lncRNA信號通路在慢性腎臟病治療中的作用研究進展

李佳倡 綜述,馮佳楠,魏佳莉 審校

(海南省人民醫(yī)院腎內(nèi)科,海南 海口 570100)

慢性腎臟病(CKD)是由各種原因引起的慢性腎臟結(jié)構或功能異常,已逐漸成為人類健康的重大威脅之一。CKD根據(jù)病理表現(xiàn)的不同,主要可分為糖尿病腎病(DN)、狼瘡性腎炎(LN)、梗阻性腎病、高血壓腎病及慢性腎盂腎炎等類型。腎纖維化是CKD的常見病理表現(xiàn),其本身屬于一種漸進性病理過程。纖維基質(zhì)的沉積最初有助于組織的修復,當腎臟輕度受損時便在修復過程中被吸收。然而,在CKD的損傷過程中,持續(xù)發(fā)展的纖維基質(zhì)沉積降低了組織修復能力,擾亂了器官結(jié)構與功能,并最終導致腎衰竭的發(fā)生[1]。長鏈非編碼RNA(lncRNA)作為復雜生物基因組的一種特殊RNA輸出形式,自研究開始時便飽受爭議。隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn),人類經(jīng)基因組動態(tài)轉(zhuǎn)錄的大多數(shù)RNA,其蛋白質(zhì)編碼能力嚴重不足。非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄范圍隨著生物發(fā)育復雜性的提高而不斷增加[2]。非編碼RNA以其具有的某些特殊功能與其可觀的表達規(guī)模,廣泛參與CKD在內(nèi)的多種疾病發(fā)展過程,并已逐漸引起了人們的關注。本文主要結(jié)合某些常見CKD的相關研究,進一步探討腎纖維化與lncRNA的相互關系,以期對未來腎纖維化診療有所幫助。

1 CKD中腎纖維化現(xiàn)象

腎纖維化屬于一種常見的病理變化,主要指腎功能由正常到損傷,直至功能喪失的一系列發(fā)展過程,包括炎癥反應期、纖維化形成期及瘢痕形成期3個階段。腎纖維化屬于腎間質(zhì)損傷的常見途徑,也是引起腎功能不全的關鍵因素之一,其主要特征是膠原纖維的沉積[3]。腎纖維化是CKD的常見病理反應,其特征主要包括腎小管上皮細胞萎縮、炎癥細胞浸潤及細胞外基質(zhì)在腎小管及周圍毛細血管之間的過度沉積,最終會導致腎衰竭的發(fā)生[4]。上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是腎纖維化的最早病理表現(xiàn)之一,特點是E-鈣黏蛋白和閉鎖帶蛋白(ZO-1)表達減少,新生的α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達增強,并與腎纖維化的發(fā)生發(fā)展密切相關[5]。EMT由于其可逆性的存在,一直被認為是纖維化治療的關鍵方向之一。細胞外基質(zhì)的過度積累,在腎臟纖維化過程中較為常見。細胞外基質(zhì)中的多種有機分子,通過糖基化、交聯(lián)和沉積等方式,加速了腎間質(zhì)纖維化(RIF)的進展[6]。

人們通常認為,腎纖維化現(xiàn)象出現(xiàn)在各種感染、異物、毒素、機械損傷和遺傳疾病等因素刺激后的創(chuàng)口愈合異常過程中,并經(jīng)歷炎癥、肌成纖維細胞激活和細胞外基質(zhì)沉積等多個階段。根據(jù)此前的多項研究可知,高血壓和糖尿病是腎纖維化病變的2個重要病因,而腎纖維化治療藥物則主要包括血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和受體拮抗劑2種類型。CKD在世界范圍內(nèi)造成了較高的死亡率,迫切需要更為安全有效的治療藥物。肌成纖維細胞被認為是腎纖維化過程中的關鍵效應細胞,而上皮細胞、內(nèi)皮細胞、巨噬細胞等多種細胞則參與了腎臟肌成纖維細胞的生成[7]。轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)、雷帕霉素靶標蛋白、活性氧及遺傳修飾(組蛋白乙酰化、微核糖核酸和長非編碼核糖核酸)等因素則參與了腎成纖維細胞的活化,揭示了腎纖維化治療的某些潛在方向。

2 lncRNA的作用及分類

lncRNA是一類非蛋白質(zhì)編碼的RNA,長度一般超過200 bp[8],其相關基因在高級生物(包括人類)的基因組中占有較大比重,參與蛋白質(zhì)翻譯、細胞組織代謝及多種信號傳導的調(diào)節(jié)過程,涉及生長、分化、增殖到細胞凋亡等多個環(huán)節(jié),與多種細胞和生物功能調(diào)控有關,具有重要的生理作用[9]。多數(shù)lncRNA進化速度相比蛋白質(zhì)編碼序列更快,具有較強特異性,并參與多種細胞的分化發(fā)育及相關功能的調(diào)節(jié)[10]。lncRNA主要包括RNA聚合酶Ⅰ(pol Ⅰ)、pol Ⅱ及pol Ⅲ轉(zhuǎn)錄的相關RNA,還包括加工修飾過的內(nèi)含子RNA[9]。lncRNA可通過與DNA、RNA及蛋白質(zhì)的特異性相互作用,調(diào)節(jié)染色質(zhì)功能,進而調(diào)節(jié)核小體功能,改善生物基因表達[11]。lncRNA的調(diào)節(jié)功能包括參與支架的形成,影響細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的活性和定位,以及在所有水平上(轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后)調(diào)節(jié)基因表達,包括基因組印跡、翻譯和維持mRNAs穩(wěn)定性。一般來說,lncRNA可以作為競爭的內(nèi)源RNA來調(diào)節(jié)microRNAs的活性,從而控制靶基因的表達,導致包含CKD在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生[10]。

通過對人類轉(zhuǎn)錄本的分析發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)編碼的轉(zhuǎn)錄本僅占整個人類基因組的一小部分,而人類轉(zhuǎn)錄本的大部分屬于非編碼RNA,這表明其調(diào)節(jié)機制仍然需要進一步探索。根據(jù)其大小,非編碼RNA可分為微小RNA、lncRNA和環(huán)狀RNA;根據(jù)與蛋白質(zhì)編碼轉(zhuǎn)錄本相鄰的位置,還可以將lncRNA分為正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內(nèi)含子lncRNA及基因間lncRNA 5種類型[12]。越來越多的證據(jù)表明,在細胞的遺傳信息表達過程中,lncRNA發(fā)揮出多種調(diào)節(jié)作用,與調(diào)控細胞增殖、分化或凋亡的多種細胞信號通路相互作用[11],廣泛參與包括腎臟疾病在內(nèi)的多種人類疾病發(fā)展過程。

3 lncRNA與CKD

CKD通常表現(xiàn)為RIF改變和腎功能的不可逆損傷[13],其發(fā)病過程常較為隱匿。在組織病理學方面,RIF表現(xiàn)為細胞外基質(zhì)的過度沉積,以及腎小管上皮細胞的多種病理改變,如成纖維細胞激活、EMT、免疫細胞浸潤及細胞凋亡等現(xiàn)象[14]。作為與CKD進展有關的一種常見產(chǎn)物,TGF-β1被認為是腎內(nèi)EMT和RIF過程中的關鍵介質(zhì),具有調(diào)節(jié)誘導腎纖維化的作用[15]。盡管lncRNA被認為參與了人體多個病理生理過程,但其在RIF的發(fā)生發(fā)展中的作用和潛在分子機制尚不清楚。

3.1lncRNA與DN DN是糖尿病的一種常見并發(fā)癥,其發(fā)生發(fā)展及遺傳與外部環(huán)境等因素關系密切。TGF-β是一種關鍵的介體,在腎臟纖維化和炎癥中都起著關鍵作用,其中Smad3是直接的下游分子,發(fā)揮其重要的生物學效應[16]。一項關于DN的研究發(fā)現(xiàn),在2種腎纖維化模型中,有21種lncRNA發(fā)生上調(diào),但在Smad3基因敲除小鼠中則出現(xiàn)下調(diào)現(xiàn)象,表明TGF-β-SMAD信號在某些lncRNA的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn),lncRNA Gm26669(Gm26669)參與了RIF的發(fā)生發(fā)展過程,并證明了lncRNA Gm26669的過表達可以促進RIF的發(fā)生,而在TGF-β1刺激的腎小管細胞中,lncRNA Gm26669的敲除則抑制了RIF過程[17]。

有研究發(fā)現(xiàn),Smad3缺失的db/db小鼠(一種2型糖尿病動物模型)可完全保護其免受腎功能損害和組織學損害,同時伴有l(wèi)ncRNA ERBB4-ⅠR轉(zhuǎn)錄顯著降低,最終導致miR-29b轉(zhuǎn)錄增加[18]。作為一種致癌lncRNA,lncRNA KCNQ1OT1自發(fā)現(xiàn)以來,便受到了相關科研工作者的廣泛關注。一項關于lncRNA KCNQ1OT1與DN相互作用關系的研究中發(fā)現(xiàn),DN患者KCNQ1OT1和SORBS2顯著升高。而通過KCNQ1OT1基因敲除和SORBS2基因沉默等方法,均可抑制DN細胞增殖和纖維化,并進一步誘導細胞凋亡。此外,SORBS2的過表達恢復了KCNQ1OT1對DN細胞增殖、凋亡和纖維化的抑制作用。miR-18b-5p是KCNQ1OT1和SORBS2的共同作用靶點,而KCNQ1OT1基因敲除則抑制了核因子-κB通路。最終,研究發(fā)現(xiàn),lncRNA KCNQ1OT1可能通過調(diào)節(jié)miR-18b-5p/SORBS2軸,進而影響細胞增殖、凋亡和纖維化,最終導致腎衰竭的發(fā)生[19]。

作為lncRNA的特殊形式,生長抑制特異性基因5(GAS5)是細胞增殖和生長的一種重要“調(diào)節(jié)器”,可以通過mir-96-5p/FN1軸參與RIF的調(diào)節(jié)。有研究表明,慢病毒載體介導的lncRNA GAS5過表達,可減輕鏈脲佐菌素(STZ)誘導的RIF和腎組織炎癥反應。此外,在STZ誘導的DN模型中,炎性蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)表達上調(diào),而慢病毒誘導的MMP9沉默卻延緩了RIF,抑制了腎臟的炎癥反應[20]。由此可以看出,lncRNA GAS5可能抑制了糖尿病患者腎纖維化的進一步發(fā)展。

3.2lncRNA與梗阻性腎病 單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)是一種實驗性的嚙齒動物模型,其以加速的方式模擬與梗阻性腎病相關的腎纖維化[21]。在一項關于小鼠UUO模型的實驗中,研究人員發(fā)現(xiàn),sh-KCNQ1OT1可明顯減輕UUO所致的腎纖維化。該研究也進一步證明,KCNQ1OT1基因的下調(diào)可通過促進miR-124-3p在腎纖維化中的表達,進一步發(fā)揮其抗纖維化作用[22]。研究人員在用TGF-β-1誘導HK-2細胞建立的腎纖維化細胞模型中,通過測序鑒定Lnc453774.1的靶向差異表達基因后發(fā)現(xiàn),FBN1、IGF1R和KLF7充當了lnc453774.1的相關下游靶點,而lnc453774.1則可通過競爭針對FBN1、IGF1R和KLF7mRNAs的內(nèi)源性microRNA進而保護腎臟,最終遏制其纖維化的發(fā)生[23]。

GAS在進化的過程中結(jié)構功能高度保守,家族成員眾多,其基因編碼產(chǎn)物在微絲組裝、細胞生長分化或凋亡及細胞周期調(diào)控等方面具有十分重要的功能。研究人員通過觀察lncRNA GAS5在腎纖維化發(fā)病中的作用時發(fā)現(xiàn),在UUO性腎病小鼠模型的纖維化腎臟中,GAS5表達量明顯降低。GAS5在正常腎組織的小鼠腎小管上皮細胞及間質(zhì)成纖維細胞中均有表達,而TGF-β1可以下調(diào)GAS5的表達。GAS5過表達又可阻斷TGF-β1誘導的Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白的表達,而GAS5與miR-142-5p相互作用參與腎臟保護作用。該研究進一步證實,GAS5基因敲除可通過Smad3通路促進TGF-β1誘導的小鼠腎小管上皮細胞凋亡[24]。在腎小管上皮細胞中,lncRNA GAS5的促凋亡作用也已得到證實。但是,與腎纖維化相關的lncRNA GAS5的作用和表達機制仍然飽受爭議。關于lncRNA GAS5在多種疾病包括腎臟病的發(fā)生和發(fā)展中的作用,已引起眾多研究人員的關注。在一項關于lncRNA GAS5缺乏在UUO小鼠腎纖維化中作用的研究中發(fā)現(xiàn),相對于野生型小鼠而言,GAS5小鼠的梗阻腎臟表現(xiàn)出更為嚴重的腎臟纖維化和膠原沉積現(xiàn)象。UUO-GAS5小鼠血尿酸、血肌酐、尿白蛋白/肌酐比值均高于野生型小鼠。此外,α-SMA、波形蛋白、Ⅳ型膠原、纖維連接蛋白表達水平出現(xiàn)明顯升高。可以發(fā)現(xiàn),在UUO所致腎纖維化過程中,lncRNA GAS5缺陷加重了腎功能的下降,促進了EMT的發(fā)生[25]。由此可以推測,GAS5或許具有一定的腎纖維化保護作用。然而,對于lncRNA GAS5與腎纖維化的具體關系還有待進一步研究。

3.3lncRNA與LN LN是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)最常見的嚴重臟器表現(xiàn)之一。大約20%的LN合并SLE患者會逐步進展為終末期腎病。該腎炎的臨床表現(xiàn)多種多樣,從無癥狀蛋白尿到與腎病和腎病綜合征及終末期腎病相關的各種表現(xiàn)[26]。

近幾年的研究發(fā)現(xiàn),lncRNA除了與DN和CKD的腎纖維化現(xiàn)象有關以外,還與包括LN的纖維化過程關系密切。在一項關于SLE診斷和預后生物標志物的研究中,學者通過實時定量聚合酶鏈式反應檢測SLE組和健康對照組MALAT1和GAS5表達水平后發(fā)現(xiàn),與對照組比較,SLE組MALAT1表達出現(xiàn)異常上調(diào),而GAS5表達水平有所下降。與非NN患者比較,LN患者GAS5表達水平顯著下調(diào)。GAS5與腎小管萎縮、腎小球硬化、間質(zhì)纖維化及高血壓相關。研究證明,lncRNA中GAS5和MALAT1可作為SLE診斷生物標志物[27]。此外,GAS5還可區(qū)分SLE中LN和非LN,并可進一步預測LN患者腎纖維化程度。

3.4其他 除以上3種疾病外,研究人員還進行了CKD與其他lncRNA的相關研究。有研究發(fā)現(xiàn),TGF-β1和低氧刺激均可顯著上調(diào)人腎小管上皮細胞中l(wèi)ncRNA lnc-CHAF1B-3表達,并隨著EMT相關基因表達進一步增加。LNC-CHAF1B-3基因的敲除可顯著抑制TGF-β1誘導的Ⅰ型膠原α1、鈣黏蛋白-2、纖溶酶原激活物抑制物-1、蝸牛家族轉(zhuǎn)錄抑制因子1(SNAI1)和SNAI2的表達上調(diào)。Lnc-CHAF1B-3的表達與尿蛋白水平呈正相關,而與估計的腎小球濾過率呈負相關。原位雜交結(jié)果顯示,該基因僅在近曲小管表達。這些發(fā)現(xiàn)提示,LncCHAF1B-3通過調(diào)節(jié)EMT相關信號來影響RIF的進展[28]。因此,lnc-CHAF1B-3或許會成為治療RIF治療的潛在靶點。HAO等[22]通過生物信息學分析和雙熒光素酶報告基因分析發(fā)現(xiàn),miR-124-3p是KCNQ1OT1的靶基因。該研究首次揭示了lncRNA KCNQ1OT1基因敲除通過直接靶向miR-124-3p,抑制細胞增殖,下調(diào)α-SMA和纖維連接蛋白表達,進而發(fā)揮其抗纖維化作用的線索[22]。

4 小 結(jié)

腎纖維化作為一種常見的腎臟病理生理變化,常發(fā)生在多種慢性腎臟疾病之中。因其與腎功能關系密切,該現(xiàn)象現(xiàn)已逐漸引起了人們的關注。lncRNA作為一種非蛋白質(zhì)編碼RNA,可通過調(diào)節(jié)microRNA活性,繼而控制靶基因表達,參與機體多種細胞生物功能的調(diào)節(jié)。雖然有關RIF及l(fā)ncRNA的研究頗為廣泛且種類較多,但涉及二者關系及其相關分子信號通路的研究仍較為有限且機制不夠明確。關于臨床中腎纖維化的防治工作,仍面臨較大的困難和挑戰(zhàn)。有關CKD纖維化機制的研究,還有待進一步推進與完善。