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(jiàn)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(gè)簇；事實(shí)上，許多變異是單個(gè)譜系所特有的。PKHD1 中存在多種致病變異，包括截短突變、錯(cuò)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(lèi)型，而非突變的具體位點(diǎn)。

攜帶兩個(gè)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(gè)或兩個(gè)錯(cuò)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(gè)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(gè)月；或者相反，幾例攜帶兩個(gè)錯(cuò)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(huì)使表型惡化；這在人類(lèi)中是相關(guān)的，其中另一個(gè) ADPKD 基因（ PKD2 ）的突變也會(huì)使腎臟表現(xiàn)惡化 。人們還認(rèn)為，表觀(guān)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(dòng)物模型：從動(dòng)物模型中吸取的教訓(xùn)

迄今為止，已開(kāi)發(fā)出多種與人類(lèi) 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 非常相似的動(dòng)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(bào)道的第一個(gè)小鼠模型是先天性多囊腎小鼠，即cpk。對(duì)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(duì)應(yīng)。后來(lái)，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(guò)化學(xué)誘導(dǎo)設(shè)計(jì)動(dòng)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(lái)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(guò)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(gè) 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 動(dòng)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(lái)證實(shí)PCK 大鼠的Pkhd1基因被破壞。首個(gè)基于Pkhd1的轉(zhuǎn)基因小鼠模型是Pkhd1 ex40，后來(lái)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(dòng)物模型使我們能夠擴(kuò)展對(duì)該疾病不同階段的理解，從囊腫形成到囊腫進(jìn)展。在這個(gè)復(fù)雜的過(guò)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(lái)，由于存在多種動(dòng)物模型，對(duì) 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(duì)了解該疾病的機(jī)制和開(kāi)發(fā)新的治療策略越來(lái)越感興趣。接下來(lái)，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。

7.2. EGFR軸表達(dá)和液體分泌異常

1992 年，通過(guò)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(zhǎng)因子受體 (EGFR) 軸發(fā)生改變的證據(jù)[ 105 ]。隨后，在從 ADPKD 患者分離的原代細(xì)胞中，表皮生長(zhǎng)因子 (EGF) 刺激了囊腫形成[ 106 ]。在 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 中，第一批數(shù)據(jù)來(lái)自cpk小鼠模型腎臟提取物，結(jié)果顯示 EGF 表達(dá)上調(diào)[ 107 ]。逐漸地，其他證據(jù)也表明 EGFR 在體外[ 108 ]、小鼠模型[ 88,109,110 ]和 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 患者[ 111,112 ]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[ 113 , 114 ] 和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 α (TGFα)[ 115 ] 的異常表達(dá)，且 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) 嚙齒動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn) EGFR 受體家族的幾個(gè)成員（EGFR1、ErbB2 和 ErbB4）過(guò)表達(dá)[ 72 , 116 ]（圖 3 A）。這種過(guò)表達(dá)包括 mRNA、蛋白質(zhì)和受體活性或磷酸化的增加 [ 92 ]。此外，動(dòng)物模型的證據(jù)表明 EGFR 軸的肝囊腫形成中存在類(lèi)似的異常[ 117 ]。

EGFR信號(hào)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(zhǎng)之間存在相關(guān)性。改良的orpk模型（wa2小鼠）通過(guò)點(diǎn)突變降低EGF酪氨酸激酶活性[ 118 ]，結(jié)果顯示囊腫形成顯著減少，腎功能改善[ 110 ]。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[ 119、120、121 ] 。有爭(zhēng)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[ 122 ]。

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) [ 123 , 124 ]。然而，關(guān)于這一主題的研究數(shù)據(jù)相互矛盾 [ 116 ]。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 [ 125 ]。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 [ 125 , 126 , 127 ]。

另一方面，數(shù)據(jù)顯示，在A(yíng)DPKD中，Cl−分泌是通過(guò)囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)器（CFTR）進(jìn)行的[ 128,129 ]。然而，在A(yíng)RPKD中，這種機(jī)制似乎沒(méi)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[ 130 ]。這些數(shù)據(jù)表明，ADPKD和ARPKD中Cl−和液體分泌的機(jī)制不同。

7.3. 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 [ 122 , 131 , 132 , 133 ]。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 [ 134 , 135 , 136 ]，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 [ 133 ]。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(dòng)物模型中，MAPK 和 AKT/mTOR 通路在蛋白質(zhì)水平上調(diào) [ 137、138、139、140、141 ]。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) [ 142、143、144 ]。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 [ 143 ]。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(huì)。

PKD 中鈣失調(diào)導(dǎo)致加壓素 V2 受體上調(diào) [ 136 , 138 ]，從而激活 cAMP/PKA 級(jí)聯(lián) [ 145 , 146 ]。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 [ 137 ]（圖 3 A）。這一事實(shí)已在 ADPKD 的臨床前 [ 147 , 148 ] 和臨床水平 [ 149 ] 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(lèi)患者 [ 150 ]，并且目前正在進(jìn)行針對(duì) ADPKD 兒童的試驗(yàn)（托伐普坦 ( NCT02964273 )）[ 151 ]。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。

7.4. 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[ 152,153 ]、Pkhd1缺陷細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (VEGF) 和缺氧誘導(dǎo)因子-1α (HIF-1α) 的上調(diào)[ 139 ]、動(dòng)物模型中過(guò)氧化物酶體增殖激活受體-γ (PPAR-γ) 的上調(diào)[ 154,155 ]或代謝改變[ 156 ]。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(shí)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(guò) TGF-β 信號(hào)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(guò) ENaC 介導(dǎo)的鈉重吸收解釋高血壓，通過(guò) RhoA 泛素化和細(xì)胞骨架組織解釋囊腫形成[ 127 ]（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)[ 157 ]。然而，后來(lái)的研究卻得出了相反的結(jié)果[ 158 ]。

7.5 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(dòng)物細(xì)胞表面發(fā)出的長(zhǎng)而微管的結(jié)構(gòu)。初級(jí)纖毛的軸絲包含 9 個(gè)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(chēng)為纖毛病，包括 常染色體隱性多囊腎病 (ARPKD) [ 159 ]。PC2 也稱(chēng)為 TRPP2，是瞬時(shí)受體通道 (TRP) 家族的成員，是一種鈣通透性非選擇性通道 [ 160 ]。PC2 和 PC1 形成受體-通道復(fù)合物，參與鈣通路和纖毛反應(yīng) [ 161，162，163 ]（圖 3B）。已證實(shí) FPC 能與初級(jí)纖毛中的 PC2 相互作用并調(diào)節(jié) PC2 通道活性 [ 101，164，165 ]。此外，據(jù)報(bào)道，在體內(nèi)和體外，F(xiàn)PC 的 C 端與 PC2 的 N 端會(huì)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) [ 101 ]。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 [ 165 ]。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(gè)外顯子、PC2 結(jié)合位點(diǎn)和核定位信號(hào)對(duì)小鼠沒(méi)有明顯的病理影響 [ 67 ]。此外，研究人員無(wú)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 [ 67 , 166 ]。

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 [ 60 ]。因此，更多數(shù)據(jù)報(bào)道了其他嚙齒動(dòng)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(lái)會(huì)增強(qiáng)其嚴(yán)重程度 [ 38,167 ] 。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(huì)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[ 30,167 ]。

這些研究結(jié)果似乎與以下觀(guān)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(hào)通路 [ 168 ]。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(zhǎng) [ 169 ]。然而，在最近的一項(xiàng)研究中，Gallagher 和 Somlo 報(bào)告稱(chēng)，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 [ 170 ]。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(méi)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(yú)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(guò)渡區(qū)初級(jí)纖毛 [ 37 ]。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(guò)渡區(qū)纖毛周?chē)鷶U(kuò)散屏障的蛋白質(zhì) [ 171 ]，并且 DZIP1L 與纖毛過(guò)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(shí)，兩者都保留在基體中。然而，DZIP1L缺乏不會(huì)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(lái)的新證據(jù)。

表 2.