MicroRNA表达与糖尿病肾病临床意义的研究进展

Research Progress on MicroRNA Expression and Clinical Significance of Diabetic Nephropathy

摘要: 糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy, DN)是引起终末期肾病的最主要原因之一，但其发病机制尚未完全明确，且患者预后欠佳。MicroRNAs是近年来新发现的有重要的临床意义的非编码单链RNA分子，许多MicroRNA被证实在DN患者中表达异常且与其发病机制相关。本文综述探讨了MicroRNA表达在糖尿病肾病中的作用机制，为糖尿病肾病的治疗提供参考。

Abstract: Diabetic nephropathy (DN) is one of the most leading causes of end-stage renal disease, but its pathogenesis is not fully defined, and the prognosis of clinical patients is poor. MicroRNAs are newly identified non-coding single-stranded RNA molecules of great clinical significance in recent years, and many MicroRNAs were confirmed to be aberrantly expressed in DN patients and associated with their pathogenesis. In this paper, the mechanism of MicroRNA expression in diabetic nephropathy is reviewed, which provides a reference for the treatment of diabetic nephropathy.

1. 引言

糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy, DN)是糖尿病患者最常见的微血管并发症之一，是目前引起终末期肾脏疾病(End-Stage Renal Disease, ESRD)的主要原因，也增加了糖尿病患者的死亡风险 [1] 。最新流行病学研究显示，全球糖尿病患者DN的患病率为20%~40%，而我国DN的患病率亦呈快速增长趋势 [2] 。DN患者肾脏内微血管内皮细胞损伤、炎症细胞浸润、基质积聚以及肾小球硬化和肾功能减退等病理生理过程是导致ESRD的重要机制 [3] [4] 。

目前，DN的发病机制尚不完全明确，近年来通过对微小RNA (MicroRNA)深入研究，发现miRNAs是一种与肾脏血管内皮紧密相关的非编码RNA，主要存在于肾小管上皮和内皮细胞中，而有研究表明 [5] [6] miRNAs在肾脏微血管方面亦有上调作用，如miR-21和miR-192是在糖尿病肾病患者中高表达的MicroRNA，在调节基质合成和微血管的增殖方面发挥着重要的作用，可以看出miRNAs在DN病理生理过程中起重要作用。本文就MicroRNA表达在糖尿病肾病中的作用机制进行综述，为糖尿病肾病的治疗提供参考。

2. MicroRNA参与DN病理过程的作用机制

2.1. MicroRNA定义

MicroRNA (miRNA)是一类非编码的长度约为20~24个核苷酸的小RNA，miRNA广泛表达于人体各个组织和器管，其特点是具有高度保守性、组织时序性和特异性，是一类不具开放阅读框的非编码RNA，可以与其靶标mRNA的3'UTR结合，参与其下游信号分子的表观遗传调控。miRNA能通过抑制靶mRNA的翻译来调控基因的表达，参与调节细胞分化、增殖和凋亡等生理过程，在机体免疫、血管生成、细胞增殖和凋亡中起重要作用 [7] 。

2.2. DN的发病机制

DN是一种由于长期血糖控制不佳所导致的主要表现为尿蛋白异常或进行性肾小球滤过率降低的慢性肾脏疾病。DN典型的病理改变包括肾小球基底膜增厚、系膜基质增宽、肾小球硬化、足细胞功能异常及凋亡等，而足细胞丢失和肾组织纤维化在DN的病理过程中起重要作用 [8] 。

2.3. 促进DN发生、发展的miRNAs

2.3.1. miRNAs与糖尿病肾病的肾组织纤维化

上皮–间充质转分化(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)在肾组织纤维化过程中扮演关键角色。其主要生物学作用是通过产生纤维细胞以修复由创伤和炎症反应造成的组织损伤，在炎症反应持续活化的状态下，其迁移能力及侵袭能力均增强，同时产生更多的细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)，从而加重DN中ECM的堆积，加剧DN的病理变化 [9] 。

1) miR-638：

研究表明 [10] ，在高糖高脂环境下，肾脏细胞中miR-638的表达水平出现上调，且其表达水平呈现出葡萄糖作用时间及浓度依赖性。TGF-β1被认为是肾小球硬化和肾小管间质纤维化机制中关键的细胞因子，在DN相关细胞因子中处于中心地位，TGF-β1介导足细胞损伤、系膜细胞增生、底膜增厚、上皮细胞间质转化及肾细胞凋亡，激活的TGF-β/Smads、经典Wnt/-蛋白及表皮生长因子受体(Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR/MAPK)等信号转导通路发生级联反应，进而导致细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)中各种成分的表达增加，加速ECM进行性积聚，最终导致肾小球硬化及肾间质纤维化 [11] 。

miR-638可通过抑制TGF-β/Smads信号通路介导上皮–间充质转分化(Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)和导致纤维化过程，在糖尿病肾组织纤维化中起着重要的作用 [12] 。有研究表明，正常人和DN患者肾脏组织的miRNA表达谱发现，miR-638的异常表达可以调节上皮向间充质转化的标记物的表达水平。miR-638原本在肾小球和肾小管间质中均表达，随着肾脏功能的损失及肾脏间质纤维化的过程，miR-638的表达降低直至缺失，而且这一过程与TGF-β1阻通路相关 [13] 。糖尿病小鼠中表达降低的miR-638可能通过激活磷脂酞肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶PI3 K/Akt信号通路，从而促进TGF-β1阻通路相关的系膜细胞增生肥大以及细胞外基质的生成 [14] ，加速ECM进行性积聚，最终导致肾小球硬化及肾间质纤维化。

2) miR-223：

研究表明，miR-223在心脏、脂肪组织和肝脏等组织中无处不在 [15] ，与其组织分布一致，miR-223与各种生理和病理状况均有关，包括动脉粥样硬化的发展 [16] 和脂肪组织相关的胰岛素抵抗 [17] 。Li等 [18] 研究表明，mi-223缺乏会导致适应不良β细胞增殖及凋亡，且可以通过抑制FOXO1与SOX6通路来维持胰岛B细胞功能，进而指出其可能缓解糖尿病微血管并发症的发生。已有研究表明，研究发现miR-223在DN疾病中的表达水平降低，但是未阐明miR-223参与DN疾病调控的具体机制 [19] 。

近期一项以24只db/db小鼠作为DN组，6只db/m小鼠作为对照组，旨于探究miR-223-3p/SOX6参与DN的机制的研究发现：miR-223-3p可以通过抑制SOX6表达，从而缓解DN模型肾组织炎症反应与间质纤维化，且miR-223-3可能成为阻止DN疾病进展的靶点之一 [20] 。

2.3.2. miRNAs与糖尿病肾病的足细胞损伤

miR-193a

miR-193a与细胞凋亡关系密切，可以促进肝癌细胞、前列腺癌细胞、肾小管上皮细胞等多种细胞的凋亡 [21] 。已有研究报道，miR-193a在DN患者肾组织中高表达，且miR-193a的表达水平与糖尿病肾病病变程度成正相关 [22] 。但目前关于miR-193a与DN足细胞损失的作用机制鲜有论述。既往研究表明，WT1表达于足细胞核，是成熟足细胞的特异性标志蛋白，并常作为足细胞计数的标记物，对足细胞的发育、分化和稳态至关重要 [23] ，WT1通过调节裂隙膜Nephrin和Podocalyxin以及足细胞特异性转录因子来维持足细胞结构和功能的稳态 [24] 。当足细胞受到损伤时，足细胞标记蛋白WT1的表达降低。此外，WT1也是一个与细胞凋亡有关的抗调亡因子，其可以通过多种途径抑制细胞凋亡的发生。如WT1通过靶向cMyc增强KRAS突变型NSCLC的增殖并阻止其凋亡，通过抑制EZH2/B-catenin途径改善糖尿病肾病的足细胞损伤等 [24] [25] 。

近期有一项旨于探讨微小RNA-193a对DN足细胞调亡的影响及作用机制的研究 [26] ，表明DN小鼠和高糖诱导的小鼠足细胞中Nephrin、Podocin表达减弱，细胞凋亡率显著升高，且明显miR-l93a高表达；DN小鼠和高糖培养的小鼠足细胞中Wilms瘤基因l (WT1) mRNA和蛋白表达水平显著降低，并通过Target Scan数据库预测到miR-193a与WT1存在结合位点，miR-193a inhibitor干预后WT1蛋白表达显著升高，上调wT1可降低miR-193a对高糖诱导的小鼠足细胞凋亡的影响，并证实了miR-193a和WT1之间的靶向关系，即MiR193a下调WT1的表达，促进DN足细胞凋亡。

3. 临床应用——实验室标志物

临床DN的诊断通常根据微量白蛋白升高和(或) eGFR下降、肾活检等方式，而从早期干预、特异性敏感性及非侵入性检查等方面来说，miRNA可能更有价值。

一项包含113例DN患者的空腹静脉血检测分析 [27] 发现，MicroRNA-9 (miR-9)表达水平较健康对照组显著升高，且miR-9与CysC、Scr呈正相关，与eGFR水平呈负相关；且有研究表明 [28] ，DN患者血清miR-9水平表达升高是DN的独立危险因素，且miR-9水平与血管内皮生长因子、血管内皮生长因子、TC、TG、HbA1c、Scr、纤维蛋白原、胰岛素抵抗水平等呈正相关。miR-9在DN患者血清中表达升高可能是通过氧化应激诱导肾小球及肾小管凋亡增加，而促进DN的发展 [29] [30] ；miR-214表达水平与CysC、Scr星负相关(P < 0.05)，与eGFR水平呈正相关，有研究显示，miR-214可以调控糖尿病肾脏中自噬激活激酶1表达和自噬损伤，从而减少肾脏肥厚和蛋白尿 [31] ，因此不难推测miR-214水平在DN中水平降低可能与调控自噬损伤有关，引起肾损伤和炎症反应，而参与DN的进展。提示这两种miRNA在参与DN发生、发展中有着重要作用。此外，Eissa等 [32] 在DN患者中发现观察组(DN组)尿液中miR-133b、miR-342和miR-30a的相对含量均高于非肾病组和对照组；尿液中miR-133b，iR-342和miR-30a联合检测对糖尿病肾病诊断的灵敏度77%，特异度为93%，准确度为85%明显高于单独miRNA所得到的特异度及准确度，因此联合检测尿液中miR-133b，miR-342和miR-30a可作为糖尿病肾病诊断的潜在标志物。以上均体现了miRNA作为DN生物标志物的特异性。

4. 小结及展望

DN是一种慢性进展性疾病，随着病情进展加重，终会发展为终末期肾病。综上所述，miRNA与DN的发生、发展有着密切影响。随着人们对miRNA在DN中的作用机制及其新的生物标志物和可能的治疗靶点都有了进一步认识，但是实现miRNA对DN的精确诊断、规范性治疗仍有很多问题待解决：① 诸多研究关于同一miRNA对DN的作用存在争议；② 作为生物标志物，由于miRNA在血液和尿液中相对稳定，因此可以通过检测miRNA水平对早期DN的诊断有较好的效果，但是miRNA检测的特异性及灵敏度还需验证，如有些miRNA在血清、尿液及肾组织中的表达水平不一致；③ 作为治疗靶点，目前技术尚不成熟，miRNA作为药物其有效性及安全性等问题仍待解决。随着高通量测序技术、微阵列分析以及miRNA在临床方面的研究等发展，可以进一步明确在肾脏生理和病理中的精准调控机制中miRNA的关键地位，为DN的早期预防、精确诊断及精准治疗提供更多的可能。

基金项目

陕西省重点研发计划项目(2022SF-162)。

NOTES

^*通讯作者。