尿外泌体与糖尿病肾脏疾病

申奥 赵艳艳

郑州大学第一附属医院内分泌科 450052

糖尿病肾脏疾病(DKD)已成为我国慢性肾脏疾病发病的首要原因[1]。然而将估算的肾小球滤过率和尿白蛋白/肌酐比值(UACR)用于DKD的诊断存在一定的局限性，剧烈运动、高蛋白饮食、感染、发热等均会引起无肾脏损害的UACR增高，并且正常情况下，一旦出现UACR增高，则提示肾小球滤过膜滤孔已发生改变，预示着肾脏进入不可逆损害阶段。研究表明，尿外泌体是DKD早期诊断和治疗的非侵入性生物标志物，可以帮助了解导致肾损伤的病理生理机制。

1 尿外泌体的基本生物学特性

外泌体是直径30～100 nm，具有磷脂双分子层的囊性小泡，主要由脂质、蛋白质和核酸构成[2]。细胞膜内吞作用形成胞内体，胞内体内陷形成多囊泡体，一部分多囊泡体被运送至溶酶体，另一部分在P53的调节下与细胞膜融合，向细胞外释放的小囊泡就是外泌体[3]。

一般情况下，血外泌体不能通过肾小球滤过孔到达尿液[4]。因此可以认为尿液中的外泌体来源于肾脏和泌尿系细胞，并且可以表达来源细胞的表面受体、特异性蛋白质、mRNA以及miRNA[5]。目前，肿瘤易感基因101蛋白(TSG101)和凋亡诱导因子6相互作用蛋白(ALIX)已被用作尿外泌体标志蛋白[6]。随着蛋白质组学的进一步发展，已经证明尿外泌体表达podocin和podocalyxin标志着肾小球足细胞来源，表达二肽基肽酶(DPP)4和水通道蛋白-1标志着近端肾小管细胞来源，表达水通道蛋白-2标志着集合管上皮细胞来源[7-9]。除此之外，尿外泌体可以通过表面的信号蛋白或脂质刺激靶细胞，也可以将其携带的特异性蛋白质、mRNAs、miRNAs或者DNA转移至靶细胞，甚至可以直接进入体循环发挥相应作用[10]。肾脏细胞分泌的外泌体沿着肾单位释放到尿液中，或者进入其他肾脏细胞，通过释放蛋白质或miRNA，参与指导转录、翻译等一系列病理生理过程，从而影响受体肾脏细胞的表型及生物功能[11]。因此，尿外泌体的数量、来源或者含量的变化可能反映肾脏的病理生理状态。

2 尿外泌体在DKD中的研究进展

2.1 尿外泌体来源蛋白与DKD Gudehithlu等[12]在研究DKD时发现，尿外泌体中肾病标志蛋白明胶酶和血浆铜蓝蛋白的变化与肾组织中的保持一致，进一步通过实验验证了尿外泌体蛋白能更准确的反映肾组织的变化。并且随着蛋白质组学在分离、纯化和表征分子组成方面的进展，已发现超过40%的蛋白质与疾病相关[13]。DPP4便是其中之一。Sun等[8]研究发现，来自糖尿病患者尿外泌体中的DPP4水平随尿白蛋白的增加而增加，并与DKD严重程度呈正相关，结合之前的研究结果，他们提出，尿外泌体中的DPP4可能来源于肾小管上皮细胞并与早期肾小管损伤有关，由此认为尿外泌体来源DPP4是微量白蛋白尿出现前的肾损伤标志物。虽然尿DPP4在DKD患者中排泄增加的机制尚不清楚，但是DPP4抑制剂已广泛应用于2型糖尿病患者中，对于改善血糖具有明显作用。最新研究表明，尿外泌体蛋白Elf3只存在于DKD患者中，并且它的出现表明足细胞开始出现不可逆的损伤，在晚期糖基化终末产物诱导培养的足细胞中证实，其机制依赖转化生长因子β-Smad3蛋白信号转导途径的激活。因此，Sakurai等[14]提出，Elf3可能是DKD中足细胞损伤的早期非侵入性标志物；还有许多研究同样证明了尿外泌体中存在多种与DKD发展相关的蛋白质，这些蛋白质可能是早期诊断DKD的潜在标志物，如Zubiri等[15]在DKD小鼠的尿外泌体中发现，与正常小鼠相比衰老标志蛋白-30显著下降，胞吐作用介导的尿外泌体C-megalin蛋白参与DKD的进展等[16]。

2.2 尿外泌体来源miRNA与DKD 尿外泌体的双层膜结构将miRNA与尿液中的RNA酶隔离，可减少其降解，保护了来源细胞的相关信息，以反映来源细胞的生理病理状态，为DKD的诊断提供了丰富的生物信息来源[17]。Mohan等[18]实验发现，来自糖尿病大鼠尿外泌体中的miRNA-451-5p、miRNA-16显著升高，而且与肾脏病理指标(肾小管间质纤维化指数和肾小球硬化指数)呈负相关，提示糖尿病肾脏中尿外泌体miRNA-451-5p和miRNA-16的升高对糖尿病所致的肾纤维化具有保护作用。同年Deli等[19]首次发现了尿外泌体miRNA-320c在DKD患者中显著上调，而在正常白蛋白尿的糖尿病患者中表达不受影响，并进一步证明miRNA-320c通过靶向调节血小板反应素-1间接参与转化生长因子-β信号转导，影响DKD的进展，因此提出可以将miRNA-320c作为DKD早期进展或早期治疗效果的新候选标志物。随后，利用miRNA的表达差异性来预测DKD已经成为研究热点，Xie等[20]利用尿外泌体miRNA表达谱发现，496种miRNA在DKD患者与糖尿病患者中存在差异，证实miRNA-362-3p、miRNA-877-3p、miRNA-150-5p上调，miRNA-15a-5p下调。同样，在1型糖尿病所致肾病中，尿外泌体miRNA表达具有差异性，生物信息学分析显示，miRNA可能参与DKD的纤维化过程[21]。由此推测，在1型和2型糖尿病中可能存在表达差异的尿外泌体miRNA，将来或许可以找到诊断1型糖尿病的非侵入生物标志物，提高1型糖尿病的诊断速度和准确性。

2.3 尿外泌体来源mRNA和基因与DKD 尿外泌体内mRNA和基因所携带的生物信息具有完整性和稳定性，更能反映疾病的病理状态及来源细胞间的信息传递状况。骨保护素是DKD中高表达的细胞凋亡相关基因[22]。Benito-Martin等[23]发现，肾小管上皮细胞外泌体中包含骨保护素，并且在DKD中高表达，提示尿外泌体骨保护素可作为DKD的诊断指标。Wu等[24]在研究DKD中外泌体的潜在作用时，发现高糖处理的肾小球内皮细胞分泌的外泌体比正常情况下分泌的外泌体多，并且富含更高的转化生长因子-β1mRNA，通过转化生长因子-β1/Smad3信号通路促进肾小球细膜细胞增殖，引起α-平滑肌肌动蛋白和细胞外基质蛋白的过度表达，促进肾纤维化，进而导致DKD。近期，有日本学者提出将尿外泌体mRNA-Wilms肿瘤基因(WT1)作为DKD诊断和预后的生物标志物，但是仍缺乏大量的临床数据验证[25]。相信在科学技术持续发展的未来，一定可以找到更加快捷、准确的诊断DKD的新标准。

3 尿外泌体对DKD的治疗作用

尿外泌体作为机体分泌的一种囊性小泡，具有免疫原性低、在血液中稳定性高、向细胞运输药物效率高、有一定的靶向性等独特优势。高血糖导致的对肾小球足细胞以及肾小管上皮细胞的损伤是DKD中的早期关键事件。静脉注射尿液来源干细胞外泌体(USCs-Exo)不但可以减少尿量和尿微量白蛋白排泄，而且可以阻止足细胞损伤和肾小管上皮细胞的凋亡，同时抑制caspase-3的过度表达，促进肾小球内皮细胞的增殖[26]。Jiang等[27]在1型糖尿病肾病小鼠体内也得出类似结论，提示USCs-Exo可能通过抑制足细胞凋亡、促进血管再生来预防DKD，具有潜在的临床应用价值。另有研究表明，尿外泌体还可以作为评价DKD治疗效果的标志物[28]。由此看来，尿外泌体可能成为新型诊断和治疗DKD的靶点和突破点。

综上，尿外泌体来源的生物学标志物在DKD中的研究日益成熟，一定条件下能够代替组织活检，减轻患者痛苦，提高疾病早期诊断的准确率，在不久的将来可以作为无创或微创的非侵入性疾病诊断手段。同时，尿外泌体作为治疗剂的载体预示着一个重要的方向，即针对外泌体的靶向治疗可能为DKD患者带来一种新的治疗选择。