微小RNAs在糖尿病腎病中的作用

周 敏，張曉良

(東南大學附屬中大醫院腎臟內科東南大學腎臟病研究所，江蘇南京210009)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是繼發于糖尿病的一種進行性腎臟病變，也是導致糖尿病患者高致殘率和死亡率的重要原因［1］。DN是由多種因素共同介導發生的，目前認為其主要分子學機制包括血流動力學因素、促炎性細胞因子、促纖維化細胞因子以及其他生物化學因素的紊亂等［2］。導致DN發生的確切機制現在仍不十分清楚。然而最近很多研究發現表觀遺傳學因素也參與了該病的發生與發展。微小RNAs(miRNAs)是一種內源性單鏈RNAs，它們通過與特定的靶mRNAs結合來抑制基因表達。這類小分子物質在細胞增殖、分化及凋亡等多種生理病理過程中的作用已經得到了證實［3］，除此之外它們還參與調節血糖平衡、胰島素分泌、維持正常腎功能及細胞外基質的生成和降解等過程［4］。這提示miRNAs可能是導致糖尿病腎病發生發展的重要因素。本文著重對近年來有關miRNAs與糖尿病腎病關系的研究發現做一系統綜述，為早期診斷及治療糖尿病腎病提供新的方向。

1 m iRNAs在糖尿病腎病發生發展中的重要作用

無論是糖尿病的動物模型還是體外用高糖、轉化生長因子(TGF-β)來刺激包括系膜細胞、足細胞和近段腎小管上皮細胞在內的多種腎臟細胞的研究都表明，miRNAs在糖尿病腎病的發生發展中具有重要作用［5－6］。已經發現的與 DN有關的 miRNAs包括 miR-192、miR-377、miR-21 和 miR-200 家族等。

1.1 m iR-192

在體外用TGF-β刺激小鼠系膜細胞后，以及用STZ誘導的1型和2型糖尿病(db/db)小鼠模型的腎小球中，都可見 miR-192表達增多［5］。miR-192通過下調E-box阻遏子(Zeb1和Zeb2)而使膠原蛋白(Col1a2和Col14a1)產生增多并在系膜細胞中沉積，導致系膜細胞增生肥大。研究發現用一種加鎖核酸(LNA)修飾過的miR-192抑制劑(LNA-antimiR-192)抑制其表達后，TGF-β表達減少，腎臟纖維化程度減輕，系膜細胞增生也減少。這表明miR-192在糖尿病腎病的發生發展中具有重要作用，有望成為糖尿病腎病治療的新靶點［7］。

1.2 m iR-377

miR-377是另一種在1型糖尿病動物模型和人與小鼠系膜細胞中呈高表達的miRNA。miR-377表達增高會抑制絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(PAK1)和超氧化物歧化酶(SOD)的表達，從而使纖維連接蛋白(fibronectin)表達增多。因此在糖尿病腎病中，miR-377表達上調一方面通過間接增加纖維連接蛋白的產生而促進纖維化;另一方面由于抑制了SOD的表達(SOD可以減輕氧化應激引起的血管損傷)［8］使氧化應激敏感性增強，進一步加重腎臟纖維化。

1.3 m iR-21

miR-21也可以促進系膜細胞產生纖維連接蛋白，但是與miR-377的作用機制不同，miR-21是通過下調PTEN和上調AKT激酶/PI3K信號通路來導致腎臟細胞肥大和基質增生的［9－10］。在小鼠阻塞性腎病模型中，miR-21的表達受TGF-β/Smad3信號通路的調節，過表達miR-21會增強TGF-β的致纖維化作用。因此miR-21也可能成為治療糖尿病腎病的靶點之一。

1.4 m iR-200家族

miR-200家族也是一類與DN相關的miRNAs。miR-200家 族 成 員 包 括 miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141及miR-429。miR-200家族可以抑制E鈣黏素的轉錄阻遏子ZEB1(鋅指e-盒結合蛋白1)和ZEB2從而增強E鈣黏素的表達，這一機制在上皮細胞間充質轉分化過程中起著重要作用。研究表明在腎小管上皮細胞中TGFβ1和2都能抑制miR-200a的表達，而miR-200a表達增多又會抑制TGFβ2的表達，這樣miR-200a和TGFβ2形成一個反饋抑制回路，使TGFβ2表達增多，促進腎臟纖維化［11］。

1.5 其他相關的m iRNAs

越來越多的證據表明許多重要的黏附分子和細胞骨架蛋白也是由miRNAs來調控的。DN患者產生蛋白尿的重要原因之一就是足細胞受刺激后發生凋亡，而研究發現miRNAs也參與維持足細胞之間的緊密黏附。DN時 miR-124、miR-190、miR-217和miR-218表達增多，使維持足細胞之間緊密黏附的整聯蛋白α3β1表達減少，結果導致足細胞在高壓應激狀態下損傷脫落，而給與安體舒通改善病情后，這些miRNAs的表達明顯降低［12］。

在發生腎臟疾病時，除了可以檢測到miRNAs增多外，一些miRNAs也會表達減少。在對75名志愿者(包括腎功能正常者，輕至重度慢性腎臟病患者，接受血液透析治療的終末期腎臟病患者)的血液標本用 qPCR檢測時發現 miR-16、miR-21、miR-155和 miR-210在腎功能受損時表達顯著降低［13］。

2 m iRNAs可作為檢測糖尿病腎病的生物標志物

DN的持續進展最終導致ESRD，目前針對該病的治療(如降低血糖、控制血壓、飲食治療、運動等)都缺乏特異性，難以從根本上逆轉這一疾病，因此早期發現及早期防治顯得尤為重要，這就要求進一步尋找更加敏感和特異性的指標。

miRNAs已經作為臨床多種疾病診斷的重要手段之一。在肝癌發生的早期階段 miR-155、miR-221、miR-222出現異常，可以作為診斷肝癌的早期指標;miR-34b和miR-107分別對亨廷頓舞蹈病與阿爾茨海默病的早期發生具有預測意義;心力衰竭時miR-21表達顯著增高［14］。隨著對miRNAs與腎臟疾病相關性研究的不斷深入，不僅進一步認識到腎臟疾病病理生理學方面的復雜性，也為診斷這一類疾病提供了新的標志物。不同的腎臟疾病伴隨不同的miRNAs表達，這就為“分子標記譜”的發展提供了可能［15－17］。與疾病發展相一致的miRNAs的變化、檢測miRNAs方法的可靠性(RT-PCR技術、RNA印記、基因微陣列分析)以及miRNAs組織表達的特異性都表明miRNAs適合作為檢測腎臟疾病新的標志物［18］。

將miRNAs作為糖尿病腎病診斷指標有以下幾大優勢:1)miRNAs在體內廣泛存在:血液、尿液、唾液、淚液及羊膜腔液中都可以檢測到 miRNAs［13］。2)miRNAs存在形式穩定:miRNAs通過與蛋白質結合形成蛋白質-miRNAs復合物或儲存在各種細胞分泌的微泡中而穩定存在，不易被 RNA酶降解［8，13，19］。這些微泡叫做外分泌體［14］。3)與腎臟疾病變化密切相關:miRNAs表達異常與多種腎臟疾病有關，包括腎細胞癌、IgA腎病和慢性腎臟病等［15，17，20］。尿液是生物標志物的理想來源。尿中含有大量的尿囊泡，而標志腎臟結構損壞或功能紊亂的蛋白質、mRNA和miRNAs就存在于這些囊泡中。因此，尿中特異性的miRNAs可以成為檢測糖尿病腎病新的標志物［8］。最近出現一種簡便、快速、高效分離尿囊泡的方法，更加方便了分析其內的生物標志物［21］。miRNAs對于預測有高風險進展為嚴重腎臟疾病的糖尿病患者具有巨大的潛能，并且miRNAs在一定程度上還可以提示疾病發展的嚴重程度，一些特定的miRNAs其含量越低則標志著病情越嚴重［13］。

因此，與疾病變化相一致的miRNAs的改變可以作為評估糖尿病患者腎臟損傷嚴重程度的非侵入性手段。但是在將其應用于臨床之前，還需要進行大量的臨床試驗。隨著對糖尿病腎病轉錄物組中miRNAs功能的深入研究，相信在不久的將來對于這類疾病的診斷和治療將出現新的突破。

3 總結

miRNAs是目前生命科學領域研究的熱點問題，在多種生命過程中都發揮著重要作用。雖然隨著技術的發展已經發現了很多與糖尿病腎病有關的miRNAs，但是對于其在糖尿病腎病中發揮作用的確切機制的認識還處于初期階段，因此以后的研究可進一步探討這些小分子物質在特定疾病中的致病機制，相信隨著研究的不斷深入，有望發現更多與糖尿病腎病有關的miRNAs，并使其成為糖尿病腎病早期診斷的重要標志物及有效治療靶點。

［1］Gray SP，Cooper ME．Alleviating the burden of diabetic nephropathy［J］．Nat Rev Nephrol，2011，7:71 －73．

［2］Argyropoulos C，Wang K，McClarty S，et al．Urinary microRNA profiling in the Nephropathy of Type1 Diabetes［J］．PloS ONE，2013，8:e54662．doi:10．1371/journal．pone．0054662．

［3］周玨宇，石嶸，鄭文嶺，等．microRNA與腫瘤細胞周期的關系及其研究方法進展［J］．基礎醫學與臨床，2013，33:9－14．

［4］劉長征，李靜靜，焦濤，等．MicroRNA-29抑制胰島素刺激的大鼠L6細胞葡萄糖吸收［J］．基礎醫學與臨床，2013，33:562－566．

［5］Kato M，Arce L，Wang M，et al．microRNA circuitmediates transforming growth factor beta1 autoregulation in renal glomerular mesangial cells［J］．Kidney Int，2011，80:358－368．

［6］Long J，Wang Y，WangW，et al．MicroRNA-29c is a signaturemicroRNA under high glucose conditions that targets Sprouty homolog 1，and its in vivo knockdown prevents progression of diabetic nephropathy［J］．JBiol Chem，2011，286:11837－11848．

［7］Putta S，Lanting LD，Sun GD，etal．Inhibiting MicroRNA-192 Ameliorates Renal Fibrosis in Diabetic Nephropathy［J］．JAm Soc Nephrol，2012，23:458 －469．

［8］Yang Y，Xiao L，Li J，etal．UrinemiRNAs:Potentialbiomarkers formonitoring progression of early stages of diabetic nephropathy［J］．Med Hypotheses，2013，81:274 －278．

［9］Dey N，Das F，Mariappan MM，et al．MicroRNA-21 orchestrates high glucose-induced signals to TOR complex1，resulting in renal cell pathology in diabetes［J］．J Biol Chem，2011，286:25586－25603．

［10］Zarjou A，Yang S，Abraham E，et al．Identification of a microRNA signature in renal fibrosis:role ofmiR-21 ［J］．Am JPhysiol Renal Physiol，2011，301:793 －801．

［11］Wang B，Koh P，Winbanks C，et al．miR-200a prevents renal fibrogenesis through repression of TGF-beta2 expression［J］．Diabetes，2011，60:280－287．

［12］LiD，Lu Z，Jia J，etal．Changes inmicroRNAs associated with podocytic adhesion damage under mechanical stress［J］．JRenin Angiotensin Aldosterone Syst，2013，14:97－102．

［13］Neal C，Michael MZ，Pim lott LK，et al．CirculatingmicroRNA expression is reduced in chronic kidney disease［J］．Nephrol Dial Transplant，2011，26:3794 －3802．

［14］Ciesla M，Skrzypek K，Kozakowska，etal．MicroRNAs as biomarkers of disease onset［J］．Anal Bioanal Chem，2011，401:2051－2061．

［15］ Wang G，Kwan BC，Lai FM，et al．Elevated levels of miR-146a and miR-155 in kidney biopsy and urine from patients with IgA nephropathy［J］．Dis Markers，2011，30:171－179．

［16］Ichii O，Otsuka S，Sasaki N，et al．Altered expression of microRNA miR-146a correlates with the development of chronic renal inflammation ［J］．Kidney Int，2012，81:280－292．

［17］Neal CS，Michael MZ，Pimlott LK，et al．CirculatingmicroRNA expression is reduced in chronic kidney disease［J］．Nephrol Dial Transplant，2011，26:3794 －3802．

［18］Bhatt K，MiQS，Dong Z．microRNAs in kidneys:biogenesis，regulation，and pathophysiological roles［J］．Am J Physiol Renal Physiol，2011，300:602 －610．

［19］Zhu H，Fan GC．Extracellular/circulatingmicroRNAs and their potential role in cardiovascular disease［J］．Am J Cardiovasc Dis，2011，1:138－149．

［20］Hauser S，Wulfken LM，Holdenrieder S，et al．Analysis of serum microRNAs(miR-26a-2* ，miR-191，miR-337-3p andmiR-378)as potential biomarkers in renal cell carcinoma［J］．Cancer Epidemiol，2012，36:391 －394．

［21］Alvarez ML，Khosroheidari M，Ravi R．Comparison of protein，microRNA，and mRNA yields using different methods of urinary exosome isolation for the discovery of kidney disease biomarkers［J］．Kidney Int，2012，82:1024－1032．