长链非编码RNA在糖尿病肾病中的研究进展

凡 洋 李亚玲 雷 蕾 黄丽岚 白彝华

糖尿病肾病(diabetic kidney disease,DKD)是一种微血管并发症,DKD也是终末期肾脏病(end stage renal disease,ESRD)最常见的病因,且无法治愈[1]。DKD最早可检测到的临床表现是微量白蛋白尿,在没有早期干预的情况下,大约50%的已确定微量白蛋白尿患者将进展为大量白蛋白尿,这比正常白蛋白尿患者进展为ESRD的风险高10倍[2]。DKD主要病理变化包括细胞外基质(extracellular matrix,ECM)增多及异常沉积、肾小管间质纤维化以及肾小球硬化,炎症在DKD中也起着重要作用[3]。研究者在细菌中首次发现第一个可调控的非编码RNA (non-coding RNA,ncRNA),随后ncRNA在大多数真核生物中陆续被发现[4]。基于转录本长度ncRNA可分为长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和短链非编码RNA,其中转录本长度>200个核苷酸的非编码RNA称为lncRNA,lncRNA不具备蛋白质编码能力[5]。

lncRNA通过与DNA、RNA和蛋白质相互作用,介导不同机制来调节转录、RNA加工、RNA干扰和翻译,且lncRNA的特异性表达和定位不同导致lncRNA在不同细胞类型中可能具有不同的功能[6]。lncRNA在生物学过程中发挥的重要作用使其逐渐成为研究热点。越来越多研究表明,lncRNA在癌症、心血管疾病、肾脏疾病等中均具有重要功能。近年来研究表明,lncRNA应对高血糖、高血压和高血脂等危险因素并发的DKD的发生、发展中发挥重要作用[7]。作为DKD新的调节因子,lncRNA在DKD发生、发展过程中可能作用机制以及近年来研究进展将在本文中进行综述。

一、lncRNA在DKD中的表达

为了探索lncRNA在DKD的表达及其有可能涉及的相关通路,Zhao等[8]通过检索截止到2021年3月1日的多个中外文献数据库,对于DKD患者中表达失调的lncRNA,进行生物信息学分析,寻找lncRNA的潜在靶基因,并进行KEGG通路富集分析,结果显示,与对照组比较DKD患者血清、血浆和肾脏样本中存在8个lncRNA失调,此外,5种lncRNA参与疾病相关信号通路。Chen等[9]建立了DKD小鼠模型,通过基因微阵列分析比较了DKD模型组和对照组小鼠肾脏组织中lncRNA的表达模式并采用反转录PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR)验证,结果显示在DKD小鼠中差异表达的lncRNA有311个,其中105个显著上调,206个显著下调。这些研究表明lncRNA与DKD 关系紧密,lncRNA可能通过不同靶基因或调控不同分子通路影响DKD。

二、不同类型lncRNA在DKD中的研究进展

1.lncRNA MALAT1在DKD中的研究进展:肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)是研究较多的lncRNA之一。lncRNA MALAT1是位于人类染色体11q13.1的基因间转录本,长约8.7kb,参与多种癌症的发生、发展[10]。除了参与癌症的病理生理过程,lncRNA MALAT1在糖尿病并发症中也发挥重要作用,其在不同类型的糖尿病并发症如糖尿病心肌病、糖尿病性视网膜病变、DKD等疾病中的表达趋势一致,在DKD小鼠肾脏组织中lncRNA MALAT1表达上调[11]。为研究lncRNA MALAT1在DKD患者中的表达水平及临床意义,Zhou等[12]检测了27例DKD患者和14例健康对照者血浆中lncRNA MALAT的表达水平同时评估其与肾功能指标的相关性,结果表明,与对照组比较,DKD组外周血单个核细胞中lncRNA MALAT1表达显著上调,lncRNA MALAT1水平与尿白蛋白和尿肌酐的比值、尿β2-微球蛋白、尿α1-微球蛋白、肌酐呈正相关,提示lncRNA MALAT1参与肾脏损伤。

有研究报道,在高糖诱导的肾小管上皮细胞中lncRNA MALAT1表达升高,lncRNA MALAT1能诱导肾小管上皮细胞损伤且发生上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),敲低lncRNA MALAT1后肾损伤以及EMT相关指标的表达发生了逆转[13]。Song等[14]研究发现,过表达lncRNA MALAT1、LIN28A或Nox4能降低细胞活力,增强细胞凋亡、活性氧生成和炎性细胞因子分泌,为了探索三者与DKD 关系,应用RNA免疫共沉淀和RNA pull-down实验分析人肾小管细胞和人胚肾细胞中lncRNA MALAT1、LIN28A和Nox4之间的相互作用。结果表明lncRNA MALAT1通过与LIN28A相互作用并激活Nox4/AMPK/mTOR信号通路加重肾小管损伤。以上研究表明,lncRNA MALAT1在DKD中的高表达与DKD发生、发展密切相关,这可能为DKD提供一定的临床诊断价值,但其涉及的作用机制仍需更多的深入研究。

2.lncRNA NEAT1在DKD中的研究进展:核富集转录体1 (nuclear-enriched abundant transcript 1,NEAT1)由NEAT1v1 (3.7kb)和NEAT1v2 (23kb)两种异构体转录本组成,NEAT1通过招募转录因子并将其与基因启动子隔离,从而改变基因转录,表观遗传调控基因表达[15]。Yang等[16]构建的DKD动物模型的肾脏组织以及牛血清白蛋白诱导的肾小管上皮细胞中lncRNA NEAT1表达均显著增高,在牛血清白蛋白诱导的肾小管上皮细胞中过表达lncRNA NEAT1可显著增加纤维化和EMT标志物水平,而过表达DKD保护蛋白Klotho可以逆转lncRNA NEAT1的高表达。生物信息学分析筛选出miR-23c是lncRNA NEAT1的潜在靶点,双荧光素酶报告发现,miR-23c与lncRNA NEAT1结合,lncRNA NEAT1通过吸附miR-23c促进高糖诱导的小鼠系膜细胞增殖、纤维化和EMT,并抑制其凋亡,表明lncRNA NEAT1和miR-23c可能是治疗DKD的潜在治疗靶点[17]。也有研究表明,lncRNA NEAT1在早期DKD患者尿液及血清中上调并抑制miRNA93和miRNA29a功能,同时增强miRNA21和miRNA124活性,lncRNAs NEAT1通过调节miRNA的表达和活性在肾小球和肾小管水平的不同细胞类型中发挥不同的功能继而参与DKD发生、发展[18]。这些研究提示,lncRNA NEAT1可能通过不同机制促进DKD纤维化以及EMT,也可能介导miRNA的表达参与DKD发生、发展,将来能作为DKD治疗的有效标志物和潜在治疗靶点,但仍需要进一步的探索。

3.lncRNA TUG1在DKD中的研究进展:牛磺酸上调基因1(taurine upregulated gene 1,TUG1)定位于染色体22q12.2区段,长度为7.1kb,最初被认为是啮齿类动物视网膜发育的关键因子[19]。lncRNA TUG1已被证明在多种癌症中异常表达,可能通过调控细胞增殖、侵袭、凋亡、分化和耐药等过程,介导肿瘤发生、发展和细胞代谢[20]。也有研究发现,lncRNA TUG1在DKD患者尿液和血清中下调并增强miRNA 93和miRNA 29a表达,抑制miRNA 21和miRNA 124活性,同时对足细胞具有保护作用,表明lncRNA TUG1通过与特定miRNA相互作用在DKD中发挥肾脏保护功能[18]。Long等[21]研究发现,TUG1是糖尿病环境中差异表达的lncRNA,在糖尿病小鼠的足细胞中lncRNA TUG1的表达显著降低,过表达lncRNA TUG1能与PGC-1α相互作用并调节糖尿病环境中足细胞的线粒体生物能量学,从而改善了与DKD相关的生化和组织学特征。也有研究证明,lncRNA TUG1在糖尿病大鼠和高糖诱导的系膜细胞中表达下调,过表达lncRNA TUG1后减轻糖尿病大鼠肾脏病变,如糖尿病大鼠肾脏重量、24h尿蛋白、血尿素氮和血肌酐水平显著降低,过表达lncRNA TUG1也可通过抑制PI3K/Akt通路抑制DKD系膜细胞增殖和ECM积聚[22]。以上研究提示lncRNA TUG1在DKD疾病进程中发挥重要作用,有极大的可能性成为DKD防治的新靶点,但仍缺乏一定的临床研究。

4.lncRNA KCNQ1OT1在DKD中的研究进展:KCNQ1重叠转录物1(KCNQ1 overlap transcript 1,KCNQ1OT1)位于染色体11p15.5,是长度为91kb的非剪接lncRNA,KCNQ1OT1通过调节癌细胞增殖、细胞周期、迁移和侵袭参与肺癌、肝癌、乳腺癌等人类癌症的发生、发展[23]。Jie等[24]在高糖条件下培养人肾小球系膜细胞和人肾小球内皮细胞作为DKD细胞模型,结果显示,在DKD细胞模型中lncRNA KCNQ1OT1和SORBS2升高,同时发现lncRNA KCNQ1OT1通过直接靶向miR-18b-5p调控SORBS2的表达,敲低lncRNA KCNQ1OT1能抑制抑制NF-κB通路的激活,敲低lncRNA KCNQ1OT1和敲低SORBS2均抑制DKD细胞增殖和纤维化。Xu等[25]收集33例DKD患者和30例健康志愿者的血液样本,同时收集10例DKD患者和10例肾脏形态正常患者的肾活检组织,发现lncRNA KCNQ1OT1在DKD患者的血液和肾活检组织以及高糖培养的人肾小球系膜细胞中显著高表达,敲低lncRNA KCNQ1OT1能抑制高糖处理的人肾小球系膜细胞增殖、ECM积聚、炎症和氧化应激,这可能是通过介导miR-147a / SOX6轴实现的[25]。

有研究发现,lncRNA KCNQ1OT1在DKD患者外周血单个核细胞中表达异常升高,之后研究者同时将30只Wistar大鼠分为对照组、糖尿病组和DKD模型组,检测并比较3组大鼠肾脏组织中lncRNA KCNQ1OT1和MEK/ERK通路相关分子的表达,结果显示,DKD组大鼠lncRNA KCNQ1OT1、MEK-5、ERK2相对表达量最高,且lncRNA KCNQ1OT1与MEK-5、ERK2表达呈正相关,说明DKD中lncRNA KCNQ1OT1的增加可能与MEK/ERK信号通路的激活相关[26]。lncRNA KCNQ1OT1在DKD发生、发展过程中起着促进作用,提示靶向lncRNA KCNQ1OT1可能对延缓DKD进展具有积极作用,但仍需进一步研究探索。

5.lncRNA MIAT在DKD中的研究进展:心肌梗死相关转录本(myocardial infarction-associated transcript,MIAT)是位于22q12.1染色体的非编码转录本,可以在转录和转录后水平调控基因的表达,lncRNA MIAT可影响细胞活力、增殖和侵袭能力,同时也能影响细胞凋亡,最初被认为是心肌梗死的易感位点,随后被发现参与几种人类癌症的发生、发展[27]。在一项单变量线性回归分析中,结果显示尿液和血清lncRNA MIAT与尿和血清miRNA-93和miRNA-29a以及估算肾小球滤过率之间直接相关,且lncRNA MIAT在DKD患者尿液和血液中下调,说明lncRNA MIAT可能是通过调节miRNAs的表达和活性参与DKD发生、发展[18]。Dong等[28]研究证实,miR-182-5p是lncRNA MIAT的miRNA靶标,敲低lncRNA MIAT后能上调miR-182-5p水平从而促进高糖培养的人肾小管上皮细胞的细胞损伤、炎症,也能促进NF-κB通路的活化,并调节miR-182 -5p靶基因GPRC5A的表达,证实lncRNA MIAT通过调控miR-182-5p/GPRC5A轴,使NF-κB通路失活,阻碍DKD的发生、发展[28]。

另一项研究发现,lncRNA MIAT在DKD患者的肾脏组织中以及高糖处理的系膜细胞中表达水平增高,而敲低lncRNA MIAT后可以逆转高糖处理的系膜细胞中的ECM蛋白如Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白的高表达,并证实miR-147a为lncRNA MIAT的靶基因,最终表明lncRNA MIAT通过靶向miR-147a同时释放E2F3诱导高糖诱导的系膜细胞增殖和ECM蛋白含量,最终促进DKD细胞增殖以及纤维化[29]。对于lncRNA MIAT的临床研究和基础研究都较为匮乏,且以上研究提示,lncRNA MIAT可能通过靶向不同的miRNA在DKD发生、发展中发挥完全不同的作用,所以需要更深入的科学研究为lncRNA MIAT作为DKD治疗靶点提供坚实的基础。

6.lncRNA GAS5在DKD中的研究进展:生长停滞特异性转录本5(growth arrest-specific transcript 5,GAS5)定位于染色体1q25,由630个核苷酸组成,是在多种人类癌症中具有抑癌作用的lncRNA之一[30]。近年来有研究发现,lncRNA GAS5与DKD存在一定的联系,研究者共收集了60例2型糖尿病伴DKD患者和不伴DKD患者的肾脏组织,发现lncRNA GAS5在2型糖尿病伴DKD患者的肾脏组织中的表达水平较无DKD患者降低,且lncRNA GAS5与DKD相关并发症的严重程度呈负相关,同时发现过表达lncRNA GAS5可显著抑制高糖培养的系膜细胞的细胞增殖和纤维化[31]。Xie等[32]通过star Base软件预测GAS5可能与miR-452-5p结合,双荧光素酶报告实验证实了这一可能,并发现在高糖诱导的肾小管上皮细胞中GAS5表达降低的同时miR-452-5p表达上调,而过表达GAS5可下调高糖诱导的肾小管上皮细胞中miR-452-5p的表达并抑制细胞炎症、氧化应激和焦亡。而另一项研究得出了不同的结论,研究发现,lncRNA GAS5在转化生长因子β1(transforming growth factor beta 1, TGF-β1)处理的肾小管上皮细胞和DKD小鼠肾脏中的表达水平均增高,而敲低lncRNA GAS5可缓解肾小管上皮纤维化,最终得出lncRNA GAS5通过吸附miR-96-5p促进肾小管上皮细胞纤维化的结论[33]。以上研究表明,lncRNA GAS5或许是DKD发生、发展过程中的重要调节因子,但其发挥的具体作用及涉及的不同机制尚不清楚,所以对其更深入研究可能在未来使得lncRNA GAS5成为DKD治疗的新靶点。

三、展 望

DKD最初始的变化是肾小球超滤过伴蛋白尿进行性增多,在病程中受蛋白尿、高血糖、高血压、血脂异常、肥胖、吸烟等多种危险因素的影响。目前针对DKD的治疗以药物治疗为主,主要集中于控制血糖、血压,调节生活方式,保护肾功能等方面,但药物治疗的DKD效果有限。作为威胁人类公共健康的疾病,探寻DKD新的治疗方法具有十分重要的意义。近年来lncRNA逐渐进入人们视野并成为研究热点,多数研究集中于lncRNA在人类肿瘤的作用及其可能机制。近年来大量研究也证实,许多lncRNA与DKD发生、发展密切相关,lncRNA通过调控细胞增殖、凋亡,炎症、纤维化参与DKD的发生、发展,其中涉及到不同分子机制以及通路。

综上所述,不同种类lncRNA参与DKD发生、发展的作用不全相同,部分促进DKD发生、发展,而部分对DKD具有保护作用,并且同一lncRNA在DKD肾脏不同部位的不同细胞中也可能通过介导不同靶点以及信号通路发挥不同作用。而许多研究集中于动物实验以及细胞实验,缺乏足够样本量的临床研究,所以若想将lncRNA转移到临床治疗上,仍需要大量的深入研究进一步探索lncRNA与DKD之间的关系。但这并不能否认lncRNA作为新的靶点在DKD治疗中潜在的可能性,多种lncRNA在DKD患者血液、尿液以及肾脏组织中存在差异表达,说明lncRNA成为DKD发生、发展的生物学标志物存在着巨大的可能性,随着对lncRNA更为深入的研究,相信将来lncRNA可作为诊断DKD、判断DKD分期以及预后的生物学标志物应用于临床,为患者带来福音。以上为探索DKD的潜在的预防措施以及治疗方法提供了新的思路,为DKD治疗探寻新的有效的治疗靶点提供了理论基础。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。