尿外泌體與糖尿病腎臟疾病

申奧 趙艷艷

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科 450052

糖尿病腎臟疾病(DKD)已成為我國慢性腎臟疾病發(fā)病的首要原因[1]。然而將估算的腎小球濾過率和尿白蛋白/肌酐比值(UACR)用于DKD的診斷存在一定的局限性，劇烈運動、高蛋白飲食、感染、發(fā)熱等均會引起無腎臟損害的UACR增高，并且正常情況下，一旦出現(xiàn)UACR增高，則提示腎小球濾過膜濾孔已發(fā)生改變，預(yù)示著腎臟進(jìn)入不可逆損害階段。研究表明，尿外泌體是DKD早期診斷和治療的非侵入性生物標(biāo)志物，可以幫助了解導(dǎo)致腎損傷的病理生理機制。

1 尿外泌體的基本生物學(xué)特性

外泌體是直徑30～100 nm，具有磷脂雙分子層的囊性小泡，主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸構(gòu)成[2]。細(xì)胞膜內(nèi)吞作用形成胞內(nèi)體，胞內(nèi)體內(nèi)陷形成多囊泡體，一部分多囊泡體被運送至溶酶體，另一部分在P53的調(diào)節(jié)下與細(xì)胞膜融合，向細(xì)胞外釋放的小囊泡就是外泌體[3]。

一般情況下，血外泌體不能通過腎小球濾過孔到達(dá)尿液[4]。因此可以認(rèn)為尿液中的外泌體來源于腎臟和泌尿系細(xì)胞，并且可以表達(dá)來源細(xì)胞的表面受體、特異性蛋白質(zhì)、mRNA以及miRNA[5]。目前，腫瘤易感基因101蛋白(TSG101)和凋亡誘導(dǎo)因子6相互作用蛋白(ALIX)已被用作尿外泌體標(biāo)志蛋白[6]。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)證明尿外泌體表達(dá)podocin和podocalyxin標(biāo)志著腎小球足細(xì)胞來源，表達(dá)二肽基肽酶(DPP)4和水通道蛋白-1標(biāo)志著近端腎小管細(xì)胞來源，表達(dá)水通道蛋白-2標(biāo)志著集合管上皮細(xì)胞來源[7-9]。除此之外，尿外泌體可以通過表面的信號蛋白或脂質(zhì)刺激靶細(xì)胞，也可以將其攜帶的特異性蛋白質(zhì)、mRNAs、miRNAs或者DNA轉(zhuǎn)移至靶細(xì)胞，甚至可以直接進(jìn)入體循環(huán)發(fā)揮相應(yīng)作用[10]。腎臟細(xì)胞分泌的外泌體沿著腎單位釋放到尿液中，或者進(jìn)入其他腎臟細(xì)胞，通過釋放蛋白質(zhì)或miRNA，參與指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列病理生理過程，從而影響受體腎臟細(xì)胞的表型及生物功能[11]。因此，尿外泌體的數(shù)量、來源或者含量的變化可能反映腎臟的病理生理狀態(tài)。

2 尿外泌體在DKD中的研究進(jìn)展

2.1 尿外泌體來源蛋白與DKD Gudehithlu等[12]在研究DKD時發(fā)現(xiàn)，尿外泌體中腎病標(biāo)志蛋白明膠酶和血漿銅藍(lán)蛋白的變化與腎組織中的保持一致，進(jìn)一步通過實驗驗證了尿外泌體蛋白能更準(zhǔn)確的反映腎組織的變化。并且隨著蛋白質(zhì)組學(xué)在分離、純化和表征分子組成方面的進(jìn)展，已發(fā)現(xiàn)超過40%的蛋白質(zhì)與疾病相關(guān)[13]。DPP4便是其中之一。Sun等[8]研究發(fā)現(xiàn)，來自糖尿病患者尿外泌體中的DPP4水平隨尿白蛋白的增加而增加，并與DKD嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，結(jié)合之前的研究結(jié)果，他們提出，尿外泌體中的DPP4可能來源于腎小管上皮細(xì)胞并與早期腎小管損傷有關(guān)，由此認(rèn)為尿外泌體來源DPP4是微量白蛋白尿出現(xiàn)前的腎損傷標(biāo)志物。雖然尿DPP4在DKD患者中排泄增加的機制尚不清楚，但是DPP4抑制劑已廣泛應(yīng)用于2型糖尿病患者中，對于改善血糖具有明顯作用。最新研究表明，尿外泌體蛋白Elf3只存在于DKD患者中，并且它的出現(xiàn)表明足細(xì)胞開始出現(xiàn)不可逆的損傷，在晚期糖基化終末產(chǎn)物誘導(dǎo)培養(yǎng)的足細(xì)胞中證實，其機制依賴轉(zhuǎn)化生長因子β-Smad3蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的激活。因此，Sakurai等[14]提出，Elf3可能是DKD中足細(xì)胞損傷的早期非侵入性標(biāo)志物；還有許多研究同樣證明了尿外泌體中存在多種與DKD發(fā)展相關(guān)的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可能是早期診斷DKD的潛在標(biāo)志物，如Zubiri等[15]在DKD小鼠的尿外泌體中發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠相比衰老標(biāo)志蛋白-30顯著下降，胞吐作用介導(dǎo)的尿外泌體C-megalin蛋白參與DKD的進(jìn)展等[16]。

2.2 尿外泌體來源miRNA與DKD 尿外泌體的雙層膜結(jié)構(gòu)將miRNA與尿液中的RNA酶隔離，可減少其降解，保護(hù)了來源細(xì)胞的相關(guān)信息，以反映來源細(xì)胞的生理病理狀態(tài)，為DKD的診斷提供了豐富的生物信息來源[17]。Mohan等[18]實驗發(fā)現(xiàn)，來自糖尿病大鼠尿外泌體中的miRNA-451-5p、miRNA-16顯著升高，而且與腎臟病理指標(biāo)(腎小管間質(zhì)纖維化指數(shù)和腎小球硬化指數(shù))呈負(fù)相關(guān)，提示糖尿病腎臟中尿外泌體miRNA-451-5p和miRNA-16的升高對糖尿病所致的腎纖維化具有保護(hù)作用。同年Deli等[19]首次發(fā)現(xiàn)了尿外泌體miRNA-320c在DKD患者中顯著上調(diào)，而在正常白蛋白尿的糖尿病患者中表達(dá)不受影響，并進(jìn)一步證明miRNA-320c通過靶向調(diào)節(jié)血小板反應(yīng)素-1間接參與轉(zhuǎn)化生長因子-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，影響DKD的進(jìn)展，因此提出可以將miRNA-320c作為DKD早期進(jìn)展或早期治療效果的新候選標(biāo)志物。隨后，利用miRNA的表達(dá)差異性來預(yù)測DKD已經(jīng)成為研究熱點，Xie等[20]利用尿外泌體miRNA表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)，496種miRNA在DKD患者與糖尿病患者中存在差異，證實miRNA-362-3p、miRNA-877-3p、miRNA-150-5p上調(diào)，miRNA-15a-5p下調(diào)。同樣，在1型糖尿病所致腎病中，尿外泌體miRNA表達(dá)具有差異性，生物信息學(xué)分析顯示，miRNA可能參與DKD的纖維化過程[21]。由此推測，在1型和2型糖尿病中可能存在表達(dá)差異的尿外泌體miRNA，將來或許可以找到診斷1型糖尿病的非侵入生物標(biāo)志物，提高1型糖尿病的診斷速度和準(zhǔn)確性。

2.3 尿外泌體來源mRNA和基因與DKD 尿外泌體內(nèi)mRNA和基因所攜帶的生物信息具有完整性和穩(wěn)定性，更能反映疾病的病理狀態(tài)及來源細(xì)胞間的信息傳遞狀況。骨保護(hù)素是DKD中高表達(dá)的細(xì)胞凋亡相關(guān)基因[22]。Benito-Martin等[23]發(fā)現(xiàn)，腎小管上皮細(xì)胞外泌體中包含骨保護(hù)素，并且在DKD中高表達(dá)，提示尿外泌體骨保護(hù)素可作為DKD的診斷指標(biāo)。Wu等[24]在研究DKD中外泌體的潛在作用時，發(fā)現(xiàn)高糖處理的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞分泌的外泌體比正常情況下分泌的外泌體多，并且富含更高的轉(zhuǎn)化生長因子-β1mRNA，通過轉(zhuǎn)化生長因子-β1/Smad3信號通路促進(jìn)腎小球細(xì)膜細(xì)胞增殖，引起α-平滑肌肌動蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的過度表達(dá)，促進(jìn)腎纖維化，進(jìn)而導(dǎo)致DKD。近期，有日本學(xué)者提出將尿外泌體mRNA-Wilms腫瘤基因(WT1)作為DKD診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物，但是仍缺乏大量的臨床數(shù)據(jù)驗證[25]。相信在科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的未來，一定可以找到更加快捷、準(zhǔn)確的診斷DKD的新標(biāo)準(zhǔn)。

3 尿外泌體對DKD的治療作用

尿外泌體作為機體分泌的一種囊性小泡，具有免疫原性低、在血液中穩(wěn)定性高、向細(xì)胞運輸藥物效率高、有一定的靶向性等獨特優(yōu)勢。高血糖導(dǎo)致的對腎小球足細(xì)胞以及腎小管上皮細(xì)胞的損傷是DKD中的早期關(guān)鍵事件。靜脈注射尿液來源干細(xì)胞外泌體(USCs-Exo)不但可以減少尿量和尿微量白蛋白排泄，而且可以阻止足細(xì)胞損傷和腎小管上皮細(xì)胞的凋亡，同時抑制caspase-3的過度表達(dá)，促進(jìn)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的增殖[26]。Jiang等[27]在1型糖尿病腎病小鼠體內(nèi)也得出類似結(jié)論，提示USCs-Exo可能通過抑制足細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管再生來預(yù)防DKD，具有潛在的臨床應(yīng)用價值。另有研究表明，尿外泌體還可以作為評價DKD治療效果的標(biāo)志物[28]。由此看來，尿外泌體可能成為新型診斷和治療DKD的靶點和突破點。

綜上，尿外泌體來源的生物學(xué)標(biāo)志物在DKD中的研究日益成熟，一定條件下能夠代替組織活檢，減輕患者痛苦，提高疾病早期診斷的準(zhǔn)確率，在不久的將來可以作為無創(chuàng)或微創(chuàng)的非侵入性疾病診斷手段。同時，尿外泌體作為治療劑的載體預(yù)示著一個重要的方向，即針對外泌體的靶向治療可能為DKD患者帶來一種新的治療選擇。