长链非编码RNA调控糖尿病肾脏疾病分子机制的研究进展

张 鑫，倪琳琳，黄延芹,徐云生

(1.山东中医药大学，山东 济南 250355，2.山东中医药大学第二附属医院，山东 济南 250001，3.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014)

糖尿病是由遗传和环境因素共同作用引起的以高血糖为主要临床特征的代谢疾病。根据2017年国际糖尿病联合会(IDF)统计，全球20～79岁年龄段的糖尿病患病率为8.8%[1]。持续的高血糖可导致心脏、肾脏等脏器损伤、功能障碍。糖尿病肾脏疾病(DKD)是指由1型和2型糖尿病所致的慢性肾脏疾病，是糖尿病主要的微血管并发症，其特征是肾管间细胞外基质(ECM)蛋白质的过度积累，最终导致慢性肾衰竭[2]。近年来随着科学技术的不断成熟，长链非编码RNA(lncRNA)的生物学特征以及功能被逐渐发掘，lncRNA的异常表达被证实在分子水平调控了DKD的病理发展过程。本文拟对DKD的分子机制及长链非编码RNA在DKD中的调控进行综述。

1 lncRNA的概述

非编码RNA(non-cording RNA，ncRNA)是指转录组中不翻译为蛋白质的RNA，根据其长度被分为短链(<200 nt)ncRNA和长链(>200 nt)ncRNA(lncRNA)[3]。因为其不具备编码蛋白质的能力，在过去一直被认为是代表了RNA处理过程中产生的转录噪声或残余垃圾[4]。现在，随着高通量技术的发展，人们能够以前所未有的分辨率和规模深入研究非编码基因组，发现lncRNA在生物通路中起着至关重要的作用，包括染色体沉默和活化，基因组印记、分化等[5]。lncRNA还可以通过各种方式调节基因表达，包括表观遗传调控、转录、转录后调控、转化蛋白质位置效应等。与功能多样性一致的是，lncRNA的作用方式也有很大差异。lncRNA可以招募表观遗传因子来改变染色质状态，组装转录机制以触发转录的启动或作为结构组织者参与亚细胞器的形成。此外，lncRNA本身也可以作为微RNA(miRNA)编码miRNA的前体或海绵，并针对某些导致RNA降解或inhibit翻译的mRNA。

2 糖尿病肾脏疾病的发病机制

DKD发病机制复杂，至今尚未完全阐明，目前普遍认为是由遗传和环境因素共同作用导致的。长期的高血糖状态导致的肾血流动力学改变及糖基化终末产物增多是造成肾脏病变的基础[6]。肾脏血液循环障碍可使肾小球内压升高，引起高灌注，基底膜受压增厚导致了肾小球硬化。糖基化终末产物堆积可使肾小球基底膜结构发生改变，肾脏细胞外基质沉积，从而导致了肾小球硬化及肾间质纤维化。

糖基化终末产物又可诱发炎症细胞因子的产生，炎症因子可使纤维细胞转化为成纤维肌细胞，加速肾小球硬化，从而进一步加重了对肾脏组织的损伤，肾脏受创后可产生大量活性氧(ROS)，ROS通过smd2磷酸化促进了肾小管上皮细胞向间质细胞的转化，从而造成肾小管间质损伤并导致了肾小管间质纤维化[7]。

3 lncRNA在DKD病理过程中的调节

3.1保护性lncRNA改善DKD机制

3.1.1浆细胞瘤变体易位1(PVT1)下调抑制糖尿病肾病的足细胞损伤和凋亡 PVT1是第一个发现与肾脏疾病相关的lncRNA[8]。Liu等[9]在链脲佐菌素(STZ)诱导的DKD小鼠模型及体外HG培养的小鼠肾足细胞(MPC5)中发现PTV1表达增加，敲低PTV1后可减少足细胞凋亡及损害。此外，PTV1可显著降低FOXA1的CpG岛的甲基化水平，从而抑制FOXA1的表达。通过流式细胞术检测发现FOXA1过度表达可使Bcl-2表达升高，Bax、caspase-3表达降低，β细胞凋亡率降低。上述表明沉默PVT1或过度表达FOXA1可抑制DKD中足细胞的凋亡和损伤。

3.1.2Blnc1上调降低炎症与氧化应激损伤，改善肾脏纤维化 Feng等[10]在STZ诱导的DKD大鼠模型及体外HG处理的人肾小管上皮细胞(HK2)细胞中发现Blnc1表达升高。上调Blnc1可使HK-2细胞中PTEN、纤维素、胶原蛋白I、胶原蛋白IV、炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)与活性氧(ROS)水平显著降低。NRF2/HO-1和NF-κB信号通路在DN中发挥了重要作用[11]。检测相关的关键蛋白质(NRF2、HO-1、Iκβ、p-NF-κB P65)发现HK-2细胞中的高葡萄糖损伤显著降低，Blnc1抑制剂可逆转效应。说明了Blnc1通过NRF2/HO-1和NF-κB通路在DN中充当炎症、氧化应激和纤维化的新型调节器。

3.1.3TUG1上调改善系膜细胞的增殖和细胞外基质的积累 TUG1是位于人染色体22q12中的lncRNA[12]。Zang等[13]在STZ诱导的DKD大鼠模型及体外HG处理的MCs中发现TUG1表达减少。TUG1的过度表达下调了转录调节因子(TGF-β1)、纤维连接蛋白(FN)和四型胶原蛋白(COL-IV)表达。PI3K/AKT通路在肾小球系膜细胞的增殖和ECM积累中起着关键作用,TUG1的高表达显著降低p-PI3K和p-AKT蛋白水平，抑制PI3K/AKT途径的激活，从而改善了系膜细胞的增殖和细胞外基质的积累，表明TUG1在DKD中的保护作用[14]。

3.1.4NR_038323 上调改善糖尿病肾病纤维化 Ge等[15]通过STZ诱导的DKD大鼠模型及HG处理的HK2细胞中发现，NR_038323的过度表达一方面降低了Ⅰ型胶原、Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白的表达水平，另一方面其几乎完全抑制了HG诱导的细胞外基质的积累。此外NR_038323抑制miR-324-3p的表达和活性，DUSP1为miR-324-3p的靶点，表达水平被其显著抑制，DUSP1的过度表达通过p38MAPK和ERK1/2途径的失活发挥抗纤维化作用。进一步表明NR_038323通过作为miR-324-3p的ceRNA调节DUSP1的表达来改善DKD纤维化。

3.1.5肺癌转移相关转录本1(MALAT1)下调改善足细胞损伤 MALAT1在STZ诱导的糖尿病肾病小鼠肾皮质中表达上调。当用siRNA敲低MALAT1以衰减表达后，足细胞特异标志p-钙黏着蛋白和ZO-1的表达升高，结蛋白的表达降低，从而可以改善高糖所致的足细胞损伤[16]。此外，b-连环蛋白(b-catenin)是Wnt信号通路中的关键介质，它的异常表达促进足细胞功能异常和蛋白尿，并导致肾脏纤维化[17]。b-连环蛋白通过与MALAT1的启动子区域结合参与MALAT1的转录，敲低MALAT1表达，可以阻止b-连环蛋白核积聚，从而纠正足细胞损伤。

3.1.6GAS5 上调减轻糖尿病肾脏细胞增殖与纤维化 GAS5是一种新的糖尿病标志物，在PKD大鼠中显著下调。过表达GAS5可缓解系膜细胞(MCs)中与纤维化相关的蛋白质(FN、Col-4和TGF+1)的表达。此外，lncRNA-GAS5以直接瞄准和Ago2依赖方式作为miR-221的内源性海绵，lncRNA GAS5过度表达降低了mir-221的表达。mir-221通过靶向SIRT1抑制了MC的增殖及纤维化相关蛋白质的表达，沉默SIRT1可恢复miR-221对MC增殖和纤维化的负调控作用。lncRNA GAS5作为miR-221海绵通过上调SIRT1表达，抑制细胞增殖和纤维化相关蛋白，有助于DN的靶向治疗[18]。

3.1.7尿路上皮癌胚抗原1(UCA1)下调改善肾功能，减轻炎症反应 UCA1位于人类染色体19p13.12上。Shi等[19]在STZ诱导的DKD大鼠模型中发现，UCA1抑制剂通过下调血尿素氮(BUN)、肌酐(SCr)和尿素氮(UP)的表达水平来改善肾功能。PI3K信号通路在DKD的炎症反应中起着重要的调节作用，UCA1抑制剂通过敲低PI3K-Akt信号通路来改善炎症因子(血清TNF-α和IL-6)的反应。表明LncRNA UCA1可以减轻肾脏病理损害，改善肾功能，减轻炎症反应。

3.2损伤性lncRNA促进DKD机制

3.2.1反义线粒体非编码RNA-2(ASncmtRNA-2)上调促进氧化应激介导的DKD纤维化 ASncmtRNA-2是一种在线粒体中表达并输出到细胞核的线粒体lncRNA[20]。Gao等[21]通过DKD小鼠模型与HG培养的人肾系膜细胞(HRMCs)发现ASncmtRNA-2在体内外DKD中显著表达上调。生理氧化应激和氧化产物(如ROS)刺激可以促进ASncmtRNA-2的表达，ASncmtRNA-2的表达与促纤维化因子(TGF-β1、FN)的表达呈正相关。ROS诱导的ASncmtRNA-2可以通过以下机制诱发对人体肾脏的损害：一方面诱导脂质过氧化、蛋白质交联和DNA增理的形成，导致组织损伤；另一方面对细胞DNA造成直接损害和激活多个细胞信号通路，包括TGF-β1和FN。这些机制诱导ROS的进一步促进细胞因子的分泌和ECM成分的沉积，导致更严重的肾脏损害[22]。

3.2.2核糖核酸酶PRNA组分H1(Rpph1)上调促进糖尿病肾病系膜细胞的炎症和增殖 Rpph1是一种与DKD密切相关的lncRNA。Zhang等[23]通过db/db-DN小鼠肾组织和HG培养的MCs发现Rpph1表达增加，Rpph1过表达显著增加了促炎细胞因子Mcp-1和Tnf-α的水平与Mek1/2、Erk1/2和c-Jun的磷酸化程度。Gal-3是DN的一个生物标志物，Rpph1过度表达通过直接与Gal-3相互作用，激活Mek/Erk下游通路，促进炎性细胞因子的表达和MCs的增殖[24]。

3.2.3TCF7上调触发糖尿病肾病患者的内质网应激 Liu等[25]通过DKD患者与HG诱导的人足细胞株(CIHP)发现，lncTCF7在体内外表达显著上调，一些关键的内质网应激相关基因，如CHOP、XBP1和caspase3的表达显著增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2的表达显著降低，导致了严重的肾损害，并引发了细胞凋亡。进一步研究发现lncTCF7过表达降低了miR-200c的表达，而敲低miR-200c表达可以触发内质网应激[26]，提示lncTCF7是通过靶向miR-200c促进足细胞内质网应激，加重了DKD的发生发展。

3.2.4ZEB1反义转录物1(ZEB1-AS1)下调促进人肾小管上皮细胞纤维化 ZEB1-AS1来源于ZEB1启动子区域[27]。敲低ZEB1-AS1的表达，可显著增加Ⅰ型胶原、Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白、a-SMA和p53的表达，PIF治疗可抑制其表达。PIF对P53的抑制降低了HG诱导的ECM蓄积，并逆转了Hg对ZEB1-AS1表达水平的抑制作用。p53过表达可加重肾功能不全、肾小管上皮破坏等，进一步提示p53可能是通过直接下调ZEB1-AS1的表达而降低ZEB1的表达，从而促进HK-2细胞的肾纤维化与细胞外基质积累[28]。

3.2.51700020I14Rik下调促进糖尿病肾病细胞增殖和纤维化 Li等[29]通过db/db小鼠模型与HG处理的MCs中发现1700020I24Rik在体内外DKD中显著表达下调。1700020I14Rik的敲除升高miR-34a-5p的表达，miR-34a-5p通过Sirt1/HIF-1α信号途径增强了肾纤维化相关因子Col-4、FN和TGF-β1的表达。此外，1700020I14Rik的敲除降低了Sirt1的表达和HIF-1α的上调，增加了纤维化相关基因胶原脯氨酰4-羟化酶1(P4HA1)、胶原脯氨酸4-羟化酶2(P4HA2)和前胶原赖氨酸(PLOD2)的表达，从而促进了糖尿病肾病细胞增殖和纤维化。提示1700020I14Rik的表达下调可能是DKD预后不良的危险因素，有助于DN的发展和进展。

4 lncRNA作为DKD的潜在治疗靶点和分子生物标志物

4.1ENSMUST000147869下调改善系膜细胞的增殖和纤维化 在DKD中，ENSMUST0001869下调。MCs的增殖和纤维化指标在与ENSMUST0001869相邻的基因位点Cyp4a12a的作用下被逆转，它是主要的20-羟基二十碳四烯酸合酶。Cyp4a12a是Cyp4a亚型的一个成员。CYP4蛋白代谢脂肪酸、二十烷酸和维生素D，对化学防御很重要，肾脏CYP4花生四烯酸代谢产物的产生可导致肾功能异常[30]。下调的Cyp4a12a被定义为一个靶基因，它可以在ENSMUST000147869过度表达期间募集[31]。ENSMUST0001869可影响ECM的合成，并在高糖条件下显著降低MCs中纤维粘连蛋白和Ⅳ型胶原的水平[32]。ENSMUST0001869的过度表达可显著降低MCs增殖指数(PCNA和cyclin D1)、纤维化指数(胶原I和FN)的表达及生长速度。因此，在Cyp4a12a附近的基因间lncRNA-ENSMUST000147869可作为DN的潜在治疗靶点和分子生物标志物。

4.2MEG3上调促进糖尿病肾脏组织的炎症反应和纤维化 Zha等[33]建立DKD大鼠模型发现，MEG3在DN中表达上调，且主要定位于MC的胞浆中。当敲低MEG3时，细胞纤维化(TNF-α、α-SMA和TGF-β1)与炎症因子(CRP、IL-1β、IL-6、MCP-1)表达会减少。MEG3表达上调时可降低MiR-181a表达，Egr1被认为是miR-181a的目标基因。蛋白质印迹法(Western blot)表明，miR-181a抑制增加了Egr-1和TLR4纤维化相关蛋白与炎症细胞因子的表达。进一步说明了MEG3的作用机制是ceRNA，通过调节miR-181a/Egr-1/TLR4轴来促进DKD的纤维化和炎症反应。因此，MEG3可作为潜在的治疗靶点和生物标志物，用于进一步的DN临床应用。

4.3CYP4B1-PS1-001下调减轻糖尿病肾脏细胞增殖与纤维化 CYP4B1-PS1-001在体内外DKD显著下调，Wang等[34]通过HG处理的MCs中发现，CYP4B1-PS1-001的过度表达降低了MCs中ECM的主要成分FN和胶原蛋白I的水平。核仁素(NCL)在MCs中表达上调，促进DKD细胞的增殖[35]。CYP4B1-PS1-001的过度表达可以导致NCL明显泛素化，从而降低NCL蛋白的表达水平。此外，CYP4B1-PS1-001相关NCL的降解由泛素蛋白酶体依赖性途径介导。总体而言，CYP4B1-PS1-001可以为DKD发病机制提供潜在的治疗靶点和分子生物标志物。

5 结 语

lncRNAs在DKD的发生发展中起重要作用，lncRNA的异常表达与DKD的病理过程息息相关。通过调控lncRNA的表达水平，上调保护性lncRNA，下调有害的lncRNA，减缓或阻断DKD的病理发展，可以达到治疗疾病的目的。尤其是潜在治疗靶点和分子生物标志物lncRNA的发现，为临床医学提供了更为合适的治疗手段。然而lncRNA在DKD中的调控是复杂的，涉及多分子间的相互作用和信号通路，并且上述某些lncRNA的研究是在大鼠小鼠模型中进行，这些lncRNA是否存在于人类基因组中并发挥同样的作用有待我们进一步的研究。未来，随着测序技术和干扰技术的发展，将会有更多与DKD相关的lncRNA被发现，需要深入开展更多有意义的研究。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。