microRNA-21在糖尿病腎病發病機制中的研究進展

廖華君，文小敏，許 帥 綜述 朱章志 審校

微小RNAs(microRNAs，miRNAs)是一類參與基因轉錄后水平調控的內源性非編碼單鏈小分子RNA，其通過利用堿基配對原則識別靶基因3′非編碼區的靶位點，從而抑制目標mRNA或降解目標mRNA，在轉錄后水平調控基因的表達。microRNA-21參與了細胞的多種活動，如發育、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)等關系密切，尤其是近年來microRNA-21在DN的發病機制研究中更是成為研究熱點，現綜述如下。

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的基因整合位點的位置相重疊[2]。通過抑制靶基因mRNA的翻譯過程，microRNA-21參與了細胞的多種代謝過程。microRNA-21在生物調節方面涉及到兩個水平，分別是轉錄水平與轉錄后水平。在轉錄水平方面，microRNA-21基因的表達由多種轉錄因子調控，并不受基因啟動子調節。現代研究[3-4]表明，轉錄因子Ets/PU.1以及Stat3、P53、Ets/PU.1等均可誘導microRNA-21的轉錄；轉錄因子C/EBPα、Gfil以及NFI等卻可抑制其轉錄。在轉錄后水平方面，骨形成蛋白激活Drosha復合體以及轉化因子-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的過度表達與多種腫瘤、心血管疾病關系密切[8]。直至近年來，研究人員發現microRNA-21與腎臟纖維化也具有緊密的關聯。研究[8]表明，microRNA-21在細胞的發育、分化、增殖與凋亡中具有重要作用，且其在大多數的疾病中表達上調。

2 microRNA-21介導DN的信號途徑

DN是糖尿病常見的并發癥之一，發病隱匿，最終可發展至嚴重的腎衰竭，對患者的健康構成極大的威脅。研究[9]表明，所有DM患者中，有15%～40%的患者會發展為DN。DN病理可表現為腎小球肥大，基底膜增厚，細胞外基質(extracellular matrix，ECM)堆積，后期出現腎小球硬化、腎小管纖維化[10]。然而，DN的發病機制極其復雜，目前尚未完全清楚。近幾年的研究表明，microRNA-21與DN的關系密切。

2.1microRNA-21與TGF-β/Smad信號途徑轉化生長因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)家族龐大，包括TGF-β家族、骨形態發生蛋白家族以及抑制素/活化素家族，由大量結構相關的多肽生長因子組成。TGF-β家族有多種同分異構體，在哺乳動物的體內通常有3種形式：TGF-β1、TGF-β2與TGF-β3。各異構體的分布具有組織特異性，其中腎臟主要以TGF-β1為主，且重點在腎小球與腎小管上皮表達[11]。越來越多的研究[12]表明，在DN的發病機制中，TGF-β占有重要的地位。激活TGF-β/Smads信號通路，可促進ECM在腎臟組織細胞中的沉積，加快腎小球與腎小管細胞的肥大，加劇腎小球硬化，促進腎間質的纖維化。

研究[13]表明，TGF-β通過調節某些microRNA的表達，尤其是microRNA-21的表達，加劇DN腎纖維化的進程。Lai et al[14]研究發現，TGF-β1可調控microRNA-21的表達，而過表達的microRNA-21，則可抑制腫瘤細胞的凋亡。Wang et al[15]研究顯示，在濃度依賴和時間依賴上TGF-β1可上調microRNA-21，不僅如此，過表達的microRNA-21又可通過直接下調smad7/p-smad7和間接上調smad3/p-smad3，上調α-SMA的表達，從而增加腎上皮細胞間充質轉變。因此，通過調控microRNA-21的表達，從而抑制DN的腎纖維化，則不失為一個可以考慮選擇的治療靶點。Zhong et al[16]研究發現，microRNA-21作用的靶基因可能是Smad7，在實驗中敲除microRNA-21后，Smad7較之前又得到了恢復，而且腎臟的纖維化程度得到改善，其機制與TGF-β1和 NF-κB 的信號通路被抑制相關。

Zarjou et al[17]發現敲除microRNA-21可以減輕單側輸尿管梗阻誘導的腎纖維化，其機制可能通過減少纖維蛋白的表達與減輕炎癥巨噬細胞對腎臟的浸潤。Wang et al[18]研究發現，通心絡制劑可以通過上調p-smad3/smad3、α-SMA，下調smad7、E-鈣黏蛋白，從而降低microRNA-21在血清以及組織細胞中的表達。Lan[19]在實驗中觀察發現，抑制Smad7的表達，則會促進Smad3介導的腎纖維化的進程以及NF-κB介導的炎癥反應。在足細胞培養中，Lai et al[14]發現，通過抑制microRNA-21可以激活TGF-β/Smad3信號通路以及增加細胞的凋亡。Wang et al[20]發現血清microRNA-21可以增加Smad7的表達，與腎小球基底膜、腎小球面積、ACR、膠原纖維含量呈正相關性，而與內生肌酐清除率呈負相關性。因此，血清microRNA-21可能作為DN的一種有潛在價值的診斷生物標志物。

2.2microRNA-21與PTEN/PI3K/AKT信號途徑染色體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，早期被認為是抑癌基因。但是，隨著近年來的研究深入，PTEN目前被認為同時也是蛋白激酶(AKT)的負性調節器。

Shi et al[21]研究發現，microRNA-21以及其靶蛋白PTEN可促進許多種類的組織細胞的增殖，有報道稱microRNA-21通過PTEN/PI3K/Akt信號通路，增強組織細胞的增殖。研究[22]表明，PTEN高表達可以抑制Akt的活化，改善腎臟足細胞表型的變化，提示PTEN通過負調控PI3K/Akt通路，可以減輕腎足細胞損傷。眾多研究[23-24]結果提示，PTEN可能是一種腎臟保護基因。在早期DN中，隨著腎小球損傷的加劇，作為p-Akt的負調節基因PTEN表達也在逐漸的下降，這表明PI3K/Akt信號通路在早期DN的進展中起著非常重要的作用[25]。PTEN與Notch1與腎小管間質纖維化密切相關，研究[26]結果表明高糖通過Notch1/Hes1 信號通路下調PTEN的表達以抑制自噬，從而促進DN的腎小管間質纖維化。研究[27]顯示，PTEN是microRNA-21的靶點，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。Dey et al[28]研究表明microRNA-21是一種能夠將高糖與PTEN抑制聯系起來的信號分子，從1型糖尿病的小鼠腎皮質結果顯示，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可以調節PTEN的水平以及Akt/TORC1活性，從而介導了糖尿病性腎病的病理改變。研究[29]表明，microRNAs是基因組的強有力的調控因子，而全球表達譜顯示microRNA-21是糖尿病腎病小鼠腎臟中最受調控的microRNA，在糖尿病患者的腎臟活檢中，microRNA-21與腎小管間質損傷緊密相關。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的上調與DN腎纖維化的嚴重程度、腎功能的下降速度呈正相關性，腎纖維化的改變與microRNA-21水平升高相關，microRNA-21的升高可以分別抑制Smad7和PTEN，從而調節TGF/Smad3細胞信號通路以及PI3K信號通路，最終導致腎纖維化的改變。綜合而言，microRNA-21對腎小管細胞外基質的合成及沉積起著關鍵的調節作用，microRNA-21抑制劑可通過PTEN/PI3K/Akt信號通路抑制細胞的增殖、遷移和侵襲[31]。

2.3microRNA-21與MMP-S/TIMPS信號途徑生理情況下，細胞外基質的合成與降解代謝達到平衡狀態。DN的主要病理特征便是ECM的積聚。基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP-s)及金屬蛋白酶組織抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMP-s)在細胞外基質降解系統中起關鍵作用。眾多研究表明，MMP-s與TIMP-s在DN的發病機制中起著極為關鍵的作用。Wang et al[32]研究表明，在實驗動物體內，microRNA-21的表達與TIMP1、ACR、FN、IV膠原呈正相關性，與MMP-9蛋白、內生肌酐清除率呈負相關性。Zhang et al[33]發現金絲桃苷通過抑制IV膠原、TIMP-1、FN的表達，增加MMP-2、MMP-9的表達。結果表明，MMP-9為microRNA-21的靶目標，金絲桃苷通過下調microRNA-21的表達，增加MMP-9的表達，從而改善DN中的腎小球硬化。Fiorentino et al[34]研究發現在糖尿病環境下，腎臟中的TIMP3表達減少。在DN小鼠中，microRNA-21和 microRNA-221表達上調，microRNA-21和 microRNA-221的靶基因為TIMP3，因此，在DN中增加特定與TIMP-3相關聯的microRNAs的表達，可能是導致TIMP-3減少的原因。

3 問題與展望

DN是糖尿病常見的并發癥之一，病情呈漸進性加重，最后出現腎功能衰竭。目前，現代醫學對DN尚缺乏有效的治療手段，且因其發病機制尚未完全闡明，所以給治療帶來難題。近年來，研究人員對microRNA-21影響DN的發病機制研究頗多，然而至今仍處于探索狀態，大部分研究表明microRNA-21通過多途徑、多靶點促進DN的發生與發展，然而同時也有文獻認為microRNA-21對DN具有保護性作用，至今尚是一個爭論性的問題。因此，將來尚需做大量的實驗與臨床研究，通過更加強有力的證據對此爭議進行證實。總之，microRNA-21作為一種潛在的治療靶點，可為DN的治療提供一個有價值的新思路。