糖尿病腎臟疾病中表觀遺傳修飾與miRNAs相互作用的研究進展

汪姣 謝貴交 徐積兄

(1南昌大學第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科，江西 南昌 330006；2江西省兒童醫(yī)院急診科)

糖尿病腎臟疾病(DKD)是糖尿病最常見的慢性微血管并發(fā)癥之一，目前已成為全球終末期腎臟病(ESRD)的首位病因〔1〕。DKD臨床特征為蛋白尿，伴血肌酐及尿素氮水平升高，最終進展為腎衰竭；病理特征主要為腎小球硬化及腎間質(zhì)纖維化〔2〕。目前，DKD主要的治療策略為控制血糖、血壓、血脂、尿蛋白及改善生活方式，但仍很難阻止DKD的發(fā)生與發(fā)展。DKD病因機制復(fù)雜，眾多研究認為DKD的發(fā)病與氧化應(yīng)激、炎癥因子、糖基化終末產(chǎn)物蓄積、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)等有關(guān)〔3〕。表觀遺傳是指不依賴DNA序列變化的基因表達和功能發(fā)生可以遺傳的表型。微小RNA(miRNAs)是一類長度約為20～25個核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA,主要通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制調(diào)節(jié)基因的表達。近年來研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳修飾與miRNAs的相互調(diào)節(jié)在DKD的病因?qū)W機制中發(fā)揮重要作用〔4〕。本文對表觀遺傳修飾與miRNAs的相互調(diào)控在DKD中的研究進展進行綜述。

1 表觀遺傳修飾

表觀遺傳學是基因的表達水平和功能發(fā)生改變，且該變化可傳遞到下一代，但無DNA序列的改變〔5〕。表觀遺傳修飾主要包括DNA甲基化、組蛋白乙?；?、染色質(zhì)重塑、X染色體失活等選擇性轉(zhuǎn)錄調(diào)控和非編碼RNA(如miRNAs、lncRNA)等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。

1.1DNA甲基化 DNA甲基化是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)催化下，S-腺苷甲硫氨酸將甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶-鳥嘧啶(CpG)二核苷酸中的胞嘧啶上，是一種主要的甲基化修飾形式〔6〕。目前已知DNMTs有4 種：DNMT1、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b,其中DNMT1主要功能為維持甲基化，DNMT3a、DNMT3b主要參與從頭甲基化〔7〕。CpG主要出現(xiàn)在DNA的啟動子或其他轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)，形成CpG 島。啟動子CpG 島甲基化后，阻斷轉(zhuǎn)錄起始因子與啟動子的結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄〔8〕。

1.2組蛋白修飾 4種核心組蛋白(H2A、H2B、H3、H4)與DNA組成核小體，是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位〔9〕。組蛋白的修飾位點主要在氨基端，如組蛋白乙?；?、組蛋白甲基化等〔10〕，從而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性。目前研究比較多的是由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMT)催化的甲基化和乙酰轉(zhuǎn)移酶催化的乙酰化修飾。

2 miRNA

miRNAs表達有組織特異性和時序性，可參與細胞增殖、分化、凋亡等生物學過程，并且可調(diào)節(jié)至少60% 的蛋白編碼基因〔11〕。miRNAs主要作用為參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，從而抑制靶基因表達〔12〕，為基因表達調(diào)控提供了新的模式。

3 表觀遺傳修飾與miRNAs交互作用

表觀遺傳修飾與miRNAs之間存在著復(fù)雜的交互作用:(1)DNA甲基化或組蛋白修飾等可直接或間接調(diào)控miRNAs基因的表達〔13〕；(2)miRNAs調(diào)節(jié)組蛋白去乙?；?HDAC)、DNMT或轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子進而影響表觀遺傳過程〔14〕。

3.1表觀遺傳修飾調(diào)控miRNAs表達在DKD中的作用 Liu等〔15〕研究揭示HDAC3調(diào)控miR-30d表達在轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β誘導的足細胞損傷中發(fā)揮重要作用。足細胞中TGF-β以時間依賴及濃度依賴的方式抑制miR-30d表達及特異性上調(diào)HDAC3表達，從而導致足細胞骨架損傷及凋亡；而HDAC3抑制劑或HDAC3shRNA能逆轉(zhuǎn)miR-30d 及其啟動子活性的下調(diào)，從而緩解足細胞損傷。進一步研究發(fā)現(xiàn)〔15〕，HDAC3抑制劑通過抑制組蛋白去乙?；?HDAC)3-核受體協(xié)同抑制因子(NCoR)轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物在miR-30d 啟動子區(qū)的結(jié)合和HDAC3 與NCoR 蛋白間相互作用，來抑制TGF-β誘導的miR-30d 啟動子區(qū)組蛋白去乙?；?，說明HDAC3可在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控miR-30d的表達。Kang等〔16〕研究提示HDAC調(diào)控miR-199b-5p抑制Klotho蛋白在高糖誘導的腎小管上皮細胞(HK)-2損傷中發(fā)揮一定作用。HK-2細胞中高糖以濃度依賴的方式促進miR-199b-5p表達及靶向抑制Klotho蛋白表達，從而導致HK-2細胞損傷及凋亡；并且HDAC抑制劑能促進高糖誘導的miR-199b-5p 表達及其啟動子轉(zhuǎn)錄活性。另外，有研究提示，miRNA let-7a-3 啟動子區(qū)高甲基化可能是DKD患者let-7a-3 低表達的重要因素〔17〕，并參與DKD的發(fā)生與發(fā)展。

腎纖維化是DKD的重要致病因素之一。Shan等〔18〕研究提示HDAC3/miR-10a/cAMP反應(yīng)原件結(jié)合蛋白(CREB1)軸可能是腎纖維化的一種新機制。DKD小鼠中miR-10a表達下降，并且與尿白蛋白肌酐比值呈負相關(guān)。進而發(fā)現(xiàn)HDAC3 過表達能下調(diào)miR-10a表達，靶向促進CREB1及其下游的纖維連接蛋白，從而導致纖維化形成。Kato 等〔19〕研究提示,在腎小球系膜細胞中，TGF-β通過轉(zhuǎn)錄共刺激子p300介導的miR-192啟動子區(qū)組蛋白的賴氨酸乙?；瘉泶龠MmiR-192 表達，而p300抑制劑能顯著抑制miR-192 表達，說明組蛋白修飾的miR-192參與腎纖維化的形成。Feng等〔20〕研究揭示p300介導的miR-146a促進纖維連接蛋白形成，從而導致腎纖維化形成。此外，Zanchi等〔21〕研究提示，在蛋白尿誘導的大鼠腎小管上皮細胞(NRK-52E)中，DNA甲基化及組蛋白乙?；{(diào)控miR-184靶向抑制脂質(zhì)磷酸磷酸酶(LPP)3，從而促進纖維化進程；而DNMT或(和)HDAC抑制劑通過激活轉(zhuǎn)錄活性促進miR-184表達。因此，表觀遺傳修飾(DNA甲基化、組蛋白乙?；?調(diào)控miRNAs表達可能是DKD發(fā)病機制之一。

3.2miRNAs調(diào)控表觀遺傳修飾在DKD中的作用 Badal等〔22〕研究發(fā)現(xiàn)miR-93靶向調(diào)控組蛋白激酶(Msk2)及其底物H3S10在DKD進展中發(fā)揮重要作用。Msk2屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，參與H3S10組蛋白的乙酰化導致染色質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)錄活化。在足細胞中過表達miR-93可通過抑制Msk2表達及組蛋白乙?；瘉頊p輕高糖誘導的足細胞損傷，進而減少尿蛋白的排泄。此外，miRNAs介導nephrin(足細胞相關(guān)蛋白)表觀遺傳調(diào)控參與調(diào)節(jié)足細胞功能。如miR-155靶向調(diào)控nephrin乙?；瘻p輕高糖誘導的足細胞損傷〔23〕。Lin等〔24〕研究表明miR-29a促進nephrin乙?；瘻p輕高糖所致足細胞功能障礙。體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)〔24〕，與非糖尿病小鼠相比，糖尿病小鼠中miR-29a、nephrin及乙?；痭ephrin水平均較低。過表達miR-29a抑制HDAC4的信號傳遞，從而維持nephrin乙酰化狀態(tài)；敲降miR-29a增強HDAC4的作用，從而抑制nephrin乙?；?，導致足細胞凋亡及蛋白尿。

炎癥是DKD的主要發(fā)病機制之一，參與腎損傷及腎纖維化等病理過程。Yin等〔25〕探索了miR-152/DNMT/Klotho軸在TGF-B誘導腎纖維化中的作用。在腎纖維化模型小鼠中，TGF-β抑制miR-152 和miR-30a表達，促進DNMT1 和DNMT3a的活性，使Klotho蛋白啟動子區(qū)高甲基化，從而導致 Klotho蛋白低表達。過表達miR-152 和miR-30a 可抑制TGF-β誘導的DNMTs的活性，增加Klotho蛋白水平，從而保護腎功能。Villeneuve等〔26〕研究發(fā)現(xiàn)miR-125b能調(diào)控組蛋白甲基化酶(SUV39H1)水平；過表達miR-125b顯著抑制SUV39H1，敲降miR-125b顯著增強SUV39H1活性。而且，SUV39H1水平與炎癥相關(guān)基因如白細胞介素(IL)-6、人單核細胞趨化蛋白(MCP)-1轉(zhuǎn)錄活性呈負相關(guān)。因此，miRNAs調(diào)控表觀遺傳修飾(DNA甲基化、組蛋白乙?；?參與DKD發(fā)生及發(fā)展。

綜上，表觀遺傳學在DKD中的作用機制受到廣泛關(guān)注,尤其是表觀遺傳修飾與非編碼RNA(如miRNAs)的相互調(diào)控對DKD的影響，可能成為DKD治療策略的理論基礎(chǔ)。而各種表觀遺傳學藥物(如DNA甲基化抑制劑)和以miRNAs為靶點的治療藥物正在不同程度的研究中，可能成為治療DKD的新策略。