中国中西医结合肾病杂志2018年3月第l9卷第3期CJITWN,March 2018,Vo1.19,No.3 自发IgA肾病的ddY小鼠模型研究进展 刘伟伟① 万 强① 吴燕升① 史丽强① 黄 迪① 高建东① Xga肾病(Immunoglobulin IgA nephropathy,tgAN)是全球最 常见的原发性。肾小球疾病,占原发性肾小球肾炎的25%~ 50% ,以血尿和蛋白尿为主要临床表现 ,主要病理特征是 肾小球系膜细胞增生和基质增多,并伴有以IgA为主的免疫复 合物的沉积。目前IgAN的发病机制仍未明确,基于不同发病 机制已经建立了多种动物模型,其中自发类动物模型一ddY (Deutschland,Denken,Yoken)小鼠在疾病发生、发展等方面与 人类IgAN极为相似,引起了科研工作者的关注。本文拟对可 自发IgAN的ddY小鼠动物模型的研究进展作一综述。 1 ddY小鼠简介 ddY小鼠起源于非近交系小鼠,1920年以前从德国引进日 本,作为封闭群繁衍 。在日本ddY小鼠是普通小鼠,携带有 乳腺肿瘤的逆转录基因,Chino等人发现其可自发肺癌、恶性淋 巴瘤、乳腺癌、卵巢癌 J。1985年Imai等 首次报道ddY小鼠 可自发IgAN,现自发IgAN的ddY小鼠分为三种:ddY小鼠,高 血清IgA小鼠(high sel'tlm IsA mice,HIGA小鼠),gddY小鼠 (grouped ddY mice)。2005年Suzuki等 通过全基因组扫描技 术发现ddY小鼠存在四个易感基因位点(D10Mit86、D1Midl6、 D1Mitl6、D9Mid52)与小鼠IgAN发病有关,极大推进了自发 IgAN的ddY小鼠动物模型的研究。 2 自发IgAN的ddY小鼠研究进展 2.1 ddY小鼠1985年Imai等 首次报道ddY小鼠可 自发IgAN:蛋白尿(+~++)在小鼠28周龄时出现,且随年 龄增长而增多;肾脏病理表现,16周龄小鼠肾脏出现系膜细胞 增生,进一步发展为系膜增生性肾小球肾炎(mesangial prolifer— ative glomerulonephritis,MsPGN),到59周龄系膜基质增多,肾 小球硬化很少见;免疫荧光发现,16周龄小鼠系膜区出现IgA、 IgG、IgM、C3沉积,在28周龄以IgG或IgM沉积为主,从4O周 龄开始IgA沉积增多,到59周龄占主导地位;电镜结果进一步 证实了系膜细胞的增殖和系膜基质中电子致密沉积物的存在。 研究中排除了狼疮、血管炎等继发性病变,且小鼠未自发 肿瘤,出现了蛋白尿和符合人类IgAN临床病理的改变 ,证实 了ddY小鼠可自发IgAN,为1giN的研究提供了有力的工具。 2.2 HIGA小鼠ddY小鼠的遗传异质性导致其IgAN发 病率不高,限制了模型的应用。Miyawaki等 将高血清IgA的 ddY小鼠杂交,繁育出了早发病、高发病率的HIGA小鼠。在 10周龄,10%HIGA小鼠出现蛋白尿(>100 rag/d1);在 40周龄,30%HIGA小鼠出现中度蛋白尿(100~300 mg/d1)。 在25周龄,64%(9/14)的HIGA小鼠肾脏出现了中到重度的 IgA沉积,Imai等 的ddY小鼠在40周龄才出现;在40周龄, ·273· 76%的HIGA小鼠(16/21)肾脏出现中到重度的系膜增生, 71%的HIGA小鼠(15/21)可见明显的系膜基质扩张。 Miyawaki等人成功建立了早发病、高发病率的自发IgAN 的动物模型一HIGA小鼠,为研究血清IgA和IgAN发病之间关 系提供了有力的工具。研究还发现将高血清ddY小鼠进行杂 交,从第二代开始是近亲繁殖,暗示我们高血清IgA小鼠可能 存在某些未知的基因与血清IgA有关。后来被证实12号染色 体上的D12Mi ̄0与血清IgX水平有关 。但是该模型仅少数 的HIGA小鼠出现了蛋白尿(100~300 mg/d1),全程未见血尿, 与人类IgAN临床表现 不符。 2.3 gddY小鼠ddY小鼠属于远交系 ,因此导致发 病不稳定,为克服其基因背景和临床表现的异质性,Yasuhiko 等 将早发型ddY小鼠(出现蛋白尿,系膜区IgA沉积,肾小 球损伤的ddY小鼠)近亲杂交2O代以上建立了8周100%发病 的 dY小鼠。所有小鼠在8周龄出现蛋白尿,24周龄血清肌 酐水平升高,肾功能衰竭。肾脏病理表现:8周龄gddY小鼠出 现了系膜增生伴严重的肾小球和肾小管间质的损伤, 肾小球系 膜扩张,肾间质浸润;在8周龄和24周龄,gddY小鼠肾小球细 胞数目和肾小球硬化得分都明显高于对照组;电镜下电子致密 物主要沉积在系膜区,与人类IgAN表现类似。免疫荧光显示 肾小球有IgA、IgG及c3的沉积。对照组HIGA小鼠IgA水平 明显高于 dY小鼠,但与蛋白尿和血肌酐水平无关。同时发 现gouped ddY小鼠遗传了D10Mit86、D1Mit216、D1Mitl6、 D9Mit252四个易感基因位点,分别定义为Iganl、Igarr2、Igan3、 Igan4。研究发现gddY小鼠在生存率、蛋白尿、血肌酐、。肾脏病 理等方面出现了性别差异,雄性明显差于雌性,与报道的IgAN 的男性患者预后差,性别是IgAN的危险因素 一致。基于 D12Mit20位点将 dY小鼠分为AA型、BB型、AB型,其中AA 和BB型分别对应IgA同种异型的Igh一2b、Igh一2a。小鼠IgA —I 一2a重链区皆存在0聚糖 ,BB型小鼠的I 一2a铰链 区存在一个潜在的0一糖基化的受体位点 ,AA型不具有, 24周龄时BB型小鼠(40%)生存率明显低于AA型小鼠 (86%),IgA分子的糖基化水平更低,暗示IgA的异常糖基化可 以加速小鼠IgAN的进展。 相关研究 表明IgAN是自身免疫疾病,异常糖基化的 IgA1是自身抗原;另有研究 提出自身免疫病的发病率和性 别影响的病程进展与性染色体或性激素有关,gddY小鼠模型 体现了性别差异和IgA的异常糖基化,有可能成为探索性别对 人类IgAN影响和研究人类IgAN发病的分子机制的有力工具。 该实验室下一步计划建立只携带四种易感基因中的一种或者 多种相结合的ddY小鼠模型。 2.4与ddY小鼠IgAN发病有关的易感基因人IgAN存 本课题为上海市中医药事业发展三年行动计划项目(No.ZYSNXD—CC—YJXYY) ①上海中医药大学附属曙光医院肾病科,上海中医药大学中医肾病研究所,上海市中医临床重点实验室(14DZ2273200) (上海201203) △
通讯作者 ·274· 中国中西医结合。肾病杂志2o18年3月第19卷第3期CJITWN,March 2018,Vo1.19,No.3 在种族差异 和家族聚集现象 …,遗传因素参与了发病。su— zuki等 通过全基因组扫描技术发现ddY小鼠在1、9和10号 染色体上存在四个基因位点(D1Mitl6,D1Mit216,D9Mit252, DlOMit86),与。肾小球损伤密切相关。其中10号染色体上的 DlOMit86位点相当于人类6q22—23的IGAN1区段,与家族性 IgAN有关 。1号染色体上的D1Mitl6位点与人类IgAN的 候选基因 SELE极为接近。此外,12号染色体上的D12Mit20 位点位于Ig重链基因编码区,与血清IgA水平有关。Suzuki等 将361只ddY小鼠根据出现肾小球病理损伤的时间划分为三 组:早发型(20周,31.9%),晚发型(4O周,37.9%)和静止型 (60周,30.2%)。在早发型和晚发型小鼠中发现肾小球的损 伤与蛋白尿、肾小球内IgA的沉积有关,与血清IgA水平无关。 与静止型相比,早发型和晚发型皆存在D1Mitl6,D1Mill6, D9Mi ̄52,DlOMit86四种易感基因,但是早发型ddY小鼠与晚 发型相比易感基因表达更强。 与ddY小鼠IgAN发病有关的易感基因的确定,为未来探 索具有遗传背景且稳定发病的自发IgAN的ddY小鼠动物模型 开辟了新的道路。 3 自发IgAN的ddY小鼠模型的应用 自发IgAN的ddY小鼠模型成功建立后,被广泛用于IgAN 发病机制和治疗手段的研究 。 3.1 有关发病机制的研究 已知异常糖基化IgA1是人 IgAN重要发病机制,Azusa等 发现异常糖基化的IgA可以影 响IgA—IgG免疫复合物的形成,随后激活补体,导致IgAN的 发生。ddY小鼠模型发现骨髓细胞、粘膜等与IgAN发病有 关 ,日后研究证实当骨髓产生的IgA1过多形成大量抗原 可刺激粘膜产生IgA1,IgA1分泌增多和清除异常可能是IgAN 发病的原因,黏膜免疫系统的失常是IgAN的发病机制中的关 键因素 。Thl/Th2细胞极化改变在IgAN发病机制中起重要 作用 ,Suzuki等 将发病的ddY小鼠骨髓移植给不发病小 鼠,出现向Thl亚群转化,不发病的骨髓移植给发病小鼠肾脏 损伤减轻,提示Thl参与了IgAN的。肾脏损伤。Hitoshi等 发 现外源性细菌或病毒类抗原激活TLR9/MyD88通路可能导致 血尿、蛋白尿。实验证明,环境中的微生物可以加重IgAN或增 加对IgAN的易感性 。Ye等 发现TGF—B】和TGF—p2 在自发IgAN的ddY小鼠中过表达,其中TGF—B:可能是系膜 基质扩增的重要参与者。有研究报道,TGF—B基因变异会提 升IgAN的易感性,TGF—B基因可能是未来研究IgAN的重要 基因。 3.2有关治疗手段的研究2012年全球肾脏病预后组织 (KDIGO)提出了一整套IgAN的治疗指南 ,重点介绍了RAS 阻断剂、糖皮质激素及免疫抑制剂的应用。科研工作者以自发 IgAN的ddY小鼠为动物模型,探索IgAN的治疗手段。Ohmuro 等 发现低蛋白饮食可逆转ddY小鼠的肾小球损伤。Liao 等 发现泼尼松磷酸盐脂质体可以有效地减轻IgA、C3在’肾 小球的沉积和肾小球增殖,且副作用小。与抗CIM单克隆抗体 相比,抗CD8单克隆抗体可以减轻系膜增生延缓IgAN进 展 ;给予CD4分子单克隆抗体(mABCD4)治疗的ddY小鼠 IgA沉积和系膜增殖减轻 .3 。Shimizu等 发现咪唑立宾可 以通过影响B细胞,尤其是IgA分泌型B细胞的功能来发挥保 护肾脏的作用。Hyun等 发现脂肪干细胞(Adipose—derived stem cells,ASCs)可以通过旁分泌调节Thl/Th2细胞因子发挥 对肾脏的保护作用。Gyun等 发现gddY小鼠接受了抗增殖 诱导配体(A proliferation—inducing ligand,APRIL)单克隆抗体 治疗后血清IgA降低,肾小球IgA沉积减少,减轻了由单核细 胞介导的炎性过程,延缓了IgAN的进展。紫苏提取物可以减 少蛋白尿,通过降低血清IgA减少系膜区IgA的沉积 。内皮 素(endothelin,ET)可诱导系膜细胞增殖和系膜基质增生等机 制促进肾小球疾病恶化,Nakamura等 发现ET一1受体A特 异性拮抗剂(FRt39317)可以减少尿蛋白和。肾脏的损伤。此 外,还有TJN一259 、紫苏籽油 、(E)一N_[(3,4一二甲氧 基苯)]一N一甲基一3一(3一吡啶)一2一丙烯酰胺(TJN一 331) 等用于自发IgAN的ddY小鼠模型研究发现,具有抗肾 炎的作用。 与之前的动物模型相比,自发IgAN的ddY小鼠在临床表 现和基因位点上与人类IgAN高度相似,特别是8周100%稳定 发病的gddY小鼠的成功建立,大大缩短了造模时间,减少了模 型制作的工艺步骤,为研究人类IgAN的发病机制和治疗提供 了有力的保障,受到了全球肾病界科研工作者的广泛关注。但 人和动物模型之间还有许多不同:此系列动物模型中,一直未 见血尿,与人类IgAN临床表现不符;小鼠IgA的分子结构与人 的不同;小鼠IgA只有一种形式,而人IgA分子有IgA1和IgA2 两个亚型,其中IgA1分子的异常糖基化及免疫复合物的形成 在IgAN的发病机制中起重要作用;人类IgA有O一和N一糖 链,而小鼠IgA只有N一糖链;小鼠缺乏作为IgA受体的CD89 或其类似物,目前认为CD89或转铁蛋白受体(transferrin recep— tor,TfR1)参与了IgAN的发病;gddY小鼠模型中的AA型与BB 型小鼠都不含有N一乙酰半乳糖胺(N—acetylgalactosamine, GalNAc),在IgAN发病机制中O一糖基化首先通过GaINAc转 移酶作用将丝氨酸或苏氨酸端连接。阅读与自发IgAN的ddY 小鼠相关文献发现,日本研究较多;国内相关资料匮乏,无购买 途径,价格昂贵,因此在国内应用此系列模型研究IgAN受到 限制。 参考文献 1.Suzuki H,Suzuki Y,Novak J。et a1.Development of animal mod— els of human IgA nephropathy.Drug Discovery Today Disease Models.2013.11:5—11. 2.Robert T,Berthelot L,Cambier A,et a1.Molecular Insights into the Pathogenesis of IgA Nephropathy.Trends in Molecular Medi— cine.2015,21(12):762. 3.Imai H,Dr Y N,Asakura K,et a1.Spontaneous glomerular IgA deposition in ddY mice:An animal model of IgA nephritis.Kid— ney International,1985,27(5):756. 4.Chino F,Sato F,Sasaki S.Retrovirus particles in spontaneously occurring and radiation—induced tumors in ddY mice,1981,31 (2):233—247. 5.Suzuki H,Suzuki Y,Yamanaka T,et a1.Genome—wide scan in a novel IgA nephropathy model identifies a susceptibility locus on murine chromosome 10.in a region syntenic to human IGAN1 on chromosome 6q22—23.Journal of the American Society of Neph— rology Jasn,2005,16(5):1289. 6.Nakamoto Y,Asano Y,Dohi K,et a1.Primary IgA glomernlone—