RNA結(jié)合蛋白在糖尿病腎病發(fā)病及治療中作用的研究進(jìn)展

趙凡，丁國華,2

(1武漢大學(xué)人民醫(yī)院，武漢430060；2武漢大學(xué)泌尿系研究所)

糖尿病腎病是一組血糖異常升高引起腎臟損傷的代謝紊亂性疾病，目前已成為尿毒癥發(fā)病的主要原因。糖尿病腎病的發(fā)病機制涉及炎癥、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、線粒體功能障礙和糖尿病纖維化等多種因素，但針對各類已知機制進(jìn)行個體化治療仍難以有效控制糖尿病腎病的進(jìn)展。近年來研究發(fā)現(xiàn)了糖尿病的異常轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控程序，但對具體調(diào)節(jié)變化知之甚少。RNA結(jié)合蛋白(RBPs)是轉(zhuǎn)錄后RNA網(wǎng)絡(luò)的重要調(diào)控因子。最新證據(jù)表明RBPs的多態(tài)性和突變與糖尿病及其并發(fā)癥有關(guān)。RBPs根據(jù)RNA結(jié)構(gòu)序列的差異性與不同RNA結(jié)合，形成核糖核蛋白(RNP)復(fù)合物[1]，從而促進(jìn)RNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯。RNA與不同RBPs的相互結(jié)合過程包括5′帶帽、mRNA前體剪接、3′mRNA裂解和腺苷酸環(huán)化、mRNA轉(zhuǎn)錄、mRNA編輯和甲基化、mRNA定位、mRNA衰減和翻譯[2]。由RBPs控制的RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在糖尿病條件下會被破壞，一些RBPs與糖尿病并發(fā)癥有關(guān)，如人類抗原R(HuR)、hnRNP-K、hnRNP-F、RNA結(jié)合蛋白FOX2(Rbfox2)、胰島素樣生長因子2(IGF2BP2)/mRNA結(jié)合蛋白2(IMP2)、LIN28等[3,4]。現(xiàn)就RBPs參與糖尿病腎病發(fā)病的機制及其相關(guān)治療研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 糖尿病狀態(tài)下RBPs對mRNA的調(diào)控機制改變

1.1 選擇性剪接 糖尿病患者的心臟、視網(wǎng)膜和腎臟中都存在基因組廣泛的選擇性剪接變化[5]；部分RBPs如CELF1、Rbfox2、HuR、不均一核糖核蛋白C(hnRNPC)等作為選擇性剪接調(diào)控因子通過影響前體mRNA的選擇性剪接而參與糖尿病的發(fā)病[6]。剪接是去除前體mRNA的非編碼區(qū)(內(nèi)含子)并將編碼區(qū)(外顯子)連接在一起的過程。剪接是通過共轉(zhuǎn)錄發(fā)生的，由約100個輔助蛋白和5個小核RNA(snRNA)組成的剪接體復(fù)合物介導(dǎo)。雖然snRNA催化剪接反應(yīng)，但需要RBPs與前體mRNA結(jié)合，與剪接體組件通信來控制外顯子包含并幫助定義外顯子和剪接識別位點，進(jìn)行選擇性的內(nèi)含子去除[7]。選擇性剪接可以直接影響基因表達(dá)，并在某些情況下通過允許對內(nèi)含子的某些部分進(jìn)行差異包含/排除而增加編碼蛋白的多樣性，從而由一個基因生成多個蛋白質(zhì)亞型[8]。

糖尿病狀態(tài)下選擇性剪接的基因之一是VEGF，它是血管生成的關(guān)鍵因子，也是糖尿病及其并發(fā)癥的中心致病因子。通過mRNA的選擇性剪接，單個基因可產(chǎn)生多種不同的VEGF亞型，這些亞型在表達(dá)模式、生化特性和生物學(xué)特性上存在差異[9],而VEGF外顯子8的選擇性剪接決定了VEGF的促血管生成或抗血管生成特性[10]。在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，VEGF為促血管生成剪接亞型，并導(dǎo)致與視網(wǎng)膜病變相關(guān)的血管化增強[11]。VEGF基因外顯子7的選擇性剪接，通過調(diào)節(jié)其溶解度來影響其功能。在2型糖尿病腎病患者的腎臟中，VEGF基因編碼更多的可溶性VEGF，患者可出現(xiàn)尿蛋白排泄率水平升高[12]。這些研究表明，VEGF的錯誤剪接會導(dǎo)致糖尿病的腎臟和視網(wǎng)膜相關(guān)并發(fā)癥。

1.2 mRNA穩(wěn)定/退化 在糖尿病狀態(tài)下，mRNA的穩(wěn)定性通過RBPs或miRNAs改變。mRNA有一些順式作用元件可以存在于5′或3′非翻譯區(qū)(UTRs)及mRNA的編碼區(qū)，且這些順式作用元件能發(fā)出降解信號[13]。RBPs通常與mRNA內(nèi)的這些順式作用元件相結(jié)合，通過與脫附酶或脫腺苷化酶的相互作用促進(jìn)或抑制mRNA的降解[14]。調(diào)控mRNA穩(wěn)定性的順式作用元件之一是在3′非編碼區(qū)(UTR)中發(fā)現(xiàn)的富含腺嘌呤和尿嘧啶，參與介導(dǎo)mRNA降解的AU富集元件(AREs)[15]。HuR、TTP等RBPs可與ARE結(jié)合，控制含ARE的mRNA降解，維持mRNA在一個穩(wěn)定的水平[16]。

1.3 mRNA翻譯 mRNA翻譯的調(diào)控主要發(fā)生在真核細(xì)胞翻譯的起始階段[17]。為了啟動蛋白合成，cap蛋白eIF4E與mRNA的5′端cap結(jié)構(gòu)結(jié)合，并通過與其他翻譯起始因子相互作用，幫助募集小核糖體亞單位，然后在其他翻譯起始因子的幫助下，將大核糖體亞單位招募到mRNA的5′端，開始依賴cap的翻譯。另外，一些真核mRNA利用內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點將核糖體裝載到不依賴于5′端cap的mRNA上，并以不依賴cap的方式進(jìn)行翻譯[18]。4E-BP蛋白是eIF4E的重要調(diào)控因子，在糖尿病狀態(tài)下，高糖水平會影響4E-BP蛋白，阻礙eIF4E與cap結(jié)合，抑制cap依賴的mRNA翻譯[19]。

2 四種RBPs在糖尿病腎病發(fā)病中的作用

2.1 HuR HuR是一種多功能的RBP，通過多種機制參與糖尿病發(fā)病。它與聚尿苷酸與ARE結(jié)合，在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭，一旦被激活，就會轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，控制目標(biāo)mRNA的穩(wěn)定性和翻譯[20]。磷酸化控制HuR mRNA結(jié)合活性和細(xì)胞質(zhì)定位[21]。HuR是參與應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞周期、炎癥和免疫反應(yīng)基因的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。多項研究表明，糖尿病患者的HuR表達(dá)水平增加，涉及多個機制[22]。第一個機制是蛋白激酶C磷酸化HuR，導(dǎo)致HuR蛋白高表達(dá)，增加了糖尿病條件下細(xì)胞中HuR的細(xì)胞質(zhì)定位。第二個機制是通過miRNA介導(dǎo)的調(diào)控。在糖尿病狀態(tài)下，miRNA-23和miRNA-9是HuR的調(diào)節(jié)因子，控制糖尿病患者HuR表達(dá)下調(diào)，低水平的miRNA-23和miRNA-9導(dǎo)致糖尿病患者HuR表達(dá)升高[23]。研究顯示，糖尿病患者腎臟中HuR表達(dá)上調(diào)，穩(wěn)定了結(jié)締組織生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)、FOS因子、鋅指轉(zhuǎn)錄因子的mRNA水平，導(dǎo)致EMT和糖尿病腎病[24]。沉默HuR對1型糖尿病大鼠腎臟蛋白尿、炎癥等腎臟損傷有一定的改善作用[25]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者心臟HuR表達(dá)升高與炎癥標(biāo)志物水平增加有關(guān)，后者可導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡。動物實驗表明，小鼠心肌梗死后，沉默HuR可減小梗死面積[26]。這些結(jié)果提示HuR可能是糖尿病并發(fā)癥的常見介質(zhì)。因此，以HuR為靶點治療糖尿病腎病可能是一個很好的研究方向。

2.2 IGF2BP2/IMP2 IGF2BP2基因位于與1型糖尿病、2型糖尿病和糖尿病腎病相關(guān)的3q27.2號染色體上，其RBPs與IGF2基因印跡的5′非編碼區(qū)相結(jié)合。研究表明IGF2BP2可能與IGF2發(fā)生遺傳相互作用，延緩男性1型糖尿病患者糖尿病腎病的發(fā)生[27]。在糖尿病中，IGF2BP2受高遷移率族蛋白A2轉(zhuǎn)錄下調(diào)影響，導(dǎo)致mRNA與蛋白水平下降。還有研究發(fā)現(xiàn)，IGF2BP2與層黏連蛋白β2(LAMB2)mRNA結(jié)合，共同調(diào)節(jié)肌動蛋白細(xì)胞骨架的定位并激活其翻譯。LAMB2對正常腎功能和預(yù)防蛋白尿有重要作用。在1型糖尿病大鼠腎臟模型中，IGF2BP2蛋白低水平與LAMB2蛋白低水平表達(dá)有關(guān)。研究表明，IGF2BP2可能參與了胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展[28]。

2.3 Rbfox2 Rbfox2與糖尿病心臟并發(fā)癥有關(guān)[29]。Rbfox蛋白與RNA中的UGCAUG堿基序列結(jié)合并調(diào)控選擇性剪接[30]。Rbfox1和Rbfox2在不同組織中廣泛表達(dá)，而Rbfox3具有神經(jīng)元特異性。Rbfox1和Rbfox2可調(diào)控運動神經(jīng)元功能、大腦小腦的發(fā)育及骨骼肌、心臟功能[31]。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，Rbfox2對胰島細(xì)胞的胰島素分泌胰島細(xì)胞的存活至關(guān)重要[32]。Rbfox2的功能與EMT有關(guān)，而EMT是導(dǎo)致糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病變和動脈粥樣硬化的因素之一[33]。目前關(guān)于Rbfox2與糖尿病腎病的關(guān)系研究較少，仍需要更多的證據(jù)來明確Rbfox2是否與糖尿病并發(fā)癥有關(guān)。

2.4 LIN28 LIN28是參與miRNA生物合成、RNA剪接和mRNA翻譯的RBP[34]。LIN28對胚胎發(fā)育、干細(xì)胞的多能性、生長和代謝都很重要[35]。LIN28與糖尿病發(fā)病相關(guān)，其在控制葡萄糖代謝、線粒體功能和胰島素抵抗方面具有關(guān)鍵作用[36]。LIN28可通過影響let7靶基因調(diào)控的miRNA的加工和成熟，增加細(xì)胞對葡萄糖的攝取，防止高脂誘導(dǎo)的糖尿病小鼠產(chǎn)生胰島素抵抗；LIN28通過增加TGF-β和Smad2/3的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活，參與糖尿病腎臟并發(fā)癥的發(fā)病[37]；LIN28的上調(diào)會導(dǎo)致Let7b靶基因(包括Col1a2和Col4a1)發(fā)生變化，后者可導(dǎo)致1型糖尿病和2型糖尿病小鼠腎臟纖維化[36]。

上述四種RBPs在胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脂肪和葡萄糖代謝中起著關(guān)鍵作用，其表達(dá)變化參與了糖尿病腎病的發(fā)病和進(jìn)展，機制涉及炎癥、EMT、線粒體功能障礙和糖尿病纖維化等方面。

3 基于RBPs的糖尿病腎病治療方案

RBPs在糖尿病及糖尿病腎病進(jìn)展中起著重要作用。尋找針對RBPs與其RNA之間相互作用的靶點，是防控、治療糖尿病腎病的有效策略。目前已有基于RBPs的糖尿病腎病治療相關(guān)研究。

基于反義寡核苷酸(ASOs)的治療目前已成功應(yīng)用于臨床。ASOs是單鏈脫氧核糖核酸，通常被添加甲基或氟基以增加穩(wěn)定性和吸收[38]。ASOs具有高度的靈活性，可以用來降解或穩(wěn)定目標(biāo)RNA，抑制或增強目標(biāo)RNA的翻譯，調(diào)節(jié)前mRNA的剪接，或修改RBP與RNA的結(jié)合[39]。關(guān)于ASOs皮下注射治療的臨床研究報告顯示，ASOs僅有輕微的不良反應(yīng)，幾乎沒有免疫反應(yīng)，被認(rèn)為是安全藥物[40]。

有兩項已經(jīng)完成的臨床試驗提示，使用ASOs可以改善糖尿病患者的胰島素敏感性、減輕血脂異常[41]。其中一種旨在降解肝胰高血糖素受體(GCGR)mRNA的ASOs顯著降低了肝葡萄糖產(chǎn)量[42]。另一種針對載脂蛋白C-Ⅲ mRNA降解的ASOs可降低2型糖尿病患者的血漿TG水平和胰島素抵抗。由于RBPs調(diào)控的RNA網(wǎng)絡(luò)在糖尿病狀態(tài)下被破壞，并導(dǎo)致糖尿病腎病，調(diào)節(jié)RBP-RNA相互作用相關(guān)治療在糖尿病腎病中有一定的應(yīng)用前景。

目前在ASOs治療的組織特異性方面仍存在一些問題，學(xué)者們針對ASOs治療的組織特異性遞送正在進(jìn)行大規(guī)模研究。納米顆粒、外泌體或直接注射到脊柱的肌肉或腰椎區(qū)域已被證明具有某些組織特異性效果[43]。此外，有研究利用特定的脂質(zhì)偶聯(lián)物達(dá)到了肝臟對ASOs的靶向攝取[44]。

綜上所述，RBPs在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。識別多種組織中RBPs的RNA靶點，將有助于確定在糖尿病狀態(tài)下中斷的RNA調(diào)控程序。在未來有望通過修飾寡核苷酸或ASOs來調(diào)控RBPs與RNAs的相互作用，用于治療糖尿病腎病。然而，針對RBPs的藥物設(shè)計需要謹(jǐn)慎，因為相同的RBPs在不同的組織中可能具有不同甚至相反的作用。