miRNA-21在糖尿病腎臟病的作用機制及中藥干預新進展

陳宇，黃國東△，覃婷，張澤朝，沈小楠，許藝鐔，劉少芳

糖尿病腎臟病（diabetic kidney disease，DKD）是持續性高血糖所致的腎損害，病變可累及全腎，是糖尿病（diabetes mellitus，DM）嚴重且危險的并發癥之一［1-2］。隨著全球DM 發病率的不斷增加，DKD 已成為終末期腎臟病的主要病因［3］。近年研究發現，微小RNA（miRNA）可對DKD的基因、蛋白表達進行調控［4］，其中miRNA-21 通過調控多個信號通路參與DKD 的發生發展［5］，而中藥及其提取物可以調節miRNA-21表達改善腎纖維化、炎癥、氧化應激等病理損傷［6-8］。本文就miRNA-21 對DKD 的作用機制及中藥對其的干預作用進行分析與總結，以期為糖尿病腎臟病的治療及新藥研發提供一定的參考依據。

1 miRNA-21與DKD

腎臟固有細胞是維持腎臟正常生理功能的重要組成部分。糖脂代謝紊亂、纖維化、炎癥、氧化應激、自噬等病理變化可以誘發腎臟固有細胞結構與功能受損，是推動DKD發生、發展的重要因素［9］。近年的研究表明，miRNA-21 調控多個信號通路干預纖維化、炎癥、自噬等病理生理過程，并以此影響DKD進程［5］。

1.1 miRNA-21 與轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）/Smads信號通路 miRNA-21長度為22 nt，其表達受基因啟動子或轉錄因子調控［10-11］。Smad7 是TGF-β1/Smads 信號通路的負性調節因子，也是miRNA-21 的靶基因，miRNA-21 與Smad7 3'-UTR 結合以抑制Smad7 表達，進而激活TGF-β1/Smads 信號，上調Ⅲ型膠原蛋白（collagenⅢ，Col-Ⅲ）、α 平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）水平，降低E-鈣黏蛋白（E-cadherin）水平，加劇腎間質纖維化及炎性細胞浸潤［12］。研究表明，miRNA-21 過表達抑制Smad7 可間接上調p-Smad3蛋白水平，以增強TGF-β1誘導腎小管上皮細胞 間 充 質 轉 化（epithelial-to-mesen-chymal transition，EMT）的作用，此外，TGF-β1 通過濃度依賴、時間依賴刺激miRNA-21 表達，最終形成惡性循環［13］。

Smad2、Smad3 磷酸化是TGF-β1/Smads 通路活化的經典標志，抑制miRNA-21 表達可以下調Smad3 表達水平，阻斷TGF-β1/Smads 信號轉導，降低α-SMA、Ⅰ型膠原α1（collagen I alpha 1，COL1A1）水平，最終阻止成纖維細胞-肌成纖維細胞轉化，遏制纖維化病變［14］。但miRNA-21與Smad2、Smad3之間的具體作用機制不明，Smad2、Smad3 是否受miRNA-21直接調控仍有待探究。

有研究顯示，TGF-β1誘導miRNA-21、Smad1過表達，可下調骨形態發生蛋白-7（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）、Smad6 表達水平，促進腎小管上皮細胞EMT，而BMP-7過表達可下調miRNA-21、Smad1 表達水平，拮抗TGF-β1 信號激活［15］。此外，BMP-7 可上調Smad7 表達水平，進而阻斷miRNA-21/TGF-β1/Smad3 信號轉導，下調α-SMA、Col-Ⅲ水平，最終緩解腎纖維化［16］。可見，BMP-7 可能是miRNA-21/TGF-β1/Smads 信號的調節器，在腎纖維化病變中充當保護者。

1.2miRNA-21 與磷脂酰肌醇 3- 激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，AKT）信號通路 磷酸酶張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）是miRNA-21 的靶基因，miRNA-21 過表達抑制PTEN蛋白表達，促進PI3K、AKT 磷酸化，導致E-cadherin水平下降，α-SMA 水平升高，誘發腎小管上皮細胞EMT［17］。另有研究發現腎小管受損可釋放富含miRNA-21 的外泌體，進而下調PTEN 蛋白水平，激活PI3K/AKT 信號通路，以此引發上皮細胞-成纖維細胞信息交互，上調纖連蛋白（fibronectin，FN）、Col-Ⅰ、成纖維細胞特異蛋白1蛋白水平，導致成纖維細胞過度活化，加速腎纖維化病變［18］。此外，miRNA-21 mimics 轉染系膜細胞可上調PI3K、AKT 蛋白水平，促進腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6 釋放，而pcDNA3.1-PTEN 減弱了miRNA-21 mimics 的作用效果［19］。因此，miRNA-21可以靶向PTEN調控PI3K/AKT 信號轉導，干預腎纖維化、炎癥反應及細胞損傷病理生理過程。

Lu 等［6］發現高糖誘導miRNA-21 過表達，下調PTEN 蛋白，上調p-PI3K、p-AKT 水平，最終激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號，抑制系膜細胞自噬，加劇細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積。此外，miRNA-21 通過靶向PTEN 介導PI3K/AKT-絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號串擾，下調內皮素1蛋白水平，促進高血糖破壞內皮細胞結構與功能，誘發DM腎損害［20］。

1.3 miRNA-21 與Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路 糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）是構成β-catenin 降解復合體的重要成分，其磷酸化失活可導致Wnt/β-catenin 通路活化。然而，miRNA-21過表達可上調p-GSK3β蛋白表達，降低腎病蛋白（nephrin）水平。因此，miRNA-21 可能通過GSK3β 調控Wnt/β-catenin 信號通路影響足細胞損傷［21-22］。Wang等［23］發現高糖促進miRNA-21過表達，上調β-catenin 蛋白水平，從而激活Wnt 信號，上調α-SMA，降低nephrin表達水平，最終誘導系膜細胞活化和足細胞去分化。可見miRNA-21可通過調控Wnt/β-catenin 信號通路干預細胞損傷、增殖、分化等過程，推動DKD進程。

二甲基精氨酸二甲胺水解酶1（dimethylarginine dimethylamine hydrolase 1，DDAH1）是miRNA-21 的靶基因，增強DDAH1 表達可以抑制miRNA-21 表達，進而上調E-cadherin 表達水平，降低α-SMA、Col-Ⅰ、FN 蛋白水平，最終阻止腎小管上皮細胞EMT，而Wnt/β-catenin 信號激活劑減弱了DDAH1的作用效果［24］，故miRNA-21可以靶向DDAH1調控Wnt/β-catenin信號通路干預腎間質纖維化病變。

1.4 其他信號通路 李夢嵐等［25］發現抑制miRNA-21 表達可以降低Janus 激酶2（janus kinase 2，JAK2）、信號轉導轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化水平，抑制TGF-β1 活化，阻斷JAK2/STAT3-TGF-β1 信號串擾，最終降低基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-9 水平，改善腎間質纖維化。有研究表明A20 是miRNA-21 的靶基因，高糖刺激巨噬細胞釋放負載miRNA-21 的外泌體，可被足細胞內吞，抑制A20 表達，上調NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3、胱天蛋白酶-1、IL-1β 蛋白水平，引發足細胞焦亡［26］。另有研究顯示，miRNA-21過表達抑制過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator activated receptor，PPAR）-α表達，下調肉毒堿棕櫚酰基轉移酶1α、酰基輔酶A氧化酶1 蛋白水平，促進腎臟脂質沉積；PPAR-α 低表達還可導致線粒體融合蛋白1 水平降低、線粒體動力相關蛋白1 水平升高，最終遏制線粒體生物發生，破壞腎小管抗氧化能力［27］。

2 中醫藥靶向miRNA-21防治DKD

古代中醫并無DKD 之病名，而是根據臨床表現，將其歸于“消癉”“尿濁”“水腫”“腎勞”“腎消”“關格”等范疇。DKD 的基本病機為本虛標實，本虛主要指肝、脾、腎的虛損，標實則是氣滯、痰濕、瘀血、濁毒等病理產物，其中瘀血是貫穿DKD始終的病理環節。DKD 是動態發展的過程，病變早期是氣陰兩虛，病久后導致陰損及陽，由虛致實，最終形成氣血陰陽俱虛，虛實夾雜［28］。中藥是我國臨床治療DKD的重要手段，近年的研究表明中藥可以靶向miRNA-21干預DKD纖維化、炎癥、糖脂代謝紊亂等病理生理過程［6-8］。

2.1 中藥提取物或有效成分

2.1.1 姜黃素 姜黃素是從中藥姜黃根莖中提取的二酮類化合物。有研究顯示姜黃素可以改善纖維化病變，延緩DKD 進展，這與其下調miRNA-21、p-Smad3 表達水平，阻止TGF-β1/Smads 通路活化，最終降低α-SMA 水平，抑制成纖維細胞-肌成纖維細胞轉化有關［14］。另有研究表明，姜黃素類似物通過下調miRNA-21 表達水平，上調Smad7、程序性細胞死亡因子4蛋白水平，抑制TGF-β1/Smads、MAPK信號激活，降低4-羥基壬烯醛、FN水平，緩解腎纖維化及氧化損傷［7］。

2.1.2 白藜蘆醇 天然白藜蘆醇主要源自中藥虎杖，是一種非黃酮類多酚化合物。一項臨床研究發現白藜蘆醇下調miRNA-21 表達水平可減少T2DM患者血清丙二醛（malonaldehyde，MDA）、TNF-α、IL-6 含量，降低尿微量白蛋白及空腹血糖水平，預防DM 腎損害［29］。白藜蘆醇降低細胞外調節蛋白激酶、c-Jun 氨基末端激酶、p38磷酸化水平，抑制激活蛋白-1（activator protein 1，AP-1）活化，以此阻斷MAPK/AP-1 信號轉導并下調miRNA-21 表達，阻止TGF-β1/Smads 通路活化，最終遏制成纖維細胞-肌成纖維細胞轉化，減少ECM 沉積［30］。另有研究表明，白藜蘆醇抑制miRNA-21 表達，上調PTEN 蛋白水平，最終降低丙酮酸激酶M2、葡萄糖轉運蛋白1、乳酸脫氫酶A水平，遏制ROS誘發胰腺氧化損傷，改善胰島素抵抗，調節糖代謝紊亂［31］。

2.1.3 大黃素 大黃素是中藥大黃的主要活性成分，可下調miRNA-21 表達水平，抑制ROS 蓄積，從而修復足細胞自噬功能［32］。不僅如此，大黃素抑制miRNA-21表達可下調TGF-β1、p-Smad1蛋白表達，降低Col-Ⅳ蛋白水平，緩解足細胞損傷，修復腎小球濾過屏障，減輕蛋白尿，延緩DKD進程［33］。

2.1.4 黃芩 中藥黃芩富含漢黃芩素、黃芩黃酮、黃芩苷、黃芩素等多種活性成分，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血的功效。研究顯示，黃芩素可下調miRNA-21 表達，抑制STAT3 轉錄活性，從而降低COL1A1、α-SMA、FN 水平，拮抗TGF-β1 誘導成纖維細胞分化、ECM 沉積［34］。此外，黃芩苷可抑制miRNA-21 表達進而上調Smad7 蛋白水平，以此負性調控TGF-β1/Smads信號，阻止成纖維細胞過度激活，減少ECM 分泌［35］。因此，靶向miRNA-21 調控TGF-β1 信號可能是黃芩防治DKD 纖維化的重要機制。

2.1.5 丹皮酚 丹皮酚是中藥牡丹皮的有效成分。有研究發現，丹皮酚可抑制氧化型低密度脂蛋白誘導的miRNA-21 過表達，上調PTEN 蛋白水平，最終減少炎性因子釋放，減輕內皮細胞損傷［36］。不僅如此，丹皮酚抑制miRNA-21 表達還能下調脂肪酸結合蛋白4、PPAR-γ 蛋白水平，從而調節脂肪細胞分化，促進脂質降解，改善血脂異常，減輕DKD 腎損傷［37］。

2.1.6 其他 熊果酸是一種天然三萜羧酸化合物，通過抑制miRNA-21 表達，上調PTEN 蛋白水平，最終阻止PI3K/AKT/m TOR 通路活化，上調微管相關蛋白輕鏈3Ⅱ表達水平，以此恢復自噬活性，減輕系膜細胞損傷［6］。二氫楊梅素主要提取自傳統中藥蛇葡萄，可下調miRNA-21，激活DDAH1，從而促進內皮型一氧化氮合酶釋放NO，改善內皮細胞功能［38］。紅景天甙是一種苯丙糖苷，可從中藥紅景天中分離提取，其抑制miRNA-21 表達，上調PPAR-α 蛋白水平，以此激活AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、轉錄因子NF-E2 相關因子2信號，促進脂質降解，改善胰島素抵抗［39］。槲皮素存在于多種藥用植物中（如側柏葉、高良姜、款冬花、桑寄生、三七等），可促進PTEN、組織金屬蛋白酶抑制因子3 表達以抑制miRNA-21，最終上調E-cadherin蛋白水平，減弱TGF-β1 誘發腎小管上皮細胞EMT的作用［40］。黃芪甲苷Ⅳ是黃芪的主要活性成分，其通過抑制miRNA-21 表達調控TGF-β1/Smads、Wnt/β-catenin 信號串擾，以此降低α-SMA 水平、上調nephrin 水平，阻止系膜細胞過度活化，保護足細胞結構［23］。

2.2 中藥復方 研究顯示，十子代平方可下調miRNA-21、TGF-β1，上調PTEN 蛋白水平，最終遏制腎臟膠原沉積，緩解腎纖維化［41］。此外，補腎健脾方也可以下調miRNA-21 表達水平，并以此調控TGF-β1-miRNA-21-PTEN 信號串擾，抑制腎間質炎性細胞浸潤及膠原沉積［42］。糖克煎劑可下調Smad3 mRNA，上調Smad7 mRNA 表達，反向調控miRNA-21/TGF-β1 信號，阻斷miRNA-21/TGF-β1/Smads 惡性循環，最終改善DKD 纖維化病變［43］。糖通飲可下調miRNA-21 表達水平，抑制TGF-β1 激活，降低Col-Ⅲ、FN 蛋白水平，遏制系膜細胞增生、基底膜增厚［44］。益氣活血固腎顆粒具有改善腎纖維化及氧化損傷的功效，這與其調控miRNA-21/Smad3信號軸，降低Col-Ⅰ、Col-Ⅲ、α-SMA、MDA水平有關［45］。

葉太生等［46］發現當歸補血湯可抑制miRNA-21表達，阻斷AKT/mTOR 信號轉導，以此上調nephrin蛋白水平，修復足細胞結構和功能。Wang等［47］發現扶正化瘀方可下調miRNA-21表達，進而上調PTEN蛋白，抑制AKT活化，最終降低α-SMA水平，阻止腎小管上皮細胞EMT。研究發現，腎康顆粒可下調CKD 患者血清及尿液miRNA-21、TGF-β1 表達水平，降低血肌酐、尿素氮水平，且療效優于西醫常規治療，無明顯不良反應［48］。何小泉等［49］發現左歸丸可減少血清miRNA-21 含量，從而調節DKD 患者空腹血糖、尿素氮水平，減輕蛋白尿。此外，荊防當歸補血湯聯合西醫常規治療可降低血清miRNA-21、LHP、MDA 水平，減少尿足突蛋白（podocin）、nephrin含量，最終改善早期DKD 患者的臨床癥狀，并且總體療效優于西醫治療［50］。

3 小結與展望

miRNA-21 啟動轉錄程序后可調控TGF-β1/Smads、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin等多個信號通路并產生級聯反應，對DKD 纖維化、炎癥、氧化應激、自噬、糖脂代謝紊亂等病理進程具有推動作用。因此，miRNA-21有望成為早期診斷DKD的生物學標志物和新治療靶點，現有研究表明中藥可以靶向miRNA-21 減輕DKD 病理損害。但中藥調控miRNA-21 的研究多局限于單體中藥或提取物，對于臨床常用的中藥組方或中成藥的研究較少；另外，針對miRNA-21的研究多聚焦在纖維化、炎癥、自噬等方面，缺乏糖基化終產物損傷、血流動力學改變相關分子信號的探究；再者，目前多數研究為基礎性研究，缺乏臨床驗證。未來應該把中藥臨床實踐與基礎研究相結合，并對臨床療效顯著的驗方和經方進行深入挖掘，探究其靶向miRNA-21 防治DKD 的具體機制，以期為臨床治療提供新方案。