遗传性肾病是终末期肾病(ESKD)的常见原因。发病年龄早、肾脏结构异常或囊性病变、合并肾外表现及病因不明等特点通常与遗传性肾病密切相关[1-2]。随着遗传数据的可及性和可负担性增加,对此类患者尤其是儿童患者进行基因检测更容易得到明确的分子诊断。肾移植作为ESKD首选的肾脏替代治疗方法,极大地改善了ESKD患者的生活质量和预后。然而,一些遗传性肾病在肾移植后表现出复发、肾外疾病及并发症发生风险增加,需要在肾移植前后进行更细致地评估[3]。因此,通过遗传学评估对肾移植中的遗传性肾病进行早期分子诊断可影响肾移植决断和临床管理方法。具体来说,遗传学评估对预测移植肾存活、移植肾疾病复发风险及相关家庭成员(潜在肾脏供者)的预后具有重要意义。此外,遗传学研究能够更好地从分子基因的角度协助明确慢性肾脏病(CKD)病因,筛查肾外临床表型,制定针对性治疗方案。本文拟就基因检测在遗传性肾病患者肾移植中的应用进行综述,包括主要的基因检测技术、肾移植受者的遗传学评估和活体供者的遗传学评估等。

不同的基因检测技术适用于不同的临床病例,协助精准有效地诊断和治疗。靶向基因测序是一种针对目标基因的外显子测序,对高度怀疑为某种明确的遗传性肾病或者具有特定表型的家族型遗传性肾病的诊断具有良好的价值[4],适用于已经明确相关致病基因的表型或者疾病的患者。因此,靶向目标基因集需要定期更新,及时纳入新发现的疾病相关致病基因。而对于具有非特异性表型和不明原因的CKD,全外显子测序(WES)和全基因组测序(WGS)则更为有效[5]。WES和WGS能够全面检测所有编码区域,能够发现传统方法无法检测到的遗传变异;在新发现致病基因时,可对WES和WGS结果进行回顾性分析[6]。尽管相较于靶向目标基因集测序,WES具有更深的序列覆盖度,但是并未覆盖深内含子变异、调节区变异和基因间区变异,而这些变异可以通过WGS捕获。

WGS是通过对整个人类基因组进行测序分析,全面解析个体的遗传信息[7]。WGS几乎在整个基因组中检测各种不同类型的常见抑或是罕见遗传变异,促进了罕见病的研究和常见病致病变异的发现。而随着成本的逐渐下降,WGS的广泛应用有望彻底改变人类遗传学研究。更全面地发现基因组变异、创建高质量的基因组变异图谱,直接影响下游遗传变异的分析[8]。同时,如何准确地注释和预测遗传变异的功能效应对WGS研究提出了巨大的挑战[7]。因此,临床科学家需要通过结合翔实的临床信息,为临床表型与未知意义的遗传变异间的关联做出合理的解析。

CKD在全球的患病率为11%～13%,影响着全球超过8.5亿人,常进展为 ESKD,需要进行透析或肾移植[9]。有研究预测,到2040年,CKD将成为全球范围内导致寿命缩短的五大主要原因之一[10]。遗传性肾病是ESKD的常见原因,至少10%～15%的成人和70%的儿童ESKD患者可能患有遗传性肾病[1-2]。迄今为止,已有超过600个基因被发现与遗传性肾病相关[11]。遗传因素在肾脏疾病的发生发展中发挥着重要作用,多种遗传因素和环境因素协同作用共同导致CKD的发生。遗传学评估越来越多应用于CKD的临床管理,实现更精确的诊断和治疗[10]。因此,在移植背景下,对ESKD患者建立遗传学的分子诊断,一方面对预测移植肾原发病复发、排斥和移植肾预后具有重要意义,另一方面能够从分子基因的角度评估和指导移植后肾外合并症的治疗。

约15%的ESKD患者未明确原发肾脏疾病诊断,被定义为不明原因的CKD,对这类患者做出正确的诊断具有重要意义[12]。尽管目前对于不明原因的CKD患者并无强有力的证据建议进行基因检测,但是阳性家族史、发病年龄小(<25岁)、肾脏结构异常或囊性结构、合并肾外表现及不明病因等均是遗传性肾病的独立危险因素[13]。因此,临床研究中建议对这部分具有遗传性肾病风险的患者进行基因检测(图1)。目前,有5项研究报告了被纳入移植手术候补名单和接受过肾移植的ESKD患者的基因诊断结果。其中一项纳入126例肾移植候选者的研究中,26例患有基因型未知的多囊肾,31例患有未明确的遗传性肾病[14]。另一项单中心研究通过对肾移植候选者中50例不明原因的ESKD患者进行靶向目标基因集测序发现,12%的患者携带致病性或者可能致病性的变异[4]。因此,基因诊断可在肾移植前为不明原因ESKD患者提供明确诊断以及揭示遗传基础,从而改善移植前后的临床管理。一项针对疑似遗传性肾病的肾移植候选者家庭进行的WES检测,在14.8%的家族中发现了与肾脏发育和肾脏疾病相关的基因变异[5],揭示了遗传评估在亲属移植及移植相关家庭咨询中的价值。Mann等[15]在105例CKD发病年龄<25岁肾移植受者队列进行WES检测,发现遗传性肾病的诊断率为32.7%,建议对儿童或青年CKD人群进行积极的基因检测。为了实现肾移植后个性化管理,研究者通过评估1 590例肾移植受者的WES数据,开发了移植基因检测组合,发现9.9%的患者罹患遗传性肾病,其中25.9%的病例在之前并未确诊[16]。虽然当前在肾移植中进行基因检测尚未普及,但是全面基因检测在明确ESKD遗传起源、肾移植围手术期管理的优势已经凸显。

图1  肾移植受者的基因检测:预测因素和检测方式

肾移植受者遗传性肾病的诊断对肾移植围手术期管理具有重要的指导意义。肾移植中的遗传性肾病基本可以分为五大类(图2)。一些遗传性肾病的致病基因突变可能导致多器官肿瘤发生,而术后免疫抑制剂的应用可能进一步增加肿瘤发生及复发风险。因此,术前常规肿瘤筛查与根治、术后免疫抑制方案的制定及肿瘤复发的监测尤为重要。在结节性硬化症和WT1变异相关综合征中,肾脏肿瘤的发生风险增加,在移植前进行双肾切除术能够避免肾脏肿瘤的发展与复发[3]。此外,常染色体显性遗传性多囊肾病(ADPKD)常伴发颅内动脉瘤、心脏瓣膜病等肾外疾病,分子诊断有助于在肾移植围手术期及时筛查并治疗[17]。胱氨酸病是由编码质子驱动转运蛋白胱氨酸的CTNS基因突变引起的溶酶体储积病,尽管移植肾没有溶酶体储积病复发的风险,但在肾移植后仍需服用半胱胺治疗,防止由溶酶体储积病引起的其他多器官并发症[18]。

图2  肾移植受者中的遗传性肾病筛查

移植后肾病复发风险可能由基因驱动,通过基因检测鉴别出具有不同复发风险的遗传性肾病,基于复发风险个性化制定预防及治疗方案。《改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)指南》建议,在局灶节段性肾小球硬化、非典型溶血性尿毒症综合征、C3肾小球病和原发性高草酸尿患者中进行基因检测[3]。非典型溶血尿毒综合征患者中,携带编码补体循环蛋白(补体因子H、补体因子I、补体因子B和C3)异常基因的个体移植后复发风险较高,而携带DGKE和CD46基因突变的个体复发风险较低[19]。原发性高草酸尿症是一组罕见的常染色体隐性遗传病,特征是肝脏中过量产生草酸盐,因此移植肾草酸盐肾病复发风险高,联合肝肾移植有望治愈这种代谢缺陷,同时针对肝脏代谢缺陷的RNA干扰药物也在研究当中[20]。腺嘌呤磷酸核糖基转移酶缺乏症是一种嘌呤代谢异常的常染色体隐性遗传病,在肾移植之前或者肾移植时接受黄嘌呤氧化酶抑制剂可改善患者预后[21]。

肾移植显著改善了ESKD患者的生活质量和生存率,但是肾移植后的并发症仍然严重影响了移植肾的存活率。除了免疫性排斥,糖尿病、心血管疾病、感染、恶性肿瘤及静脉血栓栓塞是影响肾移植受者存活率的主要并发症[22-23]。移植后新发糖尿病是肾移植后常见的严重并发症,遗传变异与移植后新发糖尿病相关。一项荟萃分析研究显示,携带rs7903146 TT基因型增加了肾移植后糖尿病的发生风险[24]。在移植队列中,携带SP110 rs2114592C>T单核苷酸多态性的患者患移植后糖尿病的风险比对照组高10倍[25],该风险可能与特定的免疫抑制剂相关。最近一项在包括2 000多例肾移植受者的研究中,通过2型糖尿病的多基因风险评分预测肾移植后糖尿病的发生风险,从基因角度实现了肾移植后糖尿病的风险分层,但是其真实价值有待临床验证[26]。

为了系统性研究遗传易感性与移植后并发症之间的关联,研究人员开发了一个由355个基因构成的移植后并发症相关基因集,包括心脏代谢紊乱、成人免疫缺陷、恶性肿瘤和血栓形成相关的基因。该基因集在肾移植后并发症中的诊断率为0.2%～5.1%,鉴定易感基因为肾移植围术期的管理提供依据[16]。如基因SERPINC1或SERPIND1致病性变异的识别提示围术期发生血栓栓塞的高风险,需要采取延长抗凝治疗时间等预防措施[27]。基因IFNGR1中的致病性变异体能够增加分枝杆菌感染的易感性,指导临床医生在肾移植术后加强针对相关感染的检测和预防[28]。未来需要进行多中心的前瞻性研究,不断探索与更新移植后并发症相关的基因。通过在移植评估中早期整合这些基因,个性化定制肾移植后管理计划,减少中长期并发症的发生。

活体供者的遗传学评估在肾移植中同样非常重要,不仅在供者的筛选与管理中发挥重要作用,而且可能会影响受者预后。有研究表明,活体供者的ESKD发生风险是健康非供者的5～10倍[31]。作为受者的一级亲属是活体供者发生ESKD的独立危险因素,与受者的生物学相关性会增加ESKD的发生风险[29]。特别是如果存在已知或疑似遗传性家族遗传变异,活体供者可能在供肾手术后重现相关肾脏疾病[30]。因此,共同的遗传因素可能是活体供者ESKD发生风险增加的分子基础。KDIGO指南建议,在肾移植供、受者中进行基因检测,首先对受者进行基因检测,从而指导对供者的基因检测(也称为级联检测)(图3)[6]。指南还建议存在以下情况之一的活体供者,均需要进行基因检测:

(1)至少有一名一级亲属中有已知遗传性肾病家族史;

(2)至少有一名一级亲属中有疑似遗传性肾病家族史;

(3)至少有一名一级亲属或多名二级亲属中有不明原因的肾病家族史;

(4)至少有一名二级男性亲属有已知或可能的X连锁遗传病家族史[1]。如果活体供者的基因检测结果为阳性,通常不建议进行器官捐赠;而阴性结果可能受到基因检测局限性的影响,并不意味着完全排除遗传性肾病的可能性,临床医生需要将阴性结果及结果解读的不确定性客观地传达给供者以决定是否进行捐赠。

图3  肾移植活体供者基因检测的建议流程图

WES:全外显子测序;WGS:全基因组测序

目前认为对于患有可能导致肾脏衰竭的遗传性肾病的活体供者不应进行器官捐献,尤其是对于ADPKD等显性遗传病,但是具体情况因遗传方式而异。ADPKD的发病基本上是由PKD1和PKD2基因突变引起的,然而约有7%的患者基因检测可能呈阴性,因此,基因检测不能完全排除ADPKD。在临床中,ADPKD的诊断通常基于阳性家族史结合肾脏影像学检查证据。相比于常规超声检查,MRI和CT在检测小囊肿方面具有更高的灵敏度[31]。对于40岁以上人群,超声检查无肾脏囊肿可有效排除ADPKD,无论是否有阳性家族史;对于40岁以下人群,首选MRI或CT检查,存在4个或者更少的肾脏囊肿就足以排除ADPKD[32]。因此,对于诊断不明确或者经评估有ADPKD风险的潜在年轻活体肾脏供者,基因检测至关重要。尽管ADPKD患者不应作为活体供者,但有案例报道,若已故ADPKD患者的供肾无明显囊肿浸润、肾功能基本正常,可考虑用于预期寿命有限的老年受者[33]。

Alport综合征是由COL4A3、COL4A4和COL4A5等3个基因的致病性变异引起,是仅次于ADPKD的遗传性肾病的第二大常见原因。部分由COL4A3、COL4A4和COL4A5致病性变异引起的肾病患者可能没有肾外表现,肾脏表现从镜下血尿到进行性肾病表型各异[34]。有研究发现携带COL4A3或COL4A4致病性变异的Alport综合征患者在供肾出现不可接受的ESKD发生风险。因此,指南认为即使供者年龄超过40岁、肾功能正常且无蛋白尿,COL4A3或COL4A4携带者也不应进行肾脏捐献[35]。同时,共识提出X连锁遗传的Alport综合征女性患者也被排除在活体供肾之外。因为研究发现,在携带Alport综合征相关的COL4A5致病性变异的女性杂合子中,蛋白尿和肾脏疾病的发生风险增加[34]。

遗传学评估正日益成为肾移植临床实践中不可或缺的一部分,其应用贯穿肾移植的整个过程,为优化供者和受者的选择、改善肾移植长期预后、制定个性化治疗方案提供新的方向。尽管如此,将肾移植相关的遗传学研究系统性用于临床实践仍然面临巨大挑战,例如基因变异意义的解读、遗传咨询资源的可及性、检测成本、不同中心技术水平的差异等。建立遗传学团队、合理利用人工智能工具并开发专业的评估系统将能够更好地解决遗传性肾病肾移植中面临的临床问题。此外,进行大规模的基因检测,通过整合基因组学、转录组学和蛋白质组学,将能够更好地从遗传学角度解释肾移植中的问题,从而实现深度表型分析、临床风险评估和精准治疗。

参考文献

徐泓杰 综述 陈劲松 审校

肾脏病与透析肾移植杂志订阅号整理