【bbin宝盈基因检测】常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 基因检测：需检测的基因与原因
常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 基因检测概述
常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 是一种罕见但极为严重的遗传性疾病，也是多囊肾病中最致命的类型之一，常导致儿童早期开展为终末期肾病 (ESRD)。该病主要由 PKHD1 基因突变引起，但近年的研究发现， DZIP1L 基因和一些纤毛基因也可能与模拟 ARPKD 样表型谱的病例有关。顺利获得细胞和动物模型，研究人员已深入解析了与 ARPKD 发病及进展相关的多种分子通路。bbin宝盈基因针对 ARPKD 的致病蛋白及分子机制进行了系统性分析与研究。基于这些研究，《常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 基因检测：需检测的基因与原因》全面回顾了 ARPKD 的临床表现、治疗进展、遗传基础及分子机制，并总结了该领域的最新科学发现。
关键词：ARPKD、多囊肾病、罕见单基因疾病、肾病学
常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 基因检测的重要性
ARPKD 是一种由遗传因素引发的罕见且严重的囊性肾病，主要表现为双侧肾脏囊性病变并伴有先天性肝纤维化，通常在围产期或儿童期显现症状，是儿童患病和死亡的主要原因之一。根据bbin宝盈基因检测大数据分析，其发病率约为每 26,485 名新生儿中 1 例，年患病率为每 100,000 人中 1.17 人。而其全球普遍患病率估计为每 20,000 名新生儿中 1 例。
ARPKD 属于多囊肾病 (PKD) 的隐性遗传形式，是一类异质性单基因疾病。而显性遗传形式，即常染色体显性多囊肾病 (ADPKD)，流行病学患病率更高，通常在成年人中诊断。
常染色体隐性多囊肾病的临床表现
常染色体隐性多囊肾病（ARPKD）具有高度变异的临床表型，可在围产期、新生儿期、婴儿期、青少年期甚至青年成人期发病，且无性别或种族倾向。最严重的病例多见于妊娠晚期或新生儿期，表现为双肾显著肿大，回声增强、皮髓质分化不良，但肾形轮廓尚可辨认，并伴有多个微小囊肿。此外，常伴严重羊水过少或羊水不足，进而引发典型的 Potter 序列表现，包括肺发育不全、特征性面容及马蹄内翻足挛缩等。除 Potter 序列外，其他肾外表现较为少见。尽管尚无明确的肝脏表型记录，但文献中提到了一些相关情况，如腹腔难产。
严重羊水过少常提示预后不良，因肺发育不全的风险极高。约 50% 的 ARPKD 新生儿因肺发育障碍及胸廓受压引发的呼吸衰竭而死亡。然而，存活至围生期后的患儿总体预后较好，1 年和 10 年的生存率分别可达 85% 和 82%。存活患儿需接受专业内科护理。需注意的是，产前诊断与妊娠终止在该病的流行病学中是不可忽视的因素。除尿毒症和肺发育不良外，肾脏肿大及肺功能障碍还可能导致喂养困难，需依赖持续的鼻胃管营养支持[11,18]。
出生后头几个月，ARPKD 患儿常出现严重高血压，通常需多种药物控制。良好的血压管理对避免进一步肾损伤至关重要。然而，肾功能衰竭并非常见的新生儿死亡原因。肾脏表现包括尿路感染、肉眼血尿及儿童早期肾性骨病。超声常在肾脏显著肿大之前即发现回声增强及肾囊肿。肾脏肿大主要因集合管及远端肾单位扩张所致。随着病情进展，肾脏结构逐渐类似于 ADPKD，出现形态不一的囊肿，伴间质纤维化。约 50% 的患者在生命早期即开展为终末期肾病（ESRD），需肾脏替代治疗。
尽管该病名为“常染色体隐性多囊肾病”，但肝脏囊性表现亦极为重要，这也是致病基因命名为“多囊肾与肝病1（PKHD1）”的原因。肝脏主要表现为多囊肝（PLD），其组织学基础为肝导管板发育异常，即导管板畸形（DPM），该特征亦见于其他纤毛病。随年龄增长，患者可逐渐出现肝病表现。最早期为先天性肝纤维化（CHF），常伴肝内及肝外胆管扩张（Caroli 综合征）。ARPKD 的肝脏表现主要包括：因进行性肝纤维化导致的门脉高压，以及胆管炎。门脉高压可致脾肿大、血小板减少、食管静脉曲张，甚至严重出血。尽管如此，肝细胞功能通常保留，血清肝酶多在正常范围，仅胆汁淤积指标可能异常，这也导致临床上对肝病的评估与监测较为困难。
约 10% 的 ADPKD 患者可发生脑动脉瘤，但 ARPKD 中仅有少数报告。高血压是脑动脉瘤的主要危险因素，在 ADPKD 与 ARPKD 中均可见[28]。鉴于儿童脑动脉瘤极为罕见，一些病例可在早期即被诊断出。此外，ARPKD 还可伴随其他肾外及肝外表现，如左心室肥大、反复呼吸道感染、神经系统异常、眼底病变、腹痛、脓毒症发作、脊柱及肢体畸形等。
虽然大多数 ARPKD 患者病程类似，但表型表现可高度不典型。在老年人群中，部分病例仅表现为中度肾或肝受累，甚至仅有单一器官的表型。这一现象可能与 PKHD1 杂合突变携带者风险增加有关。虽然 ARPKD 为隐性遗传，理论上杂合者无临床表现，但研究发现，PKHD1 杂合突变可能增加 PLD 和轻度 PKD 的发病风险。
诊断
由于常染色体隐性多囊肾病（ARPKD）多在早期即表现出严重症状，常于产前被诊断。自妊娠中晚期起，超声检查即可发现肾脏增大、回声增强及髓质高回声等特征，提示皮髓质分化消失。肝实质回声弥漫增强并伴纤维组织增生也是典型表现。羊水过少会增加诊断难度，此时应联合应用超声和胎儿 MRI 以提高诊断准确性。
约 30% 的 ARPKD 病例在超声中可见微囊肿（5–7 毫米），而直径大于 10 毫米的囊肿较罕见，出现此类大囊肿常提示其他纤毛病，如 Meckel 综合征。轻度病例可能难以顺利获得产前超声发现，在这类情况下，基因检测可为明确诊断给予支持。
PKHD1 基因被鉴定后，可采用 Sanger 测序进行基因诊断。但由于该基因巨大且突变具有高度等位基因异质性，PKHD1 的检测较为复杂。现在已不推荐对疑似 ARPKD 患者仅进行单基因检测，因为 ARPKD 的表型与其他纤毛病高度重叠。替代策略是采用下一代测序（NGS）等多基因并行检测方法，能在单次检测中低成本、有效地覆盖多个相关基因。在极少数新生儿重症病例中，甚至可能检测到双基因突变。
基因检测结果对临床管理至关重要，可指导疾病相关合并症的识别与干预，并为遗传咨询和未来的精准医学奠定基础。
鉴别诊断
ARPKD表型并非仅由PKHD1基因突变引起。这使得诊断和管理（包括围生期护理）变得十分困难。还需要考虑许多其他隐性和显性基因的影响（图1）。
图 1.ARPKD鉴别诊断示意图。PHKD1是ARPKD的主要致病基因，而DZIP1L的表型较轻。其他基因突变可能与ARPKD的临床表现重叠，例如PKD1和PKD2是常染色体显性多囊肾病（ADPKD）的主要致病基因；TSC2是结节性硬化症（TSC）的致病基因；以及其他一些基因，例如HNF1β、肾痨（NPHP）基因以及其他纤毛病，例如Bardet-Biedl（BBS）、Joubert（JS）和Meckel综合征（MKS）。这些重叠的表型体现了纤毛病基因之间存在的生理复杂性和功能性相互作用。
DZIP1L相关多囊肾病
在携带DZIP1L突变的患者中，已描述了中度常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 表现。与该基因相关的首例报告病例发生在产前或儿童早期；然而，尚未见围产期死亡病例的描述。
早期和重度常染色体显性多囊肾病（ADPKD）
大多数情况下，ADPKD 在成年前不会出现临床症状，但也有一小部分病例（高达 5%）在儿童期或出生前就已出现症状。现在尚无明确证据表明随机性、表观遗传性和环境因素会改变表型。如果一个孩子早发性 ADPKD，其家族中其他兄弟姐妹的患病率通常也较高，因此我们认为存在家族性修饰因素，例如复杂的遗传相互作用与第二个修饰因素。“剂量敏感网络”可能会损害细胞完整性，并可能解释这些患者更严重的临床病程。
临床上，常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 与 ADPKD 之间存在显著的重叠，但每种疾病也都存在一些特征性表现。与 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者不同，ADPKD 患者很少出现肝胆并发症。此外，ADPKD 患者更容易出现心血管合并症，尤其是颅内动脉瘤。
TSC2-PKD1 导致的早期和严重 PKD
TSC1和TSC2基因突变会导致结节性硬化症 (TSC)。这种多器官疾病主要与癫痫和皮肤表现相关。患者可能在肾脏、心脏和脑部出现非癌性肿瘤。肾脏表现是成年患者死亡的主要原因。当 16p 染色体缺失影响两个相邻基因（PKD1和TSC2 ）时，通常会导致 PKD 早期发作。此外，它们之间密切的生理相关性可以解释 PKD 和 TSC 之间的临床重叠；TSC2蛋白功能已被证明在协助多囊蛋白 1 定位中发挥作用。
HNF1β相关疾病
HNF1β/TCF2基因突变会导致产前肾脏高回声和波特氏序列，以及可能与 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 混淆的多囊肾肿大。将这些相似表型联系起来的一种解释是，HNF1β是一种转录因子，除了调节其他多囊肾基因外，它还调节PKHD1 的表达。然而，该基因突变可导致多种表现：肾囊肿和糖尿病综合征；生殖道缺陷；内分泌/外分泌腺疾病、低镁血症和肝酶升高。
肾痨（NPHP）
NPHP 被归类为常染色体隐性囊性肾病，其特征是伴有纤维化的肾小管间质囊肿。到现在为止，约有 20 个基因与隐性 NPHP 相关。与 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 不同，NPHP 肾脏仍然较小。囊肿和高血压通常仅在疾病晚期才显现，并且是 25 岁以下患者 ESRD 的主要原因之一。在某些情况下，其表现可能类似于 ARPKD，肾脏肿大或 Potter 序列。NPHP 蛋白与其他纤毛病蛋白在功能网络中协同作用；NPHP 基因的鉴定和表征有助于理解囊肿形成的分子机制。
髓质囊性肾病（最近被命名为肾小管间质肾病 TKD）是由MUC1和UMOD突变引起的，被认为是常染色体显性遗传 NPHP，其发病时间晚于隐性遗传。
其他纤毛基因突变
一些基因突变可能与ARPKD类似，而这些基因通常会导致其他（通常更复杂的）纤毛病，例如Bardet-Biedl综合征（BBS）、Joubert综合征（JS）和Meckel综合征（MKS）。BBS的表型可能存在异质性，但通常表现为肾脏肿大、回声增强，并伴有皮髓质分化缺失。最严重的纤毛病是MKS和JS，其特征是早发性发育障碍和神经系统问题，以及许多纤毛病的特征，例如肝纤维化、多指畸形和囊性肾。
另一个例子是冯·希佩尔-林道综合征（Von Hippel-Lindau），这是一种由肿瘤抑制基因VHL突变引起的常染色体显性遗传病。该病会导致中枢神经系统血管母细胞瘤，并伴有肾脏肿瘤。患者还很可能出现肾脏和胰腺囊肿。结节性硬化症（TSC）、VHL和多囊肾病（PKD）表现的相似性提示它们之间存在功能联系：初级纤毛和mTOR信号通路。
ARPKD的致病基因鉴定基因解码
bbin宝盈基因检测之前提到，常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 是由PKHD1基因突变以及最近发现的DZIP1L 基因突变引起的。PKHD1位于 6 号染色体 (6p12.3-p12.2)（图2 A），是人类最大的基因之一，其基因组片段长约 500 kb。预计该基因至少有 86 个外显子，以复杂的可变剪接变体模式组装，转录出约 8.5 kb–13 kb 的全长 mRNA 。已在该基因中鉴定出多种类型的致病突变。现在，已鉴定出约 750 种PKHD1突变，其中约一半是错义突变。外显子 3 的错义突变 (c. 107C>T; p.Thr36Me) 是所描述的最常见突变，占所有病例的 20% 以上 。这种突变已在杂合子的情况下观察到，具有第二个不同的突变等位基因。大多数病例是家族性的，但也有报道说存在新生突变，占病例的 2% 至 5%。有趣的是，在孤立性常染色体显性多囊肝病 (ADPLD) 的背景下，Besse 及其同事报道了几名患有PKHD1突变的杂合子携带者，他们队列中的 102 名 ADPLD 患者中有 10 名可由PKHD1突变解释，其中一名出现 p.Thr36Me 错义变异。临床观察显示，10% 的 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者表现为无数无症状肝囊肿，这是一个遗传事实。然而，这些数据不足以解释为什么常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中的PKHD1会导致严重的肝肾表型，而在 ADPLD 中却不会；在这方面，bbin宝盈基因检测正在进行更多的基因解码。
图 2.常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 基因、转录本和蛋白质：( A ) PKHD1和DZIP1L基因及转录本。图中标出了外显子的位置和编号，并显示了两者最长的转录本：PKHD1有 67 个外显子， DZIP1L有 16 个外显子；( B ) 纤维囊蛋白/多聚导管蛋白 (FPC) 和 DAZ 相互作用蛋白 1 样蛋白 (DZIP1L) 的结构。蛋白质未按比例绘制。
bbin宝盈基因检则利用全基因组 SNP 分析、全外显子组测序和桑格测序，确定了位于 3 号染色体 (3q22.1-q23) 上的DZIP1L （图 2 A），该基因编码一个由 767 个氨基酸组成的蛋白质，是一个与 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 发病机制相关的新基因。基因解码在 7 名具有常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 表型的患者（约占其患者的 0.3%）中发现了突变，而这些患者没有 PKD 基因的其他突变证据。他们在两个家族中发现了与该疾病分离的纯合错义突变（p.Gln91His 和 p.Ala90Val），并在另外两个无关的近亲家系中发现了纯合蛋白截短突变（p.Gln155* 和 p.Glu354Alafs*39）。数据表明DZIP1L突变不是该疾病的常见原因，但尽管如此，常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) NGS 诊断多基因面板应该针对该基因，原因有二：DZIP1L突变可能与其他 PKD 或纤毛病基因座相互作用，并有助于拓宽对该疾病遗传复杂性的理解。
基因型-表型相关性
复合杂合子的存在使得建立可能的基因型/表型关联变得复杂。最常见的突变是 c.107C>T (T36M)，它仅能解释约 20% 的突变等位基因，其他突变均未被描述为一个簇；事实上，许多变异是单个谱系所特有的。PKHD1 中存在多种致病变异，包括截短突变、错义突变以及内含子/剪接突变。通常，基因型-表型研究更多地关注突变的类型，而非突变的具体位点。
携带两个截短突变的患者表现出严重的表型，围产期或新生儿死亡率较高，而存在一个或两个错义突变的患者通常表现出中等程度的表型。然而，也有例外，Ebner 等人描述的一位携带两个PKHD1截短突变的患者在未接受肾脏替代治疗的情况下存活了出生后 30 个月；或者相反，几例携带两个错义突变的患者病情可能与截短突变一样严重。
此外，高达 20% 的兄弟姐妹表现出明显的表型差异，这意味着基因型不足以解释常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的表型变异，其中复杂的转录谱可能发挥重要作用。此外，有证据表明，在具有其他基因变异的 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 小鼠模型中，该疾病得到了改变；例如，Pkhd1 和 Pkd1 突变的共同遗传会使表型恶化；这在人类中是相关的，其中另一个 ADPKD 基因（ PKD2 ）的突变也会使肾脏表现恶化 。人们还认为，表观遗传学和环境因素，以及与 PKD 相关的其他基因的遗传变异，可以解释家庭间和家庭内的变异。
顺利获得基因指导氨基酸聚合形成的ARPKD蛋白：结构和功能
PKHD1的蛋白产物是纤维囊蛋白/多聚导管蛋白/FPC（图 2 B），它是一种膜蛋白，具有较长的胞外 N 末端、一个跨膜结构域和一个较短的胞质 C 末端尾巴。胞外结构域含有 12 个 TIG/IPT 结构域（免疫球蛋白样结构域），这些结构域已在细胞表面受体中描述。此外，在胞质尾区还鉴定出三个可能与其功能相关的蛋白激酶 A (PKA) 磷酸化位点。据报道，PKHD1同源物PKHD1L的同一性和相似性分别为 25% 和 41.5%，它编码纤维囊蛋白-L，这是一种可诱导 T 淋巴细胞表达的受体，尚未发现与 PKD 有关。 FPC 最长的开放阅读框 (ORF) 预测长度为 4074 个氨基酸。然而，PKHD1基因的剪接模式复杂，可编码多种其他基因产物。同样，FPC 表现出高度复杂的 Notch 样蛋白水解加工模式，该模式已在体外和使用小鼠模型的体内得到验证，这使得PKHD1 /FPC的研究尤为困难。
FPC 是一种 440 kDa 膜结合蛋白，主要在肾脏（皮质管和髓质管）、肝脏（肝内和肝外胆管）和胰腺（胰管）中表达。检测到两种分别为 ~ 230和~ 140 kDa 的 FPC 产物，更重要的是，在分泌的 FPC 产物的细胞级分中发现了 ~140 kDa 产物。在亚细胞水平上， FPC在肾上皮细胞和胆管细胞的初级顶端纤毛和纤毛基底体区中表达。此外，FPC 也在集合管细胞的顶端膜和细胞质中表达。 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 组织是否缺乏 FPC 表达存在争议，一些研究支持这一观点，但其他证据则表明并非如此，这表明 FPC 剪接变体在时间和空间上表达复杂。
FPC 的结构提示该细胞表面受体可能具有一定的功能，其顺利获得 N 端与细胞外配体相互作用，或顺利获得 C 端将细胞内信号传递至细胞核。胞质尾部在全长裂解后可转位至细胞核。然而，C 端的内在机制也被bbin宝盈基因检测进行解码，因为在小鼠模型中，C 端的缺失并未导致肾脏或肝脏囊性表型，这表明它对 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中的囊肿形成并非至关重要。
DZIP1L编码 DAZ（无精子症缺失）相互作用蛋白 1 样蛋白，这是一种锌指蛋白，具有多个卷曲螺旋结构域和一个靠近 N 端的 C2H2 型锌指结构域。锌指蛋白 DZIP1L 参与初级纤毛的形成，bbin宝盈基因解码认为它可能在多囊蛋白/PC（ADPKD 蛋白）的运输中发挥作用。研究结果强调纤毛过渡区可能是研究 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 发病机制的一个新的关键点。
ARPKD的发病机制/分子基础/疾病机制
ARPKD啮齿动物模型：从动物模型中吸取的教训
迄今为止，已开发出多种与人类 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 非常相似的动物模型（表 1）。早期 PKD 模型是由非直系同源基因的自发突变引起的，这些基因模拟了该疾病的隐性性状和表型。1985年报道的第一个小鼠模型是先天性多囊肾小鼠，即cpk。对该模型中疾病的开展和表现/外显率以及遗传学进行了广泛的研究。cpk模型导致C57BL /6J (B6) 品系发生自发突变，该突变与Cys1基因相对应。后来，在 20 世纪 90 年代，出现了其他基因座自发突变的模型，包括已充分研究的pcy小鼠，其Nphp3基因座发生突变。此外，还描述并表征了BALB/c 多囊肾 ( bpk ) 和幼年囊性肾模型 ( jck ) ，它们分别在Bicc1和Nek8中发生自发突变。随后，顺利获得化学诱导设计动物模型，如使用苯丁酸氮芥诱变程序取得的幼年先天性多囊肾 ( jcpk ) 。有趣的是，后来的研究表明，bpk和jcpk模型可以改进Bicc1基因中的突变位点。此外，顺利获得插入诱变，从大规模插入诱变程序中发现了Oak Ridge 多囊肾或orpk小鼠。
表 1.
常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的现有动物模型列表，或模拟其表型的动物模型列表。根据已发表的数据，动物模型按从最早到最新的顺序排列。
ARPKD 现有动物模型或模拟其表型的动物模型（按发表时间从旧到新排序）
| 模型名称 | 物种 | 基因 | 等位基因类型（突变类型） | 肝脏表型 | 肾脏表型 | 其他表型 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 模拟 ARPKD 的动物模型 | |||||||
| cpk (Cys1<sup>cpk</sup>) * | 小鼠 | Cys1 | 自发性 |
∙ 肝囊肿 ∙ 胆管扩张 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 |
∙ 胰腺囊肿 | [77,93–96] |
| pcy (DBA/2-pcy/pcy) (Nphp3<sup>pcy</sup>) * | 小鼠 | Nphp3 | 自发性 | 无 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 ∙ 肾纤维化 |
∙ 颅内动脉瘤 | [79,80,97] |
| bpk (Bicc1<sup>jcpk-bpk</sup>) * | 小鼠 | Bicc1 | 自发性 | ∙ 胆管扩张 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 |
∙ 早逝 ∙ 出生后致死 |
[81] |
| jck (Nek8<sup>jck</sup>) * | 小鼠 | Nek8 | 自发性 | 无 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 |
∙ 早逝 | [82] |
| orpk (Ift88<sup>Tg737Rpw</sup>) * | 小鼠 | Ift88 | 转基因（插入） |
∙ 胆管结构异常 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 |
∙ 胰腺囊肿 ∙ 多指畸形 |
[87,88] |
| jcpk | 小鼠 | Bicc1 | 化学诱导 | ∙ 胆管扩张 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 |
∙ 胰腺导管扩张 | [85] |
| 模型名称 | 物种 | 基因 | 等位基因类型（突变类型） | 肝脏表型 | 肾脏表型 | 其他表型 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ARPKD 动物模型 | |||||||
| PCK | 大鼠 | Pkhd1 | 自发性（剪接突变） |
∙ 肝囊肿 ∙ 胆管扩张 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾肿大 ∙ 肾纤维化 |
∙ 胰腺囊肿 | [89,98] |
| Pkhd1<sup>ex40</sup> | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（插入） |
∙ 肝囊肿 ∙ 肝纤维化 |
无 | ∙ 门脉高压 | [90] |
| Pkhd1<sup>del2/del2</sup> (Pkhd1<sup>tm1Cjwa</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 肝囊肿 ∙ 胆管扩张 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 |
∙ 胰腺囊肿 ∙ 胰腺导管异常 |
[99] |
| Pkhd1<sup>del3–4</sup> (Pkhd1<sup>tm1.1Ggg</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 肝囊肿 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾纤维化 |
∙ 胰腺囊肿 ∙ 胆总管囊肿 ∙ 上行性胆管炎 |
[60] |
| Pkhd1<sup>del4/del4</sup> (Pkhd1<sup>tm1Som</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 肝囊肿 ∙ 胆道囊肿 ∙ 肝纤维化 |
无 |
∙ 胰腺囊肿 ∙ 胰腺纤维化 ∙ 脾肿大 |
[100] |
| Pkhd1<sup>e15GFPΔ16</sup> (Pkhd1<sup>tm1Gwu</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 肝囊肿 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 ∙ 肾纤维化 |
∙ 胰腺囊肿 ∙ 胰腺导管扩张 ∙ 胃肠道溃疡 |
[101] |
| Pkhd1<sup>lacZ</sup> (Pkhd1<sup>tm1Sswi</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 胆管扩张 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 ∙ 肾纤维化 |
∙ 胰腺囊肿 | [102] |
| Pkhd1<sup>LSL(-)</sup> (Pkhd1<sup>tm2Cjwa</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（插入） |
∙ 肝囊肿 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 |
∙ 未知 | [103] |
| Pkhd1<sup>Δ67</sup> | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） | 无 | 无 | 无 | [67] |
| Dzip1l<sup>wpy/wpy</sup> (Dzip1l<sup>warpy</sup>) * | 小鼠 | Dzip1l | 靶向敲除（点突变） | ∙ 胆管结构异常 |
∙ 肾囊肿 ∙ 肾小管扩张 |
∙ 多指畸形 ∙ 眼部结构异常 ∙ 上唇裂 ∙ 腭裂 |
[37] |
| Pkhd1<sup>C642*</sup> (Pkhd1<sup>em1Mrug</sup>) * | 小鼠 | Pkhd1 | 靶向敲除（缺失） |
∙ 肝囊肿 ∙ 胆道囊肿 ∙ 肝纤维化 |
∙ 肾小管扩张 ∙ 近端肾小管扩张 |
∙ 未知 | [67] |
* 模型名称根据 MGI (小鼠基因组信息学) 。Ref. = 参考。KO = 敲除。
21 世纪，随着PKHD1作为 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 主要基因被发现，首个 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 动物模型出现。多囊肾大鼠或 PCK 大鼠因其缓慢进展的肾脏和肝脏疾病而被最初提议作为 ADPKD 模型，但后来证实PCK 大鼠的Pkhd1基因被破坏。首个基于Pkhd1的转基因小鼠模型是Pkhd1 ex40，后来出现了许多其他模型，以及基于Dzip1l的模型（表 1）。值得注意的是，肝脏 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 样表型始终存在于所有基于Pkhd1的模型中，但肾脏表型通常缺失。有趣的是，与 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者不同，这些模型中经常出现胰腺囊肿 [ 6 ]。
常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中囊肿形成的关键或主要分子机制仍不清楚。尽管如此，动物模型使我们能够扩展对该疾病不同阶段的理解，从囊肿形成到囊肿进展。在这个复杂的过程中，已经描述了几种改变的分子通路，例如液体分泌、细胞异常增殖（如 mTOR、RAS-RAF-ERK 和 AKT）、由 PKA 激酶和 AC6 调控的 cAMP 通路、细胞外基质 (ECM) 改变等。因此，近几十年来，由于存在多种动物模型，对 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 病理生理学的理解有所提高。然而，常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中囊肿形成的关键内在分子机制仍然未知，导致人们对分析该疾病的机制和开发新的治疗策略越来越感兴趣。接下来，我们回顾一下 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中的主要分子通路。
7.2. EGFR轴表达和液体分泌异常
1992 年，顺利获得证明 PKD 患者原代培养细胞可增加囊肿扩张，首次发现了 PKD 中表皮生长因子受体 (EGFR) 轴发生改变的证据[ 105 ]。随后，在从 ADPKD 患者分离的原代细胞中，表皮生长因子 (EGF) 刺激了囊肿形成[ 106 ]。在 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中，第一批数据来自cpk小鼠模型肾脏提取物，结果显示 EGF 表达上调[ 107 ]。逐渐地，其他证据也表明 EGFR 在体外[ 108 ]、小鼠模型[ 88,109,110 ]和 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者[ 111,112 ]中发挥了重要作用，其中 EGFR 上调位于囊性上皮表面。同样，已证实 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者存在EGF[ 113 , 114 ] 和转化生长因子 α (TGFα)[ 115 ] 的异常表达，且 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 啮齿动物模型中发现 EGFR 受体家族的几个成员（EGFR1、ErbB2 和 ErbB4）过表达[ 72 , 116 ]（图 3 A）。这种过表达包括 mRNA、蛋白质和受体活性或磷酸化的增加 [ 92 ]。此外，动物模型的证据表明 EGFR 轴的肝囊肿形成中存在类似的异常[ 117 ]。
图 3.
ARPKD分子发病机制：( A ) ARPKD肾上皮细胞中可能上调、下调或失调的通路及可能的潜在治疗方法；( B ) ARPKD蛋白在肾上皮细胞纤毛中的定位示意图。FPC位于纤毛的初级顶端及基体区域，而DZIP1L位于纤毛基体的过渡区。 （FPC—纤维囊蛋白/多聚导管蛋白；DZIP1L—DAZ 相互作用锌指蛋白 1 样；PC1—多囊蛋白 1；PC2—多囊蛋白 2；TGF—转化生长因子；ENaC—上皮钠通道；Na + —钠阳离子；EGFR—表皮生长因子受体；VEGF—血管内皮生长因子；Cl − —氯阴离子；SMURF—SMAD 特异性 E3 泛素蛋白连接酶；Nedd4-2—E3 泛素蛋白连接酶 Nedd4-2；SRC—原癌基因酪氨酸蛋白激酶 Src；AKT—RAC-alpha 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶；Ca + —钙阳离子；PDE—磷酸二酯酶；mTOR—雷帕霉素哺乳动物靶蛋白；MAPK—丝裂原活化蛋白激酶；RAF—快速加速纤维肉瘤；MEK—丝裂原活化蛋白激酶激酶；ERK—细胞外信号调节激酶；Rhoa—Ras 同源物家族成员 A；ER—内质网；PKA—蛋白激酶 A；cAMP—环磷酸腺苷（环 AMP）；ATP—三磷酸腺苷；AC6—腺苷酸环化酶 6 型；AQP2—水通道蛋白 2；V2R—加压素受体 2；AVP—精氨酸加压素；MMPs—基质金属蛋白酶）。
EGFR信号传导与囊肿形成相关，EGFR酪氨酸激酶活性上调与囊肿生长之间存在相关性。改良的orpk模型（wa2小鼠）顺利获得点突变降低EGF酪氨酸激酶活性[ 118 ]，结果显示囊肿形成显著减少，肾功能改善[ 110 ]。此外，使用EGFR特异性酪氨酸激酶抑制剂进行药物抑制可降低EGFR活性，从而显著减缓囊肿进展[ 119、120、121 ] 。有争议的是， PCK大鼠的EGFR酪氨酸激酶抑制剂并未减缓肾囊肿的进展[ 122 ]。
上皮分泌是囊肿形成的关键病理生理学组成部分。常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 净液体分泌中钠摄取量的减少被认为与上皮细胞钠通道 α 亚基中 EGF 的减少有关 [ 123 , 124 ]。然而，关于这一主题的研究数据相互矛盾 [ 116 ]。在源自 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 患者囊肿的细胞中，有人认为钠的吸收是由上皮细胞钠通道 (ENaC) 介导的 [ 125 ]。此外，该机制被认为是 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 高血压的调节剂 [ 125 , 126 , 127 ]。
另一方面，数据显示，在ADPKD中，Cl−分泌是顺利获得囊性纤维化跨膜传导调节器（CFTR）进行的[ 128,129 ]。然而，在ARPKD中，这种机制似乎没有相关性。在bpk小鼠模型中，CFTR的缺失并未减缓肾脏和肝脏囊肿的进展[ 130 ]。这些数据表明，ADPKD和ARPKD中Cl−和液体分泌的机制不同。
7.3. cAMP与增殖
多项研究表明，腺苷酸环化酶腺苷3′,5′-环磷酸腺苷 (cAMP) 通路可刺激ARPKD和ADPKD患者肾脏上皮细胞增殖。囊肿上皮细胞中 cAMP 生成异常，导致囊液中 cAMP 含量高 [ 122 , 131 , 132 , 133 ]。cAMP 可激活 ADPKD 患者肾脏囊肿上皮细胞中的 B-Raf、MEK 和 ERK 通路 [ 134 , 135 , 136 ]，以及培养的 ADPKD 和 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 细胞中的 B-Raf、MEK 和 ERK 通路 [ 133 ]。同样，这些结果与一些数据相辅相成，这些数据显示在几种 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 啮齿动物模型中，MAPK 和 AKT/mTOR 通路在蛋白质水平上调 [ 137、138、139、140、141 ]。这些事实与细胞内 Ca 2+的减少和 SCR 蛋白的磷酸化相关 [ 142、143、144 ]。尤其是，阻断细胞内 Ca 2+可提高培养 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 细胞中的 AKT 和增殖活性 [ 143 ]。这项研究为将细胞内钙水平恢复作为 PKD 的治疗方法给予了机会。
PKD 中钙失调导致加压素 V2 受体上调 [ 136 , 138 ]，从而激活 cAMP/PKA 级联 [ 145 , 146 ]。在临床前试验中，V2 受体拮抗剂已证明其在 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 大鼠模型中有效，可降低肾脏 cAMP 水平并改善囊性肾病 [ 137 ]（图 3 A）。这一事实已在 ADPKD 的临床前 [ 147 , 148 ] 和临床水平 [ 149 ] 得到进一步研究、审查和理解，以至于托伐普坦（一种加压素 V2 受体抑制剂）被批准用于人类患者 [ 150 ]，并且现在正在进行针对 ADPKD 儿童的试验（托伐普坦 ( NCT02964273 )）[ 151 ]。常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 相关的临床试验将在稍后进行审查。
7.4. ARPKD病理生理学涉及的其他途径
在 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 中还发现了其他致病特征，以及细胞外基质 (ECM) 和金属蛋白酶 (MMP) 表达的改变[ 152,153 ]、Pkhd1缺陷细胞中血管内皮生长因子 (VEGF) 和缺氧诱导因子-1α (HIF-1α) 的上调[ 139 ]、动物模型中过氧化物酶体增殖激活受体-γ (PPAR-γ) 的上调[ 154,155 ]或代谢改变[ 156 ]。在一项大型有趣的研究中，Kaimori 及其同事发表了有关 FPC 与 C2-WWW-HECT 结构域 E3 泛素连接酶家族成员之间的新功能关系的信息。作者将 FPC 定位在同时存在 Ndfip2 的囊泡中，Ndfip2 是一种泛素连接酶相互作用蛋白，参与运输和调节 Nedd4-2 泛素连接酶家族以及 SMURF1 和 SMURF2。这些数据可能顺利获得 TGF-β 信号通路解释 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 和肾脏和肝脏纤维化中的不同普遍表型，顺利获得 ENaC 介导的钠重吸收解释高血压，顺利获得 RhoA 泛素化和细胞骨架组织解释囊肿形成[ 127 ]（图 3 A）。在其他研究中，PKD 中的管状形态发生与平面细胞极性 (PCP) 异常有关[ 157 ]。然而，后来的研究却得出了相反的结果[ 158 ]。
7.5 纤毛的作用
图 3显示 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 蛋白（锌指蛋白 DZIP1L 和 FPC）位于纤毛中。纤毛是从哺乳动物细胞表面发出的长而微管的结构。初级纤毛的轴丝包含 9 个外周微管束（9 + 0 模式）。与正常纤毛功能丧失相关的病理称为纤毛病，包括 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) [ 159 ]。PC2 也称为 TRPP2，是瞬时受体通道 (TRP) 家族的成员，是一种钙通透性非选择性通道 [ 160 ]。PC2 和 PC1 形成受体-通道复合物，参与钙通路和纤毛反应 [ 161，162，163 ]（图 3B）。已证实 FPC 能与初级纤毛中的 PC2 相互作用并调节 PC2 通道活性 [ 101，164，165 ]。此外，据报道，在体内和体外，FPC 的 C 端与 PC2 的 N 端会发生物理相互作用，并且Pkhd1缺陷细胞表现出 PC2 通道活性失调 [ 101 ]。然而，Wang 等人发现，在 FPC 水平降低的细胞中，PC2 水平没有差异 [ 165 ]。使用新型Pkhd1小鼠模型的其他数据显示，删除Pkhd1的最后一个外显子、PC2 结合位点和核定位信号对小鼠没有明显的病理影响 [ 67 ]。此外，研究人员无法在转基因小鼠模型的肾脏样本中共沉淀 FPC-PC2。这些结果表明，FPC 的 PC2 结合域对纤维囊蛋白功能并非至关重要 [ 67 , 166 ]。
我们已描述了Pkd1和Pkhd1之间的遗传相互作用，将 ADPKD 和 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 联系在一起 [ 60 ]。因此，更多数据报道了其他啮齿动物模型中Pkd1和Pkhd1之间的这种遗传相互作用，描述了Pkd1和/或Pkhd1的轻度囊性疾病表型结合起来会增强其严重程度 [ 38,167 ] 。这些研究以及其他研究扩展了 FPC 和 PC1 之间的关系。使用体外模型，FPC 的缺失不会影响 PC1 的生物合成和定位，这表明 Pkd1 和 Pkhd1 之间的遗传相互作用是间接的[ 30,167 ]。
这些研究结果似乎与以下观点一致：PKD 蛋白在纤毛中形成功能性复合物，并具有共同的下游信号通路 [ 168 ]。有趣的是，纤毛丢失可抑制 ADPKD 小鼠模型和常染色体显性多囊肝病 (ADPLD) 小鼠模型中的肾囊肿生长 [ 169 ]。然而，在最近的一项研究中，Gallagher 和 Somlo 报告称，纤毛的丢失并不能减缓 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 肝病的进展 [ 170 ]。这些数据表明，至少在肝囊性表型中，ADPKD 和 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 没有共同的纤毛相关通路。
另一方面，根据多项细胞培养研究、斑马鱼和小鼠的发现，DAZ 相互作用蛋白 1 样蛋白 (DZIP1L) 定位于中心粒和纤毛过渡区初级纤毛 [ 37 ]。Lu 等人证明了 DZIP1L 与 septin 2 (SEPT2) 之间的相互作用，SEPT2 是一种参与维持过渡区纤毛周围扩散屏障的蛋白质 [ 171 ]，并且 DZIP1L 与纤毛过渡区蛋白 tectonic 1 (TCTN1) 共定位。在DZIP1L突变细胞中，多囊蛋白-1 和 -2 从基体到纤毛轴丝的运输发生改变；当它们正常分布在纤毛轴丝中时，两者都保留在基体中。然而，DZIP1L缺乏不会改变 FPC 的定位或表达 [ 37 ]。这些发现表明DZIP1L在多囊蛋白的运输中发挥着作用，并给予了将 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 与 ADPKD 联系起来的新证据。
8.临床试验
正如我们之前所指出的，PKD囊肿形成的核心或关键机制尚不清楚。细胞和动物研究表明，PKD的发病机制涉及多种途径。这些事实使得多种药物得以进入临床阶段（表2）。
表 2.
现在正在进行或已完成 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 临床试验。
| 标识符 | 干涉 |
研究设计 和特征 |
研究描述 | 赞助 |
|---|---|---|---|---|
| NCT04782258 | 托伐普坦 |
∙研究类型：介入性 ∙主要目的：治疗 ∙时间：2021年4月-2025年6月（预估） ∙患者：20人（预估，尚未招募） ∙分配：非随机 ∙干预模式：平行分配 ∙掩蔽：无（开放标签） |
∙本项三期临床试验的主要目的是评估托伐普坦 (OPC-41061) 对 8 天至 18 岁以下 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 婴儿和儿童的安全性。 ∙本研究的参与者将被分配服用托伐普坦 18 个月，并在研究期间接受密切监测。 |
大冢 制药开发与商业化公司， 美国新泽西州普林斯顿。 |
| NCT04786574 | 托伐普坦 |
∙研究类型：干预 ∙主要目的：治疗 ∙时间：2021 年 4 月 - 2025 年 7 月（预计） ∙患者：20 名（预计，尚未招募） ∙分配：N/A ∙干预模式：单组分配 ∙掩蔽：无（开放标签） |
∙本项3期试验的主要目标是评估托伐普坦 (OPC-41061) 对28天至12周龄ARPKD患儿的安全性、耐受性和有效性。 ∙本试验的受试者将被分配接受托伐普坦治疗24个月，并在研究期间接受密切监测。 |
大冢 制药开发与商业化公司， 美国新泽西州普林斯顿。 |
| NCT03096080 | 替塞瓦替尼 |
∙研究类型：介入 ∙主要目的：治疗 ∙时间：2017 年 3 月 - 2019 年 10 月（已完成） ∙患者：10 例 ∙分配：非随机 ∙干预模型：序贯分配 ∙掩蔽：无（开放标签） |
∙本项1期试验评估了Tesevatinib (KD019, XL647) 液体制剂单次递增剂量给药于ARPKD患儿（5-12岁儿童）的安全性和耐受性。 ∙为确定Tesevatinib液体制剂对ARPKD患儿的安全性，所有受试者在入组第一天均接受活性研究药物治疗。 |
Kadmon Corporation, LLC 美国宾夕法尼亚州费城。 美国威斯康星州密尔沃基。 |
| NCT01401998 | 观察性 |
∙研究类型：观察性 ∙时间：2011 年 7 月 - 2022 年 12 月（招募） ∙患者：200 名（预计） ∙观察模型：队列 ∙时间视角：回顾性任务 |
∙本研究收集ARPKD患者的临床和遗传信息，以拓展对疾病的认识。 ∙本试验的主要目标是创建一个临床和突变数据库，其中包含所有参与研究患者的临床信息和基因突变识别信息。 ∙突变数据库将有助于促进遗传学研究，例如基因型-表型相关性、新发病基因研究或修饰基因研究。 ∙创建包含受累个体和对照个体的人体组织的组织资源。 |
Lisa M. Guay-Woodford （合作者： 美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所 (NIDDK)）。 美国华盛顿哥伦比亚特区。 |
| NCT00068224 | 观察性 |
∙研究类型：观察性 ∙时间：2003 年 9 月 - 2021 年 2 月（已完成） ∙患者：374 例 ∙观察模型：队列 ∙时间视角：前瞻性 |
∙本研究评估了纤毛病（包括ARPKD）患者。 ∙研究的目的是更好地分析这些疾病的医学并发症，并找出有助于设计新疗法的特征。 |
美国国家人类基因组研究所（NHGRI）。 美国马里兰州贝塞斯达。 |
状态根据http://clinicaltrials.gov/，于 2021 年 4 月 6 日访问。
根据 3 期和 4 期临床试验的结果 [ 149 , 172 , 173 ]，现在正在进行两项使用托伐普坦药物干预的临床试验。这些试验的主要目的是评估托伐普坦对婴儿（8 天或更小）和儿童（小于 18 岁）（NCT04782258）以及儿科患者（28 天至 12 周龄）（NCT04786574）的安全性。另一方面，PKD 表现出异常的 c-Src 活性，连接 cAMP 和 EGFR 分子途径 [ 174 ]，并且其抑制可改善肾囊肿形成 [ 144 ]。这些数据促使 Sweeney 等人。研究EGFR轴、c-Src和VEGFR多激酶抑制剂特塞瓦替尼（TSV）作为ARPKD临床前研究中的潜在疗法的效果，并取得了良好的结果[ 175 ]。这些持续且有希望的结果促使ARPKD的TSV I期和II期临床试验取得批准（NCT03096080）。最后，正在进行两项观察性试验，以扩大对该疾病的分析（基因型-表型相关性、临床方面），并创建更精确的突变和临床数据库（NCT01401998和NCT00068224）。
9.结论
ARPKD领域在遗传学、诊断学和分子生物学领域取得了显著进展。第一时间，PKHD1基因（多年来不断被认为是唯一的ARPKD基因）的鉴定，以及最近DZIP1L基因的鉴定，并将其应用于基于新一代测序（NGS）的基因诊断。其次，对纤维囊蛋白/多聚导管蛋白的功能和定位的理解也取得了进展。最后，各种研究，尤其是在动物模型中，开始阐明该疾病发病机制中涉及的途径，并寻找可能的治疗方法。
然而，许多悬而未决的问题有待解答。DZIP1L 作为 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的第二个基因位点的新发现，为出现导致 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的新基因给予了可能性。在这方面，有必要应用基因未解析的全外显子组测序 (WES) 家族 (GUR) 来研究 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 表型。FPC 的确切功能仍然未知，其所有亚型的正确表征也尚不清楚。重要的是，驱动 PKD 囊肿形成的关键因素尚不清楚。由于这些原因，人们对 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的致病性知之甚少，即使在今天，也没有获批的替代疗法。为分析释 常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 的遗传和细胞基础，对该主题的研究成为摆脱这种困境的唯一出路。
