外泌體微RNA在糖尿病腎病中的調控機制及中藥干預研究進展※

農 婷 張曉鳳 趙紅麗

(1.陜西中醫藥大學2021級碩士研究生,陜西 咸陽 712046;2.陜西省中醫醫院科教處,陜西 西安 710003)

近年來,隨著肥胖人口增多及飲食結構改變,糖尿病患病率逐年升高,到2030年,全球范圍內糖尿病人口總數將達7億[1]。糖尿病長期存在的高糖狀態,引起了各個器官的慢性損傷,如糖尿病周圍神經病變、糖尿病心腦血管并發癥、糖尿病腎病 (diabetic nephropathy,DN)、糖尿病眼底病變和糖尿病足等。根據數據顯示,糖尿病患者中約40%可能進一步演變成DN[2]。大量研究數據顯示,外泌體微RNA(miRNA)在DN的生理病理機制中發揮關鍵作用。茲將miRNA在DN中的調控機制及中醫藥干預研究進展綜述如下。

1 DN的基本概念

DN是常見的腎小球疾病,臨床特征是出現蛋白尿、腎小球濾過率(eGFR)下降、高血壓。目前DN發病機制尚未清楚,根據研究表明,代謝異常(如高血糖、高血壓和血脂異常)、血流動力學變化、腎素-血管緊張素系統激活和氧化應激參與了DN的發病機制[3]。隨著病情進一步進展,容易進展成終末期腎病。大量臨床研究證實,透析及腎移植患者易出現多種并發癥,使死亡率提高[4]。

2 外泌體miRNA概念

外泌體是直徑范圍約40～100 nm的盤狀性外囊泡,目前外泌體分泌機制尚無準確說法,當前觀點認為外泌體的產生過程包含質膜的內陷和與含有腔內囊泡(ILV)的細胞內多泡體(MVB)的形成,從而通過MVB與質膜的融合和胞吐作用[5],同時將外泌體釋放到細胞膜外。其內包含蛋白質、脂質、代謝物、mRNA和miRNA[6]。研究發現,miRNA為一組短的約18-25核苷酸長鏈非編碼RNA,能夠參與細胞間通訊[7]。通過與靶mRNA的3’非翻譯區(UTR)或開放閱讀框(ORF)區域結合來介導轉錄后調控。而miRNA借助這種方式參與了生物疾病的發生發展、細胞間的發育、死亡、轉移等過程。通過對miRNA的研究發現,miRNA在多種疾病中的表達較為顯著,而通過抑制這些miRNA能夠有利于預防或逆轉疾病進展[8]。TRIONFINIP等[9]研究表明,miRNA調控與腎臟疾病相關的關鍵基因和miRNA的表達。這些研究證實,一些miRNA通過靶向與纖維化、炎癥、氧化應激和信號轉導相關的基因,參與促進或減弱DN的進展。

3 miRNA與DN

DN的病理突出特征是腎間質纖維化,其病理機制過程較為復雜,包括腎小球基底膜(GBM)增厚、系膜擴張、結節性腎小球硬化和腎間質纖維化。研究證實,在腎臟發育中miRNA能夠起一定作用[10]。BARUTTA F等[11]評估是否存在早期DN的1型糖尿病患者的尿外泌體中miRNA的表達。結果:miR-130a和miR-145表達上調。EISSA S等[12]檢查了156例2型糖尿病腎病(T2DN)患者,確定了3種DN的miRNA標志物miR-30a、miR-342和miR-133b在T2DN患者中表達水平顯著升高,且這3個miRNA的高水平表達與糖化血紅蛋白(HbA1c)、血壓、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、血清肌酐(Cr)、尿白蛋白肌酐比值(UACR)和eGFR有關。此外,其他研究也進一步證實了外泌體miRNA在DN中的影響。

3.1 miR-21 越來越多數據證明,miR-21是DN小鼠腎臟中調控水平最高的miRNA之一。miR-21通過誘導腎臟細胞中的磷酸酯酶與張力蛋白同源物/蛋白激酶B(PTEN/PKB)通路及Smad同源物7重組蛋白(Smad7)從而促進腎臟纖維化。K?LLING M等[13]在健康小鼠和用鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病小鼠的腎臟中發現了存在于DN中幾種miRNA。在這些miRNA中miR-21表達較為突出,并對腎臟進行了切片處理,發現miR-21在腎臟的各個部位都富含,其中腎小球細胞最高。WANG J等[14]運用實時逆轉錄聚合酶鏈式反應、細胞轉染、熒光素酶報告基因檢測等方法,發現了在血清及腎組織的miR-21是隨著DN的進展逐漸升高。在高糖狀態下,腎系細胞可增加miR-21表達,從而抑制磷酸酶與張力蛋白同源的基因的下調和絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶的磷酸化,最后miR-21能增強高糖誘導的雷帕霉素靶蛋白復合物1(mTORC1)活性,進一步增加腎細胞肥大和纖維化[15]。

3.2 miR-192 SUN Y等[16]研究發現,相對于其他器官,在腎臟器官中miR-192表達最突出。KRUPA A等[17]發現在DN患者中,miR-192表達會隨著DN的進一步演變降低。miR-192的表達可被轉化生長因子β(TGF-β)誘導的近端腎小管細胞所降低。然而,關于miR-192作用在DN的研究結果出現了爭議。KATO M等[18]研究發現,通過注射STZ的糖尿病小鼠分離出的腎小球細胞miR-192水平上升。該項研究中還發現,用TGF-β去誘導糖尿病小鼠的系膜細胞,miR-192表達顯著上調。而其結果不相符的原因考慮可能存在動物差異、實驗差異、研究方法不同。

3.3 miR-29 WANG B等[19]研究發現,miR-29家族在抗纖維化中起著重要調節作用。而TGF-β被證實在腎纖維化進展中起重要作用。WANG H等[20]通過肌肉注射外泌體miR-29于單側輸尿管梗阻(UUO)誘導的糖尿病小鼠,發現miR-29可抑制TGF-β3,從而減少腎纖維化。LONG J等[21]實驗表明,2型糖尿病模型小鼠的腎小球中miR-29c表達增加,并且敲除miR-29c能阻止DN的進展。

4 中藥治療

DN在中醫學并無特定名稱,根據其臨床表現,歸為“消渴腎病”范疇。DN是由于糖尿病日久,損傷腎精,導致腎失封藏,從而精氣隨尿液外泄。脾氣虧損為DN的誘導因素,而腎氣進一步虧損是DN進展的關鍵因素,虛、瘀、濁一直存在。中藥存在多途徑、多靶點的作用機制,但其藥效學成分和分子機制不確定。研究發現,中藥可通過對外泌體miRNA相關信號的影響,改善DN相關臨床表現及腎功能,從而進一步達到既病防變和未病先防。

4.1 中藥單味藥治療 黃芪補氣,廣泛用于糖尿病治療中,特別是DN的治療。臨床研究表明,黃芪可調節DN的血糖、蛋白尿和Cr水平[22]。黃芪多糖可通過干預腎臟組織中的血管緊張素轉化酶(ACE)mRNA及蛋白的表達,進而減少蛋白尿形成,改善腎臟組織。WANG X L等[23]將黃芪甲苷用于糖尿病小鼠及原代小鼠足細胞中,發現黃芪皂苷通過抑制miR-21過表達誘導的足細胞去分化和MC激活來改善腎功能和腎纖維化。姜黃素因其抗氧化、抗炎的特性而具有廣泛的治療潛力。陳靜等[24]將SD大鼠分為對照組、DN組及姜黃素組,發現姜黃素組大鼠中miRNA-146a表達上調,進而通過調控6重組蛋白(TRAF6),抑制磷酸化細胞核因子κB抗體(p-NF-κB)介導的促炎因子mRNA表達。由此可見,姜黃素可通過促進miR-126a表達而抑制NF-κB信號分子,改善DN的腎臟損害。鄧曉威等[25]發現黃連素能緩解糖尿病大鼠胰島素抵抗(IR)作用,通過調控miR-29a來調控血糖,從而發揮降血糖機制。

4.2 中藥提取物治療 韓菲[26]通過動物實驗及細胞試驗發現,雷公藤甲素通過上調miR-137的表達從而能抑制跨膜受體蛋白1(Notch1)信號通絡,進而抑制高糖狀態下腎系膜細胞中的細胞外基質蛋白沉積,進而緩解或改善糖尿病引起的腎損傷。孫成博等[27]發現茵陳提取物用于糖尿病大鼠腎臟組織,可通過調控miR-21表達,從而抑制轉化生長因子β1(TGF-β1)、蛋白質Smad2/3表達,增加Smad7表達,保護腎臟。

4.3 中藥復方治療 傳統中藥復方腎康丸由黃芪、芡實、水蛭、金櫻子、益母草等組成。王明[28]通過動物實驗發現,腎康丸通過降低miR-192表達,從而改善腎功能及延緩DN進展。洪金妮等[29]研究降糖復方(藥物組成:地錦草、丹參、生黃芪、知母、黃連)水提物對DN小鼠的影響,結果發現降糖復方水提物通過激活PI3K-Akt信號通路,從而抑制 NF-κB磷酸化,抑制炎性因子產生及聚集,進一步達到改善DN的作用。葉太生等[30]研究發現,當歸補血湯通過調控miR-21表達,增加腎足細胞自噬活性,進而延緩DN大鼠腎功能惡化。

5 結語

大量研究表明,外泌體miRNA對腎臟起著一定作用。miRNA在相關腎臟疾病中的作用機制尚未清楚,而不同的外泌體miRNA可通過不同的作用方式參與DN的發生發展。目前,DN的現代醫學治療措施較為單一,而中醫藥通過多靶點、多途徑方式,調控系膜細胞外基質沉積、細胞組織凋亡等,改善炎性反應、腎纖維化狀態,從而改善DN。相關文獻尚少,為更好地闡明外泌體miRNA在DN中的作用機制,仍需進行大量探索。