蒋更如:2019年罕见及遗传性肾脏病研究领域的重要进展

2020
03/24

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蒋更如 /  中华医学信息导报
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罕见及遗传性肾脏病是儿童青少年终末期肾衰竭(ESRD)的首要病因、成人ESRD的第五大病因。

新一代测序技术助力儿童及成人慢性肾脏病的精准诊断

2019年1月,NEJM发表了美国哥伦比亚大学Gharavi教授研究团队利用全外显子组测序(WES)诊断慢性肾脏病(CKD)患者单基因突变所致遗传性肾脏病的重要研究成果。该研究发现9.3%的CKD患者病因与基因突变有关。研究人员在对3315例CKD患者进行WES后,在307例患者中发现了具有诊断意义的基因突变,共发现了66种单基因遗传性肾脏病。值得关注的是,研究人员在先天性或囊性肾病(127/531例,23.9%)和不明原因肾病(48/281例,17.1%)中检测到了具有诊断意义的基因突变,其中34例患者携带可采取医学干预的致病突变。此外另有18例患者(1.5%)的基因诊断虽与疾病确诊无关,但对肾病治疗产生了影响,为更多CKD患者精准诊断提供了借鉴。该研究成果反映了WES在CKD临床诊断中的应用前景,WES等基因测序技术今后有望成为CKD的常规诊断手段。

遗传性肾脏病是儿童和青少年CKD的主要病因之一,20%的25岁以下CKD患者其病因为单基因突变所致遗传性疾病,而在ESRD儿童中与遗传相关的原发肾脏疾病约占70%甚至更高。复旦大学附属儿科医院徐虹教授带领的多中心团队,绘制出了首个中国儿童肾脏病基因突变图谱,相关研究成果以题为“基于多中心注册登记系统的1001例儿童肾病疾病致病基因谱系研究”的文章发表在Clinical Genetics杂志,引起国际领域高度关注。该研究依托“中国儿童遗传性肾脏疾病数据库”首批来自全国17个省23家医疗机构儿童肾脏专科共1001例不同类型儿童肾脏病的临床表型及基因测序数据。研究团队通过表型与基因型交互验证的数据分析方法,使42.1%的患儿明确了致病基因的突变,显著提高了儿童遗传性肾脏病的分子诊断阳性率。该致病基因图谱凸显了中国人群在不同类型肾脏疾病致病基因的谱系特征,其公布有望改变临床工作者对我国儿童遗传性肾脏病诊断难度大、救治手段匮乏的观念,并为我国罕见及遗传性肾脏疾病的诊断和治疗赋能。

CUBN基因复合杂合突变导致的白蛋白尿与肾功能进展无关

既往大量流行病学研究表明,在普通人群和糖尿病、高血压、心血管疾病以及CKD患者中,持续性白蛋白尿是预测肾功能进展及不良预后的独立危险因素。体外实验亦证实,白蛋白超载可通过介导肾小管上皮细胞NF-κB信号通路激活并上调炎症因子等机制引起肾小管损害。2019年12月,Journal of Clinical Investigation在线发表了法国巴黎大学Simon教授带领的研究团队的一项颠覆性研究成果。该团队研究发现,携带位于CUBN基因C端复合杂合突变的白蛋白尿患者肾功能并无进展,其中4例患者肾小球滤过率在随访中还出现升高。CUBN基因编码Cubilin蛋白,其结构由27个高度同源的CUB结构域以及8个表皮生长因子样结构域组成。Cubilin蛋白在近端肾小管上皮细胞、软黄囊脏层上皮细胞、胎盘吸收上皮刷状缘以及小肠上皮细胞呈高表达。此次在该团队研究的39例携带位于靠C端的复合杂合突变CUBN突变(CUB8结构域后)患者队列中,仅有选择性白蛋白尿、均无维生素B12水平缺乏,其中19例患者行肾活检未发现特征性病理改变。在这39例患者中有8例患者年龄在30岁以上(1例患者年龄66岁),提示位于CUB8结构域后的复合杂合突变CUBN突变对患者肾功能并无影响。有意思的是,其中有7例患者曾接受血管紧张素转化酶抑制剂或血管紧张素受体拮抗剂治疗但尿蛋白水平并无下降。该研究结果表明对于蛋白尿患者精准诊治的重要性,并非所有蛋白尿患者均需要积极干预。

药物分子伴侣修正蛋白错误折叠

相关罕见及遗传性肾脏病

基因突变会导致蛋白质分子发生错误折叠而导致功能缺陷,并且无法到达产生功能的正常位置,进而导致蛋白质错误折叠相关疾病。近年来兴起的药物分子伴侣是恢复蛋白质折叠运输缺陷的新疗法。

来自美国麻省理工学院和哈佛大学的Anna Greka研究团队在MUC1基因突变导致的常染色体显性遗传肾小管间质肾病(ADTKD)中发现,细胞内MUC1移码突变蛋白MUC1-fs堆积在早期分泌过程含有TMED9受体的囊泡中,激活了ATF6介导的细胞未折叠蛋白反应。研究人员鉴定出一种小分子BRD4780,与TMED9直接结合,从而释放MUC1-fs,使其进入溶酶体降解,可以清除患者细胞、转基因小鼠肾脏和患者肾脏中的MUC1-fs。这一研究结果为ADTKD提供了重要的精准治疗方向,研究结果发表于2019年7月的Cell杂志。此外,还有多项将药物分子伴侣运用于Fabry病、Alport综合征、先天性肾病综合征等罕见及遗传性肾脏病的临床试验及初步体外研究结果亦支持了其良好的运用前景。

类器官或将是罕见及遗传性肾脏病

患者精准治疗的理想体外模型平台

类器官相较体外细胞培养能更好地模拟人体微环境,用疾病模型以疾病特异性的方式来评估药物效果,并最终作为肾脏替代的理想模型。目前类器官研究还面临一些共同的难题,比如缺少原器官所应有的某种特殊结构(特别是血管网络)、不稳定的分化结果、缺少类器官内的不同细胞间相互作用、成熟度不高以及功能不全。2019年9月,Cell Stem Cell发表了一项相关研究成果,新加坡南洋理工大学和美国Salk研究所合作建立的将人多能干细胞分化为3D的肾脏类器官。研究人员通过动态调节WNT信号传导控制近端与远端肾单位节段的相对比例,产生相关水平的血管内皮生长因子A以定义新生血管网络,从而建立了一个多功能的方法用于生成含有血管的3D肾脏类器官。研究者还运用这个肾脏类器官平台成功建立了常染色体隐性多囊肾病的体外模型,以患者的诱导性多能干细胞诱导生成肾脏类器官,在细胞内高水平cAMP刺激下产生大量的管道囊肿。通过对致病基因PKHD1进行基因修复,或者用小分子化合物处理,能有效地改善类器官囊肿产生。该研究为研究人类肾脏发育,模拟疾病的发病机制以及进行患者特异性药物验证提供了新途径。同期,Nature Methods杂志发表了一项研究成果,是由哈佛大学威斯研究所生物衍生工程、哈佛大学工程与应用科学学院、布莱根妇女医院、哈佛干细胞研究所共同成立的研究小组,通过将干细胞来源的肾脏类器官暴露于射流剪切应力下,成功培养出了血管化的生物人工肾。肾脏类器官的成功构建为疾病的基因治疗提供了与人肾组织微环境更接近的体外模型平台。

基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术在罕见及遗传性肾脏病中的应用

原发性Ⅰ型高草酸尿症是一种常染色体隐性遗传性乙醛酸代谢病,因编码丙氨酸乙醛酸转氨酶的AGXT基因突变导致肝脏对乙醛酸的解毒作用减弱从而造成草酸生成过度并引起肾结石形成及草酸钙晶体在肾脏和尿路沉积。2018年底,西班牙纳瓦拉大学研究人员通过AAV病毒介导的CRISPR/Cas9基因编辑在小鼠体内高效敲除肝脏特异性乙醇酸氧化酶,使模型小鼠尿草酸水平和肾结石形成显著下降。该研究为该病患者的治疗提供了有效策略,研究结果发表在Nature Communications杂志。

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