miR-34a與糖尿病腎病腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展▲

張顥曦 范曉蘭 楊 敏

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎臟內(nèi)科，云南省昆明市 650101)

【提要】 糖尿病腎病是糖尿病的主要微血管并發(fā)癥，而腎小管間質(zhì)纖維化是糖尿病腎病主要的病理表現(xiàn)。在高糖環(huán)境中，miR-34a表達(dá)上調(diào)，并可通過靶向作用過氧化物酶體增殖物激活受體γ，調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子、炎癥因子等以發(fā)揮其促纖維化作用。miR-34a還可以通過直接調(diào)控Klotho蛋白、沉默信息調(diào)節(jié)因子信號(hào)通路等發(fā)揮促纖維化作用，從而促進(jìn)糖尿病腎病的進(jìn)展。本文就miR-34a在糖尿病腎病腎小管間質(zhì)纖維化中的作用機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，20%～40%的糖尿病患者會(huì)發(fā)展為糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)，DN是糖尿病的主要微血管并發(fā)癥之一，也是終末期腎病的主要原因[1]。終末期腎病的病理特征是腎小球硬化、血管硬化、腎小管間質(zhì)纖維化和腎小管萎縮，DN從早期開始就有不同程度的腎小管損傷，表現(xiàn)為腎小管基底膜增厚、腎小管炎性病變、腎小管萎縮、細(xì)胞凋亡增加、腎小管間質(zhì)纖維化和腎小管周圍毛細(xì)血管變薄[2-3]。腎小管間質(zhì)纖維化是導(dǎo)致腎衰竭的重要原因，表現(xiàn)為腎小管萎縮和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(如纖連蛋白和膠原蛋白)的積聚，而上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)被認(rèn)為是腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)生的主要原因[4]。

miRNA是內(nèi)源性表達(dá)的小非編碼核糖核酸，通過與靶基因3′-非翻譯區(qū)的堿基進(jìn)行完全或不完全配對(duì)來調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，直接特異性降解和切割靶mRNA或抑制靶mRNA的翻譯，對(duì)基因表達(dá)起到負(fù)調(diào)節(jié)的作用，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖和死亡中扮演重要角色[5-7]。研究表明，miR-34a對(duì)DN的發(fā)生、發(fā)展具有重要作用，miR-34a在2型糖尿病和DN患者中過表達(dá)，對(duì)腎小管間質(zhì)纖維化具有調(diào)節(jié)作用[8-9]，但其通過調(diào)節(jié)腎小管間質(zhì)纖維化從而影響DN進(jìn)程的機(jī)制尚未完全明確。本文就miR-34a在DN腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)生中的作用機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miR-34a通過調(diào)控過氧化物酶體增殖物激活受體緩解腎小管間質(zhì)纖維化

過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)是一種配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子，目前已知有PPARα、PPARβ/δ和PPARγ三種亞型[10]。PPARγ主要富集在脂肪組織中，調(diào)控脂肪生成和脂質(zhì)儲(chǔ)存過程，但其在許多非脂肪組織中也存在低水平表達(dá)的現(xiàn)象，包括腎臟和脈管系統(tǒng)[11]。在腎臟中，PPARγ可在所有類型的腎小球、腎小管和腎小管間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)[12]。PPARγ經(jīng)過翻譯后修飾(包括糖基化、磷酸化等)可參與調(diào)控多種生物進(jìn)程，如調(diào)節(jié)葡萄糖代謝、胰島素敏感性、脂質(zhì)代謝、纖維化、炎癥和氧化應(yīng)激等[10，13]。研究表明，在高血糖狀態(tài)下，近端腎小管細(xì)胞中鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sodium-glucose cotransporter，SGLT)降低，減少了對(duì)葡萄糖的攝取，引起葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)功能障礙，并促進(jìn)EMT，導(dǎo)致腎纖維化，而PPARγ激動(dòng)劑可以恢復(fù)功能性SGLT介導(dǎo)的葡萄糖攝取，改善葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)功能，逆轉(zhuǎn)高血糖誘導(dǎo)的EMT過程，緩解腎纖維化[14]。PPARγ是miR-34a的直接靶基因，PPARγ的表達(dá)水平與miR-34a家族成員的表達(dá)水平和活化程度呈負(fù)相關(guān)[15]。miR-34a在DN患者中呈高表達(dá)水平，其不僅與高糖誘導(dǎo)的腎小管損害有關(guān)，還能通過直接靶向作用于PPARγ，影響腎小管間質(zhì)纖維化[16-17]。PPARγ可與多種因子相互作用從而參與DN的腎小管間質(zhì)纖維化，miR-34a對(duì)腎小管間質(zhì)纖維化的影響或許與通過靶向PPARγ來調(diào)控相關(guān)因子有關(guān)。

1.1 PPARγ與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)可調(diào)節(jié)許多細(xì)胞行為，包括細(xì)胞增殖、分化、黏附和凋亡等[18]。TGF-β1作為一種促進(jìn)纖維化的重要細(xì)胞因子，可抑制上皮表型所必需的基因(如上型鈣黏蛋白)的表達(dá)，并促進(jìn)間充質(zhì)表型所必需基因(如波形蛋白、膠原蛋白-1、N-鈣粘蛋白)和侵襲表型所必需的基因(如金屬蛋白酶) 的表達(dá)[19]。同時(shí)，TGF-β1還促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)(如纖連蛋白和Ⅳ型膠原)的產(chǎn)生[20]。TGF-β1可通過誘導(dǎo)EMT過程促進(jìn)腎小管間質(zhì)纖維化[21]：一方面，TGF-β1可以從受損的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)移到肌成纖維細(xì)胞，表現(xiàn)為TGF-β1信號(hào)通過其細(xì)胞膜受體Ⅰ和Ⅱ傳導(dǎo)，激活并促其下游信號(hào)分子Smad2和Smad3發(fā)生磷酸化；磷酸化的Smad2/3與Smad 4(一種常見的Smad伴侶)異聚，形成的復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中以調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄[22]；TGF-β1可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中miR-34a表達(dá)上調(diào)，而miR-34a通過微泡的方式分泌并通過破裂的管狀基底膜輸送到管狀上皮細(xì)胞中，在管狀上皮細(xì)胞中通過p53轉(zhuǎn)錄下調(diào)抗凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2的表達(dá)，促進(jìn)管狀上皮細(xì)胞的凋亡，導(dǎo)致腎小管萎縮，進(jìn)而導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化[23-24]。另一方面，EMT導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞數(shù)量顯著增加[25]，而肌成纖維細(xì)胞是分泌細(xì)胞外基質(zhì)的間充質(zhì)細(xì)胞的主要來源[26]，其可特異性表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)，α-SMA會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)過度積聚、腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化，破壞腎臟的正常結(jié)構(gòu)和功能[27]。研究表明，PPARγ激活劑(曲格列酮和羅格列酮)可降低葡萄糖誘導(dǎo)的腎臟TGF-β1高表達(dá)，同時(shí)還可以逆轉(zhuǎn)EMT過程，降低α-SMA的表達(dá)，抑制細(xì)胞外基質(zhì)積聚，從而減輕腎間質(zhì)纖維化[11，28]。

1.2 PPARγ與結(jié)締組織生長(zhǎng)因子 結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor，CTGF)是另一種促纖維化細(xì)胞因子，與DN的發(fā)生密切相關(guān)，在DN患者中呈高表達(dá)水平[29]。CTGF是TGF-β1誘導(dǎo)纖維化的下游介質(zhì)之一[30]，CTGF通過血管性血友病因子C型結(jié)構(gòu)域與TGF-β1結(jié)合，從而促進(jìn)TGF-β1與相應(yīng)受體結(jié)合，并通過TGF-β/Smad途徑促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(纖連蛋白和膠原蛋白)表達(dá)增加[31]。研究表明，PPARγ激活劑(曲格列酮和羅格列酮)可抑制CTGF基因的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞外基質(zhì)積聚，減輕腎間質(zhì)纖維化[32]。

1.3 PPARγ與炎癥因子 持續(xù)炎癥反應(yīng)引起的腎臟損傷是腎纖維化的起因，高血糖能誘導(dǎo)腎細(xì)胞產(chǎn)生各種炎癥因子[33]。細(xì)胞核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)被認(rèn)為是糖尿病炎癥反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄因子，能調(diào)控巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1、細(xì)胞間黏附分子1(intracellular adhesion molecule-1，ICAM-1)、白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)等下游因子的表達(dá)水平。Krüppel樣因子4(Krüppel-like factor 4，KLF4)是一種進(jìn)化上保守的含鋅指的轉(zhuǎn)錄因子，能調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程，如細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化等[34]。在DN中，NF-κB的激活可促使KLF4與炎癥細(xì)胞因子的啟動(dòng)子(如IL-6)結(jié)合，增加炎癥細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄，并且KLF4還可與NF-κB的p65亞單位相互作用，激活前炎癥細(xì)胞因子和觸發(fā)炎癥細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄[35]。同時(shí)，高糖環(huán)境下TGF-β1表達(dá)水平增加，TGF-β1通過Smad和p38絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路直接誘導(dǎo)KLF4磷酸化，磷酸化的KLF4又能與Smad2相互作用，協(xié)同激活TGF-β-RI的啟動(dòng)子，降低KLF4的表達(dá)水平[36]。研究表明，KLF4可通過抑制TGF-β1誘導(dǎo)的人腎小管細(xì)胞中MCP-1的產(chǎn)生來減輕炎癥反應(yīng)和纖維化，M1型巨噬細(xì)胞持續(xù)激活或M2型巨噬細(xì)胞活化不足時(shí)，機(jī)體內(nèi)促炎因子大量分泌，形成慢性炎癥，MCP-1通過MCP-1/C-C基序趨化因子受體2途徑減少促炎(M1)型巨噬細(xì)胞的募集及MCP-1的產(chǎn)生，從而減輕炎癥反應(yīng)和纖維化，但對(duì)TGF-β1介導(dǎo)的纖連蛋白和膠原蛋白的表達(dá)無影響[37-39]。此外，KLF4還可與Smad3直接相互作用，抑制肌成纖維細(xì)胞分化，減少細(xì)胞外基質(zhì)的堆積，緩解腎間質(zhì)纖維化[40]。PPARγ激動(dòng)劑(吡格列酮)可通過抑制高糖誘導(dǎo)的NF-κB的激活及外周組織炎癥細(xì)胞因子的釋放，促進(jìn)抗炎(M2)型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)錄表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)，減少腎小管上皮細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)胰島素敏感性；PPARγ激動(dòng)劑(羅格列酮)還可劑量依賴性地降低晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products,AGEs)誘導(dǎo)ICAM-1的表達(dá)來減輕炎癥反應(yīng)，緩解纖維化[11,35]。

2 miR-34a通過調(diào)控Klotho蛋白和沉默信息調(diào)節(jié)因子緩解腎小管間質(zhì)纖維化

2.1 Klotho蛋白 Klotho蛋白主要在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)，最初被稱為抗衰老蛋白，降低Klotho蛋白的表達(dá)水平可加速腎小管上皮細(xì)胞向促纖維化表型轉(zhuǎn)化，并促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖，而上調(diào)Klotho蛋白的表達(dá)水平可以通過抑制NF-κB通路相關(guān)的炎癥細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子的生成，抑制纖維化，保護(hù)腎臟[41]。Klotho蛋白可分為膜型Klotho蛋白和分泌型Klotho蛋白兩種形式。分泌型Klotho蛋白可直接與TGF-β受體Ⅱ結(jié)合，并抑制TGF-β1與細(xì)胞表面受體結(jié)合，從而抑制TGF-β1信號(hào)，減輕EMT，緩解腎間質(zhì)纖維化[42]。此外，Klotho蛋白作為鈣穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)因子，可能通過抑制足細(xì)胞中磷脂?；?-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)依賴性的胞吐作用，抑制瞬時(shí)受體電位陽離子通道亞家族C成員6介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，從而改善蛋白尿和腎纖維化[43-44]。胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate 1,IRS-1)是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，Klotho蛋白可抑制IRS-1/PI3K/蛋白激酶B信號(hào)通路來降低α-SMA、纖連蛋白的表達(dá)水平，促進(jìn)抗氧化因子的表達(dá)，減輕腎臟的損傷[44]。研究表明，miR-34a可通過直接結(jié)合Klotho蛋白基因中的3′-非翻譯區(qū)來下調(diào)Klotho蛋白的表達(dá)水平，并誘導(dǎo)α-SMA和纖連蛋白的表達(dá)，抑制上皮型鈣黏蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)腎小管纖維化[8]。此外，PPARγ激活劑可通過誘導(dǎo)Klotho蛋白的表達(dá)，抑制腎纖維化，減緩慢性腎臟病的進(jìn)展[45]。但值得注意的是，miR-34a表達(dá)水平的異常升高并不是Klotho蛋白表達(dá)減少的唯一影響因素。

2.2 沉默信息調(diào)節(jié)因子 沉默信息調(diào)節(jié)因子(silent information regulator T1，SIRT1)屬于NAD+依賴性脫乙酰酶的高度保守家族，參與許多重要的生物學(xué)過程，包括炎癥反應(yīng)、腎間質(zhì)纖維化、缺氧條件下的自噬、衰老和氧化應(yīng)激等[46]。研究表明，miR-34a可以通過結(jié)合靶基因的3′-非翻譯區(qū)以轉(zhuǎn)錄后抑制SIRT1的表達(dá)[47]，而沉默SIRT1可促進(jìn)其下游分子缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表達(dá)，HIF-1α又可通過低氧應(yīng)答元件與多種靶基因(如膠原脯氨酰4羥化酶1、膠原脯氨酰4羥化酶2和前膠原賴氨酸)的啟動(dòng)子結(jié)合，激活某些EMT調(diào)節(jié)因子，促進(jìn)腎纖維化的發(fā)展[9,23]。

高血糖不僅可導(dǎo)致活性氧的過量產(chǎn)生、AGEs的形成和AGEs受體的激活，還可促進(jìn)NF-κB、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、TGF-β1的產(chǎn)生，激活還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，進(jìn)而誘導(dǎo)各種炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生和線粒體活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)一步加重腎臟的氧化應(yīng)激反應(yīng)。而SIRT1表達(dá)降低時(shí)TGF-β1表達(dá)顯著增加，SIRT1可通過TGF-β 1/Smad信號(hào)通路調(diào)控成纖維細(xì)胞的活化和組織纖維化[18]。此外，SIRT1還被證實(shí)在保護(hù)細(xì)胞免受細(xì)胞氧化應(yīng)激和DNA損傷方面起著重要作用[48]。叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1 (forkhead transcription factor O1，F(xiàn)OXO1)是包含叉頭盒的轉(zhuǎn)錄因子O家族的成員。SIRT1可通過SIRT1/FOXO1信號(hào)通路促進(jìn)FOXO1自身的表達(dá)，增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，從而誘導(dǎo)自噬，減少氧自由基對(duì)腎臟的損傷，發(fā)揮抗氧化能力[46]。此外，過表達(dá)的FOXO1通過與啟動(dòng)子直接結(jié)合，抑制硫氧還蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interacting protein，TXNIP)和促進(jìn)硫氧還蛋白(thioredoxin protein，TRX)的表達(dá)，TXNIP和TRX進(jìn)一步相互作用以維持氧化應(yīng)激平衡；SIRT1表達(dá)水平升高可通過TXNIP/TRX途徑促使FOXO1表達(dá)上調(diào)，而增加FoxO1的表達(dá)水平可降低活性氧水平，減少腎小管細(xì)胞凋亡，改善纖維化[49]。還有研究表明，SIRT1和PPARγ輔活化因子1α(PPARγ coactivator-1α，PGC-1α)是線粒體功能的主要調(diào)節(jié)因子，SIRT1/PGC-1α信號(hào)通路是抗氧化損傷的重要內(nèi)源性通路之一，PGC-1α可被SIRT1激活并參與多種生物學(xué)途徑，如細(xì)胞凋亡、能量代謝、氧化應(yīng)激等，PGC-1α的高表達(dá)可促進(jìn)參與線粒體DNA轉(zhuǎn)錄和線粒體呼吸鏈調(diào)節(jié)的多個(gè)核編碼基因的表達(dá)，減少活性氧的合成[50]。PPARγ 激動(dòng)劑(羅格列酮)可能通過誘導(dǎo)PGC-1α的表達(dá)，維持線粒體功能和減少活性氧的產(chǎn)生，從而減輕炎癥反應(yīng)，緩解腎纖維化，同時(shí)還可以與改善DN相關(guān)的足細(xì)胞損傷及腎小球基底膜增厚[51]。

3 小 結(jié)

miR-34a在DN腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程中具有重要作用，高糖環(huán)境下miR-34a的過表達(dá)能夠通過抑制PPARγ導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化。miR-34a不僅能通過直接作用于PPARγ激活TGF-β/Smad經(jīng)典途徑引起EMT導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化，還可通過調(diào)控炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等發(fā)揮促纖維化作用。此外，miR-34a還可以通過調(diào)控Klotho及SIRT1信號(hào)通路導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。深入研究miR-34a對(duì)腎小管間質(zhì)纖維化的相關(guān)作用機(jī)制，有望為DN提供新的治療靶點(diǎn)。