MicroRNA在IgA腎病診斷中的應用

文 璐，文建國，李真珍，劉章鎖

(鄭州大學第一附屬醫(yī)院腎內科 河南鄭州 450052)

MicroRNA(miRNA)是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類具有調控功能的非編碼RNA。最近的研究表明miRNA參與各種各樣的調節(jié)通路，包括生長發(fā)育、細胞增殖和凋亡、信號傳導等一系列重要的生命調節(jié)過程。已發(fā)現(xiàn)miRNA的表達異?？赡軐е氯祟惗喾N疾病，如癌癥、自身免疫性疾病及腎臟疾病等［1］。IgA腎病是全世界最常見的原發(fā)性腎小球疾病，其診斷及疾病的動態(tài)監(jiān)測依賴腎組織活檢，探索合適的非侵入性IgA腎病診斷方法一直是腎臟疾病領域中最緊迫的課題之一。miRNA存在于組織、尿液、血液等，目前，國內外尚未有針對組織、尿液及血液中的miRNA與IgA腎病診斷方面作系統(tǒng)闡述的報道，本文就miRNA的生物學特點及其在IgA腎病診斷方面的最新研究進展作一綜述。

1 miRNA的發(fā)現(xiàn)及生物學特點

1.1 miRNA的發(fā)現(xiàn) 1993年，Lee等［2］在秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis.elegans)中發(fā)現(xiàn)第1個非編碼基因 lin－4，它并不編碼蛋白質。2000 年，Reinhart等［3］又在線蟲中發(fā)現(xiàn)第2個非編碼基因let-7。隨后更多的非編碼基因被發(fā)現(xiàn)，其長度大約在20～25個核苷酸，這些成員被命名為微小RNA(miRNA)。

1.2 miRNA的生物學特點 miRNA是新近證明的一類高度保守的、內源性非編碼的小分子RNA，在轉錄后水平調節(jié)基因的表達［4］。miRNA基因首先在細胞核內由RNA聚合酶Ⅱ轉錄，最初產物為大的具有帽子結構和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。pri-miRNA在核酸酶Drosha和其輔助因子Pasha的作用下產生含有70個核苷酸組成的pre-miRNA。隨后RNA-GTP依賴的核質/細胞質轉運蛋白Exportin5將pre-miRNA輸送到細胞質中。在另一個核酸酶Dicer的作用下，premiRNA被剪切產生約為22個核苷酸長度的雙鏈miRNA，接著雙鏈miRNA分子被解鏈，最終形成成熟的單鏈miRNA，成熟的單鏈miRNA很快結合到RNA誘導的沉默復合體miRNP(RISC)中，并可通過堿基互補配對的方式識別靶mRNA。通過與靶基因的3’UTR區(qū)互補配對，指導miRNP復合體對靶基因mRNA進行切割或者翻譯抑制［5］。

2 IgA腎病及其診斷中的新問題

2.1 流行病學及臨床特點 IgA腎病是1968年由法國學者J.Berger和N.Hinglais首先描述和命名的，其病理特點是在腎小球系膜區(qū)和(或)腎小球毛細血管襻出現(xiàn)IgA或以IgA為主的多種免疫球蛋白及補體成分的沉積，同時伴有不同程度的腎小球系膜細胞增生和細胞外基質的堆積［6］。IgA腎病是成人和兒童慢性腎損傷最常見的原因，在確診后10～25 a內有30% ～40%的患者發(fā)展為終末期腎臟疾病(ESRD)［7］。以青壯年男性高發(fā)［8］，起病前多有上呼吸道感染等誘因，臨床表現(xiàn)以發(fā)作性肉眼血尿和(或)持續(xù)性鏡下血尿最為常見，可伴蛋白尿。IgA腎病的發(fā)病機制目前尚不完全清楚。近年來，不少研究發(fā)現(xiàn)IgA1異常糖基化可能在這一過程中發(fā)揮重要作用，由于IgA1糖基化異常，更有利于IgA在系膜區(qū)沉積［9］。此外，免疫調節(jié)異常、基因多態(tài)性、遺傳因素等其他因素在IgA腎病的發(fā)生及進展過程中也扮演了重要的角色。

2.2 IgA腎病診斷 IgA腎病的診斷依賴腎組織活檢，目前尚無其他診斷手段取代腎組織活檢這一標準方法。雖然大量研究顯示了多種炎癥因子、細胞因子及免疫活性物質在尿液或血液中的表達及變化可能在IgA腎病的診斷方面有重要意義［10］，但其無特異性，也不能確診該疾病。最近，不少研究發(fā)現(xiàn)miRNA作為基因水平的調節(jié)物質，其表達異?？梢詫е翴gA腎病患者腎組織細胞結構改變及類型的轉化、細胞信號傳導異常、炎癥因子釋放、免疫分子結構改變等［11-13］，從而引起腎組織損傷，乃至腎小球硬化、腎小管萎縮和腎間質纖維化，可以推斷miRNA表達水平與IgA腎病的病情程度有相關性。然而，miRNA在IgA腎病的研究尚處于起步階段，其在尿液或血液中的表達與IgA腎病病理形態(tài)學改變是否具有特異的相關性仍需進一步研究。探索miRNA導致IgA腎病并使其進展的發(fā)生機制有助于IgA腎病的早期診斷，為尋找IgA腎病新的診斷標志物指明了方向。

3 miRNA與IgA腎病

3.1 組織中 miRNA 與 IgA 腎病 Dai等［14］應用芯片技術通過對11例腎活檢證實為IgA腎病患者的腎組織進行miRNAs篩選，共鑒別出132種miRNAs，與正常對照相比有66種miRNAs表達呈顯著性差異，其中31種miRNAs表達下調，35種miRNAs上調，提示miRNAs可能參與IgA腎病的病理發(fā)生過程。腎小管萎縮和腎間質纖維化預示IgA腎病預后不良，腎小管上皮細胞、足細胞可能通過上皮－間充質細胞轉化(EMT)發(fā)生纖維細胞表型轉化促使IgA腎病患者腎臟纖維化［15］。曾有研究顯示miR-200家族、miR-205調控E-box抑制因子1(ZEB1)和Smad干擾蛋白1(SIP1)mRNA的表達，進而上調 E-鈣粘素(E-cadherin)水平，防止EMT，減緩腎臟纖維化進程［12］;miR-192通過作用于SIP1和ZEB1 mRNA的表達調控膠原的產生，介導轉化生長因子(TGF-β)誘導的細胞外基質 (ECM)積聚［13］。Wang 等［15］通過對 43 例 IgA 腎病患者、15例非炎癥性腎小球硬化癥患者和20例腎癌切除術后患者的正常腎組織的研究發(fā)現(xiàn):與正常對照組相比，IgA腎病組患者腎組織切片中 miR-141、miR-205、miR-192呈高表達，而 miR-200c呈低表達;與非炎癥性腎小球硬化癥組相比，miR-192、miR-141、miR-205、miR-200a、miR-200b、miR-429 表達水平明顯上調;miR-192表達水平與腎小球硬化程度密切相關;miR-205表達水平與腎小管間質纖維化程度相關;miR-141、miR-200c表達水平與EMT密切相關。該研究表明腎組織中miR-141、miR-192、miR-200c和miR-205與IgA腎病的嚴重程度及病情的進展呈顯著相關性。有研究表明miR-146a和miR-155對淋巴細胞和髓系細胞的分化、成熟和功能具有顯著的多階段調控作用［16，17］，不少文獻報道它們參與先天性和獲得性免疫應答，而在IgA腎病的病理生理過程中，免疫反應占重要地位［11］。2011年，Wang等［11］在 IgA 腎病組與正常對照組腎組織中對這兩種miRNAs表達水平進行了分析。該研究表明，IgA腎病組miR-146a和miR-155表達水平均高于正常對照組，推斷這兩種miRNAs與IgA腎病免疫應答所致的炎癥因子的釋放有相關性，而炎癥因子可導致腎組織損傷。

3.2 尿液中miRNA與IgA腎病 尿液中的miRNA來自尿液胞外體，尿液胞外體是釋放到細胞外環(huán)境小的結合到膜的囊泡，起源于每個腎節(jié)段，其內富含的miRNA可以作為腎功能不全和腎臟結構受損的生物標志物［18］。近年來，許多研究人員開始注意到尿液中的miRNA具有穩(wěn)定性高、不易被降解，重復性及特異性高的特點，并進行一系列研究，其中香港大學Wang等對尿液中miRNA與IgA腎病的關系研究甚多。2010年，Wang等［19］在IgA腎病患者與健康人群的尿沉渣檢測中發(fā)現(xiàn)miR-200a、miR-200b、miR-429表達下調，且其降低程度與疾病的嚴重程度相關。這是首次通過對尿液中miRNA的檢測進行疾病診斷，提示尿液中miRNA表達水平的改變可作為IgA腎病病情程度的判斷標志。2011年，他們又選取了與免疫相關的兩種miRNA:miR-146a和miR-155，發(fā)現(xiàn)與健康人群相比，IgA腎病組尿液中miR-146a和miR-155表達均上調，與之前在腎組織中的結果相同，且隨著尿液中這兩種miRNAs表達水平的升高，尿液中某些促炎性細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α 等)的表達水平降低，由此推斷miR-146a和miR-155表達上調抑制某些促炎性細胞因子的產生［11］。有文獻顯示，轉化生長因子-β1(TGF-β1)是IgA腎病腎臟進行性纖維化的主要介質，Smad是TGF-β1下游信號轉導通路的重要組成部分，然而TGF-β1/Smad與IgA腎病進展之間的分子機制仍然不十分清楚［20］。之前有研究表明腎實質細胞中的一些 miRNA包括 miR-21、miR-29家族、miR-93、miR-377、miR-216a 經 TGF-β1 刺激得到調控［21］，提示這些miRNA可能是TGF-β1/Smad信號通路的轉錄靶點。2012年，Wang等［20］通過在IgA腎病患者與健康人群比較中發(fā)現(xiàn)，IgA腎病患者尿液中miR-29b、miR-29c表達下調，而miR-93表達上調。此外，IgA腎病患者尿液中 miR-21、miR-29b、miR-29c、miR-93 表達水平與尿液中Smad3 mRNA表達水平顯著相關。該研究表明 miR-21、miR-29b、miR-29c、miR-93 可能是 TGF-β1/Smad3信號通路的轉錄靶點，且在IgA腎病進展過程中擔任重要角色。

然而，到目前為止，尚無技術手段能夠檢測尿液中這些特異性的miRNA所來自的特定細胞，這些miRNA有可能來自脫落的腎小管上皮細胞和足細胞，但不能直接證明［19］，也有可能來自上尿路或下尿路的細胞，而非腎臟［20］。盡管如此，由于尿液收集無創(chuàng)性、獲取方便，若能以尿液中的miRNA作為IgA腎病診斷標志物，臨床對于IgA腎病的診斷將更為便捷，患者更容易接受。因而，圍繞尿液中miRNA進行研究，對發(fā)現(xiàn)IgA腎病新的診斷標志物有重要意義。

3.3 血液中miRNA與IgA腎病 血液中的miRNA存在于血細胞或血液胞外體中，血液胞外體與尿液胞外體類似，能夠反復凍融而不被降解，亦能夠保護其不被RNA水解酶(RNAses)降解［22］?？赡苡捎谘h(huán)血中所含的miRNA特異性較低，故國內外有關循環(huán)血中miRNA與IgA腎病的研究較少。近年來研究發(fā)現(xiàn)，IgA腎病的患者血清及腎臟中沉積的IgA1均出現(xiàn)糖基化缺陷，即分子鉸鏈區(qū)O-糖連接的唾液酸和或半乳糖減少，造成半乳糖或N－乙酰氨基半乳糖暴露增多，該發(fā)現(xiàn)已經得到廣泛認同并被認為是IgA腎病發(fā)病的關鍵因素，但具體發(fā)病機制尚不十分清楚［23］。Grazia等［24］發(fā)現(xiàn)核心酶 β1，3 半乳糖基轉移酶(C1GalT1)的低表達可能導致IgA1糖基化缺陷，通過對IgA腎病患者的外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells，PBMCs)與健康對照組作比較，發(fā)現(xiàn)在IgA腎病患者的PBMCs中37種miRNAs存在差異性表達，其中miR-148b表達上調，引起 C1GalT1低表達使IgA1分子出現(xiàn)糖基化缺陷，沉積于腎小球系膜區(qū)，可觸發(fā)系膜細胞向炎癥細胞和纖維細胞表型轉化［25］，亦可觸發(fā)炎癥性瀑布樣反應、上調TGF-β等，導致腎組織損傷。血液易于采集，來源于其中的miRNA穩(wěn)定性強、不易被降解，將血液中的miRNA作為IgA腎病診斷的標志物亦是一個值得探討的方向。

4 展望

miRNA在腎臟疾病領域的研究方興未艾。miRNA的發(fā)現(xiàn)豐富了IgA腎病發(fā)生的分子機制，促使我們對IgA腎病的致病機理和調控通路進行重新審視和理解。上述研究表明miRNA有可能成為IgA腎病新的診斷標志物，尤其尿液及血液中的miRNA，收集無創(chuàng)、不易被降解。雖然，已有大量研究表明miRNA的表達水平與IgA腎病具有相關性，但其僅限于理論研究，未在臨床進行大樣本的驗證，其作為診斷指標的特異性及靈敏度需要更深入的臨床研究，才可在臨床進行推廣應用。

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