外泌體miRNA在狼瘡性腎炎中的作用研究進(jìn)展

徐璐瑤,林栩

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院,廣西百色 533000;2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科,廣西百色 533000)

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種主要影響女性的自身免疫性疾病,其特征在于不同器官/組織中存在自身抗體、免疫復(fù)合物(ICs)和補(bǔ)體沉積以及相關(guān)的自身免疫性炎癥,其中對(duì)自身抗原耐受性喪失導(dǎo)致致病性自身抗體的產(chǎn)生,從而導(dǎo)致炎癥和組織損傷[1]。狼瘡性腎炎(lupus nephritis,LN)是SLE的常見(jiàn)并發(fā)癥,LN導(dǎo)致腎功能逐漸下降和腎衰竭,并且是SLE患者死亡的主要原因[2]。LN涉及多種發(fā)病機(jī)制,現(xiàn)有研究表明,SLE的腎外病因?qū)W是基于多種組合的遺傳變異體,這些變異體損害了對(duì)核自身抗原免疫耐受的機(jī)制。因?yàn)榭购丝贵w的存在,這種耐受性的缺失在臨床上變得可檢測(cè),這也解釋了臨床表現(xiàn)的巨大差異性。此外,當(dāng)中性粒細(xì)胞死亡時(shí),它們通常釋放中性粒細(xì)胞外網(wǎng),這些外網(wǎng)由染色質(zhì)纖維、組蛋白和中性粒細(xì)胞抗菌及免疫刺激蛋白組成。這種類型的細(xì)胞死亡,稱為網(wǎng)狀細(xì)胞死亡,通常是一種宿主防御機(jī)制,以捕獲和殺死微生物。在SLE患者的腎臟中也發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀中性粒細(xì)胞促進(jìn)炎癥,可能導(dǎo)致內(nèi)皮損傷,并能誘導(dǎo)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生干擾素(IFN)-α[3]。從凋亡的中性粒細(xì)胞釋放的核酸通過(guò)病毒核酸特異性Toll樣受體激活先天性和適應(yīng)性免疫。因此,樹突狀細(xì)胞、輔助性T細(xì)胞、B細(xì)胞和漿細(xì)胞都對(duì)異常的多克隆自身免疫有作用。LN的腎內(nèi)病因包括抗體與多種腎內(nèi)自身抗原的結(jié)合,隨著腎臟免疫病理學(xué)的進(jìn)展,三級(jí)淋巴組織形成和局部抗體產(chǎn)生增加了腎內(nèi)補(bǔ)體激活[4]。然而,迄今為止,對(duì)于LN的治療仍以糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑治療為主,但藥物減量或停藥后易復(fù)發(fā),且病情逐漸加重。因此,尋求一種新的治療策略尤為重要。

外泌體是由細(xì)胞分泌的直徑為30～100 nm的盤狀囊泡,含有大量的脂質(zhì)、DNA、microRNA、蛋白質(zhì)及代謝物等腔內(nèi)內(nèi)容物,這些內(nèi)容物被細(xì)胞釋放到細(xì)胞外,并與其他細(xì)胞上的受體結(jié)合,誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和受體細(xì)胞生理狀態(tài)的改變,在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞間通信中起著重要的作用[5]。已有相關(guān)證據(jù)表明外泌體參與了腎臟生理和各種腎臟疾病的致病機(jī)制,廣泛研究包括LN、狼瘡腎小球疾病、急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)、糖尿病腎病(diabetic kidney disease,DKD),以及腎纖維化和慢性腎臟疾病(chronic kidney disease,CKD)的進(jìn)展過(guò)程[6]。這些研究進(jìn)一步表明,外泌體具有豐富的信息或分子,為涉及外泌體攜帶的這些分子異常的特定疾病中的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供了優(yōu)勢(shì),因此,外泌體潛在的臨床應(yīng)用可能是外泌體作為生物標(biāo)志物和潛在的治療工具。

1 外泌體及miRNA

外泌體起源于被稱為MVBs的內(nèi)部多泡腔室,是一種小的膜囊泡,由大多數(shù)細(xì)胞類型的多囊泡核內(nèi)體分泌,囊泡內(nèi)含有大量的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)甚至核酸,這些分子通過(guò)胞吐作用被釋放到細(xì)胞外,誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和受體細(xì)胞生理狀態(tài)的修飾[7]。外泌體在細(xì)胞間起通信作用并影響靶細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)制主要有三個(gè)方面：一是外泌體可以攜帶配體與不同的細(xì)胞表面受體結(jié)合;二是外泌體可以與靶細(xì)胞膜結(jié)合,然后靶細(xì)胞膜將攜帶“新的”表面分子;三是外泌體可以與靶細(xì)胞融合,從而在兩種細(xì)胞類型之間交換膜蛋白和細(xì)胞質(zhì)。外泌體的產(chǎn)生將增加攜帶相關(guān)肽-MHC復(fù)合物的樹突狀細(xì)胞的數(shù)量,從而放大免疫反應(yīng),在沒(méi)有炎癥的情況下,攜帶外泌體的樹突狀細(xì)胞的自發(fā)遷移可能有助于耐受性的誘導(dǎo)[8]。這種擴(kuò)散的結(jié)果既取決于捕獲外泌體的樹突狀細(xì)胞的狀態(tài)(特別是來(lái)自非應(yīng)激或未感染的未成熟樹突狀細(xì)胞或腫瘤的外泌體),也取決于外泌體所攜帶的分子(如來(lái)自成熟/感染/應(yīng)激細(xì)胞的促炎信號(hào)或來(lái)自一些非應(yīng)激腫瘤的免疫抑制信號(hào))[9]。

microRNA(miRNA)是一種長(zhǎng)為21～22個(gè)核苷酸的小分子、非編碼RNA,通過(guò)與mRNA的相互作用在調(diào)節(jié)各種生物過(guò)程中發(fā)揮重要作用,已被證明參與細(xì)胞生長(zhǎng)、組織分化、細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡等過(guò)程[10]。miRNA可以被運(yùn)輸?shù)酵饷隗w或微囊泡中,并分泌到細(xì)胞外,包括各種生物液體,因此可以進(jìn)行長(zhǎng)程細(xì)胞間通訊[11]。miRNA微陣列分析顯示,在來(lái)自SLE患者的血漿樣品中檢測(cè)到113個(gè)上調(diào)和94個(gè)下調(diào)的miRNA,新的證據(jù)表明[12],miRNA參與了SLE的病理生理過(guò)程,在血漿或血清中檢測(cè)到的腫瘤來(lái)源的miRNA可以作為檢測(cè)常見(jiàn)人類癌癥類型以及其他已知疾病和綜合征的診斷及預(yù)后的循環(huán)生物標(biāo)志物。它將可能為基于細(xì)胞外miRNA的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和治療模式開(kāi)辟一個(gè)新的領(lǐng)域。

2 外泌體miRNA在LN免疫調(diào)控中的機(jī)制

LN是腎小球免疫復(fù)合物沉積和隨之而來(lái)的慢性炎癥反應(yīng)的結(jié)果[13]。有研究報(bào)道已在SLE患者中檢測(cè)到含免疫復(fù)合物的外泌體[14]。作為新的信息穿梭媒介,外泌體介導(dǎo)局部自分泌或旁分泌信號(hào)到附近的細(xì)胞,以及遠(yuǎn)距離內(nèi)分泌信號(hào)到遠(yuǎn)處的細(xì)胞。在LN中,外泌體可能通過(guò)運(yùn)載自身抗原或補(bǔ)體、促進(jìn)免疫復(fù)合物沉積或補(bǔ)體激活、刺激炎癥反應(yīng),進(jìn)一步引起腎組織損傷或微血栓形成而產(chǎn)生致病作用[1]。研究表明,外泌體增強(qiáng)了單核細(xì)胞和T細(xì)胞遷移、單核細(xì)胞活化和巨噬細(xì)胞吞噬活性,并且促進(jìn)單核細(xì)胞對(duì)促炎細(xì)胞因子IL-8的產(chǎn)生,而這可以通過(guò)靶向波形蛋白(si-波形蛋白)的小干擾RNA恢復(fù)到其基礎(chǔ)水平[15]。我們觀察到活動(dòng)期LN患者的非經(jīng)典單核細(xì)胞計(jì)數(shù)低于無(wú)腎臟受累的患者,所有單核細(xì)胞亞群在LN患者中人CX3C趨化因子受體1(CX3CR1)和細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)的表達(dá)均低于無(wú)LN患者,高遷移率族蛋白 B1(HMGB1)水平升高[16]。單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞可以通過(guò)Toll 樣受體 4(TLR4)受體識(shí)別HMGB1,從而產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子[17]。這些發(fā)現(xiàn)為巨噬細(xì)胞通過(guò)外泌體途徑參與腎臟病理中的免疫應(yīng)答提供了重要意義。

miRNA通過(guò)結(jié)合3’或5’非翻譯區(qū)(UTR)來(lái)破壞和阻斷編碼蛋白的翻譯,從而對(duì)mRNA序列進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié),可能是維持免疫耐受和自身免疫平衡的因素之一[18]。研究發(fā)現(xiàn),在miR-155缺陷小鼠中,活化CD4+、CD25+(Foxp3-)細(xì)胞的頻率降低,CD4+T細(xì)胞表現(xiàn)出不太明顯的Th2和Th17以及略微降低的Th1反應(yīng)趨勢(shì)。Pristane誘導(dǎo)的野生型顯示與INF特征相關(guān)基因(MX1、IP10、IRF7、ISG15)的表達(dá)顯著上調(diào),T效應(yīng)細(xì)胞/Treg細(xì)胞的比率增加,絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和TLR通路的激活減少,并且IL-6和TNF水平降低[19]。將miR-155模擬物轉(zhuǎn)染到人腎系膜細(xì)胞(HRMCs)中,miR-155可以通過(guò)下調(diào)CXCR5-ERK信號(hào)通路在趨化因子CXC配體13(CXCL13)刺激下的表達(dá)來(lái)減少HRMCs的增殖和p-ERK及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)的產(chǎn)生,因此,這表明miR-155可以通過(guò)下調(diào)CXCR5-ERK信號(hào)通路來(lái)抑制CXCL13誘導(dǎo)的LN中HRMCs的增殖[20]。

MOMEN-HERAVI等人[21]成功將外源性miRNA-155 mimic和miRNA-155抑制劑引入小鼠B細(xì)胞來(lái)源的外泌體,并表明負(fù)載外泌體可以將miRNA-155模擬物和miRNA-155抑制劑分別傳遞給原代小鼠肝細(xì)胞及RAW 264.7巨噬細(xì)胞。B細(xì)胞來(lái)源的外泌體能有效地將miRNA-155抑制劑傳遞到RAW 264.7細(xì)胞中,抑制miRNA-155,并在功能上導(dǎo)致TNF-α蛋白水平有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的下降。據(jù)報(bào)道,外泌體miRNA-155直接靶向細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制蛋白1(SOCS1),其表達(dá)與miRNA-155水平呈負(fù)相關(guān)[22]。將miRNA-155抑制劑成功傳遞到RAW 264.7細(xì)胞后,SOCS1的mRNA水平升高。實(shí)驗(yàn)顯示,與miRNA-155負(fù)載外泌體共培養(yǎng)的原代小鼠肝細(xì)胞中,miRNA-155的水平增加了700倍以上[21]。該研究結(jié)果有效證明了B細(xì)胞來(lái)源的外泌體可以作為基于RNA的治療策略的有效載體,并為使用外泌體作為具有最小細(xì)胞毒性的高效傳遞納米載體提供了新的理論依據(jù)。

3 外泌體miRNA可以作為L(zhǎng)N早期診斷的潛在生物標(biāo)志物

LN的特征是自身抗體誘導(dǎo)的腎損害,在臨床實(shí)踐中,由于缺乏高特異性和敏感性的理想生物標(biāo)志物,使得LN的診斷是復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的。miRNA對(duì)于調(diào)節(jié)腎臟的發(fā)育、功能和穩(wěn)態(tài)是不可或缺的,并且它們很容易在許多生物液體中被檢測(cè)到,因此,越來(lái)越多的研究致力于探索這些分子作為L(zhǎng)N的理想生物標(biāo)志物。對(duì)血漿中miRNA表達(dá)與LN腎功能不全患者疾病活動(dòng)性之間關(guān)系的分析顯示,活動(dòng)期SLE腎功能不全患者4種miRNA(miR-15b、miR-93、miR-25和miR-19b)的表達(dá)均顯著低于穩(wěn)定期患者。miR-15b和miR-22在低eGFR [eGFR<60 mL/(min·1.73 m2)]的SLE患者中顯著降低,優(yōu)于腎功能較好者[eGFR>60 mL/(min·1.73 m2) ](P分別為 0.01和0.012)。基于上述分析,miR-15b可以作為合并低eGFR的LN患者的潛在疾病生物標(biāo)志物[23]。LI等人[24]研究了從LN患者的尿液外泌體中分離的miRNA的表達(dá)變化,觀察發(fā)現(xiàn)伴有新月體形成的LN具有獨(dú)特的尿外泌體miRNA表達(dá)譜和復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),并發(fā)現(xiàn)尿外泌體中的miR-3135b、miR-654-5p和miR-146a-5p可用作伴有新月體的LN的新的非侵入性診斷標(biāo)志物。LIU等人[25]還發(fā)現(xiàn)PA-S14通過(guò)激活LKB1/AMPK信號(hào)通路,抑制腎小管細(xì)胞衰老,延緩纖維生成。轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序和突變分析進(jìn)一步證明PA-S14是通過(guò)LKB1/AMPK介導(dǎo)的自噬和線粒體穩(wěn)態(tài)途徑治療腎纖維化的一種潛力。研究顯示,在自身免疫性腎小球腎炎患者的尿液外泌體中發(fā)現(xiàn)miR-26a水平升高,并與尿蛋白水平呈正相關(guān),這與足細(xì)胞損傷密切相關(guān),外泌體中改變的miR-26a水平可以作為這些患者足細(xì)胞損傷的生物標(biāo)志物[26]。

4 外泌體miRNA在LN診斷、治療及預(yù)后靶點(diǎn)中的作用

相關(guān)研究表明,miR-21通過(guò)靶向與自身免疫性疾病的發(fā)展相關(guān)的幾種炎性分子如IL-12、TNF和IFN-γ來(lái)介導(dǎo)抗炎作用[27]。SOLé等人[28]觀察了miR-21、miR-150和miR-29c對(duì)早期評(píng)價(jià)LN腎纖維化的預(yù)后價(jià)值,證明了由miR-21、miR-29c和miR-150組合通過(guò)SP1和Smad3/TGFβ途徑增加促纖維化分子,miR-29c/miR-150/miR-21表達(dá)水平的多標(biāo)記組合顯示出最高的敏感性和特異性(分別為94.4%和99.8%,AUC=0.996)。研究結(jié)果還進(jìn)一步顯示miR-29c/miR-150/miR-21組合的存在是進(jìn)展為ESRD的預(yù)測(cè)因子,其預(yù)測(cè)價(jià)值優(yōu)于常規(guī)生物標(biāo)志物,如肌酐和eGFR。這個(gè)生物標(biāo)志物組合可以用作腎纖維化的診斷標(biāo)志物和進(jìn)展為ESRD的預(yù)后生物標(biāo)志物,為檢測(cè)早期腎纖維化提供了有效策略。外泌體miRNA和特定信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之間的聯(lián)系意味著免疫抑制治療可以針對(duì)特定的miRNA譜進(jìn)行調(diào)整。TANG等[29]發(fā)現(xiàn)在MPA治療后,LN患者CD4+T細(xì)胞中miR-142-3p/5p和miR-146a的表達(dá)均顯著增加,與未處理的細(xì)胞相比,經(jīng)MPA處理的SLE患者的CD4+T細(xì)胞在假定的miRNA-142調(diào)控區(qū)域顯示H4乙?；礁患?而在假定的miRNA-146a調(diào)控區(qū)域顯示H3乙?；教嵘?MPA通過(guò)啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白修飾激活miR-142和miR-146a的表達(dá),這可能部分解釋了MPA治療SLE的藥理機(jī)制。這些研究表明外泌體miRNA在腎臟恢復(fù)中可能起作用,可能有助于在LN中作為新的治療靶點(diǎn)并指導(dǎo)預(yù)后評(píng)估。

5 通過(guò)外泌體miRNA靶向藥物遞送系統(tǒng)治療LN的可能性

外泌體體積小,能有效避免單核巨噬細(xì)胞的吞噬,自由穿越血管壁和細(xì)胞外基質(zhì),可以避免調(diào)理素和凝血因子的激活。受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用是外泌體與靶組織之間信息交流的主要方式之一,它優(yōu)化了外泌體的內(nèi)吞過(guò)程,促進(jìn)了被包裹藥物的內(nèi)化,有利于內(nèi)容物在血液中以高轉(zhuǎn)運(yùn)效率持續(xù)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)運(yùn)[30]。此外,外泌體具有很強(qiáng)穿透生物屏障(如血腦屏障)的能力,因此它們具有天然藥物遞送的優(yōu)勢(shì),是很有前途的靶向藥物載體。HANEY等[31]發(fā)現(xiàn)在PD的體內(nèi)和體外模型中,外泌體運(yùn)載的過(guò)氧化氫酶(CAT)可以有效地降低氧化應(yīng)激并增加神經(jīng)元的存活率。同時(shí),將CAT負(fù)載于外泌體上,可以保持其生物活性,降低免疫原性,延長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間,解決其易失活、快速降解的不足,從而增強(qiáng)治療效果。已有研究證明,選擇經(jīng)典活化的M1型巨噬細(xì)胞衍生的外泌體作為載體,M1-Exos通過(guò)caspase-3介導(dǎo)的途徑提供了增強(qiáng)抗腫瘤活性的促炎環(huán)境,能降低PTX的毒性,提高其生物利用度。PTX不僅被成功地遞送到小鼠的腫瘤組織,而且通過(guò)激活NF-κB通路,它建立了促炎環(huán)境以增強(qiáng)PTX的治療效果[32]。上述研究揭示了外泌體作為藥物載體遞送的治療劑之一,可在癌癥、炎癥等多種病理過(guò)程中發(fā)揮作用,將作為治療LN的潛在治療工具。

6 展望

當(dāng)前研究結(jié)果表明,外泌體miRNA可以作為新的生物標(biāo)志物和潛在的治療工具,在LN和SLE的診斷、治療及預(yù)后評(píng)估的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。此外,因外泌體miRNA來(lái)源于體內(nèi),具有更好的生物相容性和更低的免疫原性、小細(xì)胞毒性及易跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)等優(yōu)勢(shì),其作為藥物載體應(yīng)用于臨床治療具有廣闊的前景。然而,關(guān)于LN中miRNA的研究大多集中在血清和外周血單個(gè)核細(xì)胞,對(duì)外泌體miRNA的研究仍處于初步探索階段,因此,未來(lái)的研究仍將致力于外泌體miRNA在自身免疫疾病中涉及的具體作用機(jī)制及相關(guān)信號(hào)通路,這將為L(zhǎng)N的治療模式開(kāi)創(chuàng)新的可能性的領(lǐng)域。