miRNA及lncRNA在糖尿病肾病中的作用机制及临床诊断应用

张明

摘要：糖尿病肾病（DN）是最主要的一种糖尿病微血管并发症，也是目前首位引起终末期肾病（ESRD）的原因。因此其早期诊断对于减少DN的发生、延缓疾病进展和改善患者生活质量至关重要。DN目前的诊断主要依靠尿微量白蛋白检测，但其检测结果会受到多种因素的影响，具有较大的局限性。近年来有学者发现微小RNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）与DN和ESRD密切相关，可能有助于DN的早期诊断和疾病进展的预测。本文主要就miRNA及lncRNA在糖尿病肾病中的作用机制及临床诊断中应用进展作一综述，以期为DN的早期诊断提供新的思路。

关键词：糖尿病肾病;生物标志物;临床诊断;微小RNA;长链非编码RNA

中图分类号：R587.2                                 文献标识码：A                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.21.017

文章编号：1006-1959（2020）21-0058-04

Abstract：Diabetic nephropathy （DN） is the most important type of diabetic microvascular complication and is currently the first cause of end-stage renal disease （ESRD）. Therefore， its early diagnosis is essential to reduce the occurrence of DN， delay disease progression and improve the quality of life of patients. The current diagnosis of DN mainly relies on urine microalbumin detection， but its detection results will be affected by a variety of factors， which have greater limitations. In recent years， some scholars have discovered that microRNA （miRNA） and long-chain non-coding RNA （lncRNA） are closely related to DN and ESRD， which may contribute to the early diagnosis of DN and the prediction of disease progression. This article mainly reviews the mechanism of miRNA and lncRNA in diabetic nephropathy and the progress in clinical diagnosis， in order to provide new ideas for the early diagnosis of DN.

Key words：Diabetic nephropathy;Biomarker;Clinical diagnosis;microRNA;Long non-coding RNA

隨着全球范围内糖尿病（DM）患病人数的迅速增长和患者整体生存时间的延长，糖尿病相关慢性肾脏疾病的发生率也在不断提高。据统计[1]，美国有接近50%的DM患者表现出微量白蛋白尿的症状，接近10%的患者出现大量白蛋白尿。而在我国有超过30%的DM住院患者合并肾脏损害[2]。目前无论是发达国家还是发展中国家，糖尿病肾病（DN）都已经成为慢性肾脏疾病（CKD）的首位病因。作为DM患者最常见的一种微血管并发症，DN已经成为终末期肾病（ESRD）最主要的原因，也是导致DM患者死亡的重要原因，严重影响患者的生存质量和生命啊健康。早期DM存在隐匿性，无典型临床症状，诊断较为困难，很多患者确诊时已经处于中晚期阶段。一直以来，临床都使用尿微量白蛋白作为DM诊断和病情进展评价的指标，但其受到其他因素影响较大，而且很多患者在出现微量蛋白尿之前就已经发现有肾小管萎缩、肾小球纤维化、肾间质纤维化等病理改变，因此寻找有效的DM早期诊断标志物就尤为重要。真核生物中被转录的基因组多达90%，但其中只有1%～2%能够进行蛋白质编码，剩余的绝大多数机会转录为非编码RNA，包括微小RNA（MicroRNA/miRNA）和长链非编码 RNA（LncRNA），二者都在生物体生命活动的调节中发挥着一定作用，同时其与DN之间的关系也越来越受到关注，可能会成为DN诊断和治疗新的标志物和靶[3]。本文主要就miRNA及lncRNA在糖尿病肾病中的作用机制及临床诊断中应用进展作一综述，以期为DN的早期诊断提供新的思路。

1微小RNA

miRNA是一种由约20个核苷酸组成的内源性表达的非编码RNA，其可通过诱导信使RNA降解、阻断蛋白质翻译等方式对基因表达产生影响。miRNA可调控的蛋白编码基因有60%左右，因此miRNA被认为在很多疾病的发生和发展中都有潜在作用[4]。研究显示[5，6]，miRNA与DN的病理过程有关，其可通过调节DN发病过程中的多个不同信号通路对病程发展产生很大影响，包括转化生长因子-β（TGF-β）、蛋白激酶B（Akt）、核转录因子-κB（NF-κB）等，通过这些信号通路，miRNA可参与到DN发病和发展中的多个环节，如系膜细胞增生肥大、细胞外基质生成、足细胞损伤、肾小管上皮细胞转分化、肾间质纤维化等。对miRNA的研究不仅有助于了解DN发生发展复杂的机制，还使其有可能成为DN诊断潜在的生物标志物，体液中某些miRNA发生的特异性改变能帮助临床对DN进行早期诊断和病情发展监测。

有研究对美国DN患者miR-21表达情况进行分析发现，DN患者肾小球miR-21表达水平与患者肾功能降低和肾脏纤维化程度加重呈明显正相关，其可通过磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）-丝/苏氨酸激酶受体7（Smad7）信号通路作用于肾脏而发挥作用[7]。还有学者[8]指出DN患者组织和血清miR-21变化与患者病程进展有关，而阻碍miR-21表达能使尿白蛋白、足细胞损伤、炎症基因表达、肾脏纤维化等程度减轻。

2型糖尿病（T2DM）患者的血清miR-130b相比健康对照人群明显降低，而合并肾脏功能损伤的患者其血清miR-130b进一步下降，且下降程度与患者病情严重程度呈明显正相关。有研究显示[9]，miR-130b能通过促进上皮间质转化（EMT）参与DN的发生和发展，可将其作为DN患者肾小管纤维化程度的评估指标。

另有研究显示[9]，T2DM合并微量蛋白尿（MAU）患者的尿液样本中miR-192、miR-194、miR-215三种miRNA水平均与患者尿白蛋白、TGF-β水平等密切相关，其通过受试者工作特征曲线（ROC）分析发现miR-192能较为敏感地发现微量尿白蛋白患者，提示其在早期DN诊断方面有一定价值。Ma X等[10]研究显示，DN患者血清中的miR-192也表现出与蛋白尿水平密切相关的变化，这说明血清中miR-192水平同样能反映患者病变情况，而且相比尿液样本检测能更整体性地反映出患者机体病变情况。Peng H等[11]研究发现，合并MAU的T2DM患者尿液中miR-29a水平相比无蛋白尿患者明显升高，其被指出在肾纤维化过程中具有一定的保护作用，可通过对胶原蛋白Ⅰ、Ⅳ基因的负调控降低其表达水平，从而能减少其在肾脏细胞外基质（ECM）中的聚集，说明早期miR-29a的高表达具有一定程度延缓病情进展的作用。

DN患者尿液中有多达16种miRNA表达出现异常，其中以miR-320c表达水平升高最为明显[12]，因此其进一步指出miR-320c可以作为反映肾纤维化程度的一种标志物。季振中等[13]发现，DN患者相比单纯T2DM患者其血清中miR-377表达水平明显升高，其进一步研究指出miR-377能通过一直肾小球系膜细胞表达Smad2、Smad3和抑制超氧化物歧化酶（SOD）、p21活化激酶（PKA1）等基因的表达来使ECM和纤维连接蛋白（FN）增加，这明显促进了肾小球硬化的发生和发展。

由此可见，肾脏组织中有多种miRNA的特异性表达，这种表达的异常可能与DN生理病理过程中的糖脂代谢异常、炎症反应等密切相关，均在DN的发生发展中发挥着总要作用，因此研究这些miRNA在肾脏组织和血液中表达水平的变化对DN的早期诊断和治疗指导可能都具有一定价值。但目前DN中miRNA具体的作用机制还未完全阐明，仍需进一步对其在DN发病过程中的调控机制进行进一步深入研究，从而为DN的早期诊断、疾病发展程度判断、疗效和预后评估等方面提供新的方法。

2长链非编码 RNA

LncRNA是缺乏特异的完整开放阅读框架的无编码蛋白质功能的RNA，其转录长度超过200个核苷酸。绝大多数的LncRNA和miRNA相似，都有5'端和3'端的结构，而且会经历组蛋白修饰、剪切等过程。细胞核和细胞质中均可检测到Lnc-RNA的表达，前者作用于染色质对基因表达进行调控，后者作用于mRNA对翻译过程进行调控。作为细胞特异性基因表达的调节剂，LncRNA能通过调节转录、翻译、mRNA剪切、转录后修饰等过程发挥其调节表观遗传、控制细胞周期、调节分化和免疫反应等生物学效应[14]。大量研究已经证实，一些LncRNA在DN的发生发展中有一定促进作用，如促进ECM积累、促进肾脏组织细胞表达炎症因子、促进肾小球系膜细胞增殖等[15，16]。

动物实验研究显示[17]，DM动物模型中的LcnRNA-肺腺癌转移相关转录子-1（MALAT1）表达明显升高，其与糖尿病引起的微血管功能障碍有关，涉及到的机制包括Wnt信号通路的激活和促进HK-2细胞凋亡。Zhang M等 [18]研究显示，LcnRNA-MALAT1能通过促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、IL-1β等炎性因子表達来参与DM患者肾脏微血管功能障碍的过程中。LncRNA-MALAT1是首先被发现的LncRNA成员，也是目前在DN发病机制中研究最多的LncRNA，其涉及DN发病中的很多机制，对其表达水平的介入和干预能使足细胞损伤得到逆转，可能对DN的靶向治疗有重大意义，但对DN的诊断价值仍需大量临床研究以证实。LncRNA-牛磺酸上调基因1（LncRNA-TUG1）、lncRNA ENSRNOG00000037522被指出参与足细胞损伤过程中，前者与足细胞线粒体损伤有关，后者与足细胞上皮-间叶转化有关[19]。Yan B 等[20]在糖尿病肾病小鼠中发现LncRNA-心肌梗死相关转录因子（MIAT）表达水平明显降低，其表达水平与血清肌酐和尿素氮水平呈负相关。LncRNA-MITA能通过增强红系核转录因子2相关因子2（Nrf2）表达来减少肾小管上皮损伤，其还被发现能通过调节内皮细胞的增殖和迁移来帮助血管损伤修复。Wang M等[21]研究发现，DN患者早期LncRNAENSMUST00000147869 、LncRNA CYP4B1-PS1-001的表达水平即可见明显下降，但前者在系膜细胞中的过度表达能抑制细胞增殖和纤维化，而后者的过度表达同时还能降低PTEN和磷酸化Akt水平，进而抑制肾小球硬化的过程。Lnc-浆细胞瘤变异易位1（PVT1）是首个被发现了与肾脏疾病有关的LncRNA，其能通过促进与ECM相关的胶原蛋白、纤连蛋白mRNA、蛋白和TGF-β1等的表达来参与DN进 展[22]。除上述LncRNA外，MGC、H19、SIRT1等也被指出与DN有关，但这些LncRNA至今有无相互作用和具体相互作用的机制目前还不清楚[23]。

LncRNA的空间结构和生物学功能相比miRNA更为复杂，因此其对基因表达的调控相应也更为灵活和精确。以往认为核糖核酸酶的存在导致LncRNA无法稳定存在于血浆中，但近年来越来越多的研究已经证实人体血浆和其他体液中均有LncRNA稳定存在，其在疾病进展过程中的变化相比miRNA更具有特异性，可作为多种疾病诊断的生物学标志物。Li X等[24]对健康人和T2DM患者血液中的LncRNA表达水平进行检测发现，血液中ENST00000550337.1的表达水平在健康人、T2DM和合并肾功能损伤的T2DM患者中存在明显差异，其对T2DM和早期DN均有很高的诊断价值。Kato M等[25]研究发现，糖尿病小鼠近端肾小管上皮细胞的LncRNA相比miRNA更具有表达和时空特异性，提示相比miRNA，LncRNA可能更适合作为DN的分子标志物。陈桐等[26]对DM和DN患者血清LncRNA-生长停滞特异基因5（GAS5）表达变化进行检测发现，DM和DN患者的LncRNA-GAS5表达水平相比正常对照组均明显降低，而早DN患者中，血清LncRNA-GAS5的表达会随着24h尿蛋白量的逐渐增加而上调，而且其水平还与患者的空腹血糖（FBG）和糖化血红蛋白（HbA1c）呈明显负相关，其进一步用ROC曲线下面积（AUC）对LncRNA-GAS5诊断DN的效能进行评价显示LncRNA-GAS5/miR-21诊断DN的价值较好，可作为DN诊断的生物标志物。吕小萌等[27]对健康对照组、DM患者、DN患者的循环LncRNA表达谱差异进行检测和分析发现，DM患者相比健康对照组有680个LncRNA表达下调，245个LncRNA表达上调;DN患者相比DM患者有813个LncRNA表达下调，45个LncRNA表达上调。其中表达下调的LncRNA-ARAP1-AS1和表达上调的LncRNA-ARAP1-AS2有望成为新的DM和DN诊断的生物标志物。就目前来说，虽然很多LncRNA已经被证实参与了DN的进展，但仍无LncRNA被应用于临床DN的诊断中，然而相信随着研究的不断深入，LncRNA将对DN预防、诊断、治疗和预后评价提供更多新的思路。

3总结

随着对miRNA和LncRNA的进一步研究和遗传学、分子生物学等内容的不断丰富，二者与DN之间的关系和相关调控机制开始被初步认识和了解。但总体而言，DN中非编码RNA的研究仍处于初始阶段，不够成熟和深入，其一定程度的序列保守性、丰富度和多种多种的参与表达调控的分子机制为学者们的深入研究带来了很大的挑战，但同时也提示非编码RNA与DN研究存在巨大潜力，其所介导的基因表达调控网络和作用机制有待进一步探索，因此其将有可能成为DN发病机制和生物标志物等方面研究的热点。随着生物信息学和高通量分析等新的测序技术的迅猛发展，更多包括非编码RNA在内的与DN有关的新的生物标志物将会被发现，可能会对DN的早期预防、诊断和治疗提供有重要临床意义的新的突破口。

参考文献：

[1]Al-Rubeaan K，Youssef AM，Subhani SN，et al.Diabetic nephropathy and its risk factors in a society with a type 2 diabetes epidemic：a Saudi National Diabetes Registry-based study[J].PLoS One，2014，9（2）：e88956.

[2]丁素英，刘东伟，安璐，等.郑州市体检人群慢性肾脏病危险因素分析[J].郑州大学学报（医学版），2016，51（6）：787-791.

[3]王惠珍，文枫，王文健.非编码RNA参与糖尿病肾病发病的机制及其诊疗价值[J].中华肾脏病杂志，2016，32（9）：708-712.

[4]努尔斯曼古丽·奥斯曼，焦谊，梁小弟，等.维吾尔族糖尿病肾病患者血清微小RNA的表达及其与糖尿病肾病的相关性[J].中华糖尿病杂志，2017，9（4）：231-236.

[5]陈桐，范秋灵，崔靖彬，等.糖尿病和糖尿病肾病患者血清lncRNAGAS5/miR-21的診断效能[J].中华肾脏病杂志，2017， 33（12）：906-913.

[6]李鑫，范秋灵，汪旭，等.2型糖尿病和糖尿病肾病患者血清微小RNA-148b-3p的水平变化及意义[J].中华肾脏病杂志，2018，34（5）：348-354.

[7]McClelland AD，Herman-Edelstein M，Komers R，et al.miR-21 promotes renal fibrosis in diabetic nephropathy by targeting PTEN and SMAD7[J].Clin Sci.2011，29（12）：1237-1249.

[8]Wang J，Duan L，Tian L，et al.Serum miR-21 may be a Potential Diagnostic Biomarker for Diabetic Nephropathy[J].Exp Clin Endocrinol Diabetes，2016，124（7）：417-423.

[9]Senanayake U，Das S，Vesely P，et al.miR-192，miR-194，miR-215，miR-200c and miR-141 are downregulated and their common target ACVR2B is strongly expressed in renal childhood neoplasms[J].Carcinogenesis，2012，33（5）：1014-1021.

[10]Ma X，Lu C，Lv C，et al.The Expression of miR-192 and Its Significance in Diabetic Nephropathy Patients with Different Urine Albumin Creatinine Ratio[J].J Diabetes Res，2016（2016）：6789402.

[11]Peng H，Zhong M，Zhao W，et al.Urinary miR-29 correlates with albuminuria and carotid intima-media thickness in type 2 diabetes patients[J].PLoS One，2013，8（12）：e82607.

[12]Delic D，Eisele C，Schmid R，et al.Urinary Exosomal miRNA Signature in Type II Diabetic Nephropathy Patients[J].PLoS One，2016，11（3）：e0150154.

[13]季振中，胡正国，徐焱成.糖尿病肾病患者血清miRNA377的表达及其对SMAD信号通路调控作用[J].重庆医学，2016， 45（27）：3824-3826.

[14]梁田田，王惠珍，柒春芳，等.糖尿病和糖尿病肾病小鼠肾组织中长链非编码RNA的差异表达[J].中华肾脏病杂志，2019，35（2）：127-135.

[15]张攀扬，孙艳，彭睿，等.长链非编码RNARpph1对高糖培养的肾小球系膜细胞验证因子表达的影响[J].第三军医大学学报，2019，41（1）：33-40.

[16]Long J，Badal SS，Ye Z，et al.Long noncoding RNA Tug1 regulates mitochondrial bioenergetics in diabetic nephropathy[J].J Clin Invest，2016，126（11）：4205-4218.

[17]Hu M，Rong W，Li X，et al.LncRNA MALAT1 is dysregulated in diabetic nephropathy and involved in high glucose-induced podocyte injury via its interplay with b-catenin[J].J Cell Mol Med，2017，21（11）：2732-2747.

[18]Zhang M，Gu H，Chen J，et al.Involvement of long noncoding RNA MALAT1 in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy[J].Int J Cardiol，2016（202）：753-755.

[19]Duan LJ，Ding M，Hou LJ，et al.Long noncoding RNA TUG1 alleviates extracellular matrix accumulation via mediating microRNA-377 targeting of PPARγ in diabetic nephropathy[J].Biochem Biophys Res Commun，2017，484（3）：598-604.

[20]Yan B，Yao J，Liu JY，et al.lncRNA-MIAT regulates microvascular dysfunction by functioning as a competing endogenous RNA[J].Circ Res，2015，116（7）：1143-1156.

[21]Wang M，Yao D，Wang S，et al.Long non-coding RNA ENSMUST00000147869 protects mesangial cells from proliferation and fibrosis induced by diabetic nephropathy[J].Endocrine，2016，54（1）：81-92.

[22]Lucrecia AM，Distefano JK，Lee LTO.Functional Characterization of the Plasmacytoma Variant Translocation 1 Gene（PVT1）in Diabetic Nephropathy[J].PLoS One，2011，6（4）：e18671.

[23]馬红霞，殷万元，王玭.反义线粒体非编码RNA-2在高糖环境下的肾小球系膜细胞中的表达及作用机制[J].海南医学院学报，2018，24（14）：1307-1310.

[24]Li X，Zhao Z，Gao C，et al.The Diagnostic Value of Whole Blood lncRNA ENST00000550337.1 for Pre-Diabetes and Type 2 Diabetes Mellitus[J].Exp Clin Endocrinol Diabetes，2017，125（6）：377-383.

[25]Kato M，Wang M，Chen Z，et al.An endoplasmic reticulum stress-regulated lncRNA hosting a microRNA megacluster induces early features of diabetic nephropathy[J].Nat Commun，2016（7）：12864.

[26]陈桐，范秋灵，崔靖彬，等.糖尿病和糖尿病肾病患者血清LncRNAGAS5/miR-21的诊断效能[J].中华肾脏病杂志，2017，33（12）：906-913.

[27]吕小萌，范秋灵，汪旭，等.糖尿病和糖尿病肾病患者循环IncRNA表达谱的分析[J].中国实用内科杂志，2017，37（3）：221-226.

收稿日期：2020-07-11;修回日期：2020-07-25

编辑/肖婷婷