基因型-表型相關(guān)性

復(fù)合雜合子的存在使得建立可能的基因型/表型關(guān)聯(lián)變得復(fù)雜。最常見的突變是 c.107C>T (T36M)，它僅能解釋約 20% 的突變等位基因，其他突變均未被描述為一個簇；事實(shí)上，許多變異是單個譜系所特有的。PKHD1 中存在多種致病變異，包括截短突變、錯義突變以及內(nèi)含子/剪接突變。通常，基因型-表型研究更多地關(guān)注突變的類型，而非突變的具體位點(diǎn)。

攜帶兩個截短突變的患者表現(xiàn)出嚴(yán)重的表型，圍產(chǎn)期或新生兒死亡率較高，而存在一個或兩個錯義突變的患者通常表現(xiàn)出中等程度的表型。然而，也有例外，Ebner 等人描述的一位攜帶兩個PKHD1截短突變的患者在未接受腎臟替代治療的情況下存活了出生后 30 個月；或者相反，幾例攜帶兩個錯義突變的患者病情可能與截短突變一樣嚴(yán)重。

此外，高達(dá) 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常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 的表型變異，其中復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄譜可能發(fā)揮重要作用。此外，有證據(jù)表明，在具有其他基因變異的 常染色體隱性多囊腎病 (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；這在人類中是相關(guān)的，其中另一個 ADPKD 基因（ PKD2 ）的突變也會使腎臟表現(xiàn)惡化 。人們還認(rèn)為，表觀遺傳學(xué)和環(huán)境因素，以及與 PKD 相關(guān)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。

ARPKD嚙齒動物模型：從動物模型中吸取的教訓(xùn)

迄今為止，已開發(fā)出多種與人類 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 非常相似的動物模型（表 1）。早期 PKD 模型是由非直系同源基因的自發(fā)突變引起的，這些基因模擬了該疾病的隱性性狀和表型。1985年報道的第一個小鼠模型是先天性多囊腎小鼠，即cpk。對該模型中疾病的發(fā)展和表現(xiàn)/外顯率以及遺傳學(xué)進(jìn)行了廣泛的研究。cpk模型導(dǎo)致C57BL /6J (B6) 品系發(fā)生自發(fā)突變，該突變與Cys1基因相對應(yīng)。后來，在 20 世紀(jì) 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，其Nphp3基因座發(fā)生突變。此外，還描述并表征了BALB/c 多囊腎 ( bpk ) 和幼年囊性腎模型 ( jck ) ，它們分別在Bicc1和Nek8中發(fā)生自發(fā)突變。隨后，通過化學(xué)誘導(dǎo)設(shè)計(jì)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 ) 。有趣的是，后來的研究表明，bpk和jcpk模型可以改進(jìn)Bicc1基因中的突變位點(diǎn)。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。

21 世紀(jì)，隨著PKHD1作為 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 主要基因被發(fā)現(xiàn)，首個 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 動物模型出現(xiàn)。多囊腎大鼠或 PCK 大鼠因其緩慢進(jìn)展的腎臟和肝臟疾病而被最初提議作為 ADPKD 模型，但后來證實(shí)PCK 大鼠的Pkhd1基因被破壞。首個基于Pkhd1的轉(zhuǎn)基因小鼠模型是Pkhd1 ex40，后來出現(xiàn)了許多其他模型，以及基于Dzip1l的模型（表 1）。值得注意的是，肝臟 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 樣表型始終存在于所有基于Pkhd1的模型中，但腎臟表型通常缺失。有趣的是，與 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 患者不同，這些模型中經(jīng)常出現(xiàn)胰腺囊腫 [ 6 ]。

常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中囊腫形成的關(guān)鍵或主要分子機(jī)制仍不清楚。盡管如此，動物模型使我們能夠擴(kuò)展對該疾病不同階段的理解，從囊腫形成到囊腫進(jìn)展。在這個復(fù)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(xì)胞異常增殖（如 mTOR、RAS-RAF-ERK 和 AKT）、由 PKA 激酶和 AC6 調(diào)控的 cAMP 通路、細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 改變等。因此，近幾十年來，由于存在多種動物模型，對 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 病理生理學(xué)的理解有所提高。然而，常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中囊腫形成的關(guān)鍵內(nèi)在分子機(jī)制仍然未知，導(dǎo)致人們對了解該疾病的機(jī)制和開發(fā)新的治療策略越來越感興趣。接下來，我們回顧一下 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中的主要分子通路。

EGFR軸表達(dá)和液體分泌異常

1992 年，通過證明 PKD 患者原代培養(yǎng)細(xì)胞可增加囊腫擴(kuò)張，首次發(fā)現(xiàn)了 PKD 中表皮生長因子受體 (EGFR) 軸發(fā)生改變的證據(jù)。隨后，在從 ADPKD 患者分離的原代細(xì)胞中，表皮生長因子 (EGF) 刺激了囊腫形成。在 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中，第一批數(shù)據(jù)來自cpk小鼠模型腎臟提取物，結(jié)果顯示 EGF 表達(dá)上調(diào)。逐漸地，其他證據(jù)也表明 EGFR 在體外、小鼠模型和 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 患者中發(fā)揮了重要作用，其中 EGFR 上調(diào)位于囊性上皮表面。同樣，已證實(shí) 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 患者存在EGF 和轉(zhuǎn)化生長因子 α (TGFα)的異常表達(dá)，且 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 嚙齒動物模型中發(fā)現(xiàn) EGFR 受體家族的幾個成員（EGFR1、ErbB2 和 ErbB4）過表達(dá)（圖 3 A）。這種過表達(dá)包括 mRNA、蛋白質(zhì)和受體活性或磷酸化的增加。此外，動物模型的證據(jù)表明 EGFR 軸的肝囊腫形成中存在類似的異常。

EGFR信號傳導(dǎo)與囊腫形成相關(guān)，EGFR酪氨酸激酶活性上調(diào)與囊腫生長之間存在相關(guān)性。改良的orpk模型（wa2小鼠）通過點(diǎn)突變降低EGF酪氨酸激酶活性，結(jié)果顯示囊腫形成顯著減少，腎功能改善。此外，使用EGFR特異性酪氨酸激酶抑制劑進(jìn)行藥物抑制可降低EGFR活性，從而顯著減緩囊腫進(jìn)展 。有爭議的是， PCK大鼠的EGFR酪氨酸激酶抑制劑并未減緩腎囊腫的進(jìn)展。

上皮分泌是囊腫形成的關(guān)鍵病理生理學(xué)組成部分。常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 凈液體分泌中鈉攝取量的減少被認(rèn)為與上皮細(xì)胞鈉通道 α 亞基中 EGF 的減少有關(guān)。然而，關(guān)于這一主題的研究數(shù)據(jù)相互矛盾。在源自 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 患者囊腫的細(xì)胞中，有人認(rèn)為鈉的吸收是由上皮細(xì)胞鈉通道 (ENaC) 介導(dǎo)的。此外，該機(jī)制被認(rèn)為是 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 高血壓的調(diào)節(jié)劑。

另一方面，數(shù)據(jù)顯示，在ADPKD中，Cl−分泌是通過囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)器（CFTR）進(jìn)行的。然而，在ARPKD中，這種機(jī)制似乎沒有相關(guān)性。在bpk小鼠模型中，CFTR的缺失并未減緩腎臟和肝臟囊腫的進(jìn)展。這些數(shù)據(jù)表明，ADPKD和ARPKD中Cl−和液體分泌的機(jī)制不同。

cAMP與增殖

多項(xiàng)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患者腎臟上皮細(xì)胞增殖。囊腫上皮細(xì)胞中 cAMP 生成異常，導(dǎo)致囊液中 cAMP 含量高。cAMP 可激活 ADPKD 患者腎臟囊腫上皮細(xì)胞中的 B-Raf、MEK 和 ERK 通路，以及培養(yǎng)的 ADPKD 和 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 細(xì)胞中的 B-Raf、MEK 和 ERK 通路。同樣，這些結(jié)果與一些數(shù)據(jù)相輔相成，這些數(shù)據(jù)顯示在幾種 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 嚙齒動物模型中，MAPK 和 AKT/mTOR 通路在蛋白質(zhì)水平上調(diào)。這些事實(shí)與細(xì)胞內(nèi) Ca 2+的減少和 SCR 蛋白的磷酸化相關(guān)。尤其是，阻斷細(xì)胞內(nèi) Ca 2+可提高培養(yǎng) 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 細(xì)胞中的 AKT 和增殖活性。這項(xiàng)研究為將細(xì)胞內(nèi)鈣水平恢復(fù)作為 PKD 的治療方法提供了機(jī)會。

PKD 中鈣失調(diào)導(dǎo)致加壓素 V2 受體上調(diào)，從而激活 cAMP/PKA 級聯(lián)。在臨床前試驗(yàn)中，V2 受體拮抗劑已證明其在 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 大鼠模型中有效，可降低腎臟 cAMP 水平并改善囊性腎病 （圖 3 A）。這一事實(shí)已在 ADPKD 的臨床前 和臨床水平得到進(jìn)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）被批準(zhǔn)用于人類患者，并且目前正在進(jìn)行針對 ADPKD 兒童的試驗(yàn)（托伐普坦 ( NCT02964273 )）。常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 相關(guān)的臨床試驗(yàn)將在稍后進(jìn)行審查。

ARPKD病理生理學(xué)涉及的其他途徑

在 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中還發(fā)現(xiàn)了其他致病特征，以及細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 和金屬蛋白酶 (MMP) 表達(dá)的改變、Pkhd1缺陷細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 和缺氧誘導(dǎo)因子-1α (HIF-1α) 的上調(diào)、動物模型中過氧化物酶體增殖激活受體-γ (PPAR-γ) 的上調(diào)或代謝改變。在一項(xiàng)大型有趣的研究中，Kaimori 及其同事發(fā)表了有關(guān) 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(guān)系的信息。作者將 FPC 定位在同時存在 Ndfip2 的囊泡中，Ndfip2 是一種泛素連接酶相互作用蛋白，參與運(yùn)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 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 和腎臟和肝臟纖維化中的不同普遍表型，通過 ENaC 介導(dǎo)的鈉重吸收解釋高血壓，通過 RhoA 泛素化和細(xì)胞骨架組織解釋囊腫形成（圖 3 A）。在其他研究中，PKD 中的管狀形態(tài)發(fā)生與平面細(xì)胞極性 (PCP) 異常有關(guān)。然而，后來的研究卻得出了相反的結(jié)果。

纖毛的作用

圖 3顯示 常染色體隱性多囊腎病 (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(xì)胞表面發(fā)出的長而微管的結(jié)構(gòu)。初級纖毛的軸絲包含 9 個外周微管束（9 + 0 模式）。與正常纖毛功能喪失相關(guān)的病理稱為纖毛病，包括 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 。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。PC2 和 PC1 形成受體-通道復(fù)合物，參與鈣通路和纖毛反應(yīng)（圖 3B）。已證實(shí) FPC 能與初級纖毛中的 PC2 相互作用并調(diào)節(jié) PC2 通道活性。此外，據(jù)報道，在體內(nèi)和體外，F(xiàn)PC 的 C 端與 PC2 的 N 端會發(fā)生物理相互作用，并且Pkhd1缺陷細(xì)胞表現(xiàn)出 PC2 通道活性失調(diào)。然而，Wang 等人發(fā)現(xiàn)，在 FPC 水平降低的細(xì)胞中，PC2 水平?jīng)]有差異。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(diǎn)和核定位信號對小鼠沒有明顯的病理影響。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)合域?qū)w維囊蛋白功能并非至關(guān)重要。

我們已描述了Pkd1和Pkhd1之間的遺傳相互作用，將 ADPKD 和 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 聯(lián)系在一起。因此，更多數(shù)據(jù)報道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)合起來會增強(qiáng)其嚴(yán)重程度 。這些研究以及其他研究擴(kuò)展了 FPC 和 PC1 之間的關(guān)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。

這些研究結(jié)果似乎與以下觀點(diǎn)一致：PKD 蛋白在纖毛中形成功能性復(fù)合物，并具有共同的下游信號通路。有趣的是，纖毛丟失可抑制 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。然而，在最近的一項(xiàng)研究中，Gallagher 和 Somlo 報告稱，纖毛的丟失并不能減緩 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 肝病的進(jìn)展。這些數(shù)據(jù)表明，至少在肝囊性表型中，ADPKD 和 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 沒有共同的纖毛相關(guān)通路。

另一方面，根據(jù)多項(xiàng)細(xì)胞培養(yǎng)研究、斑馬魚和小鼠的發(fā)現(xiàn)，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。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(kuò)散屏障的蛋白質(zhì)，并且 DZIP1L 與纖毛過渡區(qū)蛋白 tectonic 1 (TCTN1) 共定位。在DZIP1L突變細(xì)胞中，多囊蛋白-1 和 -2 從基體到纖毛軸絲的運(yùn)輸發(fā)生改變；當(dāng)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(dá) [ 37 ]。這些發(fā)現(xiàn)表明DZIP1L在多囊蛋白的運(yùn)輸中發(fā)揮著作用，并提供了將 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 與 ADPKD 聯(lián)系起來的新證據(jù)。

表 2.目前正在進(jìn)行或已完成 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 臨床試驗(yàn)。