微小RNA在糖尿病腎臟病中的研究進展

李洪葉，劉明明，李媛，許海燕

(1. 徐州醫科大學基礎醫學院，江蘇 徐州 221004； 2. 徐州醫科大學連云港臨床學院，江蘇 連云港 222006)

糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease, DKD)是全球性的健康問題之一。國際糖尿病聯合會的最新數據顯示，2019年全球約有4.63億糖尿病患者，我國高達1.16億，居世界第一[1]。DKD是糖尿病最常見的微血管并發癥之一，是一些國家和地區終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)的首要原因，也是導致糖尿病患者死亡的重要慢性并發癥[2]。DKD主要與代謝紊亂、血流動力學紊亂、氧化應激、炎癥和遺傳因素有關[3]。早期DKD的特征是微量白蛋白尿，并逐步進展至大量白蛋白尿，以至血肌酐和血尿素氮水平升高，最終發展為ESRD[4]。其中DKD的病理改變包括腎小球硬化、腎小管間質纖維化、腎小管上皮細胞和血管損傷[5]。

DKD患病率高、并發癥多、知曉率低、治療費用高，因此迫切需要探索其發病機制，以改善患者的臨床預后[6]。然而，其確切分子機制仍不完全清楚。研究表明轉化生長因子-β(TGF-β)、哺乳動物雷帕霉素復合物靶標(mTOR)、磷脂酰肌醇3-激酶蛋白激酶B(PI3K/Akt)、膠原基因表達等多種信號轉導途徑都參與了DKD的發病機制[7]。雖然不同的分子途徑已被用于DKD的治療干預，但尋找理想的生物標志物和新的治療靶點仍在探索中。miRNA是一類由內源基因編碼的長度為19 ～25個核苷酸的非編碼 RNA，廣泛分布于真核生物及病毒等體內[8]。其表達具有組織特異性和時序性，可以通過抑制靶mRNA翻譯和(或)誘導mRNA 降解調節基因的表達來發揮轉錄后調控作用[9]。miRNA在多種生理和病理過程中均起關鍵作用，如胚胎早期發育、基因表達調控、細胞的增殖分化與凋亡[10]。miRNA因在體液中能夠穩定存在，作為腎臟生物標志物的作用日益增強，并為 DKD的未來臨床治療提供了良好的前景[11]。現已證明DKD發病機制與系膜細胞外基質(extracellular matrix,ECM)聚集、足細胞損傷以及腎間質纖維化有關[12]。本文對miRNA在這些機制中的調控作用進行綜述。

1 miRNA與腎小球基底膜和系膜損傷

DKD狀態下，腎小球病變主要包括系膜細胞肥大、基底膜增厚和系膜基質增生。這些病變主要與各種蛋白質沉積有關，如膠原蛋白、纖維連接蛋白等[13]。蛋白質在基底膜和ECM沉積是促使DKD發生的關鍵病變。

已有報道證明miRNA參與調控DKD膠原基因的表達[14]。研究發現，高糖處理小鼠系膜細胞可誘導上游刺激因子或上游轉錄因子1和2(upstream stimulatory factors or upstream transcription factor 1/2，USF1/USF2)，進而通過轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)抑制E-box的抑制物E盒結合鋅指蛋白(Zeb1/2)的表達，誘導膠原蛋白基因的表達。在經TGF-β誘導下的小鼠系膜細胞中，miR-192的過表達可抑制Zeb1和Zeb2，進而使Ⅱ型膠原蛋白的表達上調，這說明在糖尿病條件下，增加的miR-192能夠通過下調E-box的抑制物來促進腎臟纖維化[15]。Park 等[16]研究還發現，在糖尿病小鼠模型及小鼠系膜細胞(MMC)中，上調TGF-β表達水平也能誘導和促進miR-200b/c表達，進而下調靶基因鋅指蛋白FOG2，促進Ⅰ型和Ⅳ膠原蛋白表達。其中miR-200b/c下調FOG2也具有激活PI3K-Akt信號通路、促進纖維蛋白質合成和腎小球ECM的過度沉積導致系膜增生與肥大的作用。另有研究發現，DKD狀態下，自發性2型糖尿病OLETF大鼠腎皮質中miR-133b和miR-199b高表達，促使Ⅰ型膠原蛋白、纖維連接蛋白以及α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達水平升高，促進了大鼠腎間質纖維化。用TGF-β1處理人腎小管上皮HK-2細胞，發現α-SMA水平升高和E-鈣黏蛋白水平下降，促進了細胞的轉分化。在HK-2細胞中發現沉默信息調節因子1(SIRT1)是miR-133b和miR-199b的靶點，抑制miR-133b和miR-199b可以上調HK-2細胞中SIRT1的表達，進而減輕TGF-β1誘導的子宮內膜間質轉化和腎纖維化。這些結果提示miR-133b和miR-199b通過靶向SIRT1可以有效地抑制TGF-β1誘導的DKD，從而減輕糖尿病大鼠的腎臟纖維化和TGF-β1處理的HK-2細胞的轉分化[17]。根據上述miRNA在腎組織及細胞中的作用，提示增強或抑制miRNA的治療干預措施可能通過調節膠原蛋白的表達水平來幫助DKD的治療。

2 miRNA與足細胞損傷

足細胞損傷是DKD的一個標志，腎小球足細胞是胰島素敏感細胞，在糖尿病環境的早期反應中會受到損傷，它的損傷或減少將引起腎小球濾過屏障結構的改變和功能的障礙，促進蛋白尿的形成和腎小球硬化[18]。高糖環境激活的氧化應激是DKD的重要發病機制，另一個與其密切相關的病理生理學改變是炎癥反應。氧化應激和炎癥會刺激足細胞發生凋亡[19]。研究發現 miRNA 在DKD足細胞損傷中發揮著重要作用。

研究發現miR-146a上調通過抑制炎癥相關基因的表達發揮對腎臟的保護作用。 miR-146a 基因敲除會導致糖尿病小鼠促炎性巨噬細胞表型(M1型)過度表達，抗炎性巨噬細胞表型(M2型)過度抑制，并伴隨著炎性細胞因子和炎性小體相關基因如白細胞介素1β(IL-1β)和IL-18的表達增加，足細胞上皮標志性蛋白nephrin表達減少，腎巨噬細胞浸潤，腎小球肥大，尿蛋白增多，因此miR-146a 上調是通過抑制炎性作用對腎臟起到保護作用，缺乏這種保護機制會加劇DKD的發生[20]。該研究中還發現，鏈脲佐菌素誘導糖尿病小鼠建模 16 周時 miR-146a 的表達水平比建模7周的小鼠低，這表明 miR-146a 隨著DKD的加劇，其保護作用是逐漸降低的。這其實與Lee等[21]的實驗結果糖尿病小鼠模型中miR-146a 表達水平降低相一致。還有研究發現Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)參與炎癥反應，miR-874過表達可以通過靶向TLR4顯著減輕炎癥反應，表現為IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子α(TNF-α)水平降低，抑制葡萄糖誘導的足細胞損傷，對腎臟起保護作用[18]。

有研究表明在db/db小鼠中miR-320a過表達增加了糖尿病誘導的腎小球系膜擴張、足細胞損傷和氧化應激， v-maf肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物B(MAF bZIP transcription factor B,MafB)是miR-320a的直接靶點，MafB的表達還可以下調足細胞上皮標志性蛋白nephrin和谷胱甘肽過氧化物酶3(Gpx3)的表達，從而加重腎功能障礙[19]。miR-503的增加導致糖尿病大鼠腎功能損傷，其過表達通過靶向E2F轉錄因子3(E2F transcription factor 3， E2F3)促進DKD足細胞損傷[22]。Wang等[23]發現SIRT7為miR-20b的功能靶點，沉默SIRT7可促進高糖誘導的足細胞凋亡，而過表達 miR-20b也相應地促進了足細胞凋亡。許薇等[24]研究發現DKD患者的腎組織、鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠和高糖處理的足細胞中 miR-21呈高表達，提示miR-21可能參與了DKD患者腎小管上皮細胞肥大、組織外基質異常沉積及腎纖維化等病理過程。而miR-21的下調抑制了鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠炎癥因子(IL-1、TGF-β、TNF-α)的分泌，減輕了腎臟損害。此外，在高糖處理的足細胞中，金屬蛋白酶3的組織抑制劑(TIMP3)是miR-21的靶點，TIMP3過表達可減輕高糖誘導的炎癥反應和足細胞凋亡[25]。

研究表明，miR-29c也參與了DKD的發生和發展，在db/db 小鼠模型中，高糖可促進db/db 小鼠足細胞和血管內皮細胞 miR-29c表達水平，miR-29c還可通過作用于軟脂酰化磷蛋白同源物1(Spry1)，激活Rho激酶，從而加強了ECM的累積以及足細胞的凋亡，引起DKD[26]。還有研究發現miR-29c直接靶向三四脯氨酸(TTP)并促進高糖條件下的炎癥反應，miR-29c在足細胞中的過度表達導致炎性細胞因子的增加，通過抑制miR-29c則減少了足細胞中的炎性細胞因子[27]。因此，miRNA既參與了DKD的發生發展，又可以反向調節保護腎臟，為DKD的治療提供了新的靶點。

3 miRNA與腎間質纖維化

miRNA參與腎間質纖維化的過程，TGF-β是已知最強的纖維化因子，在腎間質纖維化的發病機制中起著重要作用[28]。DKD早期病理表現為腎小球和腎小管基底膜增厚，系膜肥大。隨著DKD的加重，出現腎小球硬化和腎間質改變。腎間質纖維化是各種慢性腎臟疾病發展為慢性腎功能衰竭的常見表現。其主要病理表現為腎間質成纖維細胞增多和ECM過度積聚[29]。

TGF-β是成纖維細胞的趨化誘導因子，在DKD中可促進 ECM產生。TGF-β因其可激活下游 SMAD信號通路而被認為是腎臟纖維化的一個關鍵中介，高糖可誘導 TGF-β 產生增加，從而激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和啟動下游 SMAD蛋白信號通路促進蛋白質的沉積[30]。TGF-β/Smad3途徑介導腎間質纖維化的下游抑制劑是miR-29，但miR-29家族(a/b/c)的表達受TGF-β1的負調控，隨著TGF-β1的增加反而減少，促進了膠原基因表達、ECM和蛋白沉積，加重了腎臟纖維化[31]。但也有研究表明miR-29b可抑制腎臟的纖維化，也是通過抑制TGF-β/Smad3途徑[32]。He等[33]研究發現，在腎臟損傷時瞬時受體電勢通道蛋白1(TRPC1)是miR-135a的靶蛋白，TRPC1的過表達能夠逆轉miR-135a促進系膜細胞增殖和增加ECM沉積的病理效應，抑制miR-135a促進細胞纖維化的作用，而且miR-135a抑制Ca2+進入細胞的功能也受到TRPC1的調節，因此抑制TRPC1水平以阻止Ca2+進入細胞可能是miR-135a促進糖尿病腎損傷腎纖維化的機制。有研究表明，DKD患者血清中miR-377存在異常高表達，采用人腎小球系膜細胞(HMC)系，上調其miR-377水平后，發現SMAD2和SMAD3蛋白表達量增加，促進了EMT的發生，促使纖維連接，蛋白產物增多[6]。

還有一些miRNA被證實可以治療腎間質纖維化。王曉莉等[34]研究表明，雖不能確定絲裂原活化蛋白激酶4(mitogen-activated protein kinase kinase 4，MAP2K4)蛋白是miR-25的直接作用靶點，但是miR-25可負性調控 MAP2K4，從而影響JNK信號通路，拮抗α-SMA發揮抗腎纖維化的作用，對延緩腎小球硬化和腎間質纖維化的發生、發展有重要意義。另有研究發現在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病模型中，miR-455-3p過表達可改善腎小球肥大、系膜肥大和腎纖維化的病理改變，蛋白激酶2為miR-455-3p的定向靶點，過表達蛋白激酶2可顯著促進這些病理改變，因此miR-455-3p通過抑制蛋白激酶2的表達在治療腎纖維化中起重要作用[35]。miR-342可靶向SRY-box 6(SOX6)抑制DKD腎間質纖維化，miR-342過表達抑制了SOX6的表達，促進細胞增殖，抑制系膜細胞的凋亡。這表明使用不同的miRNA是將來治療DKD的潛在策略。

4 小結與展望

目前，大量研究已證實miRNA的調控表達可以有效影響不同疾病的發生發展。對miRNA 在DKD中的作用機制及作為DKD新的生物標志物和治療靶點有了進一步認識，但是其系統的調節機制仍舊不是很清楚，這主要是因為不同類型的 miRNA和靶目標有許多混雜之處，但相信隨著相關研究的深入，未來可能會開發出普及的、固定的DKD相關miRNA數據庫，從而為DKD發病前的預防、早期診斷以及合理治療提供依據。