人类免疫缺陷病毒相关性肾病的发病机制

人类免疫缺陷病毒相关性肾病的发病机制 肾脏病与透析肾移植杂志 1999 年第 2 期第 8 卷 肾脏病基础 大量流行病学资料表明，人类免疫缺陷病毒相关性肾病（human immunodeficiency virus associated nephropathy，HIVAN）是 HIV-1 感染常见的并发症之一 1 。在黑人 中，约有 10的 HIV 感染者伴有 HIVAN，HIVAN 已成为 HIV 感染者肾脏疾病的首要原因 2 。 HIVAN 有明显种族易感性，近 90患者为黑人 3 ，在 2064 岁黑人终末期肾衰（end- stage renal failure，ESRF）的病因中，HIVAN 占据第三位 4 。 HIVAN 的病理改变有一定特征性，主要包括：肾脏体积增大、上皮细胞增生、塌陷型 局灶节段性肾小球硬化（focal segmental glomerulosclerosis，FSGS）或球性硬化、 肾间质和肾小球中有细胞凋亡 5 。但目前 HIVAN 的发病机制尚不明确，可能与 HIV 直接 感染肾细胞或 HIV 的病毒蛋白（基因产物）影响肾细胞有关，还可能有其它机制参与。本 文就此作一综述。 1 相关病毒 猫感染了猫免疫缺陷病毒（feline immunodeficiency virus，FIV）后可并发 FIV 相关性肾病，临床以蛋白尿和肾功能不全为特征，组织学改变与 HIVAN 非常相似，也有小 管间质囊样病变，塌陷型 FSGS 及球性硬化 6 。猿免疫缺陷病毒（simian immunodeficiency virus，SIV）也可导致类似 HIVAN 的肾脏病变。感染了 SIV 弥猴的肾 脏可发生 FSGS 伴间质病变，而感染有 D 型猿逆转录病毒的对照组动物，则无肾脏病变。这 表明不同种属动物的免疫缺陷病毒可造成相似的肾脏病变。 2 HIV 转基因小鼠的研究 转基因小鼠的研究有力地证明了 HIV-1 在 HIVAN 发生中的致病作用。HIV 转基因小鼠 肾脏可产生与人类 HIVAN 相似的病理特征，即细胞的增生、凋亡，足突细胞的去分化和肾 小球的硬化。转基因小鼠的肾脏体积比正常小鼠大，含有更多的蛋白质和 DNA7 。现已建 立的数个 HIV-1 转基因小鼠系都发生了肾病。以前曾有报道，以 HIV-1 原病毒 pNL43 的缺 失型作为转染基因，能使小鼠产生肾脏病变。该基因中有一个 3.1Kb 的缺失打断了 gag 和 pol 基因，但留下了结构完整的 env 和调节基因。转基因的转录受病毒的启动子（LTR）控 制，这种小鼠不能产生具有传染性的病毒，但病毒包膜和调节基因产物，已足以导致小鼠 肾脏产生 HIVAN 的所有病变。 严格的近交系小鼠转基因的外显率为 100。所有杂合子小鼠均发生与人类 HIVAN 类 似的肾病，可见肾小管上皮变性，囊样小管扩张，蛋白管型，肾小球 FSGS 并向球性硬化发 展 8 。这些转基因动物模型直接证实 HIV-1 包膜和调节基因产物足以使小鼠发生 HIVAN。 但在这种转基因鼠系中转基因的表达并无组织特异性，许多组织均有病毒基因的表达，以 皮肤、尾、肠和肌肉的表达水平最高。所以，肾脏病变也有可能由于其它组织表达了 HIV 所致。 目前，已有研究支持 HIVAN 的发生需要 HIV 在肾内的表达。为了证实这一论点，需回 答以下问题：第一，肾脏是否能支持整合后的 HIV-1 生命周期各阶段，包括 mRNA 的加工转 化及表达?第二，HIVAN 的病变肾细胞中是否存在 HIV-1 的表达?第三，是肾组织中的转染 基因直接导致了 HIVAN，还是转基因后的内环境紊乱导致了 HIVAN? HIV-1 的生命周期依赖于早期基因产物的表达。它们经多重拼接、翻译后，将严格调 控转录（Tat）和拼接（Rev） 9 。调节蛋白 TAT 和 REV 将与细胞的宿主因素协同发挥病 毒的致病作用。如果肾脏能够支持 HIV-1 的复制，那么生命周期中将有数个重要步骤在肾 组织中完成。有研究已证实，转基因肾可表达 HIV-1 的所有早期拼接转录产物，而且，肾 组织有助于全长 mRNA 向核外转运。因此，肾组织能支持整合 HIV-1 生命周期的许多步骤。 有人应用原位杂交技术检测肾脏病变部位是否有 HIV-1 mRNA 表达，发现肾小管上皮和 足突细胞都表达病毒 RNA10 。表达部位与光镜下所见的病变部位一致。那么，HIVAN 发生 是否必须要肾组织中表达 HIV-1。有人用交互式肾移植的方法回答了这一问题。研究发现， 当非转基因肾脏移植给转基因小鼠后，并不产生 HIVAN。而当转基因小鼠肾移植给正常小 鼠时，HIVAN 依然发生。由此可见，HIVAN 发病必须要 HIV-1 在肾中的表达。 3 HIV-1 感染人肾细胞的研究 以上研究强烈提示 HIV-1 可能直接侵染人肾组织，而导致 HIVAN 的发生，但是否存在 亲肾的 HIV 病毒株尚有争议。Cohen 等 11 首先在人肾细胞内发现了 HIV-1 核酸。他们应 用原位杂交技术，从一例肾活检标本的一条小管中发现病毒 DNA 的存在。但迄今为止，尚 无其它研究证实这一发现。肾组织原位杂交也未检测到 HIV 病毒 RNA。但若能检测到 RNA， 则比 DNA 更能说明有病毒在局部复制。 体外细胞培养也用于研究 HIV-1 侵染人肾细胞的研究。由于所使用的病毒为克隆的实 验病毒株，因而结论互有冲突。Green 等 12 报告 HIV-1B 和 HIV-1MB都能感染系膜细胞； 而 Alpers 等 13 则发现，系膜细胞对多克隆的 HIV-1 有抵抗性。Ray 等 14 从 HIVAN 患儿 的尿液中分离到未被 HIV-1 感染的原代肾小管上皮细胞。再分离该患儿的外周血单个核细 胞（PBMC），进行体外培养，分离无细胞培养上清液（含 HIV）。发现在高滴度环境下， 肾小管上皮细胞能够被病毒感染。这些研究表明病毒虽然可以进入肾上皮细胞，但增殖性 感染（productive infection）的可能性不大。体外未能成功建立增殖性感染的模型，可 能由于体外培养条件的限制，不能提供病毒完成生命周期所必需的协同因子。此外，这些 体外研究也不能解释 HIVAN 的易感性为何存在种族差别。 有假说认为，HIVAN 易感患者的肾组织更易直接受 HIV 感染。推断如下：首先，易感 患者体内可能有一种基因，它能编码肾脏上皮细胞表面的 HIV 协同受体，使得病毒只能进 入易感患者的肾细胞。另一种可能，差别不在病毒入侵水平上，而在 HIV-1 生命周期不同 阶段的细胞水平上。最后一点，只有易感宿主才具备 HIV 感染肾脏所必需的局部条件。因 此，黑人易患 HIVAN 是由于种族差异，影响 HIV-1 在细胞水平的生命周期，但这一假说尚 有待实验进一步证实。 病毒直接侵染的理论虽令人瞩目，但如果病毒蛋白本身就能使肾脏产生 HIVAN，则其 发病就不一定需要病毒直接感染肾细胞。因为浸润的淋巴细胞或巨噬细胞能将病毒蛋白携 带到肾脏，肾细胞摄取病毒蛋白后将介导细胞损伤。在上述交互式肾移植动物模型中，将 转基因鼠肾植入非转基因的同胎动物后肾脏仍然发生该病，证明病毒在细胞内的表达能有 效地再现该病病程。 4 细胞增殖和凋亡的研究 HIV 转基因小鼠的肾小管上皮细胞增生；在体外，原代小管上皮细胞增生速度显著高 于正常小鼠，上皮细胞 bFGF 水平上调。由于 HIVAN 肾脏体积、重量、蛋白质和 DNA 含量增 加，所以细胞增生是该疾病的重要特征。 但另一方面，研究证实细胞凋亡或程序化死亡也参与了 HIVAN9 及 HIV 转基因小鼠肾 病的发生。在 HIVAN，肾小管上皮细胞存在特征性的凋亡核和染色质浓缩。在体外，转染 HIV 的肾细胞可发生凋亡。凋亡也与其它小鼠模型肾病的发生相关。例如，缺乏抗凋亡介 质 Bcl-2 的基因敲除小鼠，肾脏发育受损，且有肾衰 15 。凋亡能通过死亡细胞释放的局 部生长因子来诱导增殖，或者反之，细胞增生也可促使细胞凋亡。 人类 HIVAN 和 HIV 转基因小鼠肾脏病变的另一现象为足突细胞的去分化 16 。随着 HIV 转基因小鼠肾病出现，肾小球足突细胞的分化标志物 Synaptopodin 和 Wilms?肿瘤蛋白 （WT1）逐步减少，而凋亡和增殖的标记物不断增加，足突细胞的去分化可能导致小球硬化。 在转基因小鼠肾的硬化小球中可检测到基底膜成分如层粘连蛋白、胶原蛋白和硫酸软骨 素蛋白聚糖沉积的增加。细胞外基质沉积增加的机制尚不清楚，可能与 TGF 的过量表达 相关。总之，在 HIVAN 患者和小鼠模型，肾上皮细胞既有增生又有凋亡。 HIV 多种基因产物，如 Env，Tat，Nef 和 Vpr 通过胞内或胞外途径引起 T 细胞凋亡。 Env 蛋白可诱发感染的及未感染的 CD4 细胞发生凋亡。该过程涉及到 CD4 细胞和 Env 的 交叉连接，而导致促凋亡介质 Fas 和 Fas 配体的上调以及抗凋亡介质 Bcl-2 的下调。可溶 性 Tat 蛋白诱导活化 T 细胞的凋亡，这一途径已证实由 Fas 介导。然而，在 T 细胞内的 Tat 蛋白则能阻止调亡。可溶性 Nef 蛋白能够不依赖 Fas 而诱导凋亡。在星状细胞，Nef 可 以反式活化（transactivate）c-kit，它是一种受体酪氨酸激酶原癌基因，能诱发快速凋 亡。Vpr 基因产物通过干扰细胞周期，介导细胞损伤。Vpr 阻止 p34cdc2cyclin B 复合物 的激话，使细胞周期终止于 G2M 期，之后诱导 T 细胞、外周血原始淋巴细胞和成纤维细 胞凋亡。而且，在非活化型 T 细胞，Vpr 可通过与 IB 相互作用抑制凋亡，从而诱发 NF- B 所调节的细胞增殖。因此，许多 HIV 基因产物可以扰乱正常的细胞周期。可能与 HIVAN 的发病有关。 但这些基因产物对肾细胞有何影响知之甚少。已有一些研究证明 HIV 基因产物同样可 以干扰肾细胞的生长。如 Pvl 基因所编码的 HIV 蛋白酶能分解 Bcl-2 而引起猴肾细胞凋亡。 Env 蛋白能促进体外培养的系膜细胞增生，其后伴有凋亡。凋亡的发生认为与 Bcl-2 下调 有关。然而，所有这些是否与 HIVAN 的发病机制相关还值得商榷。 总之，有证据表明，HIV 直接感染肾脏，或病毒蛋白影响肾细胞生物学可导致 HIVAN， 但仍有待进一步证实。 5 免疫反应异常 HIV 感染后机体免疫系统明显失调。受 HIV 感染的淋巴细胞释放多种促炎症细胞因子， 如 IL-1，IL-6 和 TNF，引起肾损伤；现已证实 IL-6 与小球硬化的发生有关。此外，在 人和 HIV-1 转基因鼠中，HIV-1 感染能使 TGF 和 bFGF 增加，它们分别导致硬化和增生。 另外，肾小球上皮细胞通过 MHC类分子在其表面呈递的病毒抗原，导致 CD4 辅助细胞活 化，增加淋巴细胞浸润。 大量研究已证明 HIV-1 调节基因产物在导致细胞因子失调中起了重要作用。如 HIV-1 Tat 能被多种组织摄取，且能促进外周血单核细胞、骨髓巨噬细胞及人星型胶质细胞产生 TGF。Tat 也能刺激胶质细胞产生胶原和纤维连接蛋白，上调 TNF 的表达，而 TNF 能 增加巨噬细胞侵入肾脏。因此，Tat 能够诱导细胞因子，生长因子，细胞外基质（ECM）的 基因表达。 然而，另外一些小鼠模型的结果却表明生长因子和细胞因子的失调并不足以诱发 HIVAN。有一种转基因动物模型，TGF 由肝脏分泌，而该模型肾小球的改变与 HIVAN 相差 甚远。在小鼠 AIDS 模型（MAIDS），一种缺陷型鼠白血病病毒和一种功能辅助病毒的感染 导致了免疫功能缺陷。这种小鼠有免疫细胞增殖但无肾脏病变。受同种免疫刺激而无 HIV 感染的 AIDS 样病小鼠，也未报道有肾脏病变。缺乏 B 细胞和 T 细胞的 SCID-hu 鼠，用人外 周血淋巴细胞输注重建后，重建细胞系对 HIV-1 易感，但这些鼠也未发现有肾脏病变，而 进一步提示 HIV 需要进入肾细胞方能导致 HIVAN。 此外，HIV 转基因鼠模型表明 HIVAN 的发生并不需要 T 细胞参与。肾内表达 HIV 和 HIV 转基因鼠和缺乏 T 细胞的裸鼠杂交 17 ，子代不能健康存活，且均有肾脏病变。所以， HIVAN 的发生必需要有 HIV 在肾组织内的表达，而仅有免疫系统缺陷不足以导致 HIVAN。 结语 综上所述，HIVAN 发生的机制尚不清楚，大量研究显示 HIVAN 的发生与 HIV-1 直接感染肾细胞和(或)HIV 病毒的基因产物密切相关，细胞因子失调的作用尚未明确，它 可能改变病情的进展过程或个体对 HIV 感染的易感性。除病毒因素外，遗传或环境协同因 素也参与了 HIVAN 的发病，并使得黑人较其他种族更加易感 HIVAN。在研究 HIVAN 的发病 机制过程中所获得的启示，有助于加深对其它肾脏疾病的认识。 作者简介:龚如军 南京大学医学院博士研究生 参考文献 1 D Agati V，AppeI GBHIV infection and the kidneyJ Am Soc Nephrol，1997，8：138 2 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