微小核糖核酸對腎疾病的影響*

王雅楠，虞 飛，嵇雅茹，張學明

(包頭醫(yī)學院，內(nèi)蒙古包頭 014040)

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微小核糖核酸對腎疾病的影響*

王雅楠，虞 飛，嵇雅茹，張學明

(包頭醫(yī)學院，內(nèi)蒙古包頭 014040)

微小核糖核酸(micro ribonucleic acid,miRNA)是一類保守的，內(nèi)源性具有調(diào)控功能的非編碼單鏈小分子核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)，長度約20～25個核苷酸(nuleotide, nt)，通過介導靶mRNA降解或抑制靶基因翻譯來調(diào)節(jié)靶基因的表達。研究證明，miRNAs參與細胞增殖與凋亡，造血和血管生成等各種生命過程的調(diào)節(jié)，但目前只有一小部分miRNAs生物學功能得到闡明。近期研究發(fā)現(xiàn)，miRNA能夠調(diào)控多個基因位點，從而miRNA的異常表達將影響整個基因網(wǎng)絡，這有助于對各種腎疾病的研究。因此,研究miRNA與腎病的關系，窺探腎病的發(fā)病機制，將為臨床上預防、診斷、治療腎疾病提供新的理論依據(jù)。

1 miRNAs的發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)生

Lee[1]等于1993年在線蟲中發(fā)現(xiàn)了調(diào)控線蟲發(fā)育的miRNA lin-4，這是個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)。隨后Calin等[2]發(fā)現(xiàn)在B細胞白血病患者中miRNA-15和-16顯著下調(diào)，miRNA表達量和癌癥之間存在聯(lián)系。這個發(fā)現(xiàn)使miRNAs迅速成為生命科學領域的研究熱點。

miRNA是miRNA基因經(jīng)RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄為初級miRNA(pri-miRNA)后加工而成的(圖1)；在細胞核中，pri-miRNA由RNase ⅢDrosha和結(jié)合蛋白DGCR8形成的復合體加工成含有莖環(huán)結(jié)構的pre-miRNA；pre-miRNA被運輸?shù)郊毎|(zhì)中，經(jīng)RNase Ⅲ Dicer加工形成長度約為22 nt的雙鏈miRNA；雙鏈miRNA解鏈，一條鏈與Argonaute家族蛋白形成miRNA 誘導的沉默復合體(miRISCs)；miRISCs與靶位點互補結(jié)合抑制基因轉(zhuǎn)錄使其mRNA降解或抑制蛋白翻譯，從而調(diào)控基因的表達。植物miRNA能與靶mRNA開放閱讀框(ORF)完全互補結(jié)合；而對于動物miRNA，通常在5’端含有6-7 nt的種子(seed)序列，通過種子序列，miRNA與靶mRNA 3’-非翻譯區(qū)(3'-untranslated region,3’-UTR)互補結(jié)合。

2 miRNA基因靶點預測

miRNA可能有多個靶基因幾個miRNAs也可以調(diào)節(jié)同一個基因，從而形成了復雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡，給miRNA的研究帶來了一定的困難。目前用來篩選miRNA的靶基因的方法有傳統(tǒng)生物信息學和實驗兩種方法。已經(jīng)建立好的生物信息工具包括：TargetScan(www.targetscan.org),miRANDA(www.microrna.org)andPictar(www.pictar.mdc-berlin.de)等，利用miRNA的5’端“種子序列”預測靶位點。

注：該圖來源于文獻Badal SS,Danesh FR.MicroRNAs and their applications in kidney diseases[J].Pediatr Nephrol,2015,30(5):727-40 實驗方法不僅可以篩選miRNA的靶基因也可以驗證miRNA的靶基因?？煞譃閮深悾阂活愂且詍iRNA:mRNA的直接作用為基礎，其準確率高,主要有熒光素酶報告基因，RNA與蛋白質(zhì)免疫共沉淀技術等；另一類是以miRNA：mRNA相互作用為基礎，其準確率較低,是通過轉(zhuǎn)染miRNA inhibitor/mimic來建立miRNA的差異表達[3]。

3 miRNA與腎疾病

miRNA與靶基因特異性的結(jié)合從而調(diào)控與腎功能有關的特異性蛋白。miRNA的上調(diào)或下調(diào)與急性和慢性腎損傷息息相關[4]。有研究敲除了小鼠腎小管Dicer酶導致了嚴重的腎小球和腎小管囊腫，發(fā)現(xiàn)miR-200家族基因明顯下調(diào)[5]。其中miR-200b/c和miR-459調(diào)控多囊腎中PKD1基因的表達。條件性Dicer酶等位基因敲除的方法可用于腎的研究。因此，miRNA在腎的正常生理和病理生理過程中發(fā)揮著至關重要的作用。

3.1 miRNA與糖尿病腎病 糖尿病腎病是糖尿病的長期并發(fā)癥，是終末期腎疾病的一個危險因素。據(jù)報道白細胞介素-6受體參與了糖尿病腎病的發(fā)展，miRNA在調(diào)節(jié)基因的表達上扮演重要角色。為確定在糖尿病腎病中miRNA表達量是否有變化，LI C等[6]收集糖尿病腎病患者的腎組織與正常人相比較，發(fā)現(xiàn)miR-125a在患者腎組織中表達量明顯減小，研究證實rs12976445基因的3′UTR是miR-125a的直接靶基因結(jié)合位點。研究者得出，miR-125a可以抑制基因rs12976445表達，miR-29a水平下降與腎小管間質(zhì)纖維化有相關性。在腎組織中，與其他器官相互比較，除了表達一些共有的miRNA之外還會表達一些特異的miRNA。Natarajan[7]調(diào)研組在高糖誘導系膜細胞和1型2型糖尿病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，TGF-β抑制miR-192的表達，miR-192抑制SIP1的表達促進系膜細胞的增殖，導致腎小球系膜細胞的增生和肥大。

miR-21在各組織中廣泛表達，參與調(diào)控多種疾病。有研究報道，miR-21也參與了糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展，在糖尿病腎病患者中miR-21的上調(diào)抑制了PTEN的表達從而促進了腎纖維化[8]。miR-21的上調(diào)與TGF-β1信號通路的激活有關。TGF-β1信號通路中的Smad7上調(diào)了miR-21的表達；miR-21的抑制阻斷TGF-β1通路誘導纖維化。也有研究發(fā)現(xiàn)[9]，TGF-β1信號通路中的Smad3通過結(jié)合miR-21啟動子區(qū)來誘導miR-21的表達，而Smad2卻無此效應。在糖尿病腎病中miRNAs表達增加的可以通過抑制miRNA恢復靶基因的正常調(diào)控；而miRNAs表達降低的可以通過插入目的片段miRNAs來建立基因的調(diào)控。miR-125a，miR-21，miR-192等可能是治療糖尿病腎病以及其它腎疾病的新靶點。

3.2 miRNA與局灶性節(jié)段性腎小球硬化 局灶性節(jié)段性腎小球硬化(FSGS)是兒童和成人常見的原發(fā)性腎小球疾病。近期研究發(fā)現(xiàn)，miRNA與FSGS診斷和預后息息相關。FSGS患者尿液中的miR-196a,miR-30a-5p,和miR-49表達上調(diào)[10]，與疾病的嚴重程度呈正相關。用TaqMan低密度芯片檢測尿液miRNA的表達譜發(fā)現(xiàn)54種miRNAs，并且檢測尿液中miRNA的水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)活動期FSGS者的miR-196a，miR-30a-5p和miR-49顯著升高，明顯高于緩解期FSGS患兒；經(jīng)過類固醇治療，激素耐藥患兒miRNA表達沒顯著變化，而激素治療有效的FSGS患兒miRNA表達水平下降，miR-30a-5p水平可以預測FSGS患兒對激素治療的效果情況。用qRT-PCR檢測14例FSGS患者和15例正常人腎組織miR-155、miR-194和miR-215[11]，F(xiàn)SGS患者3種miRNA水平均顯著高于正常組，miRNA水平與患者蛋白尿水平呈正相關。cai等[12]發(fā)現(xiàn)，miR-192和miR-205在FGSG患兒中表達明顯升高高于MND患兒，并且miR-192水平與FSGS患兒間質(zhì)纖維化水平存在相關性，并推測，這兩種miRNA在FSGS腎病的病理生理改變中起到非常關鍵的作用。

3.3 miRNA與多囊腎病 多囊腎(PKD)是一個單基因腎病，可分為常染色體顯性PKD(ADPKD)和常染色體隱性PKD(ARPKD)。由特定基因突變引起，包括PKD1與PKD2的突變。miRNA參細胞增殖、凋亡和致癌等生理過程，它在多囊腎病中促進囊腫上皮細胞增殖分泌流體，導致囊腫的膨脹。Patel等[13]人在早期通過敲除PKD小鼠模型Dicer酶發(fā)現(xiàn)腎內(nèi)整個miR-17-92家族(MIR-17，-18a，-19a，-19b，-20A，-92a)發(fā)生上調(diào)。miR-17-92家族可調(diào)節(jié)PKD基因的表達，而PKD基因在腎上皮細胞過表達可產(chǎn)生囊性結(jié)構，說明miR-17-92能夠通過調(diào)控PKD基因的表達來抑制囊腫的發(fā)展[14]，所以miR-17-92家族靶基因消除會抑制孢囊發(fā)展，該家族可作為治療PKD的潛在作用靶點。研究發(fā)現(xiàn)[15]miR-199A-5P與PKD相關，多囊腎病患者腎組織中miR-199A-5P顯著上調(diào)且PDK模型大鼠和細胞系中的miR-199A-5P也上調(diào)，與臨床和病理程度呈正相關。CDKN1C/ p57為miR-199A-5P的靶基因，miR-199A-5P可以在轉(zhuǎn)錄后水平抑制CDKN1C/ p57表達。所以，下調(diào)miR-199A-5P可以抑制細胞增殖從而減緩囊泡的形成。

綜上所述，多種miRNAs在腎功能和腎相關疾病中發(fā)揮重要調(diào)控作用，有關腎疾病的研究在較短的時間取得了矚目的成就。miRNA通過抑制靶基因進而發(fā)揮其生物學效應，因此miRNA靶基因的鑒定對于研究腎疾病的發(fā)病機制具有重要意義。miRNA在血清和尿液等體液中性質(zhì)穩(wěn)定，可能會成為腎病的新的潛在生物標志物。然而，miRNA與各種通路和調(diào)控機制相關，致使病理機制較為復雜。由于復雜的病理機制、組織特異性等致使將miRNA應用到臨床面臨很大的挑戰(zhàn)。因此，需要我們進一步來探究機制和尋找潛在治療靶點。

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國家自然科學基金項目(31060304)； 內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目(項目編號：NJZY16215)；包頭醫(yī)學院博士啟動基金項目(BSJJ201602)

張學明

2016-03-22)