微小RNA在糖尿病肾脏病中的研究进展

李洪叶，刘明明，李媛，许海燕

(1. 徐州医科大学基础医学院，江苏 徐州 221004； 2. 徐州医科大学连云港临床学院，江苏 连云港 222006)

糖尿病肾脏病(diabetic kidney disease, DKD)是全球性的健康问题之一。国际糖尿病联合会的最新数据显示，2019年全球约有4.63亿糖尿病患者，我国高达1.16亿，居世界第一[1]。DKD是糖尿病最常见的微血管并发症之一，是一些国家和地区终末期肾病(end-stage renal disease,ESRD)的首要原因，也是导致糖尿病患者死亡的重要慢性并发症[2]。DKD主要与代谢紊乱、血流动力学紊乱、氧化应激、炎症和遗传因素有关[3]。早期DKD的特征是微量白蛋白尿，并逐步进展至大量白蛋白尿，以至血肌酐和血尿素氮水平升高，最终发展为ESRD[4]。其中DKD的病理改变包括肾小球硬化、肾小管间质纤维化、肾小管上皮细胞和血管损伤[5]。

DKD患病率高、并发症多、知晓率低、治疗费用高，因此迫切需要探索其发病机制，以改善患者的临床预后[6]。然而，其确切分子机制仍不完全清楚。研究表明转化生长因子-β(TGF-β)、哺乳动物雷帕霉素复合物靶标(mTOR)、磷脂酰肌醇3-激酶蛋白激酶B(PI3K/Akt)、胶原基因表达等多种信号转导途径都参与了DKD的发病机制[7]。虽然不同的分子途径已被用于DKD的治疗干预，但寻找理想的生物标志物和新的治疗靶点仍在探索中。miRNA是一类由内源基因编码的长度为19 ～25个核苷酸的非编码 RNA，广泛分布于真核生物及病毒等体内[8]。其表达具有组织特异性和时序性，可以通过抑制靶mRNA翻译和(或)诱导mRNA 降解调节基因的表达来发挥转录后调控作用[9]。miRNA在多种生理和病理过程中均起关键作用，如胚胎早期发育、基因表达调控、细胞的增殖分化与凋亡[10]。miRNA因在体液中能够稳定存在，作为肾脏生物标志物的作用日益增强，并为 DKD的未来临床治疗提供了良好的前景[11]。现已证明DKD发病机制与系膜细胞外基质(extracellular matrix,ECM)聚集、足细胞损伤以及肾间质纤维化有关[12]。本文对miRNA在这些机制中的调控作用进行综述。

1 miRNA与肾小球基底膜和系膜损伤

DKD状态下，肾小球病变主要包括系膜细胞肥大、基底膜增厚和系膜基质增生。这些病变主要与各种蛋白质沉积有关，如胶原蛋白、纤维连接蛋白等[13]。蛋白质在基底膜和ECM沉积是促使DKD发生的关键病变。

已有报道证明miRNA参与调控DKD胶原基因的表达[14]。研究发现，高糖处理小鼠系膜细胞可诱导上游刺激因子或上游转录因子1和2(upstream stimulatory factors or upstream transcription factor 1/2，USF1/USF2)，进而通过转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)抑制E-box的抑制物E盒结合锌指蛋白(Zeb1/2)的表达，诱导胶原蛋白基因的表达。在经TGF-β诱导下的小鼠系膜细胞中，miR-192的过表达可抑制Zeb1和Zeb2，进而使Ⅱ型胶原蛋白的表达上调，这说明在糖尿病条件下，增加的miR-192能够通过下调E-box的抑制物来促进肾脏纤维化[15]。Park 等[16]研究还发现，在糖尿病小鼠模型及小鼠系膜细胞(MMC)中，上调TGF-β表达水平也能诱导和促进miR-200b/c表达，进而下调靶基因锌指蛋白FOG2，促进Ⅰ型和Ⅳ胶原蛋白表达。其中miR-200b/c下调FOG2也具有激活PI3K-Akt信号通路、促进纤维蛋白质合成和肾小球ECM的过度沉积导致系膜增生与肥大的作用。另有研究发现，DKD状态下，自发性2型糖尿病OLETF大鼠肾皮质中miR-133b和miR-199b高表达，促使Ⅰ型胶原蛋白、纤维连接蛋白以及α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达水平升高，促进了大鼠肾间质纤维化。用TGF-β1处理人肾小管上皮HK-2细胞，发现α-SMA水平升高和E-钙黏蛋白水平下降，促进了细胞的转分化。在HK-2细胞中发现沉默信息调节因子1(SIRT1)是miR-133b和miR-199b的靶点，抑制miR-133b和miR-199b可以上调HK-2细胞中SIRT1的表达，进而减轻TGF-β1诱导的子宫内膜间质转化和肾纤维化。这些结果提示miR-133b和miR-199b通过靶向SIRT1可以有效地抑制TGF-β1诱导的DKD，从而减轻糖尿病大鼠的肾脏纤维化和TGF-β1处理的HK-2细胞的转分化[17]。根据上述miRNA在肾组织及细胞中的作用，提示增强或抑制miRNA的治疗干预措施可能通过调节胶原蛋白的表达水平来帮助DKD的治疗。

2 miRNA与足细胞损伤

足细胞损伤是DKD的一个标志，肾小球足细胞是胰岛素敏感细胞，在糖尿病环境的早期反应中会受到损伤，它的损伤或减少将引起肾小球滤过屏障结构的改变和功能的障碍，促进蛋白尿的形成和肾小球硬化[18]。高糖环境激活的氧化应激是DKD的重要发病机制，另一个与其密切相关的病理生理学改变是炎症反应。氧化应激和炎症会刺激足细胞发生凋亡[19]。研究发现 miRNA 在DKD足细胞损伤中发挥着重要作用。

研究发现miR-146a上调通过抑制炎症相关基因的表达发挥对肾脏的保护作用。 miR-146a 基因敲除会导致糖尿病小鼠促炎性巨噬细胞表型(M1型)过度表达，抗炎性巨噬细胞表型(M2型)过度抑制，并伴随着炎性细胞因子和炎性小体相关基因如白细胞介素1β(IL-1β)和IL-18的表达增加，足细胞上皮标志性蛋白nephrin表达减少，肾巨噬细胞浸润，肾小球肥大，尿蛋白增多，因此miR-146a 上调是通过抑制炎性作用对肾脏起到保护作用，缺乏这种保护机制会加剧DKD的发生[20]。该研究中还发现，链脲佐菌素诱导糖尿病小鼠建模 16 周时 miR-146a 的表达水平比建模7周的小鼠低，这表明 miR-146a 随着DKD的加剧，其保护作用是逐渐降低的。这其实与Lee等[21]的实验结果糖尿病小鼠模型中miR-146a 表达水平降低相一致。还有研究发现Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)参与炎症反应，miR-874过表达可以通过靶向TLR4显著减轻炎症反应，表现为IL-6、IL-1β和肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平降低，抑制葡萄糖诱导的足细胞损伤，对肾脏起保护作用[18]。

有研究表明在db/db小鼠中miR-320a过表达增加了糖尿病诱导的肾小球系膜扩张、足细胞损伤和氧化应激， v-maf肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物B(MAF bZIP transcription factor B,MafB)是miR-320a的直接靶点，MafB的表达还可以下调足细胞上皮标志性蛋白nephrin和谷胱甘肽过氧化物酶3(Gpx3)的表达，从而加重肾功能障碍[19]。miR-503的增加导致糖尿病大鼠肾功能损伤，其过表达通过靶向E2F转录因子3(E2F transcription factor 3， E2F3)促进DKD足细胞损伤[22]。Wang等[23]发现SIRT7为miR-20b的功能靶点，沉默SIRT7可促进高糖诱导的足细胞凋亡，而过表达 miR-20b也相应地促进了足细胞凋亡。许薇等[24]研究发现DKD患者的肾组织、链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠和高糖处理的足细胞中 miR-21呈高表达，提示miR-21可能参与了DKD患者肾小管上皮细胞肥大、组织外基质异常沉积及肾纤维化等病理过程。而miR-21的下调抑制了链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠炎症因子(IL-1、TGF-β、TNF-α)的分泌，减轻了肾脏损害。此外，在高糖处理的足细胞中，金属蛋白酶3的组织抑制剂(TIMP3)是miR-21的靶点，TIMP3过表达可减轻高糖诱导的炎症反应和足细胞凋亡[25]。

研究表明，miR-29c也参与了DKD的发生和发展，在db/db 小鼠模型中，高糖可促进db/db 小鼠足细胞和血管内皮细胞 miR-29c表达水平，miR-29c还可通过作用于软脂酰化磷蛋白同源物1(Spry1)，激活Rho激酶，从而加强了ECM的累积以及足细胞的凋亡，引起DKD[26]。还有研究发现miR-29c直接靶向三四脯氨酸(TTP)并促进高糖条件下的炎症反应，miR-29c在足细胞中的过度表达导致炎性细胞因子的增加，通过抑制miR-29c则减少了足细胞中的炎性细胞因子[27]。因此，miRNA既参与了DKD的发生发展，又可以反向调节保护肾脏，为DKD的治疗提供了新的靶点。

3 miRNA与肾间质纤维化

miRNA参与肾间质纤维化的过程，TGF-β是已知最强的纤维化因子，在肾间质纤维化的发病机制中起着重要作用[28]。DKD早期病理表现为肾小球和肾小管基底膜增厚，系膜肥大。随着DKD的加重，出现肾小球硬化和肾间质改变。肾间质纤维化是各种慢性肾脏疾病发展为慢性肾功能衰竭的常见表现。其主要病理表现为肾间质成纤维细胞增多和ECM过度积聚[29]。

TGF-β是成纤维细胞的趋化诱导因子，在DKD中可促进 ECM产生。TGF-β因其可激活下游 SMAD信号通路而被认为是肾脏纤维化的一个关键中介，高糖可诱导 TGF-β 产生增加，从而激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和启动下游 SMAD蛋白信号通路促进蛋白质的沉积[30]。TGF-β/Smad3途径介导肾间质纤维化的下游抑制剂是miR-29，但miR-29家族(a/b/c)的表达受TGF-β1的负调控，随着TGF-β1的增加反而减少，促进了胶原基因表达、ECM和蛋白沉积，加重了肾脏纤维化[31]。但也有研究表明miR-29b可抑制肾脏的纤维化，也是通过抑制TGF-β/Smad3途径[32]。He等[33]研究发现，在肾脏损伤时瞬时受体电势通道蛋白1(TRPC1)是miR-135a的靶蛋白，TRPC1的过表达能够逆转miR-135a促进系膜细胞增殖和增加ECM沉积的病理效应，抑制miR-135a促进细胞纤维化的作用，而且miR-135a抑制Ca2+进入细胞的功能也受到TRPC1的调节，因此抑制TRPC1水平以阻止Ca2+进入细胞可能是miR-135a促进糖尿病肾损伤肾纤维化的机制。有研究表明，DKD患者血清中miR-377存在异常高表达，采用人肾小球系膜细胞(HMC)系，上调其miR-377水平后，发现SMAD2和SMAD3蛋白表达量增加，促进了EMT的发生，促使纤维连接，蛋白产物增多[6]。

还有一些miRNA被证实可以治疗肾间质纤维化。王晓莉等[34]研究表明，虽不能确定丝裂原活化蛋白激酶4(mitogen-activated protein kinase kinase 4，MAP2K4)蛋白是miR-25的直接作用靶点，但是miR-25可负性调控 MAP2K4，从而影响JNK信号通路，拮抗α-SMA发挥抗肾纤维化的作用，对延缓肾小球硬化和肾间质纤维化的发生、发展有重要意义。另有研究发现在链脲佐菌素诱导的糖尿病模型中，miR-455-3p过表达可改善肾小球肥大、系膜肥大和肾纤维化的病理改变，蛋白激酶2为miR-455-3p的定向靶点，过表达蛋白激酶2可显著促进这些病理改变，因此miR-455-3p通过抑制蛋白激酶2的表达在治疗肾纤维化中起重要作用[35]。miR-342可靶向SRY-box 6(SOX6)抑制DKD肾间质纤维化，miR-342过表达抑制了SOX6的表达，促进细胞增殖，抑制系膜细胞的凋亡。这表明使用不同的miRNA是将来治疗DKD的潜在策略。

4 小结与展望

目前，大量研究已证实miRNA的调控表达可以有效影响不同疾病的发生发展。对miRNA 在DKD中的作用机制及作为DKD新的生物标志物和治疗靶点有了进一步认识，但是其系统的调节机制仍旧不是很清楚，这主要是因为不同类型的 miRNA和靶目标有许多混杂之处，但相信随着相关研究的深入，未来可能会开发出普及的、固定的DKD相关miRNA数据库，从而为DKD发病前的预防、早期诊断以及合理治疗提供依据。