Frontiers｜遺伝性腎結石症の最新情報とドイツにおける新たな臨床患者登録の導入｜小児科学

一般人口における腎結石症の発生率と有病率は上昇し続けている。生涯有病率は最大10％で、腎石症（NL）および腎石灰化症（NC）は、特に欧米諸国において大きな健康負担となっている（1）。 NLおよびNCは、再発、外科的/内視鏡的介入の繰り返し、および炎症の併発により、重大な罹患率と慢性腎臓病への進行と関連しています。腎結石の形成は、尿中の結晶化阻害物質（クエン酸塩、マグネシウム、ウロモジュリン、ピロリン酸など）と促進物質（シュウ酸塩、カルシウム、リン酸塩、尿酸塩、シスチンなど）の不均衡により、過飽和度を超え、Randallの斑で凝集、核生成、結石成長が連続することにより起こると考えられている（図1）。このアンバランスは、シュウ酸塩の腸管での不正分泌やカルシウムの腎臓での不正吸収など、促進因子または抑制因子の腸管および腎臓での取り扱いが変化することに起因する（図1）

FIGURE 1

www.frontiersin.org

Figure 1. 腎結石形成につながる尿中インヒビターと結晶化促進因子の不均衡。尿中のインヒビターとプロモーターの濃度は、腸と腎のトランスポーター（GI-Kidney axis）の影響を受け、コントロールされている。これらのトランスポーターと交換体、例えばSLC26A1は、分泌と吸収を担っている。シュウ酸塩に関しては、腸での高吸収と分泌不全、腎での高分泌と吸収不全により、尿中のシュウ酸塩濃度が過飽和度を超え、結晶化を促進し、連続した結石形成が起こる。

NLの根本的な病因は、環境、特に食事、ホルモン、遺伝など多因子に及ぶと考えられている。双子研究では、腎臓結石の遺伝率は56％と推定されており（3）、高カルシウム尿症結石形成者の最大2/3はNLを有する親族を持つ（4）。カルシウムを含む腎臓結石は全体の80％以上を占めるが、その遺伝的基盤はまだほとんどわかっていない(5)。 CLDN14、TRPV5、SLC34A1、ALPL、CASR、UMODの変異を除き、ゲノムワイド関連研究では、まだ実質的な遺伝要因は得られていない(6-8)。しかし、CASR、SLC34A1、SLC2A9など、メンデルベースで本疾患を伝播することが判明した遺伝子内では、リスクアレルが同定されている（9, 10）。現在までに、Online Mendelian Inheritance in Manで定義された表現型を持つ30以上の単一遺伝子が、変異した場合、NL/NCに関与することが確認されている（表1）

TABLE 1

www.frontiersin.org

Table 1. NL/NCの単発型の原因となることが知られている遺伝子。

単発型の遺伝様式には、常染色体優性、常染色体劣性、およびX連鎖遺伝が含まれる。興味深いことに、これらの遺伝子のいくつかでは、劣性遺伝と優性遺伝の両方の様式が報告されている。 SLC7A9、SLC34A1、SLC34A3、SLC2A9、SLC22A12、そしてSLC4A1である。症候群性疾患や重篤な先天性疾患の多くは劣性遺伝を示すが（Bartter、Lowe、Dent、FHHNC、感音性難聴を伴う遠位尿細管性アシドーシス）、軽症のものはむしろ優性遺伝子の変異が関与していると考えられている。腎臓の溶質トランスポーター（SLC34A1、SLC34A3、SLC9A3R1など）、クロライドチャネル（CLCN5）、タイトジャンクションタンパク（CLDN16/CLDN19など）、代謝酵素（AGXT、APRT、CYP24A1など）の欠損が認められている。したがって、根本的な欠陥は、ほとんどが腎臓の尿細管系にあり、それゆえ尿細管障害として帰結させることができる。逆に、原発性高シュウ酸尿症（PH）のように、肝酵素（AGXT、GRHPR、HOGA1）の機能障害によりシュウ酸が蓄積し、二次的に腎障害を起こす腎外疾患もNL/NCの原因として考えられる。それぞれの表現型は比較的稀な疾患であると考えられるが、単一遺伝子の場合、遺伝子の不均一性が大きいため、相当数の患者を占めると考えられる(42)。遺伝的不均質性とは別に、対立遺伝子にも変異があり、トランケート変異はむしろ機能喪失を引き起こし、ミスセンス変異（hypomorph）はむしろ微妙な障害を引き起こすことがあり、特に成人の結核患者では臨床的に観察することが可能である。もう一つの最近注目されている現象は、前述の腎臓結石遺伝子のいくつかにおける遺伝子投与効果に関するものである。例えば近位尿細管における主要なリン酸輸送体（NaPiIIc）をコードするSLC34A3では、ヘテロ接合体は野生型よりも有意に頻繁に腎石灰化や骨症状を示すため、もはや健常なキャリアーとは見なされないことが示された（ただし、二重接合体（ホモおよび複合ヘテロ）よりは程度が低い）（43）。 CYP24A1 の変異を持つ家系でも同様のことが報告されている(44)。腎結石症全体の有病率に対する単発性疾患の寄与については、これまで包括的に検討されてこなかった。特に、大規模な患者コホートにおける多数の原因遺伝子の広範なスクリーニングに基づく遺伝学的根拠は不足している。包括的な遺伝子検査は、これまでコストがかかりすぎて非効率的であった。 NL/NCの分子的原因を知ることは、予後、予防、治療にとって重要な意味を持つにもかかわらず、ほとんどのNL/NC患者にとって、原因となる遺伝子異常の変異解析は、それゆえ、手が届かなかったのである。臨床観察研究からは、大まかな推定値しか得られていない。膨大な数の結石成分分析のデータに基づいて、単原因は小児で9.6％、成人で1.6％を超えないという結論が出された(45)。しかし、この10年、ハイスループットシーケンス技術の登場により、この状況は変わり始めている。

High-Throughput Mutation Analysis in Patients with NL/NC

腎臓結石症患者の既知の疾患遺伝子における病因変異の有無を調べるために、マイクロ流体マルチプレックスPCRと連続NextGenシーケンス（フルイドーム/NGS）に基づく遺伝子パネルを構築した（46、47）。

「パイロット研究」として、典型的な腎臓結石クリニックから遺伝学的に未解決の268人（小児102人、成人166人）を連続的に募集しました。その結果，解析した30遺伝子のうち14遺伝子に50の劇症型変異を同定し，全症例の15％で分子診断に至った。小児では21％、成人では11％に原因変異が検出された（図2A）(48)。シスチン尿症遺伝子SLC7A9の変異は、成人のコホートで最も頻繁に見つかった（図2B）。 2つのフォローアップ研究により、これらの結果を確認することができた。まず、143人のNL/NC患者からなる小児だけのコホートでは、症例の17％が14種類の遺伝子における変異で説明された(49)。第二に、NL/NCの発症年齢が25歳以前の51家族のコホートでは、標的WESにより、ほぼ30%で遺伝的原因が検出された(50)。当然のことながら、劣性突然変異は新生児や先天性疾患の症例でより頻繁に見つかったが、優性疾患は通常、人生の後半に発現した。これらのデータは、分子診断が予後、予防、治療に影響を与える可能性があるにもかかわらず、遺伝性腎結石症が過小診断であることを示している。しかし、言及に値する限界は、前述の3つの研究すべてにおいて腎臓結石専門クリニックから募集したことによる選択バイアスの可能性である

FIGURE 2

Figure 2. NL/NC患者268人における既知の単原性腎石症（NL）/腎石灰化症（NC）遺伝子30個の変異解析。 (A）小児および成人サブコホートにおける単原因の割合。 (B）遺伝子間の単原因の数（赤は成人、オレンジは小児患者を示す）。注目すべきは、SLC7A9が特に若年成人において最も頻繁に変異していることがわかった。

候補遺伝子アプローチによる新規ヒト疾患遺伝子の同定

ハイスループット変異解析は、様々な候補遺伝子における病因変異のスクリーニングにも使用されている。最近の最も興味深い知見の一つは、SLC26A1におけるヒトの変異の発見である(32)。 2010年にDawsonらによってSlc26a1 (Sat1) -ノックアウトマウスにおけるCa-oxalate (CaOx) 腎臓結石の形成とNCが初めて記述されて以来、SLC26A1は真正のNL候補遺伝子とされてきた(51)。 SLC26A1は、近位尿細管、回腸、空腸の側底膜に発現する陰イオン交換体をコードしている。その結果、候補遺伝子を用いたアプローチにより、早期発症のCaOx-NLの病歴を持つヒト、すなわち二重鎖のミスセンス変異を持つ2人の無関係な個体において、病原性のある変異体が同定された(32)。機能的には、同定された変異体の病原性はin vitroで証明され、細胞内のミストラフィッキングと輸送活性の低下につながった(32)。 248>

遺伝性腎結石症の新しい臨床患者登録

欧米諸国における有病率の増加に関する疫学データのほとんどは、米国のデータベースに由来している。緊急に必要ではあるが、欧州の集中的なデータベースは現時点では利用できない。遺伝性腎結石症の有病率に関する前述の遺伝子研究は、欧米の専門施設からの小規模コホートで実施されたため、欧州の一般的な状況への翻訳は有効ではない。米国では、Rare Kidney Stone Consortiumが、シスチン尿症、PH、APRT欠損症、Dent、Lowe病などの希少疾患の登録、基礎科学、臨床研究活動を統合、調整するプラットフォームを構成しているが、欧州でもドイツでも、遺伝性腎結石症患者に関する同等のデータ収集は今日まで実施されていない。このたび、欧州のPHレジストリであるOxalEurope（Bernd Hoppe教授、ボン大学）と協力し、ドイツ研究振興財団とElse Kröner-Fresenius Stiftungからの資金援助を受けて、ライプチヒ大学に臨床患者「遺伝性腎結石症レジストリ」を設立しました。この登録は、ドイツ成人腎臓病学会（DGfN）と小児腎臓病学会（GPN）の全国的な支援を受けています。さらに、ドイツ臨床試験登録（DRKS-ID: DRKS00012891）にも登録されています。研究募集の基本として、既知および新規腎結石遺伝子のハイスループット変異解析は、確立した分子診断がないものの、基礎となる遺伝的感受性を示唆する臨床像を有する患者、例えば、早期発症（<40歳）、陽性家族歴、NC、シスチン尿、RTAなどの示唆的表現型、重度の再発NL（>3×）、などを研究ベースで提供しています（表2）。遺伝学的診断が確立している患者は一般に登録されるが、悪性腫瘍、サルコイドーシス、原発性副甲状腺機能亢進症などの二次性NL/NC原因症例は遺伝学的解析の対象とはならない。患者さんを積極的に登録するためには、通常、臨床センターは地域の施設審査委員会の承認を必要とします。このプロセスについて、当社はそれぞれのテンプレートを提供することで支援します。倫理委員会の承認後、同意書と臨床データシート（例：臨床質問表）は、当社のレジストリサイト（http://www.mks-registry.net）からダウンロードできます。臨床表現型を徹底するために、民族、血縁、家族歴、発症年齢、再発（推定される新しい腎臓結石事象ごとに定義）、1日の水分摂取量、外科的介入、腎外病変など、実質的な患者情報をお伺いすることにしています。この書類は、登録医師の協力のもと、患者さんが記入することができます。さらに、クレアチニン、eGFR、PTH、ビタミンD、電解質、尿酸、尿検査（pH、カルシウム、リン酸、マグネシウム、尿酸、クエン酸、シュウ酸、シスチン、スポット尿でなければ24時間尿から）、結石の組成分析に関するデータなどの生化学血清パラメータが、登録時に要求されることになる。 24時間採尿と結石成分分析はすべての施設でルーチンに行われているわけではないことを考慮し、利用可能な場合はこれらのパラメータを含める。登録された患者さんの2年ごとの臨床経過観察が望ましいが、必須ではありません。登録後、参加施設には、登録用ウェブサイト（http://www.mks-registry.net）から患者データを入力するための個人用ログインが提供される。また、紙で送られてきたデータを電子的に入力することも可能です。入力されたデータは保護されたサーバーに保存され、参加臨床施設がアクセスして自身の患者データを閲覧することができます。詳細は以下のサイトをご参照ください：

https://www.dgfn.eu/hereditaere-nierensteinleiden.html

https://www.drks.de/drks_web/navigate.do?navigationId=trial.HTML&TRIAL_ID=DRKS00012891

TABLE 2

Table 2. 248>

要約すると、腎臓結石症は、臨床的に不均一で、特にその遺伝的要因については十分に理解されていない、ますます一般的になっている疾患であるということである。最近の一連の研究が示すように、単原性の疾患は有病率が過小評価されている可能性が高い。遺伝性腎結石症に関する集中患者登録の実施により、腎結石症の遺伝学に関する膨大な知識ギャップを少なくとも部分的には克服することに貢献することができると考えています。第一に、表現型と遺伝子型の関連をより明確にすることは、将来の臨床研究において、より正確な患者層別化を行うために極めて重要であろう。第二に、新しい疾患メカニズムと新しい疾患遺伝子を同定することは、NL/NCの病因が不明であるというギャップを減らすことになり、第三に、新しい分子標的を解読することは、重症患者家族に対する再発予防薬の開発に道を開くのに役立つ。すべての被験者は、ヘルシンキ宣言に基づき、書面でのインフォームドコンセントを行った。プロトコルはEthikkommission an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzigによって承認された」

Author Contributions

JHは原稿を構想し執筆した。 BH、AS、LM、RSは原稿を編集し、読者に紹介するレジストリのインフラを構築した。

利益相反声明

著者は、本研究が利益相反の可能性として解釈できるいかなる商業的または金銭的関係もない状態で行われたことを宣言している。

Funding

本研究は、DFG (HA 6908/2-1) およびEKFS (2016_A52) からJHへのプロジェクト助成金によって行われたものである。本研究はさらに、ドイツ連邦教育研究省（BMBF）、FKZ: 01EO1501 からJH.

1 の支援を受けています。 Scales CD Jr.、Smith AC、Hanley JM、Saigal CS. 米国における腎臓結石の有病率。 Eur Urol (2012) 62:160-5.

Google Scholar

2. Pfau A, Knauf F. Update on nephrolithiasis: core curriculum 2016.腎結石症に関する最新情報。 Am J Kidney Dis (2016) 68:973-85. doi:10.1053/j.ajkd.2016.05.016

CrossRef Full Text | Google Scholar

3. Goldfarb DS, Fischer ME, Keich Y, Goldberg J. A twin study of genetic and dietary influences on nephrolithias: a report from the Vietnam Era Twin (VET) Registry. Kidney Int (2005) 67:1053-61. doi:10.1111/j.1523-1755.2005.00170.x