長鏈非編碼RNA在糖尿病腎病中的研究進展

凡 洋 李亞玲 雷 蕾 黃麗嵐 白彝華

糖尿病腎病(diabetic kidney disease,DKD)是一種微血管并發癥,DKD也是終末期腎臟病(end stage renal disease,ESRD)最常見的病因,且無法治愈[1]。DKD最早可檢測到的臨床表現是微量白蛋白尿,在沒有早期干預的情況下,大約50%的已確定微量白蛋白尿患者將進展為大量白蛋白尿,這比正常白蛋白尿患者進展為ESRD的風險高10倍[2]。DKD主要病理變化包括細胞外基質(extracellular matrix,ECM)增多及異常沉積、腎小管間質纖維化以及腎小球硬化,炎癥在DKD中也起著重要作用[3]。研究者在細菌中首次發現第一個可調控的非編碼RNA (non-coding RNA,ncRNA),隨后ncRNA在大多數真核生物中陸續被發現[4]?；谵D錄本長度ncRNA可分為長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和短鏈非編碼RNA,其中轉錄本長度>200個核苷酸的非編碼RNA稱為lncRNA,lncRNA不具備蛋白質編碼能力[5]。

lncRNA通過與DNA、RNA和蛋白質相互作用,介導不同機制來調節轉錄、RNA加工、RNA干擾和翻譯,且lncRNA的特異性表達和定位不同導致lncRNA在不同細胞類型中可能具有不同的功能[6]。lncRNA在生物學過程中發揮的重要作用使其逐漸成為研究熱點。越來越多研究表明,lncRNA在癌癥、心血管疾病、腎臟疾病等中均具有重要功能。近年來研究表明,lncRNA應對高血糖、高血壓和高血脂等危險因素并發的DKD的發生、發展中發揮重要作用[7]。作為DKD新的調節因子,lncRNA在DKD發生、發展過程中可能作用機制以及近年來研究進展將在本文中進行綜述。

一、lncRNA在DKD中的表達

為了探索lncRNA在DKD的表達及其有可能涉及的相關通路,Zhao等[8]通過檢索截止到2021年3月1日的多個中外文獻數據庫,對于DKD患者中表達失調的lncRNA,進行生物信息學分析,尋找lncRNA的潛在靶基因,并進行KEGG通路富集分析,結果顯示,與對照組比較DKD患者血清、血漿和腎臟樣本中存在8個lncRNA失調,此外,5種lncRNA參與疾病相關信號通路。Chen等[9]建立了DKD小鼠模型,通過基因微陣列分析比較了DKD模型組和對照組小鼠腎臟組織中lncRNA的表達模式并采用反轉錄PCR(reverse transcription PCR,RT-PCR)驗證,結果顯示在DKD小鼠中差異表達的lncRNA有311個,其中105個顯著上調,206個顯著下調。這些研究表明lncRNA與DKD 關系緊密,lncRNA可能通過不同靶基因或調控不同分子通路影響DKD。

二、不同類型lncRNA在DKD中的研究進展

1.lncRNA MALAT1在DKD中的研究進展:肺腺癌轉移相關轉錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)是研究較多的lncRNA之一。lncRNA MALAT1是位于人類染色體11q13.1的基因間轉錄本,長約8.7kb,參與多種癌癥的發生、發展[10]。除了參與癌癥的病理生理過程,lncRNA MALAT1在糖尿病并發癥中也發揮重要作用,其在不同類型的糖尿病并發癥如糖尿病心肌病、糖尿病性視網膜病變、DKD等疾病中的表達趨勢一致,在DKD小鼠腎臟組織中lncRNA MALAT1表達上調[11]。為研究lncRNA MALAT1在DKD患者中的表達水平及臨床意義,Zhou等[12]檢測了27例DKD患者和14例健康對照者血漿中lncRNA MALAT的表達水平同時評估其與腎功能指標的相關性,結果表明,與對照組比較,DKD組外周血單個核細胞中lncRNA MALAT1表達顯著上調,lncRNA MALAT1水平與尿白蛋白和尿肌酐的比值、尿β2-微球蛋白、尿α1-微球蛋白、肌酐呈正相關,提示lncRNA MALAT1參與腎臟損傷。

有研究報道,在高糖誘導的腎小管上皮細胞中lncRNA MALAT1表達升高,lncRNA MALAT1能誘導腎小管上皮細胞損傷且發生上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),敲低lncRNA MALAT1后腎損傷以及EMT相關指標的表達發生了逆轉[13]。Song等[14]研究發現,過表達lncRNA MALAT1、LIN28A或Nox4能降低細胞活力,增強細胞凋亡、活性氧生成和炎性細胞因子分泌,為了探索三者與DKD 關系,應用RNA免疫共沉淀和RNA pull-down實驗分析人腎小管細胞和人胚腎細胞中lncRNA MALAT1、LIN28A和Nox4之間的相互作用。結果表明lncRNA MALAT1通過與LIN28A相互作用并激活Nox4/AMPK/mTOR信號通路加重腎小管損傷。以上研究表明,lncRNA MALAT1在DKD中的高表達與DKD發生、發展密切相關,這可能為DKD提供一定的臨床診斷價值,但其涉及的作用機制仍需更多的深入研究。

2.lncRNA NEAT1在DKD中的研究進展:核富集轉錄體1 (nuclear-enriched abundant transcript 1,NEAT1)由NEAT1v1 (3.7kb)和NEAT1v2 (23kb)兩種異構體轉錄本組成,NEAT1通過招募轉錄因子并將其與基因啟動子隔離,從而改變基因轉錄,表觀遺傳調控基因表達[15]。Yang等[16]構建的DKD動物模型的腎臟組織以及牛血清白蛋白誘導的腎小管上皮細胞中lncRNA NEAT1表達均顯著增高,在牛血清白蛋白誘導的腎小管上皮細胞中過表達lncRNA NEAT1可顯著增加纖維化和EMT標志物水平,而過表達DKD保護蛋白Klotho可以逆轉lncRNA NEAT1的高表達。生物信息學分析篩選出miR-23c是lncRNA NEAT1的潛在靶點,雙熒光素酶報告發現,miR-23c與lncRNA NEAT1結合,lncRNA NEAT1通過吸附miR-23c促進高糖誘導的小鼠系膜細胞增殖、纖維化和EMT,并抑制其凋亡,表明lncRNA NEAT1和miR-23c可能是治療DKD的潛在治療靶點[17]。也有研究表明,lncRNA NEAT1在早期DKD患者尿液及血清中上調并抑制miRNA93和miRNA29a功能,同時增強miRNA21和miRNA124活性,lncRNAs NEAT1通過調節miRNA的表達和活性在腎小球和腎小管水平的不同細胞類型中發揮不同的功能繼而參與DKD發生、發展[18]。這些研究提示,lncRNA NEAT1可能通過不同機制促進DKD纖維化以及EMT,也可能介導miRNA的表達參與DKD發生、發展,將來能作為DKD治療的有效標志物和潛在治療靶點,但仍需要進一步的探索。

3.lncRNA TUG1在DKD中的研究進展:?；撬嵘险{基因1(taurine upregulated gene 1,TUG1)定位于染色體22q12.2區段,長度為7.1kb,最初被認為是嚙齒類動物視網膜發育的關鍵因子[19]。lncRNA TUG1已被證明在多種癌癥中異常表達,可能通過調控細胞增殖、侵襲、凋亡、分化和耐藥等過程,介導腫瘤發生、發展和細胞代謝[20]。也有研究發現,lncRNA TUG1在DKD患者尿液和血清中下調并增強miRNA 93和miRNA 29a表達,抑制miRNA 21和miRNA 124活性,同時對足細胞具有保護作用,表明lncRNA TUG1通過與特定miRNA相互作用在DKD中發揮腎臟保護功能[18]。Long等[21]研究發現,TUG1是糖尿病環境中差異表達的lncRNA,在糖尿病小鼠的足細胞中lncRNA TUG1的表達顯著降低,過表達lncRNA TUG1能與PGC-1α相互作用并調節糖尿病環境中足細胞的線粒體生物能量學,從而改善了與DKD相關的生化和組織學特征。也有研究證明,lncRNA TUG1在糖尿病大鼠和高糖誘導的系膜細胞中表達下調,過表達lncRNA TUG1后減輕糖尿病大鼠腎臟病變,如糖尿病大鼠腎臟重量、24h尿蛋白、血尿素氮和血肌酐水平顯著降低,過表達lncRNA TUG1也可通過抑制PI3K/Akt通路抑制DKD系膜細胞增殖和ECM積聚[22]。以上研究提示lncRNA TUG1在DKD疾病進程中發揮重要作用,有極大的可能性成為DKD防治的新靶點,但仍缺乏一定的臨床研究。

4.lncRNA KCNQ1OT1在DKD中的研究進展:KCNQ1重疊轉錄物1(KCNQ1 overlap transcript 1,KCNQ1OT1)位于染色體11p15.5,是長度為91kb的非剪接lncRNA,KCNQ1OT1通過調節癌細胞增殖、細胞周期、遷移和侵襲參與肺癌、肝癌、乳腺癌等人類癌癥的發生、發展[23]。Jie等[24]在高糖條件下培養人腎小球系膜細胞和人腎小球內皮細胞作為DKD細胞模型,結果顯示,在DKD細胞模型中lncRNA KCNQ1OT1和SORBS2升高,同時發現lncRNA KCNQ1OT1通過直接靶向miR-18b-5p調控SORBS2的表達,敲低lncRNA KCNQ1OT1能抑制抑制NF-κB通路的激活,敲低lncRNA KCNQ1OT1和敲低SORBS2均抑制DKD細胞增殖和纖維化。Xu等[25]收集33例DKD患者和30例健康志愿者的血液樣本,同時收集10例DKD患者和10例腎臟形態正?；颊叩哪I活檢組織,發現lncRNA KCNQ1OT1在DKD患者的血液和腎活檢組織以及高糖培養的人腎小球系膜細胞中顯著高表達,敲低lncRNA KCNQ1OT1能抑制高糖處理的人腎小球系膜細胞增殖、ECM積聚、炎癥和氧化應激,這可能是通過介導miR-147a / SOX6軸實現的[25]。

有研究發現,lncRNA KCNQ1OT1在DKD患者外周血單個核細胞中表達異常升高,之后研究者同時將30只Wistar大鼠分為對照組、糖尿病組和DKD模型組,檢測并比較3組大鼠腎臟組織中lncRNA KCNQ1OT1和MEK/ERK通路相關分子的表達,結果顯示,DKD組大鼠lncRNA KCNQ1OT1、MEK-5、ERK2相對表達量最高,且lncRNA KCNQ1OT1與MEK-5、ERK2表達呈正相關,說明DKD中lncRNA KCNQ1OT1的增加可能與MEK/ERK信號通路的激活相關[26]。lncRNA KCNQ1OT1在DKD發生、發展過程中起著促進作用,提示靶向lncRNA KCNQ1OT1可能對延緩DKD進展具有積極作用,但仍需進一步研究探索。

5.lncRNA MIAT在DKD中的研究進展:心肌梗死相關轉錄本(myocardial infarction-associated transcript,MIAT)是位于22q12.1染色體的非編碼轉錄本,可以在轉錄和轉錄后水平調控基因的表達,lncRNA MIAT可影響細胞活力、增殖和侵襲能力,同時也能影響細胞凋亡,最初被認為是心肌梗死的易感位點,隨后被發現參與幾種人類癌癥的發生、發展[27]。在一項單變量線性回歸分析中,結果顯示尿液和血清lncRNA MIAT與尿和血清miRNA-93和miRNA-29a以及估算腎小球濾過率之間直接相關,且lncRNA MIAT在DKD患者尿液和血液中下調,說明lncRNA MIAT可能是通過調節miRNAs的表達和活性參與DKD發生、發展[18]。Dong等[28]研究證實,miR-182-5p是lncRNA MIAT的miRNA靶標,敲低lncRNA MIAT后能上調miR-182-5p水平從而促進高糖培養的人腎小管上皮細胞的細胞損傷、炎癥,也能促進NF-κB通路的活化,并調節miR-182 -5p靶基因GPRC5A的表達,證實lncRNA MIAT通過調控miR-182-5p/GPRC5A軸,使NF-κB通路失活,阻礙DKD的發生、發展[28]。

另一項研究發現,lncRNA MIAT在DKD患者的腎臟組織中以及高糖處理的系膜細胞中表達水平增高,而敲低lncRNA MIAT后可以逆轉高糖處理的系膜細胞中的ECM蛋白如Ⅳ型膠原、纖維連接蛋白的高表達,并證實miR-147a為lncRNA MIAT的靶基因,最終表明lncRNA MIAT通過靶向miR-147a同時釋放E2F3誘導高糖誘導的系膜細胞增殖和ECM蛋白含量,最終促進DKD細胞增殖以及纖維化[29]。對于lncRNA MIAT的臨床研究和基礎研究都較為匱乏,且以上研究提示,lncRNA MIAT可能通過靶向不同的miRNA在DKD發生、發展中發揮完全不同的作用,所以需要更深入的科學研究為lncRNA MIAT作為DKD治療靶點提供堅實的基礎。

6.lncRNA GAS5在DKD中的研究進展:生長停滯特異性轉錄本5(growth arrest-specific transcript 5,GAS5)定位于染色體1q25,由630個核苷酸組成,是在多種人類癌癥中具有抑癌作用的lncRNA之一[30]。近年來有研究發現,lncRNA GAS5與DKD存在一定的聯系,研究者共收集了60例2型糖尿病伴DKD患者和不伴DKD患者的腎臟組織,發現lncRNA GAS5在2型糖尿病伴DKD患者的腎臟組織中的表達水平較無DKD患者降低,且lncRNA GAS5與DKD相關并發癥的嚴重程度呈負相關,同時發現過表達lncRNA GAS5可顯著抑制高糖培養的系膜細胞的細胞增殖和纖維化[31]。Xie等[32]通過star Base軟件預測GAS5可能與miR-452-5p結合,雙熒光素酶報告實驗證實了這一可能,并發現在高糖誘導的腎小管上皮細胞中GAS5表達降低的同時miR-452-5p表達上調,而過表達GAS5可下調高糖誘導的腎小管上皮細胞中miR-452-5p的表達并抑制細胞炎癥、氧化應激和焦亡。而另一項研究得出了不同的結論,研究發現,lncRNA GAS5在轉化生長因子β1(transforming growth factor beta 1, TGF-β1)處理的腎小管上皮細胞和DKD小鼠腎臟中的表達水平均增高,而敲低lncRNA GAS5可緩解腎小管上皮纖維化,最終得出lncRNA GAS5通過吸附miR-96-5p促進腎小管上皮細胞纖維化的結論[33]。以上研究表明,lncRNA GAS5或許是DKD發生、發展過程中的重要調節因子,但其發揮的具體作用及涉及的不同機制尚不清楚,所以對其更深入研究可能在未來使得lncRNA GAS5成為DKD治療的新靶點。

三、展 望

DKD最初始的變化是腎小球超濾過伴蛋白尿進行性增多,在病程中受蛋白尿、高血糖、高血壓、血脂異常、肥胖、吸煙等多種危險因素的影響。目前針對DKD的治療以藥物治療為主,主要集中于控制血糖、血壓,調節生活方式,保護腎功能等方面,但藥物治療的DKD效果有限。作為威脅人類公共健康的疾病,探尋DKD新的治療方法具有十分重要的意義。近年來lncRNA逐漸進入人們視野并成為研究熱點,多數研究集中于lncRNA在人類腫瘤的作用及其可能機制。近年來大量研究也證實,許多lncRNA與DKD發生、發展密切相關,lncRNA通過調控細胞增殖、凋亡,炎癥、纖維化參與DKD的發生、發展,其中涉及到不同分子機制以及通路。

綜上所述,不同種類lncRNA參與DKD發生、發展的作用不全相同,部分促進DKD發生、發展,而部分對DKD具有保護作用,并且同一lncRNA在DKD腎臟不同部位的不同細胞中也可能通過介導不同靶點以及信號通路發揮不同作用。而許多研究集中于動物實驗以及細胞實驗,缺乏足夠樣本量的臨床研究,所以若想將lncRNA轉移到臨床治療上,仍需要大量的深入研究進一步探索lncRNA與DKD之間的關系。但這并不能否認lncRNA作為新的靶點在DKD治療中潛在的可能性,多種lncRNA在DKD患者血液、尿液以及腎臟組織中存在差異表達,說明lncRNA成為DKD發生、發展的生物學標志物存在著巨大的可能性,隨著對lncRNA更為深入的研究,相信將來lncRNA可作為診斷DKD、判斷DKD分期以及預后的生物學標志物應用于臨床,為患者帶來福音。以上為探索DKD的潛在的預防措施以及治療方法提供了新的思路,為DKD治療探尋新的有效的治療靶點提供了理論基礎。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。