补体系统在年龄相关性黄斑变性发病机制中的意义——现有证据和临床应用

摘要

老年性黄斑变性（AMD）是西方社会致盲的主要原因，是一种具有遗传、环境和人口风险因素的复杂疾病[1–4]. 近年来，越来越多的证据表明炎症过程，包括补体系统的失调，在AMD的发病机制中起着重要作用。影响患者AMD易感性的补体蛋白基因编码多态性的发现推动了将补体系统作为AMD发病机制关键组成部分的研究[1–5].

然而，从长椅到床边的转换是一个复杂的过程，我们对补体系统在AMD中的作用的理解仍与床边相距甚远。本文旨在讨论补体系统在AMD发病机制中的意义，以及对当前和未来临床应用的影响。

弗斯特，简要概述了补体系统，以及其在AMD发病机制中的作用的证据。第二研究补体基因多态性的临床相关性。这包括遗传变异与补体激活改变或某些AMD亚型的关联，以及它们对AMD进展、治疗反应（药物遗传学）或对已知AMD可修改风险因素（基因-环境相互作用）的干扰的可能影响。第三，我们总结了可能为我们提供未来治疗选择的方法。

补体系统及其在AMD发病中的作用

基于特异性和即时性，免疫过程被分为两个主要的效应系统。适应性免疫系统和先天免疫系统两者紧密相连。适应性免疫系统是围绕B淋巴细胞和T淋巴细胞构建的，可实现抗原特异性识别和免疫记忆。相比之下，先天免疫系统的作用不那么特异，但更为即时。其主要效应之一是补体系统，该系统包含30多个血浆蛋白，组合浓度超过3 g/l[6,7]. 这种古老免疫系统的进化保存反映了其对机体完整性的生物学重要性[6].

补体系统可以通过三种不同的途径激活：经典途径、凝集素途径或替代途径。在每一个过程中，一个蛋白水解级联被放大，最终导致中心蛋白C3的激活。在C3激活的下游，补体系统的效应器可分为过敏毒素（C3a、C5a；导致炎症）、膜攻击复合物（MAC；导致细胞溶解）和调理素（导致调理作用）。

当补体蛋白C1q与抗原上的抗体结合时，经典途径被激活。相反，凝集素途径使用模式识别受体（PRR），如甘露糖结合凝集素（MBL）来识别病原体相关分子模式（PAMPs）。补体替代途径（APC）将被更详细地描述，因为目前的证据表明，它在AMD的发病机制中是最重要的。有关补充系统的更深入信息，请读者参阅优秀评论[6,7].

APC（图1)最初由C3的持续低水平自发水解激活。C3与因子B的结合允许因子D将因子B裂解为Ba和Bb。产生的产物之一C3bBb是一种C3转化酶，可启动扩增环，从C3中产生更多C3b和C3a。APC的非受控激活将导致自发布损坏。因此，监管机构有必要防止APC的不当激活和行动[6]. 此类调节器可加速预先形成的C3转化酶的衰变，例如衰变加速因子（DAF；CD55）、补体受体1（CR1）和补体因子H（CFH），或通过降解其成分（例如C3b）阻止转化酶的形成[6]. 后者是因子I的功能，需要其他补体调节因子（CR1、CFH、膜辅因子蛋白[MCP；CD46]）作为辅因子。这两个过程最终限制了补体的进一步激活。其他调节剂可能抑制MAC介导的细胞裂解（CD59、卵磷脂、S蛋白）或可能裂解过敏毒素（羧肽酶N、B和R）。补体的调节因子可进一步分类为细胞结合的（例如MCP、CR1、DAF、CD59）或位于液相的（CFH、玻璃体凝集素、S蛋白）。CFH是后者中最重要的调节器。

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图1

替代补体级联的蛋白质分型于黑色（见正文）。在红色font是目前临床试验中的治疗药物。有关治疗剂的进一步说明，请参阅正文

补体系统参与AMD发病机制的证据

目前有三条来自人类研究的独立证据支持补体系统参与AMD发病机制（图2):

• 供体眼的免疫组织化学和蛋白质组学研究
• 遗传关联研究
• 外周血补体蛋白水平的研究

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图2

来自人类研究的三条证据支持补体系统参与年龄相关性黄斑变性的发病机制。局部（免疫组织化学证实）和系统（血浆蛋白研究证实）补体激活增加可能是由于遗传风险状况，并可能受到各种其他因素的影响

第一条证据来源于对补体级联、其调节因子和其他炎症标记物的蛋白质的免疫组织化学检测。与对照组相比，AMD患者的供体眼中这些指标增加，并且特征性地局限于drusen，这是早期AMD的标志性临床发现[5,8–13]. 进一步的支持证据来自黄斑布鲁赫膜/脉络膜复合体的定量蛋白质组学分析。与对照眼相比，AMD供体眼的许多补体蛋白升高[14]. 正常眼睛中也存在补体蛋白，如CFH[15]，因此可能具有生理功能。CFH的疾病相关变体与布鲁赫膜的亲和力较低[16]这可能导致选择性补体级联反应的不受控制，从而增加局部激活。

AMD易感性的遗传因素的证据来自双胞胎和家族研究，这些研究一致表明家族史阳性个体的易感性增加[17–23]. 2005年，遗传关联研究显示，补体因子H（CFH）基因多态性与AMD风险增加或降低有显著相关性[15,24–26]. 通过识别编码补体系统蛋白质的额外基因及其与AMD发病风险增加或减少的相关性，进一步证实了补体系统的重要性。这些包括编码补体因子B/C2（CFB）的基因[27–29]，C3[30–32]，系数I（FI）[33,34]和CFH相关蛋白1和3[35,36]. 然而，这些变异体与AMD之间的相关性似乎比CFH公司此后，大量独立研究一致证实AMD与风险修饰补体基因多态性相关。对于遗传性AMD易感性的更深入的讨论，读者可以参考其他最近的全面综述[1,37–40].

第三条证据来源于对血液补体蛋白水平的研究。数据显示，AMD患者外周血中的系统补体激活增加（见下一节）[41–43].

人类研究的证据得到了大量在体外和动物研究。值得注意的是，随后的体外功能分析提供了以下生物相关性的证据CFH公司变体。改变的蛋白质结构CFH Y402H型“风险”变体导致与靶分子（如C反应蛋白和肝素）与细胞表面和布鲁赫膜的结合亲和力降低[16,44–50]. 相比之下立方英尺/小时V62I变异体被发现是C3转化酶形成的更强抑制剂[51]. 此外，已有研究表明，脂褐素的成分（其积累是AMD疾病过程的一部分）可能激活补体[52]. 此外，吸烟以及积聚在视网膜下间隙的羧乙基吡咯（CEP）加合物的低度免疫反应可能导致小鼠模型眼底补体激活[53,54]. 老年小鼠（与年轻小鼠相比）RPE/脉络膜复合体的转录谱显示补体途径的蛋白质显著增加[55]. 因此，AMD发展的主要风险因素，如氧化应激、衰老和吸烟，与补体系统的激活有关。此外，RPE生理受到补体激活的影响，RPE也能够调节自身补体蛋白的产生，这表明RPE细胞可能在调节视网膜补体激活中发挥重要作用[56–59]. A类CFH公司-/-已经描述了在老年时发展视网膜表型的小鼠模型[60].

补体基因变异的临床相关性

AMD患者的系统补体激活

AMD供体眼的免疫组织化学研究和遗传研究数据表明，AMD的发病机制主要涉及APC。这导致了这样一种假设，即如果相关基因多态性对AMD发病机制具有生物学意义，则会导致补体级联激活状态的可测量差异。事实上，第一项全面评估AMD患者和对照组APC蛋白血浆浓度的研究发现，AMD队列中的活化产物水平较高[41]. 具体而言，所有测试的活化产物（Ba、C3d、MAC、C3a、C5a），尤其是慢性补体活化的标志物（Ba和C3d；第页 < 0.001）显著升高。在激活调节因子D中观察到类似的变化，但在C3、C4或CFH中没有观察到。APC蛋白标记物浓度的增加与患者和对照组CFH单倍型相关，表明APC的基因控制激活。随后在一个更大的患者和对照独立队列中进行的一项研究基本上证实了这些结果，表明血浆蛋白水平和遗传标记物都可以单独预测AMD[43]. 补体底物（因子B）、调节因子（因子D）和活化产物（Ba和C3d）水平的一个标准差变化与AMD风险增加约5倍有关（图三).

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图3

AMD的预测和血浆补体水平对AMD风险的影响。所示为与具有所有四种蛋白质平均水平的参考组（R）相比，血浆因子D、因子B、C3d和Ba水平发生AMD风险的各组合标准差变化的比值比。上的数字x和年轴表示上述（1）的标准偏差变化、以下（−1）的变化以及每个蛋白质校正和标准化血浆水平的平均值（0）。来自Hecker等人[43]; 经牛津大学出版社许可

对这些观察的支持来自前面提到的体外生化研究，这可能解释了CFH下游激活产物的可变浓度，因为与CFH变体相关的生物活性存在差异。Hecker等人的研究进一步揭示了补体激活与基因多态性的关联循环流化床，并表明血液中APC的激活随着年龄的增长而增加[43]. 在AMD晚期亚型中观察到因子D、因子B、Ba和C3d的血浆蛋白水平有更大的增加趋势，这表明血液中补体的激活可能与AMD的进展有关。第三项针对晚期AMD患者的研究也发现AMD患者补体激活增加：雷诺兹及其同事研究了一组略有不同的补体蛋白，发现C5a和Bb的血浆浓度增加，与基因型无关。该小组还发现，患有地理性萎缩的患者的CFH血浆浓度降低，这一发现在其他两项研究中均未见报道。此外，该研究提供了体重指数增加与补体激活片段相关的证据[42].

一项大型病例对照研究进一步支持了异常补体激活与AMD之间的关联，该研究揭示了AMD与已知的与全身补体激活相关的疾病之间的关联[61]. AMD患者比对照组更常患系统性红斑狼疮（混杂因素校正OR=1.83）和肾小球肾炎（校正OR=1.46）。此外，2型膜增生性肾小球肾炎（MPGN）患者补体活化失控[62]，可能会显示AMD患者通常观察到的视网膜病变的现象，如水肿[63–66].

值得注意的是，这些研究为未来的临床试验提供了依据，这些试验旨在系统调节补体激活以预防AMD。然而，迄今为止可用的证据与补体激活与疾病风险之间的联系有关。目前，人类研究没有证据表明，当晚期AMD已经形成时，补体激活仍然是关键。

新兴药物干预

由于补体激活与AMD易感性之间的联系已明确确立，因此调节补体系统似乎是降低AMD发病风险、防止AMD早期向晚期发展、治疗晚期AMD的合理策略，或用于优化当前可用的治疗，例如VEGF-A抑制。

一些化合物目前正在进行1或2期临床试验（见图1; 2010年8月4日访问的临床试验数据库）。

电位计-4（Potentia Pharmaceuticals/Alcon）是小环合成肽compstatin的类似物，compstatin是中枢补体蛋白C3的抑制剂。缓释制剂旨在玻璃体内注射后几个月内提供治疗药物浓度。已经完成了一项针对亚中心CNV AMD患者的前瞻性、非受控、非随机化、剂量递增的1期试点安全性研究（ClinicalTrials.gov Identifier:NCT00473928）。

埃库利珠单抗（Soliris®，Alexion Pharmaceuticals）是一种抑制C5的单克隆抗体。该药物被批准用于阵发性夜间血红蛋白尿症（PNH）的全身治疗，该病的特征是红细胞缺乏CD59表达。Eculizumab目前正在对非分泌性AMD（水肿或局部萎缩）患者进行二期临床试验（ClinicalTrials.gov Identifier:NCT00935883）。在这项随机、双臂、双盲研究中，患者通过静脉输液接受药物。主要观察指标分别是地理萎缩的增长和水肿体积的变化。

ARC1905型（Ophthotech Corporation）是一种抗C5受体，通过玻璃体内注射，目前有两项注册的1期临床试验。ARC1905旨在结合C5，以防止其在补体级联激活期间发生相互作用。在一项临床试验中，在一项非随机、开放标签、非受控的安全性研究中，ARC1905用于新生血管性AMD的联合治疗，包括多次或仅一次诱导剂量的玻璃体内注射雷尼珠单抗（ClinicalTrials.gov Identifier:NCT00709527）。第二项试验（ClinicalTrials.gov Identifier:NCT00950638）是一项随机、开放标签的剂量比较研究，旨在阐明玻璃体内应用ARC1905治疗干燥性AMD（水肿和/或局部萎缩）的安全性。

FCFD4514S型（基因泰克/罗氏）是一种玻璃体内注射的抗补体因子D抗体片段。与ARC1905类似，其安全性目前正在一项针对干性AMD（地理性萎缩；ClinicalTrials.gov标识符：NCT00973011）患者的1期试验中进行评估。

其他几种化合物目前正在临床前阶段进行测试，目的是抑制激活的补体蛋白的作用或使补体级联增加的激活正常化。

结论

从人类免疫组织化学、遗传学和蛋白质组学研究中有强有力的证据支持补体系统在AMD发病机制中的主要作用，这也得到了大量体外和动物研究的进一步支持。基因控制的全身补体激活可能对黄斑作为“小粒细胞抵抗位点”产生重大影响。此外，改变的补体蛋白可能具有特定的局部效应，例如在RPE和Bruch膜水平上对补体激活的控制受损。

旨在调节补体级联过程的治疗药物需要平衡抑制的有益效果与保持足够的免疫反应和组织稳态功能活性[114]. 这在慢性疾病（如AMD）中似乎最为重要，因为在AMD中，长期治疗对于预防因疾病早期转化为晚期而导致的视力丧失似乎至关重要。理想情况下，药理作用将作用于AMD病理生理学的关键失调元素，使其余的补体系统基本上不受影响。

对于补体系统的单个成分对AMD发展、表型变异性和进展的影响，目前仍缺乏相关知识。最好针对与疾病进展有关的机制，而不仅仅是与疾病易感性有关的机制。此外，目前还没有足够的证据来确定系统或局部补体成分或两者的失调是否是AMD发病的主要因素。这些知识可能会影响首选的用药途径。其他地方提供了关于补体抑制治疗的潜在和当前策略的更详细总结[114,115].

由于AMD早期到晚期的年进展率相当低，因此可能需要对大量患者队列进行多年研究，以检测任何干预措施对晚期疾病转化率的预防效果。AREDS已经表明，必须确定具有高进展风险的早期AMD患者，以提供足够的能量来检测预防效果。

在新出现的治疗试验中，充分的疾病监测至关重要。针对补体系统的化合物可能在AMD早期阶段最为有益，因为这些阶段的治疗效果可能很微妙。诸如drusen volume之类的生物标记物还没有明确确定为有意义的替代终点。因此，可能需要高分辨率的多模式功能和/或形态评估策略，以识别和正确解释可能的治疗效果[116].

致谢

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