RNA結(jié)合蛋白在腎臟疾病進(jìn)程中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

許磊，周向軍，程帆，余偉民

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院泌尿外科，武漢 430060)

腎臟疾病是嚴(yán)重威脅人類健康的重大疾病之一，我國腎臟疾病的患病率與發(fā)達(dá)國家相當(dāng)，因腎臟疾病而住院的患者占總住院患者的4.8%[1]。近年來，我國腎臟疾病(特別是慢性腎臟疾病)的發(fā)病率呈逐年升高趨勢(shì)，所面臨的腎臟疾病負(fù)擔(dān)也逐年加重。Ji等[2]的研究表明，高血壓、糖尿病、肥胖癥、高同型半胱氨酸血癥、高尿酸血癥以及高脂血癥等慢性疾病與慢性腎臟疾病的發(fā)病率呈正相關(guān)，且患有這些慢性疾病的慢性腎臟疾病患者更易發(fā)展成終末期腎病。目前尚無較好方法阻止腎臟疾病的一系列病理改變，除改善飲食結(jié)構(gòu)及生活習(xí)慣外，期望能夠找到阻止腎間質(zhì)炎癥、腎小管上皮細(xì)胞凋亡、腎實(shí)質(zhì)萎縮、腎間質(zhì)纖維化以及腎功能嚴(yán)重受損等進(jìn)程的更好治療措施，以減輕患者及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。研究發(fā)現(xiàn)，RNA結(jié)合蛋白(RNA binding proteins，RBPs)在糖尿病、肥胖癥、心血管疾病等對(duì)腎臟疾病有影響的慢性疾病中發(fā)揮重要作用，同時(shí)在腎臟疾病進(jìn)展過程中也起特定作用[3-5]。推測(cè)RBPs可能是治療腎臟疾病的一個(gè)新靶點(diǎn)。現(xiàn)就RBPs在腎臟疾病進(jìn)程中的作用機(jī)制研究進(jìn)展予以綜述。

1 RBPs概述

RBPs是一類能與相應(yīng)RNA特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)的總稱，是生物體發(fā)育過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，RBPs在面對(duì)刺激反應(yīng)和翻譯后修飾(如磷酸化或甲基化)時(shí)，通過細(xì)胞間穿梭以確保亞細(xì)胞定位準(zhǔn)確及功能正常[6]；RBPs通過與核糖核蛋白復(fù)合物中RNA編碼區(qū)、非翻譯區(qū)或非蛋白編碼區(qū)內(nèi)的特定序列特異性結(jié)合發(fā)揮作用，與RNA的生物合成、監(jiān)控、轉(zhuǎn)運(yùn)、定位以及降解有關(guān)[6]。一種RBP可以識(shí)別多個(gè)RNA序列，而一個(gè)特定的RNA也可以與多種RBPs結(jié)合[7]。RBPs不僅在機(jī)體的發(fā)育過程中起調(diào)節(jié)作用，在疾病的發(fā)生中也起著重要的調(diào)控作用。

人抗原R(human antigen R，HuR)屬于胚胎致死異常視覺蛋白，是神經(jīng)發(fā)育所必需的RBP，是細(xì)胞轉(zhuǎn)錄后表達(dá)的重要調(diào)控因子。已有證據(jù)表明，HuR在腫瘤發(fā)生、血管生成、癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮重要作用[8-9]。冷誘導(dǎo)RBP(cold inducible RNA binding protein，CIRP)是冷休克家族中的一員，在機(jī)體各個(gè)組織以及器官中廣泛表達(dá)[10]。CIRP能夠與編碼T細(xì)胞因子-3(一種細(xì)胞黏附因子)的信使RNA(message RNA，mRNA)結(jié)合，增加mRNA的穩(wěn)定性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)相應(yīng)細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及生物節(jié)律的目的[11-12]。Y-box結(jié)合蛋白1(Y-box binding protein 1，YB-1)也屬于冷激蛋白，是一種高度保守的RBP，具有與相應(yīng)RNA和DNA結(jié)合的能力，能調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多種蛋白的水平。YB-1通過與相應(yīng)mRNA結(jié)合，參與細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄和翻譯轉(zhuǎn)換、DNA修復(fù)、mRNA選擇剪接、細(xì)胞增殖及胞外信號(hào)的應(yīng)激反應(yīng)[13-14]。T細(xì)胞內(nèi)抗原相關(guān)蛋白(T-cell-restricted intracellular antigen related protein，TIAR)是一種高親和力RBP，T細(xì)胞限制性細(xì)胞內(nèi)抗原-1(T-cell-restricted intracellular antigen-1,TIA-1)也屬于RBPs，是TIAR的高度同源基因蛋白，與TIAR的氨基酸序列相似性高達(dá)80%，TIAR與TIA-1能夠相互結(jié)合，從而參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡過程[15-16]。干細(xì)胞翻譯調(diào)節(jié)劑Msi1(musashi homologue 1)是高度保守的RBP，在神經(jīng)系統(tǒng)特異性表達(dá)，對(duì)人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育起重要作用[17]，同時(shí)還參與細(xì)胞分裂、分化，在干細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)[18-19]，提示其可能與細(xì)胞干性及腫瘤發(fā)生相關(guān)。

2 RBPs與腎間質(zhì)炎癥

2.1對(duì)抗腎臟炎癥 HuR能與編碼多種炎癥因子[白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-6、IL-8、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長因子-β、γ干擾素]和促炎介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本結(jié)合，并促進(jìn)其表達(dá)[20]。HuR的表達(dá)受IL-10、IL-19等抗炎因子的抑制，這些因子通過抑制HuR的表達(dá)抑制促炎因子的產(chǎn)生，從而發(fā)揮抗炎作用[21]。推測(cè)HuR可能通過調(diào)控炎癥因子及細(xì)胞因子等的表達(dá)，參與腎臟的炎癥反應(yīng)。Jimenez-Boj等[22]在61%的系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者的血清中檢測(cè)出TIA-1或TIAR抗體的存在，表明TIA-1、TIAR的抗體可能與狼瘡性腎炎有關(guān)；同時(shí)，TIA-1能夠與TNF-α的mRNA結(jié)合，并抑制TNF-α mRNA的翻譯[23]。因此推測(cè)在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中，TIA-1抗體與TIA-1具有相同的識(shí)別位點(diǎn)——TNF-α mRNA，TIA-1能夠抑制TNF-α的產(chǎn)生，具有對(duì)抗腎臟炎癥的作用；而系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者產(chǎn)生的TIA-1抗體能競爭性抑制TIA-1的作用，從而加重腎臟炎癥。

2.2調(diào)控腎臟炎癥 細(xì)胞外CIRP作為新型損傷相關(guān)分子模式發(fā)揮作用，可通過Toll樣受體4介導(dǎo)的通路誘導(dǎo)TNF-α產(chǎn)生，在失血性休克和敗血癥中觸發(fā)炎癥反應(yīng)[24]。在腎缺血再灌注損傷小鼠模型中，與野生型小鼠相比，CIRP基因敲除小鼠的腎臟炎癥較輕，腎損傷標(biāo)志物少[25]。C23是一種源自CIRP的短肽，能與CIRP競爭性結(jié)合Toll樣受體4，從而起到抑制CIRP的作用[24]；McGinn等[26]研究發(fā)現(xiàn)，向缺血再灌注小鼠體內(nèi)注射C23能減輕小鼠的腎臟炎癥反應(yīng)，同時(shí)提高小鼠的存活率；用C23處理單核細(xì)胞系THP-1后，TNF-α的表達(dá)受到抑制。這表明通過調(diào)控CIRP靶點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)腎臟炎癥的控制，CIRP的低表達(dá)可減輕腎臟炎癥反應(yīng)。

3 RBPs與腎小管上皮細(xì)胞凋亡

3.1缺氧狀態(tài)下抑制腎小管細(xì)胞凋亡 在大鼠缺血再灌注損傷模型中，HuR在胞質(zhì)內(nèi)的表達(dá)增加，特別是在近端小管上皮細(xì)胞內(nèi)；HuR基因敲除會(huì)導(dǎo)致缺氧的細(xì)胞株凋亡增加，而HuR的過表達(dá)對(duì)缺氧的細(xì)胞株有保護(hù)作用[27]。Singh等[28]發(fā)現(xiàn)，在ATP耗盡的腎近端小管細(xì)胞中，HuR的表達(dá)會(huì)上調(diào)，而生長因子受體結(jié)合蛋白10的表達(dá)隨HuR的上調(diào)而上調(diào)，從而促進(jìn)蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)的激活，Akt可通過調(diào)控多種細(xì)胞存活蛋白的磷酸化進(jìn)程抑制凋亡，而與Akt相關(guān)的磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt信號(hào)通路能通過核因子κB上調(diào)HuR的表達(dá)，從而形成一個(gè)正反饋回路，放大Akt的信號(hào)，達(dá)到抑制腎小管上皮細(xì)胞凋亡的目的。另外，HuR本身也能夠抑制一些凋亡基因及其相應(yīng)mRNA的表達(dá)，這進(jìn)一步放大了HuR的抗凋亡作用[24]。STE20樣激酶是在腎上皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一種生發(fā)中心激酶，其可促進(jìn)細(xì)胞凋亡，在腎臟發(fā)育和缺血性急性腎衰竭的恢復(fù)過程中，STE20樣激酶及其相應(yīng)mRNA的表達(dá)增加；而HuR可增加STE20樣激酶表達(dá)的穩(wěn)定性[29]。這表明，HuR在腎臟發(fā)育和缺血性腎損傷的細(xì)胞凋亡調(diào)控中起重要作用，但其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.2深低溫狀態(tài)下保護(hù)腎小管細(xì)胞 CIRP對(duì)深低溫循環(huán)停止的大鼠模型的腎臟有保護(hù)作用。Yu等[30]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)CIRP基因敲低大鼠行深低溫體外循環(huán)停止60 min處理后，該大鼠腎臟中的胱天蛋白酶3表達(dá)水平顯著升高，凋亡細(xì)胞明顯增加，表明CIRP參與了腎細(xì)胞的凋亡過程。深低溫可刺激CIRP的表達(dá)，并促進(jìn)其發(fā)揮抗凋亡作用[30]。Wellmann等[31]發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞缺氧模型中CIRP同樣也發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡的作用。以上證據(jù)表明，CIRP、HuR等RBPs能夠?qū)δI臟損傷做出反應(yīng)，與腎臟細(xì)胞的凋亡密切相關(guān)。

4 RBPs與細(xì)胞外基質(zhì)沉積

4.1抑制系膜細(xì)胞蛋白分泌 系膜細(xì)胞分泌調(diào)節(jié)性蛋白酶，與細(xì)胞外基質(zhì)的轉(zhuǎn)換有關(guān)，該過程受RBPs的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)13在病理性的系膜基質(zhì)中高表達(dá)，在快速重塑細(xì)胞外基質(zhì)過程中起重要作用[32]，并受選擇性剪接的TIAR的調(diào)節(jié)，含17個(gè)氨基酸的TIAR的可變剪接片段能夠抑制MMP-13 的轉(zhuǎn)錄后翻譯[32]。這一轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程是通過TIAR的可變剪接體TIAR實(shí)現(xiàn)的，表明TIAR通過調(diào)控MMP-13的表達(dá)，在細(xì)胞外基質(zhì)沉積中發(fā)揮作用。

4.2參與系膜外基質(zhì)重塑 環(huán)加氧酶2(cyclo-oxygenase-2，COX-2)也參與了慢性炎癥腎臟疾病和各種腎臟損傷模型的基質(zhì)重塑[33]。Doller等[34]的研究表明，血管緊張素Ⅱ通過促進(jìn)HuR磷酸化影響系膜細(xì)胞中COX-2的表達(dá)，因?yàn)镠uR作為RBP，對(duì)COX-2 mRNA起穩(wěn)定作用，影響COX-2的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。同時(shí)，HuR還可通過對(duì)血管緊張素Ⅱ和IL-1β的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，對(duì)COX-2的表達(dá)產(chǎn)生間接影響[35]。而血管緊張素Ⅱ還能刺激纖溶酶原激活物抑制劑1的表達(dá)，這一過程也依賴HuR對(duì)mRNA的穩(wěn)定作用[36]。HuR通過血管緊張素Ⅱ調(diào)控COX-2和纖溶酶原激活物抑制劑的表達(dá)，從而有助于調(diào)節(jié)腎臟微循環(huán)、系膜肥大和細(xì)胞外基質(zhì)沉積。Pasini等[37]發(fā)現(xiàn)，TIA-1和TIAR也能與COX-2 mRNA的3′非翻譯區(qū)結(jié)合，對(duì)腎臟細(xì)胞外基質(zhì)的沉積產(chǎn)生影響。

5 RBPs與腎間質(zhì)纖維化

5.1抑制腎素血管緊張素系統(tǒng)激活 HuR的活性受IL-10的抑制[24]。Ayupova等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腎缺血再灌注模型中，HuR在腎小管細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)增加，但若向大鼠體內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞，纖維化進(jìn)程則明顯減緩，且腎小管細(xì)胞內(nèi)的HuR表達(dá)減少。這是由于間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的IL-10抑制了HuR的表達(dá)，進(jìn)而抑制了腎素-血管緊張素系統(tǒng)，而腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活與腎纖維化密切相關(guān)[38]。因此抑制HuR的表達(dá)能夠延緩腎纖維化進(jìn)程。

5.2調(diào)控細(xì)胞周期、脂肪酸代謝及Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) Msi1不僅在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)高表達(dá)，在腎小管細(xì)胞中也特異性表達(dá)。在單側(cè)輸尿管結(jié)扎小鼠中，Msi1在腎小管細(xì)胞中的表達(dá)下調(diào)；而用蛋白酶抑制劑MG132處理原代近端腎小管上皮細(xì)胞后會(huì)顯著提高M(jìn)si1的表達(dá)水平，這表明在單側(cè)輸尿管結(jié)扎小鼠腎小管細(xì)胞中有蛋白酶產(chǎn)生并降解了Msi1，從而使Msi1在細(xì)胞內(nèi)的水平降低[39]。同時(shí)，Msi1也會(huì)影響p21(一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白)和Numb(Notch抑制劑)蛋白的表達(dá)，在單側(cè)輸尿管結(jié)扎小鼠的腎細(xì)胞中，Msi1大量減少，其與p21和Numb mRNA的結(jié)合水平下降，從而使p21和Numb蛋白表達(dá)增加[39]。在Msi1基因敲低的細(xì)胞系中，p21和Numb的表達(dá)顯著上調(diào)[39]，以上改變導(dǎo)致細(xì)胞周期失調(diào)和Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻。在腎臟組織中，p21和Numb的表達(dá)上調(diào)會(huì)觸發(fā)腎臟的纖維化進(jìn)程，并最終導(dǎo)致腎纖維化[40-41]。Kang等[42]發(fā)現(xiàn)，脂肪酸氧化過程失調(diào)既會(huì)導(dǎo)致上皮細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積，也可導(dǎo)致腎纖維化。脂肪酸代謝產(chǎn)生的特定物質(zhì)——油酸可與Msi1特異性結(jié)合，抑制Msi1的活性[43]，這表明Msi1在脂肪酸代謝過程中可能也起一定的作用。以上證據(jù)表明，Msi1在上皮細(xì)胞介導(dǎo)的腎纖維化過程中具有積極意義，通過細(xì)胞周期停滯、脂肪酸代謝和Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻等機(jī)制發(fā)揮調(diào)控作用，抑制腎纖維化進(jìn)程。

5.3調(diào)控腎小管上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 YB-1具有與相應(yīng)RNA和DNA結(jié)合的能力，可調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多種蛋白質(zhì)的水平。YB-1通過與IL-2和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子mRNA特異性結(jié)合，保護(hù)其免受降解，同時(shí)控制近端腎小管細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長因子-β1的翻譯，而轉(zhuǎn)化生長因子-β1是最有效和最普遍的纖維化細(xì)胞因子[44]。YB-1的下調(diào)提高了上皮鈣黏素啟動(dòng)子的活性，表明YB-1的表達(dá)水平可能與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)[45]。YB-1通過提高Akt介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化生長因子-β1的活性增加上皮鈣黏素抑制因子的表達(dá)[45]，因此YB-1的過表達(dá)有抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用。此外，在急性系膜增生性腎小球腎炎模型中，YB-1在系膜細(xì)胞中的表達(dá)隨時(shí)間上調(diào)，通過激活胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2途徑誘導(dǎo)系膜細(xì)胞增殖[46]，并作為細(xì)胞特異性活化因子作用于MMP-2[47]，MMP-2屬于鋅依賴性內(nèi)肽酶家族，可調(diào)控腎臟細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白的降解[48]。Gibbert等[49]在應(yīng)用鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑引發(fā)腎纖維化的小鼠模型中觀察到，YB-1的低表達(dá)能有效緩解腎小球及腎小管間質(zhì)的纖維化進(jìn)程，提示器官移植術(shù)后運(yùn)用鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑治療的患者腎纖維化的不良反應(yīng)可能與YB-1的表達(dá)有關(guān)。在單側(cè)輸尿管結(jié)扎小鼠中，YB-1能夠直接穩(wěn)定膠原蛋白1A1 mRNA，促進(jìn)纖維化進(jìn)程，向模型小鼠體內(nèi)注射能夠磷酸化YB-1的試劑HSc025后，YB-1的活性受到抑制，小鼠的腎纖維化明顯減輕[50]。以上研究表明，YB-1是一些纖維化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的重要調(diào)節(jié)因子，但其促纖維化或抗纖維化作用在不同腎臟疾病中是否普遍存在尚需進(jìn)一步研究。

6 RBPs與晚期腎衰竭

6.1調(diào)控晚期腎衰竭酸堿平衡 隨著腎纖維化的進(jìn)展，腎臟功能逐漸降低，并最終發(fā)展為腎衰竭。RBPs在晚期腎衰竭中發(fā)揮一定的作用。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是調(diào)控近端腎小管細(xì)胞糖異生和氨轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶[51]，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶mRNA含有多種順式不穩(wěn)定元件，其是富AU元件RNA結(jié)合因子-1(AU-rich element RNA-binding factor 1，AUF-1)和HuR的結(jié)合靶點(diǎn)[52]；在正常生理?xiàng)l件下，HuR和AUF-1與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶mRNA的3′非翻譯區(qū)順式元件結(jié)合，AUF-1激活腺嘌呤酶，以恒定速率促進(jìn)磷酸烯醇式丙酮酸羧酶的降解；在酸中毒狀態(tài)下，HuR的磷酸化水平降低，AUF-1各種同工型的磷酸化增加，使腺嘌呤酶的活性下降[53]；HuR和AUF-1共同作用維持腎臟細(xì)胞內(nèi)pH的穩(wěn)定，而終末期腎病所致酸中毒可能與部分RBPs有關(guān)。

6.2調(diào)控晚期腎性貧血 晚期腎衰竭患者的貧血與促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)缺乏有關(guān)，EPO受轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子的調(diào)控。Sch?del和Ratcliffe[54]報(bào)道，EPO的表達(dá)也受轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的影響，EPO mRNA的3′非翻譯區(qū)與EPO結(jié)合蛋白結(jié)合，該結(jié)合蛋白在細(xì)胞缺氧狀態(tài)下表達(dá)增加。Rondon等[55]的研究證實(shí)，EPO結(jié)合蛋白在正常細(xì)胞中有穩(wěn)定EPO mRNA的作用；在缺氧狀態(tài)下，這一作用更為明顯[54]。終末期腎性貧血多是由于EPO缺乏所致，而EPO的缺乏與相應(yīng)RBPs的調(diào)控有關(guān)。

7 小 結(jié)

RBPs在腎臟疾病的進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用，但有關(guān)其直接作用于急慢性腎損傷、急慢性腎炎及梗阻性腎病等的研究仍較少，RBPs在具體腎臟疾病中的作用機(jī)制仍有待深入研究。除上述RBPs外，其他RBPs是否也在腎臟疾病發(fā)展過程中發(fā)揮作用需進(jìn)一步探索。隨著轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的興起，人類蛋白庫、基因庫和RNA庫的完善，可通過尋找腎病相關(guān)蛋白及其對(duì)應(yīng)mRNA確定更多相關(guān)的RBPs，這將為腎臟疾病及RBPs的研究提供新思路。此外，RNA免疫共沉淀測(cè)序技術(shù)、RNA交聯(lián)免疫共沉淀技術(shù)及其相關(guān)衍生技術(shù)能夠幫助尋找RBPs的上下游結(jié)合靶點(diǎn)(如蛋白質(zhì)、mRNA、長鏈非編碼RNA、微RNA等)，使得RBPs在具體腎臟疾病中的作用機(jī)制及相關(guān)通路研究成為可能。因此，未來深入研究RBPs在腎臟疾病中的作用，將對(duì)腎臟疾病的臨床診斷和治療產(chǎn)生積極影響。