microRNA-21在糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

廖華君，文小敏，許 帥 綜述 朱章志 審校

微小RNAs(microRNAs，miRNAs)是一類參與基因轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA，其通過(guò)利用堿基配對(duì)原則識(shí)別靶基因3′非編碼區(qū)的靶位點(diǎn)，從而抑制目標(biāo)mRNA或降解目標(biāo)mRNA，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。microRNA-21參與了細(xì)胞的多種活動(dòng)，如發(fā)育、增殖、分化、代謝以及凋亡等。microRNA-21與心血管疾病[1]、胰島素抵抗、腫瘤、糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)等關(guān)系密切，尤其是近年來(lái)microRNA-21在DN的發(fā)病機(jī)制研究中更是成為研究熱點(diǎn)，現(xiàn)綜述如下。

1 microRNA-21概述

microRNA家族眾多，microRNA-21為其重要成員，其位于17q23.2染色體上，與編碼跨膜蛋白的基因VMP1、人乳頭狀瘤病毒16(HVP16)以及編碼RNA U6的基因整合位點(diǎn)的位置相重疊[2]。通過(guò)抑制靶基因mRNA的翻譯過(guò)程，microRNA-21參與了細(xì)胞的多種代謝過(guò)程。microRNA-21在生物調(diào)節(jié)方面涉及到兩個(gè)水平，分別是轉(zhuǎn)錄水平與轉(zhuǎn)錄后水平。在轉(zhuǎn)錄水平方面，microRNA-21基因的表達(dá)由多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，并不受基因啟動(dòng)子調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代研究[3-4]表明，轉(zhuǎn)錄因子Ets/PU.1以及Stat3、P53、Ets/PU.1等均可誘導(dǎo)microRNA-21的轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα、Gfil以及NFI等卻可抑制其轉(zhuǎn)錄。在轉(zhuǎn)錄后水平方面，骨形成蛋白激活Drosha復(fù)合體以及轉(zhuǎn)化因子-β，可令microRNA-21的生成增加[5-6]。BMPRLa途徑可抑制或減緩microRNA-21的生成[7]。

microRNA-21的過(guò)度表達(dá)與多種腫瘤、心血管疾病關(guān)系密切[8]。直至近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)microRNA-21與腎臟纖維化也具有緊密的關(guān)聯(lián)。研究[8]表明，microRNA-21在細(xì)胞的發(fā)育、分化、增殖與凋亡中具有重要作用，且其在大多數(shù)的疾病中表達(dá)上調(diào)。

2 microRNA-21介導(dǎo)DN的信號(hào)途徑

DN是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，發(fā)病隱匿，最終可發(fā)展至嚴(yán)重的腎衰竭，對(duì)患者的健康構(gòu)成極大的威脅。研究[9]表明，所有DM患者中，有15%～40%的患者會(huì)發(fā)展為DN。DN病理可表現(xiàn)為腎小球肥大，基底膜增厚，細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)堆積，后期出現(xiàn)腎小球硬化、腎小管纖維化[10]。然而，DN的發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，目前尚未完全清楚。近幾年的研究表明，microRNA-21與DN的關(guān)系密切。

2.1microRNA-21與TGF-β/Smad信號(hào)途徑轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)家族龐大，包括TGF-β家族、骨形態(tài)發(fā)生蛋白家族以及抑制素/活化素家族，由大量結(jié)構(gòu)相關(guān)的多肽生長(zhǎng)因子組成。TGF-β家族有多種同分異構(gòu)體，在哺乳動(dòng)物的體內(nèi)通常有3種形式：TGF-β1、TGF-β2與TGF-β3。各異構(gòu)體的分布具有組織特異性，其中腎臟主要以TGF-β1為主，且重點(diǎn)在腎小球與腎小管上皮表達(dá)[11]。越來(lái)越多的研究[12]表明，在DN的發(fā)病機(jī)制中，TGF-β占有重要的地位。激活TGF-β/Smads信號(hào)通路，可促進(jìn)ECM在腎臟組織細(xì)胞中的沉積，加快腎小球與腎小管細(xì)胞的肥大，加劇腎小球硬化，促進(jìn)腎間質(zhì)的纖維化。

研究[13]表明，TGF-β通過(guò)調(diào)節(jié)某些microRNA的表達(dá)，尤其是microRNA-21的表達(dá)，加劇DN腎纖維化的進(jìn)程。Lai et al[14]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可調(diào)控microRNA-21的表達(dá)，而過(guò)表達(dá)的microRNA-21，則可抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡。Wang et al[15]研究顯示，在濃度依賴和時(shí)間依賴上TGF-β1可上調(diào)microRNA-21，不僅如此，過(guò)表達(dá)的microRNA-21又可通過(guò)直接下調(diào)smad7/p-smad7和間接上調(diào)smad3/p-smad3，上調(diào)α-SMA的表達(dá)，從而增加腎上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)變。因此，通過(guò)調(diào)控microRNA-21的表達(dá)，從而抑制DN的腎纖維化，則不失為一個(gè)可以考慮選擇的治療靶點(diǎn)。Zhong et al[16]研究發(fā)現(xiàn)，microRNA-21作用的靶基因可能是Smad7，在實(shí)驗(yàn)中敲除microRNA-21后，Smad7較之前又得到了恢復(fù)，而且腎臟的纖維化程度得到改善，其機(jī)制與TGF-β1和 NF-κB 的信號(hào)通路被抑制相關(guān)。

Zarjou et al[17]發(fā)現(xiàn)敲除microRNA-21可以減輕單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化，其機(jī)制可能通過(guò)減少纖維蛋白的表達(dá)與減輕炎癥巨噬細(xì)胞對(duì)腎臟的浸潤(rùn)。Wang et al[18]研究發(fā)現(xiàn)，通心絡(luò)制劑可以通過(guò)上調(diào)p-smad3/smad3、α-SMA，下調(diào)smad7、E-鈣黏蛋白，從而降低microRNA-21在血清以及組織細(xì)胞中的表達(dá)。Lan[19]在實(shí)驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)，抑制Smad7的表達(dá)，則會(huì)促進(jìn)Smad3介導(dǎo)的腎纖維化的進(jìn)程以及NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。在足細(xì)胞培養(yǎng)中，Lai et al[14]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)抑制microRNA-21可以激活TGF-β/Smad3信號(hào)通路以及增加細(xì)胞的凋亡。Wang et al[20]發(fā)現(xiàn)血清microRNA-21可以增加Smad7的表達(dá)，與腎小球基底膜、腎小球面積、ACR、膠原纖維含量呈正相關(guān)性，而與內(nèi)生肌酐清除率呈負(fù)相關(guān)性。因此，血清microRNA-21可能作為DN的一種有潛在價(jià)值的診斷生物標(biāo)志物。

2.2microRNA-21與PTEN/PI3K/AKT信號(hào)途徑染色體10上缺失的磷酸酶與張力蛋白同源物基因(phosphatase and tensin homologue on chromosome ten，PTEN)具有雙重特異磷酸酯酶的活性，早期被認(rèn)為是抑癌基因。但是，隨著近年來(lái)的研究深入，PTEN目前被認(rèn)為同時(shí)也是蛋白激酶(AKT)的負(fù)性調(diào)節(jié)器。

Shi et al[21]研究發(fā)現(xiàn)，microRNA-21以及其靶蛋白PTEN可促進(jìn)許多種類的組織細(xì)胞的增殖，有報(bào)道稱microRNA-21通過(guò)PTEN/PI3K/Akt信號(hào)通路，增強(qiáng)組織細(xì)胞的增殖。研究[22]表明，PTEN高表達(dá)可以抑制Akt的活化，改善腎臟足細(xì)胞表型的變化，提示PTEN通過(guò)負(fù)調(diào)控PI3K/Akt通路，可以減輕腎足細(xì)胞損傷。眾多研究[23-24]結(jié)果提示，PTEN可能是一種腎臟保護(hù)基因。在早期DN中，隨著腎小球損傷的加劇，作為p-Akt的負(fù)調(diào)節(jié)基因PTEN表達(dá)也在逐漸的下降，這表明PI3K/Akt信號(hào)通路在早期DN的進(jìn)展中起著非常重要的作用[25]。PTEN與Notch1與腎小管間質(zhì)纖維化密切相關(guān)，研究[26]結(jié)果表明高糖通過(guò)Notch1/Hes1 信號(hào)通路下調(diào)PTEN的表達(dá)以抑制自噬，從而促進(jìn)DN的腎小管間質(zhì)纖維化。研究[27]顯示，PTEN是microRNA-21的靶點(diǎn)，microRNA-21直接作用于靶基因PTEN和SMAD7的3′-UTR部位，并且抑制其表達(dá)。Dey et al[28]研究表明microRNA-21是一種能夠?qū)⒏咛桥cPTEN抑制聯(lián)系起來(lái)的信號(hào)分子，從1型糖尿病的小鼠腎皮質(zhì)結(jié)果顯示，microRNA-21的水平明顯增加以及PTEN明顯的減少、纖維蛋白的增加，microRNA-21可以調(diào)節(jié)PTEN的水平以及Akt/TORC1活性，從而介導(dǎo)了糖尿病性腎病的病理改變。研究[29]表明，microRNAs是基因組的強(qiáng)有力的調(diào)控因子，而全球表達(dá)譜顯示microRNA-21是糖尿病腎病小鼠腎臟中最受調(diào)控的microRNA，在糖尿病患者的腎臟活檢中，microRNA-21與腎小管間質(zhì)損傷緊密相關(guān)。因此，microRNA-21可能成為治療DN患者的可行性的選擇。Mcclelland et al[30]研究表明，microRNA-21的上調(diào)與DN腎纖維化的嚴(yán)重程度、腎功能的下降速度呈正相關(guān)性，腎纖維化的改變與microRNA-21水平升高相關(guān)，microRNA-21的升高可以分別抑制Smad7和PTEN，從而調(diào)節(jié)TGF/Smad3細(xì)胞信號(hào)通路以及PI3K信號(hào)通路，最終導(dǎo)致腎纖維化的改變。綜合而言，microRNA-21對(duì)腎小管細(xì)胞外基質(zhì)的合成及沉積起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，microRNA-21抑制劑可通過(guò)PTEN/PI3K/Akt信號(hào)通路抑制細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[31]。

2.3microRNA-21與MMP-S/TIMPS信號(hào)途徑生理情況下，細(xì)胞外基質(zhì)的合成與降解代謝達(dá)到平衡狀態(tài)。DN的主要病理特征便是ECM的積聚?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP-s)及金屬蛋白酶組織抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMP-s)在細(xì)胞外基質(zhì)降解系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用。眾多研究表明，MMP-s與TIMP-s在DN的發(fā)病機(jī)制中起著極為關(guān)鍵的作用。Wang et al[32]研究表明，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)，microRNA-21的表達(dá)與TIMP1、ACR、FN、IV膠原呈正相關(guān)性，與MMP-9蛋白、內(nèi)生肌酐清除率呈負(fù)相關(guān)性。Zhang et al[33]發(fā)現(xiàn)金絲桃苷通過(guò)抑制IV膠原、TIMP-1、FN的表達(dá)，增加MMP-2、MMP-9的表達(dá)。結(jié)果表明，MMP-9為microRNA-21的靶目標(biāo)，金絲桃苷通過(guò)下調(diào)microRNA-21的表達(dá)，增加MMP-9的表達(dá)，從而改善DN中的腎小球硬化。Fiorentino et al[34]研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病環(huán)境下，腎臟中的TIMP3表達(dá)減少。在DN小鼠中，microRNA-21和 microRNA-221表達(dá)上調(diào)，microRNA-21和 microRNA-221的靶基因?yàn)門IMP3，因此，在DN中增加特定與TIMP-3相關(guān)聯(lián)的microRNAs的表達(dá)，可能是導(dǎo)致TIMP-3減少的原因。

3 問(wèn)題與展望

DN是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，病情呈漸進(jìn)性加重，最后出現(xiàn)腎功能衰竭。目前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)DN尚缺乏有效的治療手段，且因其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，所以給治療帶來(lái)難題。近年來(lái)，研究人員對(duì)microRNA-21影響DN的發(fā)病機(jī)制研究頗多，然而至今仍處于探索狀態(tài)，大部分研究表明microRNA-21通過(guò)多途徑、多靶點(diǎn)促進(jìn)DN的發(fā)生與發(fā)展，然而同時(shí)也有文獻(xiàn)認(rèn)為microRNA-21對(duì)DN具有保護(hù)性作用，至今尚是一個(gè)爭(zhēng)論性的問(wèn)題。因此，將來(lái)尚需做大量的實(shí)驗(yàn)與臨床研究，通過(guò)更加強(qiáng)有力的證據(jù)對(duì)此爭(zhēng)議進(jìn)行證實(shí)?？傊?，microRNA-21作為一種潛在的治療靶點(diǎn)，可為DN的治療提供一個(gè)有價(jià)值的新思路。