microRNA在糖尿病腎病中作用的研究進展
文章來源：中華腎臟病雜志
糖尿病腎病（DN）是糖尿病患者最常見的微血管并發(fā)癥。在歐美等發(fā)達國家，DN 已成為終末期腎?。‥SRD）的首要病因。在我國，因DN 而最終導致ESRD 的比例也在逐年上升。DN 的早期診斷和合理的治療可有效地延緩疾病進展。
因此，深入認識DN 的發(fā)病機制，并對其發(fā)病的關鍵環(huán)節(jié)進行干預，不僅可減輕疾病給患者帶來的痛苦，對減輕國家在衛(wèi)生巾濟費用方面的負擔也有重要意義。
目前DN的發(fā)病機制仍未完全明確，近年有研究發(fā)現(xiàn)microRNA（miRNA）在基因中的調控作用可能成為DN一個新的診斷標志及治療靶點。本文就miRNA在DN中的作用及相關機制進行綜述。
miRNA的特點及作用機制
miRNA 是一種長約21～25 個核苷酸的非編碼單鏈RNA。miRNA 與RNA 誘導的基因沉默復合物(RNA ?induced silencing complex，RISC)結合并形成非對稱RISC復合物后被激活。
通過結合至靶基因mRNA 上，非對稱RISC 復合物可促進mRNA 的降解或抑制mRNA 的翻譯，從而抑制其靶基因的表達，實現(xiàn)對靶基因的轉錄后調控。
根據序列互補程度分類，目前已知的miRNA 對靶基因的負性調控作用主要通過兩種方式：一種是miRNA 與靶基因mRNA 不完全互補。
此方式主要在翻譯水平上抑制靶基因mRNA 的表達，并可影響mRNA 的穩(wěn)定性，這類miRNA 的結合位點通常在靶基因mRNA 的3’端非翻譯區(qū)，而絕大多數(shù)哺乳動物中的miRNA 通過這一方式發(fā)揮調控作用。
另一種是miRNA 與靶基因mRNA 完全互補。此方式可引起mRNA 的直接降解，這類miRNA 的結合位點通常都在靶基因mRNA的編碼區(qū)或開放閱讀框中。
據推測，人類基因組中3%為miRNA，而30%編碼蛋白質的mRNA受其調控。由于miRNA在細胞增殖、分化及能量代謝方面起著重要作用，其異常表達可影響腫瘤、心血管疾病及代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。
隨著miRNA在各種疾病發(fā)生機制中作用研究的深入，miRNA 在疾病中的診斷價值越來越受到重視，而基于miRNA 為靶點的基因治療也展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。
糖尿病腎病與miRNA
高血糖狀態(tài)是DN 發(fā)生發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，由高血糖引起的葡萄糖代謝異常及腎臟血流動力學改變是腎臟病變的基礎，而各種細胞因子的激活則是病變的直接誘因。
其中，包括系膜細胞、足細胞及腎小球上皮細胞等腎臟多種細胞的損傷，均參與了腎小球硬化的過程。通過miRNA 表達譜芯片（microarray）及各種體內外實驗發(fā)現(xiàn)，miRNA 在腎臟各種細胞損傷中起著不同作用?，F(xiàn)將各種miRNA在高糖狀態(tài)下不同細胞中的作用及相關機制分述如下。
miRNA與腎小球系膜細胞
目前認為，作為腎小球最主要的細胞之一——腎小球系膜細胞在高糖狀態(tài)下的變化，即系膜細胞肥大及細胞外基質（ECM）沉積，是DN 最重要的特征。在此過程中，高糖誘導的轉化生長因子β（TGF?β）升高是啟動因素，并通過激活ERK1/2、PI3K 及JNK?MAP 激酶信號通路促進細胞肥大及膠原蛋白表達。
miR?192：Kato 等首次發(fā)現(xiàn)，在TGF?β誘導下的小鼠系膜細胞中，miR?192 的表達增高，而miR?192 可抑制鋅指E盒結合蛋白1（zinc finger E?box binding homeobox 1，ZEB1）及鋅指E 盒結合蛋白2（zinc finger E?box bindinghomeobox 2，ZEB2）的表達。
作為E?box 的抑制子，ZEB1/2的減少可引起E?box的上調，繼而導致下游Ⅰ型膠原蛋白α2（type Ⅰ collagen α2，Col1α2）沉積。在STZ 誘導的1 型糖尿病小鼠以及2型糖尿病模型db/db小鼠的腎臟中也有同樣結果。
miR-216a 及miR-217：E-box 作為一種重要的調控元件，可調控多種基因的表達。miR?216a及miR?217位于非編碼RNARP23?298H6.1?001（RP23）的第二內含子上。E?box 的上調可促進miR?216a 及miR?217 的表達，繼而下調磷酸酶張力蛋白同系物（phosphatase and tensinhomologue，PTEN），激活PI3K?Akt 信號通路。
Akt 激酶激活可通過使多種下游蛋白，包括TOR、GSK?3β及FoxO轉錄因子磷酸化而調控細胞生長、存活及蛋白質合成。這些轉錄因子的激活最終可引起系膜細胞肥大、氧化應激等而促進DN的進展。
此外，Kato等還發(fā)現(xiàn)，miR?216a可抑制Ybx1（一種Tsc?22 mRNA 結合蛋白），使Tsc?22 蛋白增加，促進TGF?β誘導的系膜細胞Col1α2的表達。
miR?200 家族：除了調控miR?216a 及miR?217 以外，E?box 的結合位點同時也存在于miR?200 家族（包括miR?141、?200a、?200b、?200c、?429）上游基因組區(qū)域，其上調可增加miR?200 家族的表達。
而miR?200 家族的增加可通過作用于下游蛋白Fog2，降低Fog2 對PI3K 的抑制，激活PI3K?Akt信號通路。
miR?377：在STZ 誘導1 型糖尿病小鼠及高糖狀態(tài)下的人系膜細胞中，Wang 等也發(fā)現(xiàn)了miR?377 高表達。同時，在實驗中證實了其通過下調錳超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，MnSOD）及p21 活化激酶（PAK1），增加纖連蛋白（FN）的表達。而FN是引起DN腎小球ECM沉積的主要蛋白之一。
miR?21：Dey 等研究發(fā)現(xiàn)，miR?21 在高糖培養(yǎng)的大鼠及人腎小球系膜細胞中高表達，而在OVE26 1 型糖尿病小鼠模型及UUO 腎間質纖維化大鼠模型中同樣升高。與此同時，其靶基因PTEN 的表達減少，并伴有系膜細胞肥大，F(xiàn)N 增加。
miR?21 過表達可模擬高糖作用，抑制PTEN 表達，增加磷酸化絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶B（phospho? serine/ threonine protein kinase B，pAkt）水平，并增強高糖誘導的TORC1活性[15?16]。因此，miR?21可能通過抑制PTEN，激活PI3K?Akt?TORC1 信號通路而促進DN 時系膜細胞肥大及FN沉積。
miRNA與足細胞
盡管目前普遍認為腎小球系膜細胞的病理生理改變在DN的發(fā)生發(fā)展過程中起關鍵作用，然而近年來相關的研究表明，足細胞損傷也與DN，尤其是早期階段DN密切相關。足細胞的受損導致大量蛋白尿，而蛋白尿的出現(xiàn)進一步加重足細胞及腎小球其他細胞的損傷，由此形成的惡性循環(huán)最終導致腎小球硬化的發(fā)生。
miR?29c：在2型糖尿病模型db/db小鼠的腎臟及高糖誘導的足細胞中，miR?29c 表達增加，而其靶基因Spry1蛋白減少。同時，通過質粒轉染使足細胞miR?29c過表達可降低Spry1 蛋白水平而激活Rho 激酶。
Rho 激酶可通過多種途徑最終引起足細胞凋亡及ECM 沉積。另外，通過反義寡核苷酸沉默miR?29c可顯著降低db/db小鼠蛋白尿及ECM沉積。
miR?93：Long 等[19]的研究表明，另一種miRNA——miR?93 在2 型糖尿病模型db/db 小鼠的腎臟中表達降低，而其靶基因VEGF表達增加。
血管內皮生長因子（VEGF）作為與糖尿病微血管并發(fā)癥相關的細胞因子，可作用于內皮細胞調控腎臟纖維化進程，而VEGF主要來源于足細胞。
研究發(fā)現(xiàn)，高糖狀態(tài)下足細胞同樣存在miR?93 下調及VEGF上調，提示糖尿病時，足細胞中miR?93 表達受到抑制，可能導致VEGF過表達而引起腎臟損傷。
miRNA與腎小管上皮細胞DN 小管間質病變包括腎小管上皮細胞損傷、腎間質炎性細胞浸潤和腎間質纖維化。目前認為，腎間質ECM與腎間質的肌成纖維細胞（myofibroblast，MyoF）關系密切，而腎小管上皮細胞轉分化是MyoF 的重要來源。
因此越來越多的證據表明，高糖狀態(tài)下腎小管上皮細胞轉分化為間充質細胞（epithelial?mesenchymal transition，EMT）的現(xiàn)象在糖尿病時腎臟纖維化過程中起到重要作用。
miR?192 及miR?215：廣泛存在于各類上皮細胞的E?鈣黏素（E?cadherin）是一類介導同種細胞互相黏附的鈣依賴性跨膜糖蛋白。作為腎小管上皮細胞間緊密連接的重要成分，E-cadherin在保持腎小管上皮細胞完整性和極性中起重要作用，其表達缺失是腎小管上皮細胞轉分化（EMT）的標志之一。
在TGF?β誘導的大鼠腎小管上皮細胞中，miR?192 及miR?215 表達減少，使E?cadherin 表達降低，最終促進EMT。由于ZEB2是E?cadherin的抑制蛋白之一，因此時過程可能與miR?192 及miR?215 減少對ZEB2的抑制有關。
miR -200a：作為miR-200 家族中的成員之一，miR-200a 在系膜細胞中受TGF?β調控而上調。在TGF-β誘導的大鼠近端小管上皮細胞中，miR-200a表達降低，與此同時，E?cadherin減少，而與纖維化程度相關的α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）上調，提示腎小管上皮細胞發(fā)生EMT，并導致ECM、FN及Col1的表達增加[23]。此過程與miR-200a上調SMAD3蛋白的活性有關。
3. miR?382：Kriegel 等通過miRNA 表達譜芯片檢測發(fā)現(xiàn)，在人腎小管上皮細胞中，miR?382 受TGF?β調控而高表達。而將miR?382基因沉默后，可減弱TGF?β誘導的上皮細胞標志E-cadherin 的缺失。
超氧化物歧化酶2（SOD2）是miR?382的靶基因之一，在miR?382過表達時受到抑制。而通過質粒轉染使人腎小管上皮細胞SOD2 基因過表達，可改善TGF?β誘導的E?cadherin 降低，抑制腎小管上皮細胞EMT過程。
結論與展望
近年來，miRNA 在疾病中作用的研究已成為了當前生命科學領域的研究熱點，miRNA 通過對靶基因轉錄后的調控，使其在包括糖尿病在內的多種疾病中都發(fā)揮著重要作用。越來越多的研究也證實了miRNA 對DN 多條信號通路的調控作用。
在miRNA 的參與下，系膜細胞發(fā)生肥大，細胞外基質沉積，以及足細胞凋亡和腎小管上皮細胞轉分化，共同參與了腎小球硬化的過程。
另一方面，miRNA 在不同細胞中發(fā)揮不同甚至相反的作用，體現(xiàn)了miRNA 調控的復雜性及細胞特異性。因此，有關miRNA與DN的分子作用機制仍有待進一步探索，對miRNA的深入研究及相關作用靶點的認識與探索，將為DN的早期診斷和治療帶來新的思路和方法。
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