miR-21 和miR-29 與腎纖維化的研究進展

杜文花 史 亮 程小紅 張曉鳳

1.陜西中醫藥大學第一臨床醫學院中西醫結合醫學系，陜西咸陽 712046；2.陜西省中醫醫院腎病二科，陜西西安 710000

腎纖維化以炎癥細胞浸潤，細胞外基質（extracellular matrix，ECM）過度沉積于腎間質，損害腎臟結構及功能為特征，其是腎臟疾病進展的標志性病理變化，也是進展到終末期腎病的病理損傷結果。腎纖維化涉及復雜作用機制，炎癥反應通常是腎纖維化的主要因素，持續炎癥過程刺激腎纖維化進展性疾病發展[1]。促炎因素刺激炎癥細胞（如巨噬細胞）激活、浸潤，進一步釋放轉化生長因子β（transforminggrowthfactor-β，TGF-β），活化成纖維細胞，誘導膠原蛋白分泌、促進ECM 沉積，并進一步增強促炎因子釋放，此過程惡性循環最終導致腎功能下降[2]。

1 微RNA（microRNA，miRNA）概述

miRNA 是一種短鏈內源性非編碼小分子RNA，與靶基因的3’-未翻譯區域結合，轉錄后可靶向特定miRNA 并抑制其基因表達，一種miRNA 可以靶向多個基因，在多種疾病過程中表現出巨大的生物學功能[3]。miRNA 由外泌體和細胞外囊泡分泌，調控著大約50%的哺乳動物蛋白編碼基因，以穩定形式存在于血漿、血清及體液中[4]。miRNA 作為細胞間交流的通訊使者，在細胞分化、細胞凋亡、發育、代謝及癌癥等生理病理過程中發揮作用。由于其高穩定性及易獲得性，作為相關疾病的生物標志物及潛在治療靶點已掀起研究熱潮。然而，miRNA 的生物作用機制非常復雜，需要深入探索，以期明確其在疾病中的靶向調控作用。

2 miRNA 的表達與腎纖維化

miRNA 參與調控多種疾病，包括自身免疫性疾病（如系統性紅斑狼瘡、類風濕性關節炎、多發性硬化癥等）、惡性腫瘤（如肺癌、食管癌、胃癌等）、腎臟疾病等（如急性腎損傷、糖尿病腎病、腎病綜合征等）。在腎臟疾病中，已有多項研究證實多種miRNA 參與調控腎纖維化，包括炎癥、細胞凋亡、氧化應激等。Lv 等[5]總結了腎臟富集的miRNA 表達譜，如let-7、miR-29、miR-126、miR-30 等抗纖維化miRNA，及miR-21、miR-214、miR-199a、miR-433、miR-132、miR-212 等促纖維化miRNA，并指出特定miRNA 有可能成為抗纖維化治療的潛在靶點。

腎纖維化是慢性進行性過程，炎癥刺激為主要驅動因素，目前臨床治療缺乏有效手段，多以控制血壓、血糖等對癥治療為主。miRNA 是腎纖維化/炎癥過程的關鍵調節因子，涉及多種信號通路，其中miR-21、miR-29 的差異表達引起廣泛關注，但其潛在的分子機制仍需探索，可能與TGF-β/ Smads、NF-κB、Wnt/β-catenin 等通路激活有關。

2.1 miR-21 的表達與腎纖維化

miR-21 在多種哺乳動物細胞中呈高表達，是研究最廣泛的miRNA 之一。過氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisomeproliferators-activatedreceptorsα，PPARα）是miR-21 的標靶，在腎臟中高度表達，腎臟疾病發生時，TGF-β1/Smad3 信號通路靶向磷酸酶及張力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）、Smad7 和PPARα 介導腎纖維化和炎癥從而上調miR-21[6]。免疫細胞參與調節腎臟穩態及纖維化組織微環境，而巨噬細胞作為炎癥相關免疫細胞，刺激腎臟產生促纖維生長因子TGF-β1，與肌成纖維細胞上受體結合驅動ECM 的產生[7]。有研究表明，miRNA可通過調控穩態及基因表達來調節巨噬細胞的表達及對環境信號的反應，而miR-21 作為調控巨噬細胞活化的開關，能阻斷M1亞群釋放促炎細胞因子，積極改善M2亞群保護宿主、促進組織修復的功能[8-9]。

TGF-β 是促纖維化的核心介質，主要包括3 種不同基因編碼的亞型（TGF-1、TGF-β2 和TGF-β3）。其中TGF-β1 是最主要的促纖維化因子，由腎臟內在細胞及各種浸潤炎性細胞分泌釋放，主要通過刺激成纖維細胞增殖，誘導膠原蛋白合成，抑制ECM 降解發揮促纖維化作用[10]。Smads 家族是傳遞信號蛋白的主要蛋白，也是TGF-β 信號傳導的下游介質，Smad3高表達促進腎臟炎癥和纖維化的發生，因為Smad3 已被證實可以驅動ECM 基質蛋白的表達；而Smad2和Smad7 的過表達則被證明可以保護腎臟[11]。Sakuma 等[12]發現缺乏Smad3 的小鼠可以防止miR-21的上調和腎纖維化，因此，通過敲除Smad3 可能會抑制TGF-β 引起的miR-21的上調。此外，Smad7 高表達可有效抑制纖維化并阻斷核轉錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）驅動的腎臟炎癥，與上調B 細胞抑制劑α 中kappa 光多肽基因增強子的核因子表達有關[13]。

除Smads 家族外，PTEN 是TGF-β 下游的另外一個介質，PTEN/Akt 途徑已被證實為TGF-β 下游的另一通路。Zhao 等[14]在體內外研究中證實腎小管上皮細胞來源外泌體miR-21 通過靶向PTEN 促進成纖維細胞活化并影響PTEN/Akt 途徑加速腎纖維化的進展，并指出通過敲除外泌體分泌調節酶Rab 鳥苷三磷酸酶的Rab27a，可消除成纖維細胞活化并達到改善腎纖維化的目的。血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）是另外一個促纖維化因子，與受體AT1R 激活有關，通過促進膠原纖維的合成以及增強巨噬細胞吞噬能力促進纖維化，Lyu 等[15]發現在注入AngⅡ的小鼠模型中，過表達的miR-21 可通過抑制PPARα 的表達，激活TGF-β1/Smad3 途徑，增加ECM 蛋白表達誘導腎纖維化，并通過實驗證實PPARα 是TGF-β1/Smad3 途徑的上游負調控因子，提出通過靶向miR-21調控AngⅡ可能是治療腎臟疾病的一個有效措施。

在健康組織中，miR-21 相當沉默，僅在損傷時表達活躍，通過沉默或下調miR-21 水平及其下游的信號蛋白可抑制纖維化的程度[16]。槲皮素是一種具有抗氧化、抗感染、保護腎臟等功效的類黃酮，Cao 等[17]發現在TGF-β 誘導的HK-2 細胞中，miR-21 表達顯著上調；而適量劑量的槲皮素可靶向miR-21 的標靶基因PTENT 以及IMP Metallopeptidase 抑制劑3 并增強其表達，下調TGF-β 誘導的miR-21，降低纖維化標志物如膠原I、纖連蛋白、α 平滑肌肌動蛋白和上皮-鈣黏蛋白的表達，從而抑制腎纖維化的進展并保護腎臟及功能。也有研究表明，可以通過抑制促炎因子釋放來改善纖維化，如通過上調白細胞介素（interleukin，IL）-10 抑制促炎細胞因子釋放改善TGFβ1 介導的纖維化[18]。另外，Pushpakumar 等[19]發現硫化氫缺乏以及miR-21 上調促進了老年腎臟缺血再灌注，加劇腎纖維化，并指出外源性硫化氫療法以及miR-21 拮抗可抑制巨噬細胞介導的炎癥，從而改善纖維化及功能。以上研究表明，miR-21 在纖維化腎臟中表達升高，與相關通路相互作用，因此，靶向miR-21 及其下游信號分子可能具有治療作用并減弱腎纖維化的發展。

2.2 miR-29 的表達與腎纖維化

miR-29 家族主要由miR-29a、miR-29b-1、miR-29b-2 和miR-29c 組成，主要由兩個基因簇編碼，它們的區別在于編碼基因組位點不同[20]。成熟的miR-29 可與多種轉錄因子特異性結合，轉錄后調節基因表達，調控下游靶基因，參與多種疾病過程[21]。miR-29在腎臟中廣泛表達，研究表明[22]，miR-29 具有抗纖維化活性，與抑制TGF-β 信號傳導、調節ECM 沉積及ECM 相關蛋白有關。miR-29 可調控多個與纖維化相關的基因，包括COL1A1、COL1A2 和Ⅳ型膠原蛋白等，有研究指出[23]，miR-29 可通過靶向TGF-β1/ Smad信號通路降低膠原蛋白和ECM 相關基因的豐度來抗纖維化。

miR-29 表達異常與多種疾病發生密切相關。纖維化/炎癥通路如TGF-β/Smads、NF-κB、Wnt/βcatenin 信號通路被激活，會抑制miR-29 的表達，上調ECM 促進腎臟纖維化[24]。miR-29 也可通過負反饋機制調控相關通路發揮作用。miR-29 是TGF-β 的下游靶基因，TGF-β1 通過Smad3 介導與miR-29 啟動子結合來誘導miR-29 下調在纖維化和炎癥中發揮作用[25]。Liu 等[26]在Smad7 基因敲除模型中發現Smad7 是腎臟的重要保護因子，Smad7 的缺乏會發生嚴重的腎臟纖維化，其機制可能是Ang Ⅱ誘導的TGF-β/Smad 信號通路傳導被激活，NF-κB 途徑驅動增強上調促炎細胞因子如IL-1β 和TNF-α 的表達，增加巨噬細胞浸潤，Smad3 與miR-29 啟動子結合抑制miR-29 的表達，從而促發高血壓腎病中纖維化及炎癥的發生。

Wnt/β-catenin 信號通路是由配體蛋白Wnt 和膜蛋白受體及脂蛋白受體結合引起β-catenin 積累增多導致纖維化信號轉導途徑，在纖維化/炎癥過程具有重要作用[27]。Feng 等[28]發現Wnt/β-catenin 信號通路活化促進巨噬細胞在腎臟中積累，并促進巨噬細胞M2極化發生腎纖維化，并通過實驗證實抑制Wnt/β-catenin 信號通路傳導可能會減少巨噬細胞M2極化和促纖維化細胞因子表達來減弱腎纖維化。徐渴[29]指出miR-29 過表達可降低促纖維化因子水平，逆轉Wnt/β-catenin 通路的促纖維化作用。

miR-29 家族已被充分證明是一種有效的抗纖維化miRNA，在纖維化疾病如心臟纖維化、腎纖維化、肝纖維化、肺纖維化等中表現出高度的抗纖維活性[30]。研究表明，miR-29 作為TGF-β/Smad3 介導的纖維化的下游抑制劑，可通過抑制TGF-β 介導的ECM 蛋白沉積如膠原蛋白1a1、膠原蛋白3a1 來緩解肺纖維化[31]。Wang 等[32]發現受損腎臟會增加炎癥細胞因子分泌，使得治療性外泌體在受損腎臟呈高水平聚集；而外泌體介導的miR-29 可抑制YY1 的表達及TGF-β 的傳導下調纖維化因子如膠原蛋白等來緩解腎纖維化。Wang 等[33]證實，AAV 介導的miR-29a 可減輕單側輸尿管阻塞小鼠的肌肉萎縮和腎纖維化。崩解蛋白金屬蛋白酶參與調節信號傳導環境，其活性會促發纖維化，miR-29 過表達可阻斷TGF-β 介導的Adam12 和Adam19 上調并改善腎纖維化[34]。另外，miR-29b 的過表達可以通過抑制PI3K/Akt 信號傳導來抑制AngⅡ誘導的細胞上皮間充質轉化，從而減少腎間質纖維化[35]。因此，靶向調控miR-29 家族和TGF-β 并通過抑制下游致病性介質、上調治療性介質可能是治療和緩解纖維化的有效策略。

3 小結與展望

腎纖維化是慢性腎臟疾病的主要促成因素，為腎臟健康帶來巨大的負擔，尋找有效緩解及逆轉纖維化進程的手段是目前迫切需要解決的問題。miRNA 與多種炎癥/纖維化信號通路相互作用，通過調節其經典途徑TGF-β 信號通路或其他纖維化/炎癥途徑及其下游信號蛋白可抑制或者減弱纖維化。因此，通過靶向調控相關信號通路可能是改善炎細胞浸潤腎纖維化的有效策略。miR-21、miR-29 作為腎纖維化的靶向miRNA，通過沉默miR-21 或上調miR-29 可調節相關基因表達發揮腎臟保護作用。

然而，隨著研究深入，我們發現miRNA 在腎纖維化的作用機制很復雜，相同的miRNA 在腎臟疾病可能發揮著相反的作用。因此，需要我們去探索miRNA 在調控腎臟疾病時的共性及特異性，希望未來通過不斷探索，明確miRNA 在疾病過程中發揮不同調控作用的具體機制，為腎維化疾病的治療提供新見解及新希望。