微小RNA早期診斷急性腎損傷的研究進展

李湘玉 綜述 李 瑛 審校

急性腎損傷(AKI)是一組多病因?qū)е碌?、涉及多學科的臨床綜合征，其發(fā)病率高、病情進展快，病死率高，同時是慢性腎臟病的重要危險因素[1]。膿毒血癥、心血管手術、腎毒性藥物及對比劑的使用等多種因素均可引起AKI，其預后與早期診斷、早期治療密切相關[2]。目前改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)仍將血清肌酐和尿量的變化作為AKI的診斷和分級標準，然而這些指標對AKI的早期診斷缺乏敏感性及特異性，不能真實反映腎功能的實際變化[3]。近年來中性粒細胞明膠酶相關脂質(zhì)運載蛋白(NGAL) 、血清胱抑素C(CysC)、腎損傷分子1(KIM-1)等生物標志物在AKI早期診斷方面有一定的敏感性和特異性[4-7]，能夠在血清肌酐及尿量變化之前反映腎功能的急劇惡化，實現(xiàn)AKI的早期診斷和預后分層，但其是否有助于臨床決策仍有待證實。與此同時，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，微小RNA(microRNA,miRNA)在AKI早期診斷方面具有重大意義，然而AKI的病因及發(fā)病機制多種多樣，不同病因可能導致基因差異性表達[8]或?qū)е虏煌軗p細胞釋放不同細胞成分，即miRNA與不同病因之間存在相關性(表1)。本文主要對四種具體病因相關AKI的miRNA進行綜述，希望實現(xiàn)特殊人群AKI的早期診斷，提供AKI診療的新突破口，供臨床工作者早期診斷和治療，減少并發(fā)癥的發(fā)生并改善預后。

miRNA是由19～23個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼RNA，主要是由核內(nèi)編碼的miRNA基因轉(zhuǎn)錄形成單鏈形式的miRNA、經(jīng)過剪切和折疊后形成miRNA前體、在Dicer酶及解螺旋酶的作用下生成單鏈miRNA，具有保守性和特異性的特征，在生物體液中可以穩(wěn)定存在。較多研究發(fā)現(xiàn)，miRNA不僅參與腎臟的正常發(fā)育過程，而且通過細胞的黏附及凋亡、炎性細胞的招募和靶向血管生成等途徑在AKI的細胞凋亡、炎性反應、免疫應答及自噬等方面起重要調(diào)控作用[9-10](圖1)，與AKI的發(fā)生、發(fā)展、預后密切相關。miRNA主要通過以下機制調(diào)控AKI：(1)細胞程序性死亡；較多研究證明miR-21 可通過抑制PDCD4 減少細胞死亡，Wang 等[11]也發(fā)現(xiàn) miR-21 可通過抑制PDCD4機制保護腎臟細胞，減少對比劑相關急性腎損傷。(2)炎性反應： Amrouche等[12]發(fā)現(xiàn)在單側(cè)腎臟缺血再灌注損傷小鼠模型中miR-146a通過抑制 IL-1 受體相關性激酶1及 CXCL8/CXCL1 表達而保護腎功能，敲除 miR-146a 后，腎小管損傷、炎癥性浸潤及腎臟纖維化加重；以往較多研究均證明miR-142-3p是參與炎癥反應調(diào)控的miRNA，并有研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥相關AKI患者血清中miR-142-3p的表達明顯增加[13],說明miR-142-3p可能參與膿毒癥相關AKI。(3)自噬機制：Alnasser等[14]發(fā)現(xiàn)miRNA通過靶向作用于自噬相關基因調(diào)控細胞生存，減少腎小管上皮細胞損傷。后來Wang等[15]發(fā)現(xiàn)在腎臟缺血再灌注損傷的腎小管上皮細胞中，LC3和自噬相關蛋白(ATG16L1)表達上升，同時出現(xiàn)多種miRNA表達下降。(4)免疫應答：近年來較多研究證明miR-10a能夠調(diào)節(jié)輔助性 T 細胞比例，是調(diào)控膿毒癥免疫應答水平的關鍵因子之一，其異常表達與膿毒癥誘發(fā) AKI 的免疫失衡程度存在相關性，對早期評估膿毒癥病情及預后具有較好特異性和敏感性[16]。

表1 不同病因所致AKI的代表性miRNA

AKI：急性腎損傷；miRNA：微小RNA；IL-35：白細胞介素35；CI-AKI：對比劑相關AKI

圖1 微小RNA參與急性腎損傷的途徑[10]

膿毒癥性AKI

膿毒癥是由多種感染引起的，以宿主免疫紊亂為特征的異常綜合征,同時是誘發(fā)急性呼吸窘迫綜合征與多器官功能障礙綜合征的獨立危險因素。近期有一項研究顯示，AKI是危重患者常見的并發(fā)癥，其中50%AKI與膿毒癥有關[25]。

朱先華[17]研究發(fā)現(xiàn)miR-10a水平與目前臨床評估 AKI 病情的血清學指標KIM-1及CysC均呈正相關關系，即血清 miR-10a在評估膿毒癥誘發(fā)AKI的輔助診斷和預后判斷中具有一定的臨床價值。同時通過應用全模型多元 Logistic 回歸方法進行回歸分析發(fā)現(xiàn)血清 miR-10a(OR=3.157，P=0.016)為膿毒癥誘發(fā) AKI 患者預后危險因素，和IL-35 聯(lián)合檢測能更好預測膿毒癥誘導 AKI 患者的病情及短期預后。Lin等[26]通過TaqMan低密度芯片對膿毒癥致AKI患者血漿中的30種miRNA進行分析，與對照組相比分別有11種miRNA上調(diào)和下調(diào)，其中上調(diào)最明顯的為miR-210和miR-494，下調(diào)最明顯的為miR-205，miR-210和miR-494的高表達與患者的血清肌酐和CysC水平呈正相關，而miR-205的低表達呈負相關，提示miR-210、miR-494、miR-205均有可能成為膿毒癥誘發(fā) AKI 的早期診斷生物標志物，并且miR-205 是膿毒癥誘發(fā) AKI 的獨立危險因素，其表達下降與患者存活時間縮短有關。

心臟手術相關AKI(CSA-AKI)

有數(shù)據(jù)顯示，對于心臟手術的患者,發(fā)生AKI的風險高達35%[27]。CSA-AKI為心臟缺血引起的腎前性損傷，腎毒性物質(zhì)引起的腎性損傷及腎小管堵塞繼發(fā)的腎后性損傷共同作用的結果。Godwin等[28]通過建立單側(cè)腎臟缺血再灌注損傷小鼠模型發(fā)現(xiàn),缺血腎組織中有9種miRNA(miR-21、miR-20a、miR-146a、miR-199a-3p、miR-214、miR-192、miR- 187、miR-805、miR-194)的表達豐度發(fā)生顯著變化，提示miRNA有可能成為早期診斷AKI的生物標志物。后來Aguado-Fraile等[29]通過對比患者心臟手術術前與術后確診為AKI的血miRNA，發(fā)現(xiàn)miR-26b-5p、miR-27a-3p、miR-93-3p和miR-127-3p可作為CSA-AKI早期診斷的生物標記物,同時實驗數(shù)據(jù)表明血miRNA表達量的變化早于血清肌酐,提示miRNA有潛力成為臨床上CSA-AKI早期診斷的生物標志物 。Zou等[30]通過收集心臟手術術后患者的尿液，進行miRNA的定量分析,發(fā)現(xiàn)尿液中miR-30c-5p、miR-192-5p及miR-378a-3p在術后顯著升高。與此同時通過手術建立大鼠腎臟缺血再灌注損傷模型，發(fā)現(xiàn)在發(fā)生AKI大鼠尿液中,miR-30c-5p和miR-192-5p的表達在術后2h也出現(xiàn)顯著升高,因此 miR-30c-5p和miR-192-5p可作為手術致AKI早期診斷的生物標記物。一項納入115 例心臟瓣膜置換術及冠脈搭橋手術患者的前瞻性臨床研究結果表明[21]， CSA-AKI 患者基線miR-21水平低于術后未發(fā)生AKI 患者，且當miR-21水平低于0.31 時，患者發(fā)生AKI 的相對危險度為3.11，術后4h miR-21水平預測 CSA-AKI 2～3 期( KDIGO 標準)的受試者工作特征曲線下面積(AUC)為0.701。后來也有類似研究發(fā)現(xiàn)[22]CSA-AKI 患者術后6h血液和尿液中miR-21均有明顯下降，診斷 CSA-AKI 的AUC分別為0.81與0.90，且尿液miR-21表達水平的改變可持續(xù)至術后12h,可在血清肌酐升高之前反映腎功能的急劇惡化，同時根據(jù)受試者工作特征曲線(ROC曲線)發(fā)現(xiàn)術后血清及尿液miR-21水平均可早期診斷AKI。

藥物相關AKI

腎臟是人體主要的代謝器官之一，高度暴露于藥物和有毒代謝物中，最容易受到藥物的損害[31]，主要包括氨基糖苷類及抗腫瘤藥物等[32]。

氨基糖苷類抗生素主要在腎皮質(zhì)區(qū)與腎組織結合,隨著藥物濃度的逐漸增加,腎小管細胞缺氧致其通透性改變,發(fā)生腎小管細胞變性壞死致AKI。一項關于藥物致AKI的大鼠模型研究[33],分別用0、60 mg/kg、120 mg/kg慶大霉素喂養(yǎng)大鼠,通過檢測尿液中miRNA的變化,發(fā)現(xiàn)用慶大霉素喂養(yǎng)大鼠組的尿液中miR-539-5p、miR-690等13種miRNA的表達量隨著給藥劑量或者給藥時間的增加而增加,并且尿miRNA的升高早于傳統(tǒng)生物標志物血漿尿素氮及肌酐的變化,因此尿中特定miRNA可作為早期診斷氨基糖苷類藥物致AKI的生物標記物。

順鉑是抗腫瘤最常見和最有效的藥物之一,其副作用主要表現(xiàn)為腎毒性,發(fā)生率約為30%左右。Bhatt等[34]對小鼠進行順鉑治療的研究,發(fā)現(xiàn)順鉑可以誘導腎小管上皮細胞miR-34a水平上調(diào)，而在p53基因缺陷的小鼠模型中,順鉑對miR-34a的上調(diào)作用消失，同時增加腎毒性，提示p53可能介導了順鉑誘導的miR-34a表達上調(diào)。隨后國外學者通過體內(nèi)外實驗證實[18],p53確實介導了順鉑誘導的miR-34a表達上調(diào);同時采用anti-miR-34a抑制腎小管上皮細胞中的miR-34a表達可促進細胞凋亡,而促進miR-34a過表達可減少細胞壞死、增加細胞活力,提示miR- 34a不僅可能成為早期診斷順鉑致AKI的生物標志物，而且還為順鉑致AKI的治療提供新靶點 。后來Lee等[19]發(fā)現(xiàn)順鉑致AKI早期，miR-122水平下降最為明顯，與此同時發(fā)現(xiàn)FOXO 3是激活p53的核心蛋白，F(xiàn)OXO 3和p53的結合激活，不僅依賴于miR-122的降低，而且還依賴于升高的miR-34a，提示順鉑治療過程中，miR-34a和miR-122表達量的差異，可能實現(xiàn)順鉑致AKI的早期診斷。最新的研究[20]通過對SD大鼠靜脈注射順鉑(6 mg/kg)建立AKI模型，發(fā)現(xiàn)血液中miR-143-3p和miR-122-5p下調(diào)，其變化顯著早于血清肌酐的變化。這些數(shù)據(jù)表明，血漿中特異性miRNA在藥物誘導的AKI早期診斷中具有潛在應用價值。

對比劑相關AKI(CI-AKI)

近些年來，隨著臨床放射診斷技術和介入治療的發(fā)展,CI-AKI發(fā)病率逐年上升，主要是對比劑的細胞毒性、縮血管作用及利尿作用等多種因素作用的結果，現(xiàn)居醫(yī)院獲得性AKI病因的第3位[35]。

對比劑大部分為高滲液體,不僅可引起腎血管收縮,導致腎缺血，而且還可直接使腎小管上皮細胞變性壞死。一項對CI-AKI大鼠模型的研究[23],發(fā)現(xiàn) CI-AKI組大鼠在應用對比劑4～6h后，血漿miR-30a、miR-30e及miR-188表達增加,提示此3種miRNA有可能成為CI-AKI的診斷生物標記物，為了驗證實驗結果，通過收集71名冠狀動脈血管造影患者的血液，測定血漿miRNA含量，與對照組相比，CI-AKI組血漿miR-30a、miR-30e及miR-188表達增加，與動物模型實驗結果一致。Gutiérrez-Escolano等[24]通過建立大鼠CI-AKI模型發(fā)現(xiàn)，在CI-AKI大鼠腎臟組織中有51種miRNA表達異常，其中17種與非CI-AKI對照組相比表達變化量大于2倍，同時這17種中只有6種在CI-AKI大鼠的血漿中表現(xiàn)出明顯的差異，主要表現(xiàn)為血漿miR-30a、miR-30c、miR-30e及miR-320水平顯著升高，miR-7a及miR-200a水平顯著降低。與此同時，將從CI-AKI大鼠模型中得到的結果在CI-AKI患者中進行驗證，發(fā)現(xiàn)建立人CI-AKI模型，主要表現(xiàn)為miR-30a、miR-30c和miR-30e在CI-AKI患者中與非CI-AKI患者相比增加了2倍以上。這些數(shù)據(jù)表明，血漿miRNA，特別是三位miR-30家族成員(miR-30a、miR-30c和miR-30e)可能是CI-AKI的早期生物標志物。

綜上所述，較多miRNA已被證實可用于AKI的早期診斷,但循環(huán)血液和尿液中miRNA的含量較低,對檢測方法的靈敏度及時效性均有很高的要求，因此,尋找一種靈敏度高、操作容易耗時短且成本底廉的檢測方法是將miRNA應用于早期診斷AKI急需解決的問題，仍有待于未來進一步的探索和深究。