長鏈非編碼RNA調(diào)控糖尿病腎臟疾病分子機(jī)制的研究進(jìn)展

張 鑫，倪琳琳，黃延芹,徐云生

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250355，2.山東中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250001，3.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250014)

糖尿病是由遺傳和環(huán)境因素共同作用引起的以高血糖為主要臨床特征的代謝疾病。根據(jù)2017年國際糖尿病聯(lián)合會(IDF)統(tǒng)計，全球20～79歲年齡段的糖尿病患病率為8.8%[1]。持續(xù)的高血糖可導(dǎo)致心臟、腎臟等臟器損傷、功能障礙。糖尿病腎臟疾病(DKD)是指由1型和2型糖尿病所致的慢性腎臟疾病，是糖尿病主要的微血管并發(fā)癥，其特征是腎管間細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白質(zhì)的過度積累，最終導(dǎo)致慢性腎衰竭[2]。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟，長鏈非編碼RNA(lncRNA)的生物學(xué)特征以及功能被逐漸發(fā)掘，lncRNA的異常表達(dá)被證實在分子水平調(diào)控了DKD的病理發(fā)展過程。本文擬對DKD的分子機(jī)制及長鏈非編碼RNA在DKD中的調(diào)控進(jìn)行綜述。

1 lncRNA的概述

非編碼RNA(non-cording RNA，ncRNA)是指轉(zhuǎn)錄組中不翻譯為蛋白質(zhì)的RNA，根據(jù)其長度被分為短鏈(<200 nt)ncRNA和長鏈(>200 nt)ncRNA(lncRNA)[3]。因為其不具備編碼蛋白質(zhì)的能力，在過去一直被認(rèn)為是代表了RNA處理過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄噪聲或殘余垃圾[4]?，F(xiàn)在，隨著高通量技術(shù)的發(fā)展，人們能夠以前所未有的分辨率和規(guī)模深入研究非編碼基因組，發(fā)現(xiàn)lncRNA在生物通路中起著至關(guān)重要的作用，包括染色體沉默和活化，基因組印記、分化等[5]。lncRNA還可以通過各種方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)，包括表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)位置效應(yīng)等。與功能多樣性一致的是，lncRNA的作用方式也有很大差異。lncRNA可以招募表觀遺傳因子來改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)，組裝轉(zhuǎn)錄機(jī)制以觸發(fā)轉(zhuǎn)錄的啟動或作為結(jié)構(gòu)組織者參與亞細(xì)胞器的形成。此外，lncRNA本身也可以作為微RNA(miRNA)編碼miRNA的前體或海綿，并針對某些導(dǎo)致RNA降解或inhibit翻譯的mRNA。

2 糖尿病腎臟疾病的發(fā)病機(jī)制

DKD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，至今尚未完全闡明，目前普遍認(rèn)為是由遺傳和環(huán)境因素共同作用導(dǎo)致的。長期的高血糖狀態(tài)導(dǎo)致的腎血流動力學(xué)改變及糖基化終末產(chǎn)物增多是造成腎臟病變的基礎(chǔ)[6]。腎臟血液循環(huán)障礙可使腎小球內(nèi)壓升高，引起高灌注，基底膜受壓增厚導(dǎo)致了腎小球硬化。糖基化終末產(chǎn)物堆積可使腎小球基底膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，腎臟細(xì)胞外基質(zhì)沉積，從而導(dǎo)致了腎小球硬化及腎間質(zhì)纖維化。

糖基化終末產(chǎn)物又可誘發(fā)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，炎癥因子可使纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成纖維肌細(xì)胞，加速腎小球硬化，從而進(jìn)一步加重了對腎臟組織的損傷，腎臟受創(chuàng)后可產(chǎn)生大量活性氧(ROS)，ROS通過smd2磷酸化促進(jìn)了腎小管上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，從而造成腎小管間質(zhì)損傷并導(dǎo)致了腎小管間質(zhì)纖維化[7]。

3 lncRNA在DKD病理過程中的調(diào)節(jié)

3.1保護(hù)性lncRNA改善DKD機(jī)制

3.1.1漿細(xì)胞瘤變體易位1(PVT1)下調(diào)抑制糖尿病腎病的足細(xì)胞損傷和凋亡 PVT1是第一個發(fā)現(xiàn)與腎臟疾病相關(guān)的lncRNA[8]。Liu等[9]在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的DKD小鼠模型及體外HG培養(yǎng)的小鼠腎足細(xì)胞(MPC5)中發(fā)現(xiàn)PTV1表達(dá)增加，敲低PTV1后可減少足細(xì)胞凋亡及損害。此外，PTV1可顯著降低FOXA1的CpG島的甲基化水平，從而抑制FOXA1的表達(dá)。通過流式細(xì)胞術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)FOXA1過度表達(dá)可使Bcl-2表達(dá)升高，Bax、caspase-3表達(dá)降低，β細(xì)胞凋亡率降低。上述表明沉默PVT1或過度表達(dá)FOXA1可抑制DKD中足細(xì)胞的凋亡和損傷。

3.1.2Blnc1上調(diào)降低炎癥與氧化應(yīng)激損傷，改善腎臟纖維化 Feng等[10]在STZ誘導(dǎo)的DKD大鼠模型及體外HG處理的人腎小管上皮細(xì)胞(HK2)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Blnc1表達(dá)升高。上調(diào)Blnc1可使HK-2細(xì)胞中PTEN、纖維素、膠原蛋白I、膠原蛋白IV、炎癥因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)與活性氧(ROS)水平顯著降低。NRF2/HO-1和NF-κB信號通路在DN中發(fā)揮了重要作用[11]。檢測相關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)(NRF2、HO-1、Iκβ、p-NF-κB P65)發(fā)現(xiàn)HK-2細(xì)胞中的高葡萄糖損傷顯著降低，Blnc1抑制劑可逆轉(zhuǎn)效應(yīng)。說明了Blnc1通過NRF2/HO-1和NF-κB通路在DN中充當(dāng)炎癥、氧化應(yīng)激和纖維化的新型調(diào)節(jié)器。

3.1.3TUG1上調(diào)改善系膜細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的積累 TUG1是位于人染色體22q12中的lncRNA[12]。Zang等[13]在STZ誘導(dǎo)的DKD大鼠模型及體外HG處理的MCs中發(fā)現(xiàn)TUG1表達(dá)減少。TUG1的過度表達(dá)下調(diào)了轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(TGF-β1)、纖維連接蛋白(FN)和四型膠原蛋白(COL-IV)表達(dá)。PI3K/AKT通路在腎小球系膜細(xì)胞的增殖和ECM積累中起著關(guān)鍵作用,TUG1的高表達(dá)顯著降低p-PI3K和p-AKT蛋白水平，抑制PI3K/AKT途徑的激活，從而改善了系膜細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的積累，表明TUG1在DKD中的保護(hù)作用[14]。

3.1.4NR_038323 上調(diào)改善糖尿病腎病纖維化 Ge等[15]通過STZ誘導(dǎo)的DKD大鼠模型及HG處理的HK2細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，NR_038323的過度表達(dá)一方面降低了Ⅰ型膠原、Ⅳ型膠原和纖維連接蛋白的表達(dá)水平，另一方面其幾乎完全抑制了HG誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)的積累。此外NR_038323抑制miR-324-3p的表達(dá)和活性，DUSP1為miR-324-3p的靶點，表達(dá)水平被其顯著抑制，DUSP1的過度表達(dá)通過p38MAPK和ERK1/2途徑的失活發(fā)揮抗纖維化作用。進(jìn)一步表明NR_038323通過作為miR-324-3p的ceRNA調(diào)節(jié)DUSP1的表達(dá)來改善DKD纖維化。

3.1.5肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(MALAT1)下調(diào)改善足細(xì)胞損傷 MALAT1在STZ誘導(dǎo)的糖尿病腎病小鼠腎皮質(zhì)中表達(dá)上調(diào)。當(dāng)用siRNA敲低MALAT1以衰減表達(dá)后，足細(xì)胞特異標(biāo)志p-鈣黏著蛋白和ZO-1的表達(dá)升高，結(jié)蛋白的表達(dá)降低，從而可以改善高糖所致的足細(xì)胞損傷[16]。此外，b-連環(huán)蛋白(b-catenin)是Wnt信號通路中的關(guān)鍵介質(zhì)，它的異常表達(dá)促進(jìn)足細(xì)胞功能異常和蛋白尿，并導(dǎo)致腎臟纖維化[17]。b-連環(huán)蛋白通過與MALAT1的啟動子區(qū)域結(jié)合參與MALAT1的轉(zhuǎn)錄，敲低MALAT1表達(dá)，可以阻止b-連環(huán)蛋白核積聚，從而糾正足細(xì)胞損傷。

3.1.6GAS5 上調(diào)減輕糖尿病腎臟細(xì)胞增殖與纖維化 GAS5是一種新的糖尿病標(biāo)志物，在PKD大鼠中顯著下調(diào)。過表達(dá)GAS5可緩解系膜細(xì)胞(MCs)中與纖維化相關(guān)的蛋白質(zhì)(FN、Col-4和TGF+1)的表達(dá)。此外，lncRNA-GAS5以直接瞄準(zhǔn)和Ago2依賴方式作為miR-221的內(nèi)源性海綿，lncRNA GAS5過度表達(dá)降低了mir-221的表達(dá)。mir-221通過靶向SIRT1抑制了MC的增殖及纖維化相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，沉默SIRT1可恢復(fù)miR-221對MC增殖和纖維化的負(fù)調(diào)控作用。lncRNA GAS5作為miR-221海綿通過上調(diào)SIRT1表達(dá)，抑制細(xì)胞增殖和纖維化相關(guān)蛋白，有助于DN的靶向治療[18]。

3.1.7尿路上皮癌胚抗原1(UCA1)下調(diào)改善腎功能，減輕炎癥反應(yīng) UCA1位于人類染色體19p13.12上。Shi等[19]在STZ誘導(dǎo)的DKD大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，UCA1抑制劑通過下調(diào)血尿素氮(BUN)、肌酐(SCr)和尿素氮(UP)的表達(dá)水平來改善腎功能。PI3K信號通路在DKD的炎癥反應(yīng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用，UCA1抑制劑通過敲低PI3K-Akt信號通路來改善炎癥因子(血清TNF-α和IL-6)的反應(yīng)。表明LncRNA UCA1可以減輕腎臟病理損害，改善腎功能，減輕炎癥反應(yīng)。

3.2損傷性lncRNA促進(jìn)DKD機(jī)制

3.2.1反義線粒體非編碼RNA-2(ASncmtRNA-2)上調(diào)促進(jìn)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的DKD纖維化 ASncmtRNA-2是一種在線粒體中表達(dá)并輸出到細(xì)胞核的線粒體lncRNA[20]。Gao等[21]通過DKD小鼠模型與HG培養(yǎng)的人腎系膜細(xì)胞(HRMCs)發(fā)現(xiàn)ASncmtRNA-2在體內(nèi)外DKD中顯著表達(dá)上調(diào)。生理氧化應(yīng)激和氧化產(chǎn)物(如ROS)刺激可以促進(jìn)ASncmtRNA-2的表達(dá)，ASncmtRNA-2的表達(dá)與促纖維化因子(TGF-β1、FN)的表達(dá)呈正相關(guān)。ROS誘導(dǎo)的ASncmtRNA-2可以通過以下機(jī)制誘發(fā)對人體腎臟的損害：一方面誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)交聯(lián)和DNA增理的形成，導(dǎo)致組織損傷；另一方面對細(xì)胞DNA造成直接損害和激活多個細(xì)胞信號通路，包括TGF-β1和FN。這些機(jī)制誘導(dǎo)ROS的進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞因子的分泌和ECM成分的沉積，導(dǎo)致更嚴(yán)重的腎臟損害[22]。

3.2.2核糖核酸酶PRNA組分H1(Rpph1)上調(diào)促進(jìn)糖尿病腎病系膜細(xì)胞的炎癥和增殖 Rpph1是一種與DKD密切相關(guān)的lncRNA。Zhang等[23]通過db/db-DN小鼠腎組織和HG培養(yǎng)的MCs發(fā)現(xiàn)Rpph1表達(dá)增加，Rpph1過表達(dá)顯著增加了促炎細(xì)胞因子Mcp-1和Tnf-α的水平與Mek1/2、Erk1/2和c-Jun的磷酸化程度。Gal-3是DN的一個生物標(biāo)志物，Rpph1過度表達(dá)通過直接與Gal-3相互作用，激活Mek/Erk下游通路，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和MCs的增殖[24]。

3.2.3TCF7上調(diào)觸發(fā)糖尿病腎病患者的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 Liu等[25]通過DKD患者與HG誘導(dǎo)的人足細(xì)胞株(CIHP)發(fā)現(xiàn)，lncTCF7在體內(nèi)外表達(dá)顯著上調(diào)，一些關(guān)鍵的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因，如CHOP、XBP1和caspase3的表達(dá)顯著增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)顯著降低，導(dǎo)致了嚴(yán)重的腎損害，并引發(fā)了細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)lncTCF7過表達(dá)降低了miR-200c的表達(dá)，而敲低miR-200c表達(dá)可以觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[26]，提示lncTCF7是通過靶向miR-200c促進(jìn)足細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，加重了DKD的發(fā)生發(fā)展。

3.2.4ZEB1反義轉(zhuǎn)錄物1(ZEB1-AS1)下調(diào)促進(jìn)人腎小管上皮細(xì)胞纖維化 ZEB1-AS1來源于ZEB1啟動子區(qū)域[27]。敲低ZEB1-AS1的表達(dá)，可顯著增加Ⅰ型膠原、Ⅳ型膠原、纖維連接蛋白、a-SMA和p53的表達(dá)，PIF治療可抑制其表達(dá)。PIF對P53的抑制降低了HG誘導(dǎo)的ECM蓄積，并逆轉(zhuǎn)了Hg對ZEB1-AS1表達(dá)水平的抑制作用。p53過表達(dá)可加重腎功能不全、腎小管上皮破壞等，進(jìn)一步提示p53可能是通過直接下調(diào)ZEB1-AS1的表達(dá)而降低ZEB1的表達(dá)，從而促進(jìn)HK-2細(xì)胞的腎纖維化與細(xì)胞外基質(zhì)積累[28]。

3.2.51700020I14Rik下調(diào)促進(jìn)糖尿病腎病細(xì)胞增殖和纖維化 Li等[29]通過db/db小鼠模型與HG處理的MCs中發(fā)現(xiàn)1700020I24Rik在體內(nèi)外DKD中顯著表達(dá)下調(diào)。1700020I14Rik的敲除升高miR-34a-5p的表達(dá)，miR-34a-5p通過Sirt1/HIF-1α信號途徑增強(qiáng)了腎纖維化相關(guān)因子Col-4、FN和TGF-β1的表達(dá)。此外，1700020I14Rik的敲除降低了Sirt1的表達(dá)和HIF-1α的上調(diào)，增加了纖維化相關(guān)基因膠原脯氨酰4-羥化酶1(P4HA1)、膠原脯氨酸4-羥化酶2(P4HA2)和前膠原賴氨酸(PLOD2)的表達(dá)，從而促進(jìn)了糖尿病腎病細(xì)胞增殖和纖維化。提示1700020I14Rik的表達(dá)下調(diào)可能是DKD預(yù)后不良的危險因素，有助于DN的發(fā)展和進(jìn)展。

4 lncRNA作為DKD的潛在治療靶點和分子生物標(biāo)志物

4.1ENSMUST000147869下調(diào)改善系膜細(xì)胞的增殖和纖維化 在DKD中，ENSMUST0001869下調(diào)。MCs的增殖和纖維化指標(biāo)在與ENSMUST0001869相鄰的基因位點Cyp4a12a的作用下被逆轉(zhuǎn)，它是主要的20-羥基二十碳四烯酸合酶。Cyp4a12a是Cyp4a亞型的一個成員。CYP4蛋白代謝脂肪酸、二十烷酸和維生素D，對化學(xué)防御很重要，腎臟CYP4花生四烯酸代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生可導(dǎo)致腎功能異常[30]。下調(diào)的Cyp4a12a被定義為一個靶基因，它可以在ENSMUST000147869過度表達(dá)期間募集[31]。ENSMUST0001869可影響ECM的合成，并在高糖條件下顯著降低MCs中纖維粘連蛋白和Ⅳ型膠原的水平[32]。ENSMUST0001869的過度表達(dá)可顯著降低MCs增殖指數(shù)(PCNA和cyclin D1)、纖維化指數(shù)(膠原I和FN)的表達(dá)及生長速度。因此，在Cyp4a12a附近的基因間lncRNA-ENSMUST000147869可作為DN的潛在治療靶點和分子生物標(biāo)志物。

4.2MEG3上調(diào)促進(jìn)糖尿病腎臟組織的炎癥反應(yīng)和纖維化 Zha等[33]建立DKD大鼠模型發(fā)現(xiàn)，MEG3在DN中表達(dá)上調(diào)，且主要定位于MC的胞漿中。當(dāng)敲低MEG3時，細(xì)胞纖維化(TNF-α、α-SMA和TGF-β1)與炎癥因子(CRP、IL-1β、IL-6、MCP-1)表達(dá)會減少。MEG3表達(dá)上調(diào)時可降低MiR-181a表達(dá)，Egr1被認(rèn)為是miR-181a的目標(biāo)基因。蛋白質(zhì)印跡法(Western blot)表明，miR-181a抑制增加了Egr-1和TLR4纖維化相關(guān)蛋白與炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)。進(jìn)一步說明了MEG3的作用機(jī)制是ceRNA，通過調(diào)節(jié)miR-181a/Egr-1/TLR4軸來促進(jìn)DKD的纖維化和炎癥反應(yīng)。因此，MEG3可作為潛在的治療靶點和生物標(biāo)志物，用于進(jìn)一步的DN臨床應(yīng)用。

4.3CYP4B1-PS1-001下調(diào)減輕糖尿病腎臟細(xì)胞增殖與纖維化 CYP4B1-PS1-001在體內(nèi)外DKD顯著下調(diào)，Wang等[34]通過HG處理的MCs中發(fā)現(xiàn)，CYP4B1-PS1-001的過度表達(dá)降低了MCs中ECM的主要成分FN和膠原蛋白I的水平。核仁素(NCL)在MCs中表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)DKD細(xì)胞的增殖[35]。CYP4B1-PS1-001的過度表達(dá)可以導(dǎo)致NCL明顯泛素化，從而降低NCL蛋白的表達(dá)水平。此外，CYP4B1-PS1-001相關(guān)NCL的降解由泛素蛋白酶體依賴性途徑介導(dǎo)?？傮w而言，CYP4B1-PS1-001可以為DKD發(fā)病機(jī)制提供潛在的治療靶點和分子生物標(biāo)志物。

5 結(jié) 語

lncRNAs在DKD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，lncRNA的異常表達(dá)與DKD的病理過程息息相關(guān)。通過調(diào)控lncRNA的表達(dá)水平，上調(diào)保護(hù)性lncRNA，下調(diào)有害的lncRNA，減緩或阻斷DKD的病理發(fā)展，可以達(dá)到治療疾病的目的。尤其是潛在治療靶點和分子生物標(biāo)志物lncRNA的發(fā)現(xiàn)，為臨床醫(yī)學(xué)提供了更為合適的治療手段。然而lncRNA在DKD中的調(diào)控是復(fù)雜的，涉及多分子間的相互作用和信號通路，并且上述某些lncRNA的研究是在大鼠小鼠模型中進(jìn)行，這些lncRNA是否存在于人類基因組中并發(fā)揮同樣的作用有待我們進(jìn)一步的研究。未來，隨著測序技術(shù)和干擾技術(shù)的發(fā)展，將會有更多與DKD相關(guān)的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，需要深入開展更多有意義的研究。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。