RNA結合蛋白在腎臟疾病進程中的作用機制研究進展

許磊，周向軍，程帆，余偉民

(武漢大學人民醫院泌尿外科，武漢 430060)

腎臟疾病是嚴重威脅人類健康的重大疾病之一，我國腎臟疾病的患病率與發達國家相當，因腎臟疾病而住院的患者占總住院患者的4.8%[1]。近年來，我國腎臟疾病(特別是慢性腎臟疾病)的發病率呈逐年升高趨勢，所面臨的腎臟疾病負擔也逐年加重。Ji等[2]的研究表明，高血壓、糖尿病、肥胖癥、高同型半胱氨酸血癥、高尿酸血癥以及高脂血癥等慢性疾病與慢性腎臟疾病的發病率呈正相關，且患有這些慢性疾病的慢性腎臟疾病患者更易發展成終末期腎病。目前尚無較好方法阻止腎臟疾病的一系列病理改變，除改善飲食結構及生活習慣外，期望能夠找到阻止腎間質炎癥、腎小管上皮細胞凋亡、腎實質萎縮、腎間質纖維化以及腎功能嚴重受損等進程的更好治療措施，以減輕患者及社會的經濟負擔。研究發現，RNA結合蛋白(RNA binding proteins，RBPs)在糖尿病、肥胖癥、心血管疾病等對腎臟疾病有影響的慢性疾病中發揮重要作用，同時在腎臟疾病進展過程中也起特定作用[3-5]。推測RBPs可能是治療腎臟疾病的一個新靶點?，F就RBPs在腎臟疾病進程中的作用機制研究進展予以綜述。

1 RBPs概述

RBPs是一類能與相應RNA特異性結合的蛋白質的總稱，是生物體發育過程中的關鍵轉錄后調控因子，RBPs在面對刺激反應和翻譯后修飾(如磷酸化或甲基化)時，通過細胞間穿梭以確保亞細胞定位準確及功能正常[6]；RBPs通過與核糖核蛋白復合物中RNA編碼區、非翻譯區或非蛋白編碼區內的特定序列特異性結合發揮作用，與RNA的生物合成、監控、轉運、定位以及降解有關[6]。一種RBP可以識別多個RNA序列，而一個特定的RNA也可以與多種RBPs結合[7]。RBPs不僅在機體的發育過程中起調節作用，在疾病的發生中也起著重要的調控作用。

人抗原R(human antigen R，HuR)屬于胚胎致死異常視覺蛋白，是神經發育所必需的RBP，是細胞轉錄后表達的重要調控因子。已有證據表明，HuR在腫瘤發生、血管生成、癌細胞侵襲轉移等方面發揮重要作用[8-9]。冷誘導RBP(cold inducible RNA binding protein，CIRP)是冷休克家族中的一員，在機體各個組織以及器官中廣泛表達[10]。CIRP能夠與編碼T細胞因子-3(一種細胞黏附因子)的信使RNA(message RNA，mRNA)結合，增加mRNA的穩定性，從而達到調節相應細胞增殖、分化、凋亡以及生物節律的目的[11-12]。Y-box結合蛋白1(Y-box binding protein 1，YB-1)也屬于冷激蛋白，是一種高度保守的RBP，具有與相應RNA和DNA結合的能力，能調控細胞內多種蛋白的水平。YB-1通過與相應mRNA結合，參與細胞內轉錄和翻譯轉換、DNA修復、mRNA選擇剪接、細胞增殖及胞外信號的應激反應[13-14]。T細胞內抗原相關蛋白(T-cell-restricted intracellular antigen related protein，TIAR)是一種高親和力RBP，T細胞限制性細胞內抗原-1(T-cell-restricted intracellular antigen-1,TIA-1)也屬于RBPs，是TIAR的高度同源基因蛋白，與TIAR的氨基酸序列相似性高達80%，TIAR與TIA-1能夠相互結合，從而參與調節細胞的凋亡過程[15-16]。干細胞翻譯調節劑Msi1(musashi homologue 1)是高度保守的RBP，在神經系統特異性表達，對人類中樞神經系統的發育起重要作用[17]，同時還參與細胞分裂、分化，在干細胞及腫瘤細胞中高表達[18-19]，提示其可能與細胞干性及腫瘤發生相關。

2 RBPs與腎間質炎癥

2.1對抗腎臟炎癥 HuR能與編碼多種炎癥因子[白細胞介素(interleukin，IL)-6、IL-8、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、轉化生長因子-β、γ干擾素]和促炎介質的轉錄本結合，并促進其表達[20]。HuR的表達受IL-10、IL-19等抗炎因子的抑制，這些因子通過抑制HuR的表達抑制促炎因子的產生，從而發揮抗炎作用[21]。推測HuR可能通過調控炎癥因子及細胞因子等的表達，參與腎臟的炎癥反應。Jimenez-Boj等[22]在61%的系統性紅斑狼瘡患者的血清中檢測出TIA-1或TIAR抗體的存在，表明TIA-1、TIAR的抗體可能與狼瘡性腎炎有關；同時，TIA-1能夠與TNF-α的mRNA結合，并抑制TNF-α mRNA的翻譯[23]。因此推測在系統性紅斑狼瘡患者中，TIA-1抗體與TIA-1具有相同的識別位點——TNF-α mRNA，TIA-1能夠抑制TNF-α的產生，具有對抗腎臟炎癥的作用；而系統性紅斑狼瘡患者產生的TIA-1抗體能競爭性抑制TIA-1的作用，從而加重腎臟炎癥。

2.2調控腎臟炎癥 細胞外CIRP作為新型損傷相關分子模式發揮作用，可通過Toll樣受體4介導的通路誘導TNF-α產生，在失血性休克和敗血癥中觸發炎癥反應[24]。在腎缺血再灌注損傷小鼠模型中，與野生型小鼠相比，CIRP基因敲除小鼠的腎臟炎癥較輕，腎損傷標志物少[25]。C23是一種源自CIRP的短肽，能與CIRP競爭性結合Toll樣受體4，從而起到抑制CIRP的作用[24]；McGinn等[26]研究發現，向缺血再灌注小鼠體內注射C23能減輕小鼠的腎臟炎癥反應，同時提高小鼠的存活率；用C23處理單核細胞系THP-1后，TNF-α的表達受到抑制。這表明通過調控CIRP靶點可實現對腎臟炎癥的控制，CIRP的低表達可減輕腎臟炎癥反應。

3 RBPs與腎小管上皮細胞凋亡

3.1缺氧狀態下抑制腎小管細胞凋亡 在大鼠缺血再灌注損傷模型中，HuR在胞質內的表達增加，特別是在近端小管上皮細胞內；HuR基因敲除會導致缺氧的細胞株凋亡增加，而HuR的過表達對缺氧的細胞株有保護作用[27]。Singh等[28]發現，在ATP耗盡的腎近端小管細胞中，HuR的表達會上調，而生長因子受體結合蛋白10的表達隨HuR的上調而上調，從而促進蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)的激活，Akt可通過調控多種細胞存活蛋白的磷酸化進程抑制凋亡，而與Akt相關的磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt信號通路能通過核因子κB上調HuR的表達，從而形成一個正反饋回路，放大Akt的信號，達到抑制腎小管上皮細胞凋亡的目的。另外，HuR本身也能夠抑制一些凋亡基因及其相應mRNA的表達，這進一步放大了HuR的抗凋亡作用[24]。STE20樣激酶是在腎上皮細胞內發現的一種生發中心激酶，其可促進細胞凋亡，在腎臟發育和缺血性急性腎衰竭的恢復過程中，STE20樣激酶及其相應mRNA的表達增加；而HuR可增加STE20樣激酶表達的穩定性[29]。這表明，HuR在腎臟發育和缺血性腎損傷的細胞凋亡調控中起重要作用，但其機制有待進一步研究。

3.2深低溫狀態下保護腎小管細胞 CIRP對深低溫循環停止的大鼠模型的腎臟有保護作用。Yu等[30]研究發現，對CIRP基因敲低大鼠行深低溫體外循環停止60 min處理后，該大鼠腎臟中的胱天蛋白酶3表達水平顯著升高，凋亡細胞明顯增加，表明CIRP參與了腎細胞的凋亡過程。深低溫可刺激CIRP的表達，并促進其發揮抗凋亡作用[30]。Wellmann等[31]發現，在細胞缺氧模型中CIRP同樣也發揮抗細胞凋亡的作用。以上證據表明，CIRP、HuR等RBPs能夠對腎臟損傷做出反應，與腎臟細胞的凋亡密切相關。

4 RBPs與細胞外基質沉積

4.1抑制系膜細胞蛋白分泌 系膜細胞分泌調節性蛋白酶，與細胞外基質的轉換有關，該過程受RBPs的轉錄后調控。基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)13在病理性的系膜基質中高表達，在快速重塑細胞外基質過程中起重要作用[32]，并受選擇性剪接的TIAR的調節，含17個氨基酸的TIAR的可變剪接片段能夠抑制MMP-13 的轉錄后翻譯[32]。這一轉錄后調控過程是通過TIAR的可變剪接體TIAR實現的，表明TIAR通過調控MMP-13的表達，在細胞外基質沉積中發揮作用。

4.2參與系膜外基質重塑 環加氧酶2(cyclo-oxygenase-2，COX-2)也參與了慢性炎癥腎臟疾病和各種腎臟損傷模型的基質重塑[33]。Doller等[34]的研究表明，血管緊張素Ⅱ通過促進HuR磷酸化影響系膜細胞中COX-2的表達，因為HuR作為RBP，對COX-2 mRNA起穩定作用，影響COX-2的轉錄后調控。同時，HuR還可通過對血管緊張素Ⅱ和IL-1β的轉錄后調控，對COX-2的表達產生間接影響[35]。而血管緊張素Ⅱ還能刺激纖溶酶原激活物抑制劑1的表達，這一過程也依賴HuR對mRNA的穩定作用[36]。HuR通過血管緊張素Ⅱ調控COX-2和纖溶酶原激活物抑制劑的表達，從而有助于調節腎臟微循環、系膜肥大和細胞外基質沉積。Pasini等[37]發現，TIA-1和TIAR也能與COX-2 mRNA的3′非翻譯區結合，對腎臟細胞外基質的沉積產生影響。

5 RBPs與腎間質纖維化

5.1抑制腎素血管緊張素系統激活 HuR的活性受IL-10的抑制[24]。Ayupova等[27]的研究發現，在大鼠腎缺血再灌注模型中，HuR在腎小管細胞內的表達增加，但若向大鼠體內注射間充質干細胞，纖維化進程則明顯減緩，且腎小管細胞內的HuR表達減少。這是由于間充質干細胞分泌的IL-10抑制了HuR的表達，進而抑制了腎素-血管緊張素系統，而腎素-血管緊張素系統的激活與腎纖維化密切相關[38]。因此抑制HuR的表達能夠延緩腎纖維化進程。

5.2調控細胞周期、脂肪酸代謝及Notch信號轉導 Msi1不僅在神經系統內高表達，在腎小管細胞中也特異性表達。在單側輸尿管結扎小鼠中，Msi1在腎小管細胞中的表達下調；而用蛋白酶抑制劑MG132處理原代近端腎小管上皮細胞后會顯著提高Msi1的表達水平，這表明在單側輸尿管結扎小鼠腎小管細胞中有蛋白酶產生并降解了Msi1，從而使Msi1在細胞內的水平降低[39]。同時，Msi1也會影響p21(一種細胞周期調節蛋白)和Numb(Notch抑制劑)蛋白的表達，在單側輸尿管結扎小鼠的腎細胞中，Msi1大量減少，其與p21和Numb mRNA的結合水平下降，從而使p21和Numb蛋白表達增加[39]。在Msi1基因敲低的細胞系中，p21和Numb的表達顯著上調[39]，以上改變導致細胞周期失調和Notch信號轉導受阻。在腎臟組織中，p21和Numb的表達上調會觸發腎臟的纖維化進程，并最終導致腎纖維化[40-41]。Kang等[42]發現，脂肪酸氧化過程失調既會導致上皮細胞內脂質堆積，也可導致腎纖維化。脂肪酸代謝產生的特定物質——油酸可與Msi1特異性結合，抑制Msi1的活性[43]，這表明Msi1在脂肪酸代謝過程中可能也起一定的作用。以上證據表明，Msi1在上皮細胞介導的腎纖維化過程中具有積極意義，通過細胞周期停滯、脂肪酸代謝和Notch信號轉導受阻等機制發揮調控作用，抑制腎纖維化進程。

5.3調控腎小管上皮-間充質轉化 YB-1具有與相應RNA和DNA結合的能力，可調控細胞內多種蛋白質的水平。YB-1通過與IL-2和粒細胞巨噬細胞集落刺激因子mRNA特異性結合，保護其免受降解，同時控制近端腎小管細胞中轉化生長因子-β1的翻譯，而轉化生長因子-β1是最有效和最普遍的纖維化細胞因子[44]。YB-1的下調提高了上皮鈣黏素啟動子的活性，表明YB-1的表達水平可能與上皮-間充質轉化相關[45]。YB-1通過提高Akt介導的轉化生長因子-β1的活性增加上皮鈣黏素抑制因子的表達[45]，因此YB-1的過表達有抑制上皮-間充質轉化的作用。此外，在急性系膜增生性腎小球腎炎模型中，YB-1在系膜細胞中的表達隨時間上調，通過激活胞外信號調節激酶1/2途徑誘導系膜細胞增殖[46]，并作為細胞特異性活化因子作用于MMP-2[47]，MMP-2屬于鋅依賴性內肽酶家族，可調控腎臟細胞外基質中膠原蛋白的降解[48]。Gibbert等[49]在應用鈣調神經磷酸酶抑制劑引發腎纖維化的小鼠模型中觀察到，YB-1的低表達能有效緩解腎小球及腎小管間質的纖維化進程，提示器官移植術后運用鈣調神經磷酸酶抑制劑治療的患者腎纖維化的不良反應可能與YB-1的表達有關。在單側輸尿管結扎小鼠中，YB-1能夠直接穩定膠原蛋白1A1 mRNA，促進纖維化進程，向模型小鼠體內注射能夠磷酸化YB-1的試劑HSc025后，YB-1的活性受到抑制，小鼠的腎纖維化明顯減輕[50]。以上研究表明，YB-1是一些纖維化相關基因轉錄和翻譯的重要調節因子，但其促纖維化或抗纖維化作用在不同腎臟疾病中是否普遍存在尚需進一步研究。

6 RBPs與晚期腎衰竭

6.1調控晚期腎衰竭酸堿平衡 隨著腎纖維化的進展，腎臟功能逐漸降低，并最終發展為腎衰竭。RBPs在晚期腎衰竭中發揮一定的作用。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是調控近端腎小管細胞糖異生和氨轉化的關鍵酶[51]，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶mRNA含有多種順式不穩定元件，其是富AU元件RNA結合因子-1(AU-rich element RNA-binding factor 1，AUF-1)和HuR的結合靶點[52]；在正常生理條件下，HuR和AUF-1與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶mRNA的3′非翻譯區順式元件結合，AUF-1激活腺嘌呤酶，以恒定速率促進磷酸烯醇式丙酮酸羧酶的降解；在酸中毒狀態下，HuR的磷酸化水平降低，AUF-1各種同工型的磷酸化增加，使腺嘌呤酶的活性下降[53]；HuR和AUF-1共同作用維持腎臟細胞內pH的穩定，而終末期腎病所致酸中毒可能與部分RBPs有關。

6.2調控晚期腎性貧血 晚期腎衰竭患者的貧血與促紅細胞生成素(erythropoietin，EPO)缺乏有關，EPO受轉錄因子缺氧誘導因子的調控。Sch?del和Ratcliffe[54]報道，EPO的表達也受轉錄后調控的影響，EPO mRNA的3′非翻譯區與EPO結合蛋白結合，該結合蛋白在細胞缺氧狀態下表達增加。Rondon等[55]的研究證實，EPO結合蛋白在正常細胞中有穩定EPO mRNA的作用；在缺氧狀態下，這一作用更為明顯[54]。終末期腎性貧血多是由于EPO缺乏所致，而EPO的缺乏與相應RBPs的調控有關。

7 小 結

RBPs在腎臟疾病的進展過程中發揮重要作用，但有關其直接作用于急慢性腎損傷、急慢性腎炎及梗阻性腎病等的研究仍較少，RBPs在具體腎臟疾病中的作用機制仍有待深入研究。除上述RBPs外，其他RBPs是否也在腎臟疾病發展過程中發揮作用需進一步探索。隨著轉錄組學研究的興起，人類蛋白庫、基因庫和RNA庫的完善，可通過尋找腎病相關蛋白及其對應mRNA確定更多相關的RBPs，這將為腎臟疾病及RBPs的研究提供新思路。此外，RNA免疫共沉淀測序技術、RNA交聯免疫共沉淀技術及其相關衍生技術能夠幫助尋找RBPs的上下游結合靶點(如蛋白質、mRNA、長鏈非編碼RNA、微RNA等)，使得RBPs在具體腎臟疾病中的作用機制及相關通路研究成為可能。因此，未來深入研究RBPs在腎臟疾病中的作用，將對腎臟疾病的臨床診斷和治療產生積極影響。