微小核糖核酸对肾疾病的影响*

王雅楠，虞 飞，嵇雅茹，张学明

(包头医学院，内蒙古包头 014040)



微小核糖核酸对肾疾病的影响*

王雅楠，虞 飞，嵇雅茹，张学明

(包头医学院，内蒙古包头 014040)

微小核糖核酸(micro ribonucleic acid,miRNA)是一类保守的，内源性具有调控功能的非编码单链小分子核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)，长度约20～25个核苷酸(nuleotide, nt)，通过介导靶mRNA降解或抑制靶基因翻译来调节靶基因的表达。研究证明，miRNAs参与细胞增殖与凋亡，造血和血管生成等各种生命过程的调节，但目前只有一小部分miRNAs生物学功能得到阐明。近期研究发现，miRNA能够调控多个基因位点，从而miRNA的异常表达将影响整个基因网络，这有助于对各种肾疾病的研究。因此,研究miRNA与肾病的关系，窥探肾病的发病机制，将为临床上预防、诊断、治疗肾疾病提供新的理论依据。

1 miRNAs的发现与产生

Lee[1]等于1993年在线虫中发现了调控线虫发育的miRNA lin-4，这是个具有里程碑意义的发现。随后Calin等[2]发现在B细胞白血病患者中miRNA-15和-16显著下调，miRNA表达量和癌症之间存在联系。这个发现使miRNAs迅速成为生命科学领域的研究热点。

miRNA是miRNA基因经RNA聚合酶Ⅱ转录为初级miRNA(pri-miRNA)后加工而成的(图1)；在细胞核中，pri-miRNA由RNase ⅢDrosha和结合蛋白DGCR8形成的复合体加工成含有茎环结构的pre-miRNA；pre-miRNA被运输到细胞质中，经RNase Ⅲ Dicer加工形成长度约为22 nt的双链miRNA；双链miRNA解链，一条链与Argonaute家族蛋白形成miRNA 诱导的沉默复合体(miRISCs)；miRISCs与靶位点互补结合抑制基因转录使其mRNA降解或抑制蛋白翻译，从而调控基因的表达。植物miRNA能与靶mRNA开放阅读框(ORF)完全互补结合；而对于动物miRNA，通常在5’端含有6-7 nt的种子(seed)序列，通过种子序列，miRNA与靶mRNA 3’-非翻译区(3'-untranslated region,3’-UTR)互补结合。

2 miRNA基因靶点预测

miRNA可能有多个靶基因几个miRNAs也可以调节同一个基因，从而形成了复杂的调节网络，给miRNA的研究带来了一定的困难。目前用来筛选miRNA的靶基因的方法有传统生物信息学和实验两种方法。已经建立好的生物信息工具包括：TargetScan(www.targetscan.org),miRANDA(www.microrna.org)andPictar(www.pictar.mdc-berlin.de)等，利用miRNA的5’端“种子序列”预测靶位点。

注：该图来源于文献Badal SS,Danesh FR.MicroRNAs and their applications in kidney diseases[J].Pediatr Nephrol,2015,30(5):727-40 实验方法不仅可以筛选miRNA的靶基因也可以验证miRNA的靶基因。可分为两类：一类是以miRNA:mRNA的直接作用为基础，其准确率高,主要有荧光素酶报告基因，RNA与蛋白质免疫共沉淀技术等；另一类是以miRNA：mRNA相互作用为基础，其准确率较低,是通过转染miRNA inhibitor/mimic来建立miRNA的差异表达[3]。

3 miRNA与肾疾病

miRNA与靶基因特异性的结合从而调控与肾功能有关的特异性蛋白。miRNA的上调或下调与急性和慢性肾损伤息息相关[4]。有研究敲除了小鼠肾小管Dicer酶导致了严重的肾小球和肾小管囊肿，发现miR-200家族基因明显下调[5]。其中miR-200b/c和miR-459调控多囊肾中PKD1基因的表达。条件性Dicer酶等位基因敲除的方法可用于肾的研究。因此，miRNA在肾的正常生理和病理生理过程中发挥着至关重要的作用。

3.1 miRNA与糖尿病肾病 糖尿病肾病是糖尿病的长期并发症，是终末期肾疾病的一个危险因素。据报道白细胞介素-6受体参与了糖尿病肾病的发展，miRNA在调节基因的表达上扮演重要角色。为确定在糖尿病肾病中miRNA表达量是否有变化，LI C等[6]收集糖尿病肾病患者的肾组织与正常人相比较，发现miR-125a在患者肾组织中表达量明显减小，研究证实rs12976445基因的3′UTR是miR-125a的直接靶基因结合位点。研究者得出，miR-125a可以抑制基因rs12976445表达，miR-29a水平下降与肾小管间质纤维化有相关性。在肾组织中，与其他器官相互比较，除了表达一些共有的miRNA之外还会表达一些特异的miRNA。Natarajan[7]调研组在高糖诱导系膜细胞和1型2型糖尿病小鼠模型中发现，TGF-β抑制miR-192的表达，miR-192抑制SIP1的表达促进系膜细胞的增殖，导致肾小球系膜细胞的增生和肥大。

miR-21在各组织中广泛表达，参与调控多种疾病。有研究报道，miR-21也参与了糖尿病肾病的发生发展，在糖尿病肾病患者中miR-21的上调抑制了PTEN的表达从而促进了肾纤维化[8]。miR-21的上调与TGF-β1信号通路的激活有关。TGF-β1信号通路中的Smad7上调了miR-21的表达；miR-21的抑制阻断TGF-β1通路诱导纤维化。也有研究发现[9]，TGF-β1信号通路中的Smad3通过结合miR-21启动子区来诱导miR-21的表达，而Smad2却无此效应。在糖尿病肾病中miRNAs表达增加的可以通过抑制miRNA恢复靶基因的正常调控；而miRNAs表达降低的可以通过插入目的片段miRNAs来建立基因的调控。miR-125a，miR-21，miR-192等可能是治疗糖尿病肾病以及其它肾疾病的新靶点。

3.2 miRNA与局灶性节段性肾小球硬化 局灶性节段性肾小球硬化(FSGS)是儿童和成人常见的原发性肾小球疾病。近期研究发现，miRNA与FSGS诊断和预后息息相关。FSGS患者尿液中的miR-196a,miR-30a-5p,和miR-49表达上调[10]，与疾病的严重程度呈正相关。用TaqMan低密度芯片检测尿液miRNA的表达谱发现54种miRNAs，并且检测尿液中miRNA的水平，结果发现活动期FSGS者的miR-196a，miR-30a-5p和miR-49显著升高，明显高于缓解期FSGS患儿；经过类固醇治疗，激素耐药患儿miRNA表达没显著变化，而激素治疗有效的FSGS患儿miRNA表达水平下降，miR-30a-5p水平可以预测FSGS患儿对激素治疗的效果情况。用qRT-PCR检测14例FSGS患者和15例正常人肾组织miR-155、miR-194和miR-215[11]，FSGS患者3种miRNA水平均显著高于正常组，miRNA水平与患者蛋白尿水平呈正相关。cai等[12]发现，miR-192和miR-205在FGSG患儿中表达明显升高高于MND患儿，并且miR-192水平与FSGS患儿间质纤维化水平存在相关性，并推测，这两种miRNA在FSGS肾病的病理生理改变中起到非常关键的作用。

3.3 miRNA与多囊肾病 多囊肾(PKD)是一个单基因肾病，可分为常染色体显性PKD(ADPKD)和常染色体隐性PKD(ARPKD)。由特定基因突变引起，包括PKD1与PKD2的突变。miRNA参细胞增殖、凋亡和致癌等生理过程，它在多囊肾病中促进囊肿上皮细胞增殖分泌流体，导致囊肿的膨胀。Patel等[13]人在早期通过敲除PKD小鼠模型Dicer酶发现肾内整个miR-17-92家族(MIR-17，-18a，-19a，-19b，-20A，-92a)发生上调。miR-17-92家族可调节PKD基因的表达，而PKD基因在肾上皮细胞过表达可产生囊性结构，说明miR-17-92能够通过调控PKD基因的表达来抑制囊肿的发展[14]，所以miR-17-92家族靶基因消除会抑制孢囊发展，该家族可作为治疗PKD的潜在作用靶点。研究发现[15]miR-199A-5P与PKD相关，多囊肾病患者肾组织中miR-199A-5P显著上调且PDK模型大鼠和细胞系中的miR-199A-5P也上调，与临床和病理程度呈正相关。CDKN1C/ p57为miR-199A-5P的靶基因，miR-199A-5P可以在转录后水平抑制CDKN1C/ p57表达。所以，下调miR-199A-5P可以抑制细胞增殖从而减缓囊泡的形成。

综上所述，多种miRNAs在肾功能和肾相关疾病中发挥重要调控作用，有关肾疾病的研究在较短的时间取得了瞩目的成就。miRNA通过抑制靶基因进而发挥其生物学效应，因此miRNA靶基因的鉴定对于研究肾疾病的发病机制具有重要意义。miRNA在血清和尿液等体液中性质稳定，可能会成为肾病的新的潜在生物标志物。然而，miRNA与各种通路和调控机制相关，致使病理机制较为复杂。由于复杂的病理机制、组织特异性等致使将miRNA应用到临床面临很大的挑战。因此，需要我们进一步来探究机制和寻找潜在治疗靶点。

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国家自然科学基金项目(31060304)； 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(项目编号：NJZY16215)；包头医学院博士启动基金项目(BSJJ201602)

张学明

2016-03-22)