外泌体微RNA与肾脏疾病的相关研究

李如梦，周冰倩，王艳秋

(中国医科大学附属盛京医院肾内科，沈阳 110004)

肾脏疾病的种类多、病因复杂、病程长。无论哪种肾脏疾病，在未得到及时治疗的情况下均将不可逆的进展为慢性肾脏病或终末期肾脏病。目前，慢性肾脏病和终末期肾脏病是全球的健康问题之一[1-2]。因此，亟需寻找新型有效的临床治疗手段。研究表明，外泌体在缺氧、高糖、高草酸等生化刺激下[3-5]分泌异常，并以自分泌、旁分泌、远分泌的方式[6-8]将其包裹的信号物质传送到靶细胞，参与肾脏生理[9]、肾脏细胞损伤和修复、免疫反应以及间质纤维化等病理过程。近年来有研究表明，健康人尿液外泌体中微RNA(microRNA，miRNA/miR)-10、miR-30和let-7 miRNA家族成员丰富，这些外泌体miRNA与肾小管旁分泌调节有关，利用健康人尿液外泌体分别培养肾小管上皮和人集合管细胞发现，人集合管细胞肾脏外髓钾通道蛋白、血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶1及赖氨酸缺乏蛋白激酶1水平降低；近端肾小管细胞中氨基酸转运蛋白信使RNA水平降低，其编码的钠离子依赖的中性氨基酸转运蛋白2显著减少，表明尿液外泌体miRNA能对肾小管转运体进行旁分泌调节[8]。另外，随着二代测序技术的不断发展，有文献报道健康人和慢性肾脏疾病患者尿液外泌体中的miRNA具有较高的丰度和浓度[10]。现就外泌体miRNA与肾脏疾病的相关研究予以综述。

1 外泌体miRNA与肾脏疾病的发生发展

有文献报道，几乎所有肾脏的肾单位均能分泌外泌体，因此外泌体在肾脏的生理病理活动中可能扮演重要角色[11]。研究发现，外泌体在肾脏组织破坏和再生中起关键作用[12]。外泌体通过将所携带的信号物质输送到相应的靶点参与肾脏损伤修复[13-14]、免疫反应[15-17]以及肾间质纤维化[4,18]等生物学活动。其中，外泌体miRNA在各种常见肾脏疾病(原发性肾炎、急性和慢性肾脏病、糖尿病肾病及狼疮肾炎等)的发生发展中起重要的调控作用。

1.1外泌体miRNA与原发性肾炎 原发性肾小球肾炎是我国终末期肾脏病的最主要原因，其病理类型包括IgA肾病、微小病变型肾病、局灶节段性肾小球硬化、膜性肾病等。近年来，外泌体在原发性肾小球疾病中的研究不断增加。有研究表明在IgA肾病患者中，肾小球miR-26a水平明显低于健康对照者；在自身免疫性肾小球肾炎小鼠的尿液外泌体中，miR-26a水平显著高于正常小鼠，而miR-26a又主要在足细胞表达[19]。因此，尿液外泌体的miR-26可作为自身免疫性肾小球肾炎中受损足细胞的标志物。在特发性肾病综合征患儿中，尿液外泌体miR-194-5p、miR-146b-5p、miR-378a-3p、miR-23b-3p和miR-30a-5p的表达水平升高增加，但其在临床症状缓解时显著降低，其中尿液外泌体miR-194-5p和miR-23b-3p与尿蛋白量呈正相关[20]。也有研究证明，外泌体miR-193a参与局灶节段硬化性肾小球肾炎及膜性肾病发生发展的调控机制[21-22]。另外Min等[23]通过高通量测序发现，IgA肾病患者中有158个尿液外泌体miRNA与健康对照者的差异有统计学意义；他们进一步对测序结果差异最明显的外泌体miRNA进行大量临床样本验证发现，外泌体miR-29c、miR-146a和miR-205与高通量测序结果一致，表明外泌体中的miR-29c、miR-146a和miR-205可能成为IgA肾病的新型非侵入性生物标志物。以上研究表明，外泌体miRNA在原发性肾小球肾炎的发生发展中扮演重要角色。

1.2外泌体miRNA与慢性肾脏病 多种原因导致的肾脏疾病造成肾脏结构和功能不可逆损伤，最终进展为终末期肾脏病，其中肾间质炎症和肾间质纤维化是慢性肾脏病的共同病理过程。Abbasian等[24]认为，细胞外囊泡miRNA转移在慢性肾脏病的炎症凋亡及肾纤维化病理活动中起关键作用。在急、慢性肾损伤动物模型中，血浆衍生的外泌体miRNA浓度和丰度低于血浆总miRNA，经分析血浆衍生外泌体中显著改变的miRNA与细胞外基质受体相互作用和蛋白O型聚糖合成途径相关，这表明血浆衍生外泌体miRNA可能参与组织纤维化和肾损伤[25]。Lv等[26]研究发现，慢性肾脏病患者轻度纤维化组的尿液外泌体miRNA水平低于中、重度纤维化组，且miR-29c与估计肾小球滤过率和肾小管间质纤维化有关，其可预测肾小管间质纤维化程度。另有研究表明，肾纤维化患者尿液外泌体的miR-29c和miR-21可以预测肾纤维化程度，且miR-29c与肾小球滤过率和间质相对面积呈显著负相关[27]。经受试者工作特征曲线及临床和病理指标的相关性分析发现，miR-29c具有较强的实用价值[27]。Yu等[28]发现，尿液外泌体miR-200b水平在IgA肾病和糖尿病肾病向慢性肾脏病进展的过程中显著降低，且与肾病纤维化进展呈正相关，表明外泌体miR-200b可作为肾纤维化的生物标志物。此外，miR-16、miR-92a、miR-21、miR-124a在慢性肾脏病患者的尿液外泌体中表达丰富，其中miR-16可作为慢性肾脏病患者尿液外泌体最稳定的内源性参考基因[29]。这表明，外泌体miRNA不仅可作为慢性肾脏病发生发展机制的研究靶点，也可作为慢性肾脏病研究的新型辅助工具。

1.3外泌体miRNA与糖尿病肾病 糖尿病肾病是西方国家导致终末期肾脏病的首要原因。在我国，随着人们生活水平的提高，糖尿病肾病的患病率也逐年增加。Xie等[30]研究发现，2型糖尿病肾病患者尿液外泌体中有496种miRNA的表达与2型糖尿病患者存在差异。其中，miR-362-3p、miR-877-3p、miR-150-5p表达上调，miR-15a-5p表达下调，经分析这些miRNA可能通过p53、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白和AMP活化的蛋白激酶途径参与糖尿病肾病的发生发展。此外，与1型糖尿病未累及肾脏的患者相比，1型糖尿病肾病患者尿液外泌体中的miR-155和miR-424表达明显增加[31]。通过动物和细胞实验发现，系膜细胞和细胞衍生的外泌体中miR-145水平升高，表明1型糖尿病患者尿液外泌体的miR-130a和miR-145不仅可作为1型糖尿病肾病早期诊断标志物，还可能参与1型糖尿病肾病的早期发病过程[31]。一项研究利用miRNA微阵列技术发现，糖尿病肾病患者尿液外泌体中16种miRNA的表达失调：14种miRNA的表达上调，2种miRNA的表达下调[32]。经验证表明，尿外泌体miR-320c和miR-6068的表达明显上调，并与微量白蛋白尿具有相关性[32]。进一步分析发现，miR-320c可能通过靶向血小板反应蛋白1对转化生长因子-β信号通路产生影响，表明miR-320c可作为2型糖尿病肾病疾病进展的新候选标志物[32]。因此，外泌体miRNA可能在糖尿病肾病的发生发展中具有潜在研究价值。

1.4外泌体miRNA与狼疮肾炎 狼疮肾炎是系统性红斑狼疮最常见的并发症，也是我国终末期肾脏病最常见的病因之一，其发病隐匿，预后较差。目前，外泌体miRNA在狼疮肾炎中的研究逐渐成为焦点。与非活动期相比，狼疮肾炎活动期患者尿液外泌体中let-7a和miR-21的表达显著下调；经长期随访发现，在发病期间let-7a和miR-21的表达也显示下调，系统治疗后表达增加[33]。另外，狼疮肾炎患者尿液外泌体miRNA在狼疮肾炎疾病活动期间明显增加，其中外泌体miR-146a增加最为显著[34]。Solé等[35]进一步研究发现，狼疮肾炎患者的尿液外泌体miR-29c与组织学慢性指标和肾小球硬化程度呈负相关，且miR-29c预测狼疮肾炎患者慢性程度的灵敏度和特异度分别为94%和82%。另有研究表明，狼疮肾炎患者尿液外泌体miR-26a的表达水平明显高于健康对照者[19]。因此，外泌体miRNA可能在狼疮肾炎的发病和诊断中均有重要意义。

2 外泌体miRNA在肾脏疾病中的临床应用

外泌体因具有较强的抵抗力，能稳定存在于尿液、血液等各种体液中，故可反映疾病的病理状态。目前，外泌体在疾病检测方面已成为研究热点。外泌体miRNA不仅在肾脏疾病的发生发展中发挥重要调控作用，在肾脏疾病的早期诊断和预后评估方面也有潜在价值。

2.1作为肾脏疾病早期诊断的生物标志物 肾活检一直是肾脏疾病诊断的金标准，但其在临床早期诊断应用中也存在很多局限性，常因无法及时确诊，导致肾脏疾病患者的预后较差。而尿液和血液来源的外泌体因容易获得、保存稳定，并能及时反映肾脏疾病的病理状态，故可能成为肾脏疾病早期诊断的敏感生物标志物。Eissa等[36]发现，外泌体miR-15b、miR-34a和miR-636在糖尿病肾病中的表达显著增加；经进一步分析发现，这些外泌体miRNA可作为糖尿病肾病的诊断标志物，其灵敏度可达100%。另有学者通过建立糖尿病肾病动物模型发现，糖尿病肾病早期尿液外泌体miR-451-5p和miR-16的表达显著增加，且与临床病理指标(包括肾小管间质纤维化和肾小球硬化指数)呈正相关，故尿液外泌体miR-451-5p和miR-16可作为糖尿病肾病进展的早期敏感性非侵入指标[37]。此外，有文献报道2型糖尿病肾病患者尿外泌体中的miR-133b、miR-342和miR-30a表达水平显著升高，且与临床指标(血清肌酐、尿白蛋白肌酐比和估计肾小球滤过率)呈负相关[38]。因此，外泌体miRNA具有早期检测糖尿病肾病的临床价值。研究表明，高血压患者尿液外泌体中miR-146a的表达水平与蛋白尿呈正相关，提示其可作为高血压早期肾损伤的潜在诊断工具[39]。有学者通过比较肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)癌细胞和近端小管细胞来源的外泌体miRNA的表达水平发现，miR-205可作为ccRCC的潜在生物标志物[40]。文献报道，外泌体中miR-126-3p与miR-449a或miR-34b-5p的结合可用来诊断ccRCC，其中miR-126-3p和miR-34b-5p相结合能反映出小的肾脏占位性病变，而miR-126-3p和miR-486-5p结合能区分良、恶性病变，这些miRNA在手术后可恢复到与健康人相近的水平[41]。以上研究表明，外泌体miRNA在肾脏疾病早期诊断中具有较高的实用价值，可为临床疾病检测诊断研究提供新方向。

2.2作为肾脏疾病预后评估的生物标志物 尿液外泌体miRNA不仅具有早期诊断价值，在肾脏疾病预后评估中也具有一定优势。Ichii等[42]通过对犬肾脏疾病模型尿液外泌体miRNA进行二代测序发现，尿液外泌体miR-26a和miR-10a/b表达水平显著降低。此外，有学者通过将BK病毒性肾病患者尿外泌体中BK病毒(BK virus，BKV)-miR-B1-5p、BKV-miR-B1-3p和has-miR-16的诊断值与血浆和尿液中的BKV载量进行比较发现，尿液外泌体BKV-miR-B1-5p和BKV-miR-B1-5p/has-miR-16对BK病毒性肾病具有较高的诊断价值，可作为诊断肾脏移植性BK病毒性肾病的替代标志物[43]。另有研究发现，血清外泌体miR-210在ccRCC晚期转移的患者中表达上调；受试者工作特征曲线分析表明，其灵敏度和特异度分别为82.5%和80.0%，表明血清外泌体miR-210具有较高的临床诊断价值；进一步研究发现，外泌体miR-210上调与ccRCC患者处于晚期T阶段、高Fuhrman分级和转移相关[44]。因此，肿瘤组织来源的血清外泌体miR-210可作为ccRCC诊断和预后评估的新型非侵入性生物标志物。另有研究表明，血清外泌体miR-210和miR-1233在不同TNM分期ccRCC患者中的表达水平显著高于对照者，且在术后明显降低，故血清外泌体miR-210和miR-1233可作为ccRCC的诊断指标，其中miR-210的灵敏度为70%，特异度为62.2%；miR-1233的灵敏度为81%，特异度为76%[45]。

3 外泌体miRNA在肾脏疾病治疗中的前景

外泌体在细胞间信息物质交流和信号转导方面发挥重要作用。其主要通过旁分泌方式将信号物质传送至目标靶点发挥作用。近年来，外泌体miRNA在肾脏疾病治疗方面的研究日益增多。有研究表明，来源于间充质干细胞并富含miR-let7c的外泌体作用于肾小管上皮细胞，并通过下调单侧输尿管梗阻肾组织的Ⅳ型胶原α1、基质金属蛋白酶9、转化生长因子-β1和转化生长因子-β1型受体来减轻肾脏纤维化，表明间充质干细胞的外泌体可作为肾病的新型治疗方式[46]。另有研究表明，外泌体miRNA参与肾脏的免疫反应[47]。在缺氧条件下，低氧诱导因子-1α能刺激肾小管上皮细胞释放富含miR-23a的外泌体，进而激活巨噬细胞以促进肾小管间质炎症反应，提示外泌体miR-23a可能成为慢性肾脏病研究的新型生物治疗靶点。此外，人脐带血内皮集落形成细胞衍生的外泌体转移miR-486-5p通过靶向磷酸酶和张力蛋白同源物，并激活蛋白激酶B来减少缺血性肾损伤，提示人脐带血内皮集落形成细胞来源的富含miR-486-5p的外泌体可成为急性肾损伤的治疗手段[48]。可见，外源性的外泌体所携带的信号物质作用于肾脏受损细胞或组织，参与调控肾脏固有细胞损伤修复，为肾脏疾病的治疗提供了新思路。

4 小 结

近年来，外泌体中的miRNA因具有膜保护不易降解、易获得、丰度和浓度高等特点而备受关注。随着研究人员对外泌体miRNA研究的深入,外泌体miRNA不仅在多种肾脏疾病早期诊断、预后评估方面得到广泛认可，其在肾脏疾病的治疗方面也表现出巨大的应用前景。但外泌体miRNA在肾脏疾病发病和进展中的具体作用机制仍不明确，需进一步研究。未来，根据外泌体miRNA在肾脏疾病中的具体作用机制，并结合早期诊断，针对性地用药和预防，对延缓肾脏疾病进展和改善患者生活质量具有重要意义。