近年来,随着电镜和形态计量学检查在肾脏病理诊断中的应用,发现肾小球基底膜(glomerular basement membrane, GBM)变薄是部分无症状性血尿的唯一或主要病理改变,并提出了薄基底膜肾病(thin basement membrane nephropathy, TBMN)这一新的诊断名词。随后发现GBM变薄尚可见于多种疾病,现就此方面的有关进展简述如下。
(一)GBM厚度的变异
由于完全正常的肾组织来源困难,故通常以尸体肾、移植供肾以确定正常的GBM厚度[1]。文献所报告的正常GBM厚度差异较大,除因肾组织来源不同外,尚与下列因素有关:
1.年龄及性别[1,2]:正常人出生时GBM厚度约为100 nm,2岁以内增厚较快,9岁以后则缓慢增厚,40岁左右达高峰。儿童各年龄阶段GBM厚度范围(均值)如下:1~3岁100~340(220) nm,~5岁130~380(260) nm,~7岁160~410(280) nm,~9岁180~430(300) nm,~12岁190~440(310) nm。男性GBM厚度显著厚于女性,成年男性GBM厚度为342~494 nm,女性为315~448 nm。
2.测量方法:GBM厚度在同一肾组织的不同肾小球之间、同一肾小球的不同毛细血管袢之间可存在一定的差异[3~5],前者称为球间变异,后者称为球内变异。因此,应测定2~3个肾小球的多个血管袢的GBM厚度,求出均值以保证可靠。测定GBM厚度的方法目前有算术均数(arithmetic mean)和调和均数(harmonic mean)法二种。算术均数法需选择适宜测量的GBM节段:同时见到内皮细胞窗孔紧贴GBM内层呈线状分布和上皮细胞足突间隙,此目的是为避开正切面(tangential cuts),以减少因切片与GBM间角度的变异而造成GBM增宽的假象,Dische[1]认为这就增加了主观因素。调和均数法则随机测量毛细血管袢GBM厚度并对正切面进行数学校正,故无上述缺点,但计算繁琐。由于调和均数法测出的GBM厚度为正态分布,而用算术均数法测出的为偏态分布,故Dische[1]认为测量2个或2个以上的肾小球GBM的调和均数,是目前最合适的方法。此外,Coleman等[4]推荐应用GBM厚度分布直方图来全面衡量GBM厚度,可避免漏诊TBMN。
3.固定方法:肾组织标本如单独用饿酸固定,则可使组织在脱水阶段被抽提出大量的脂质和少量的蛋白质,标本皱缩而影响GBM厚度[3]。
(二)GBM变薄与血尿的关系
病理研究表明,GBM变薄者临床上多表现为持续性镜下血尿,如Abe等[6]在998份肾活检标本中发现有8例GBM变薄(<200 nm),他们均来自临床表现为持续性镜下血尿的患者。即使在呈其他病理改变的肾脏病中,伴有GBM变薄者血尿发生率亦高于无GBM变薄者。如在一组IgA肾病中伴有GBM变薄组镜下血尿发生率为96%,而单纯的IgA肾病(GBM厚度正常)为72%(P<0.02)[7]。对临床表现为特发性血尿患者肾组织病理研究亦显示GBM变薄或TBMN发生率较高,如在儿童再发性血尿中发生率可达26%。成人肾性血尿中发生率可达28%,高于IgA肾病(21%)[3]。可见,GBM变薄与血尿之间存在病因关系。
有关GBM变薄何以发生血尿目前尚不清楚。近年来有学者应用“修复缺陷学说”解释TBMN的血尿发生机制。该学说认为肾小球毛细血管袢上存在有红细胞可以通过的自然孔道(leaks),其数目与GBM厚度有关,当GBM变薄时,孔道数目增加,长度变短,使红细胞渗漏压增加而发生血尿[8]。
(三)TBMN的诊断标准和鉴别诊断
TBMN诊断的必备条件是GBM变薄,但何谓变薄尚未统一,应用各种有病变的肾组织,或以往他人的资料,无性别及年龄匹配的GBM厚度作对照是不妥的[9]。Dische[1]建议各单位应尽可能用标准方法建立自己的正常GBM厚度范围。Cosio等[10]采用的GBM变薄标准 如下:(1)弥漫或节段性GBM变薄,平均厚度<200 nm;(2)GBM变薄的区域占血管袢滤过膜的50%以上;(3)有一个以上的血管袢GBM变薄。TBMN诊断标准应以严格为宜,因:(1)GBM变薄在普通人群中发生率可达5.2%~9.2%,当在血尿患者中发现GBM变薄时,尚难确定其就是病因[9];(2)GBM变薄可为后天获得性病变(见后述)。Abe等[6]提出的成人诊断已被部分学者所接受[2]。具体如下:(1)光镜下肾小球正常或轻微异常;(2)GBM弥漫性变薄,厚度<200 nm或更薄;(3)免疫荧光检查未见免疫球蛋白和补体沉积;(4)除外Alport综合征(Alport syndrome, AS)和其他系统性疾病。儿童病例可借鉴此标准,但应根据各年龄段的GBM正常范围以确定GBM是否变薄。TBMN应与IgA肾病、系膜增殖性肾炎、AS相鉴别,其中与前二者区分相对较易。当AS有典型临床表现(肾功能减退、神经性耳聋、眼异常)及特征性病理改变(GBM致密层不规则增厚及广泛撕裂)时与TBMN鉴别不难。但儿童病例可缺乏典型症状而仅表现为单纯性血尿,GBM变薄亦可是唯一病理改变。因此,仅根据临床表现及电镜检查易将早期AS误诊为TBMN,此时,免疫组织化学或荧光检查有助于二者的区别。简言之:X连锁显性遗传(X-linked domine ant, XD)的AS(约占总AS的85%),其GBM缺乏Goodpasture(GP)抗原,即缺乏胶原Ⅳα3链的非胶原结构区的28 000单体,用Goodasture综合征患者血清或多克隆抗GP抗原兔血清孵育肾标本,XD-AS的肾组织均不着色。而TBMN均可正常着色;同样,针对α5(Ⅳ)链胶原区域的单克隆抗体不能着染XD-AS肾标本,而TBMN染色正常,TBMN肾小球对GP抗原单克隆抗体染色亦正常[11]。
(四)TBMN和IgA肾病
IgA肾病可发生多种形式的GBM损害,其中GBM变薄引人注目。Cosio等[10]报告IgA肾病中GBM局灶或弥漫性变薄的发生率为12%,系膜增殖性肾炎中为13%。Berthoux等[7]报告IgA肾病中约1/3发生GBM变薄;IgA肾病合并GBM变薄有以下特点:女性比例高,镜下血尿多见,多数有肾脏病家族史。Berthoux等[7]认为GBM变薄可能是IgA肾病独特的病理学标志,亦可能是二者偶合或致病基因上存在某种关联。Cosio等[10]根据IgA肾病和系膜增殖性肾炎中GBM变薄发生率高于其他病理类型、且多数有血尿家族史的特点,认为肾活检中发现GBM变薄提示以下几点:(1)存在家族性血尿;(2)GBM变薄者易罹患其他肾小球疾病;(3)当TBMN和其他肾小球疾病并存时,前者常干扰后者的诊断和治疗。目前对IgA肾病并GBM变薄病例的临床过程报告尚不一致,Cosio等报告这部分病例临床症状及病理损害均较重,而其他报告显示其特点类似单纯的TBMN。
(五)GBM变薄的发生机制
1.基因突变:家系调查表明,TBMN约80%~100%有阳性血尿家族史,后代中约50%发病,男女比例接近,显示其遗传方式为常染色体显性遗传[2,11]。此点与AS主要以XD方式遗传不同,加上免疫组化检查所见TBMN之GBM存在GP抗原而XD-AS缺如,说明二者有本质的区别。GBM主要由胶原Ⅳ组成,其分子由三条α肽链缠绕而成。已知α链(Ⅳ)亚单位有6种,即α1~α6链。相应的编码基因为COL4A1~COL4A6。α1(Ⅳ)、α2(Ⅳ)链广泛分布于多种基膜,而α3~α5(Ⅳ)链则主要分部于肾脏、耳、眼。已证实XD-AS发病系因COL4A5/COL4A6(位于X染色体)突变所致,常染色体隐性遗传的AS与COL4A3、COL4A4(位于2号染色体)突变有关。TBMN患者GBM极度变薄提示有胶原Ⅳ缺陷[11]。有人推测,胶原Ⅳ基因突变产生了TBMN。从遗传方式看,COL4A5、COL4A6在TBMN中的致病性可除外,有学者也排除了COLA1、COL4A2突变与TBMN有关的可能性[11]。最近有学者报告在一个良性家族血尿的家系中(先证者为TBMN),发现编码α4(Ⅳ)链胶原区域的COL4A4发生了错义突变(missense mutation)[12];但另一项研究则未发现TBMN家族存在有COL4A3、COL4A4突变,同时也排除了GBM另外二种组分——纤粘连蛋白(fibronectin)和层粘连蛋白B2(laminin B 2)的编码基因突变与TBMN发病有关,说明TBMN基因存在异质性(heterog neity)[13],其确切定位有待进一步研究。
2.获得性GBM变薄:多种获得性肾小球疾病可有GBM变薄,但有学者认为这不能除外是原发病和TBMN并存[10]。Coleman等[5]曾测定了8例微小病变型肾病的GBM厚度,发现6例(6/8)肾组织含有GBM显著变薄的肾小球,其中4例平均GBM厚度亦变薄,这些病例均无肾脏病家族史。对一例局灶性球性硬化者连续3次肾活检显示,其GBM厚度由正常而进行性变薄。他们还注意到即使已变薄的GBM,亦可随原发病好转而增厚至正常,即GBM厚度呈可逆性改变[14]。有学者报告了对类风湿性关节炎伴尿异常患者GBM厚度的测量结果,发现接受金制剂治疗者,其GBM厚度显著薄于未接受者,在肾小球脏层上皮细胞内含有金颗粒者几乎均发生了GBM变薄[15]。可见,GBM变薄可为继发性或获得性病变。已知脏层上皮细胞是GBM合成的主要细胞,其功能损害可导致Ⅳ型胶原合成和分布失衡而使得GBM厚度异常。
参考文献
1 Dische FE. Measurement of glomerular basement membrane thickness and its application to the diagnosis of thin-membrane nephropathy. Arch Pathol Lab Med, 1992, 116:43-49.
2 Bodziak KA, Hammond WS, Molitoris BA. Inherited disease of glomerular basement membrane. Am J Kidney Dis, 1994, 23:605-618.
3 Perry GJ, George CRP, Field MJ, et al. Thin-membrane nephropathy-a common cause of glomerular haematuria. Med J Aust, 1989, 151:638-642.
4 Coleman M, Haynes WDG, Dimopouls P, et al. Glomerular basement membrane abnomalities associated with apparently idiopathic hematuria: ultrastructural morphometric analysis. Hum Pathol, 1986, 17:1022-1030.
5 Coleman M, Stirling JW. Glomerular basement membrane thinning is acquired in minimal change disease. Am J Nephrol, 1991, 11:437-438.
6 Abe S, Amagaski Y, Iyori S, et&nb sp;al. Thin basement membrane syndrome in adults. J Clin Pathol, 1987, 40:318-322.
7 Berthoux FC, Laurent B, Alamartine E, et al. New subgroup of primary IgA nephritis with thin glomerular basement membrane (GBM): syndrome or association. Nephrol Dial Transplant, 1996, 11:558-559.
8 Schurek HJ. Mechanisms of glomerular proteinuria and hematuria. Kidney Int, 1994, 46(Suppl):12-16.
9 Cameron S. Thin-membrane nephropathy-how thin is thin? Lancet, 1990, 336:469-470.
10 Cosio FG, Falkenhain ME, Sedmak DD. Association of thin glomerular basement membrane with other glomerulopathies. Kidney Int, 1994, 46:471-474.
11 Vriesman PJC. Thin glomerular basement membrane nephropathy in adults. Nephron, 1998, 79:1-7.
12 Lemmink HH, Nillesen WN, Mochizuki T, et al, Benign, familial hematuria due to mutation of the type Ⅳ collagen α 4 gene. J Clin Invest, 1996, 98:1114-1118.
13 Ellis J, Fairley K, Savige J. Genetic linkage studies in thin basement membrane disease(Abstract). Kidney Int, 1997, 51:1320.
14 Coleman M, Stirling JW, Langford LR, et al. Glomerular basement membrane thinning in&nbs p;a patient with hematuria and hemoptysis mimicking Goodpasture′s syndrome. Am J Nephol, 1994, 14:47-54.
15 Saito T, Nishi S, Karasawa R, et al. An ultrastructural study of glomerular basement membrane in rheumatoid arthritis patients with urinary abnormalities. Clin Nephrol, 1995, 43:360-367.