制可改善腎囊腫形成 [ 144 ]。這些數(shù)據(jù)促使 Sweeney 等人。研究 EGFR 軸、c-Src 和 VEGFR 多激酶抑制劑特塞瓦替尼 (TSV) 作為 ARPKD 臨床前研究中可能治療方法的效果，并獲得了良好結(jié)果 [ 175 ]。積極而有希望的結(jié)果促使 ARPKD TSV 臨床試驗 I 期和 II 期獲得批準 ( NCT03096080 )。最后，正在進行兩項觀察性試驗，以擴大對該疾病的了解（基因型-表型相關性、臨床方面）并創(chuàng)建更精確的突變和臨床數(shù)據(jù)庫（NCT01401998和NCT00068224）。

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9. 結(jié)論

ARPKD 領域在遺傳學、診斷學和分子生物學領域取得了重大進展。首先，鑒定出多年來被認為是唯一 ARPKD 基因的PKHD1基因，最近又鑒定出DZIP1L基因，并將其應用于基于下一代測序 (NGS) 的基因診斷。其次，對纖維囊蛋白/多聚膽管蛋白的功能和定位的理解取得了進展。最后，不同的研究（尤其是在動物模型中）開始闡明與該疾病的發(fā)病機制有關的途徑，并確定可能的治療方法。

然而，許多未解問題需要在未來得到解答。新發(fā)現(xiàn)的DZIP1L作為 ARPKD 的第二個基因位點，為出現(xiàn)導致 ARPKD 的新基因留下了可能性，在這方面，有必要應用基因未解析的全外顯子組測序 (WES) 家族 (GUR) 來研究 ARPKD 表型。FPC 的確切功能仍然未知，其所有亞型的正確表征也尚不清楚。重要的是，驅(qū)動 PKD 囊腫形成的關鍵因素尚不清楚。由于這些原因，ARPKD 的致病性尚不清楚，即使在今天，現(xiàn)有的替代療法也沒有獲批的治療方法。為了解釋 ARPKD 的遺傳和細胞基礎，對該主題的研究成為擺脫這種困境的唯一出路。