外泌体微RNA在糖尿病肾病中的调控机制及中药干预研究进展※

农 婷 张晓凤 赵红丽

(1.陕西中医药大学2021级硕士研究生,陕西 咸阳 712046;2.陕西省中医医院科教处,陕西 西安 710003)

近年来,随着肥胖人口增多及饮食结构改变,糖尿病患病率逐年升高,到2030年,全球范围内糖尿病人口总数将达7亿[1]。糖尿病长期存在的高糖状态,引起了各个器官的慢性损伤,如糖尿病周围神经病变、糖尿病心脑血管并发症、糖尿病肾病 (diabetic nephropathy,DN)、糖尿病眼底病变和糖尿病足等。根据数据显示,糖尿病患者中约40%可能进一步演变成DN[2]。大量研究数据显示,外泌体微RNA(miRNA)在DN的生理病理机制中发挥关键作用。兹将miRNA在DN中的调控机制及中医药干预研究进展综述如下。

1 DN的基本概念

DN是常见的肾小球疾病,临床特征是出现蛋白尿、肾小球滤过率(eGFR)下降、高血压。目前DN发病机制尚未清楚,根据研究表明,代谢异常(如高血糖、高血压和血脂异常)、血流动力学变化、肾素-血管紧张素系统激活和氧化应激参与了DN的发病机制[3]。随着病情进一步进展,容易进展成终末期肾病。大量临床研究证实,透析及肾移植患者易出现多种并发症,使死亡率提高[4]。

2 外泌体miRNA概念

外泌体是直径范围约40～100 nm的盘状性外囊泡,目前外泌体分泌机制尚无准确说法,当前观点认为外泌体的产生过程包含质膜的内陷和与含有腔内囊泡(ILV)的细胞内多泡体(MVB)的形成,从而通过MVB与质膜的融合和胞吐作用[5],同时将外泌体释放到细胞膜外。其内包含蛋白质、脂质、代谢物、mRNA和miRNA[6]。研究发现,miRNA为一组短的约18-25核苷酸长链非编码RNA,能够参与细胞间通讯[7]。通过与靶mRNA的3’非翻译区(UTR)或开放阅读框(ORF)区域结合来介导转录后调控。而miRNA借助这种方式参与了生物疾病的发生发展、细胞间的发育、死亡、转移等过程。通过对miRNA的研究发现,miRNA在多种疾病中的表达较为显著,而通过抑制这些miRNA能够有利于预防或逆转疾病进展[8]。TRIONFINIP等[9]研究表明,miRNA调控与肾脏疾病相关的关键基因和miRNA的表达。这些研究证实,一些miRNA通过靶向与纤维化、炎症、氧化应激和信号转导相关的基因,参与促进或减弱DN的进展。

3 miRNA与DN

DN的病理突出特征是肾间质纤维化,其病理机制过程较为复杂,包括肾小球基底膜(GBM)增厚、系膜扩张、结节性肾小球硬化和肾间质纤维化。研究证实,在肾脏发育中miRNA能够起一定作用[10]。BARUTTA F等[11]评估是否存在早期DN的1型糖尿病患者的尿外泌体中miRNA的表达。结果:miR-130a和miR-145表达上调。EISSA S等[12]检查了156例2型糖尿病肾病(T2DN)患者,确定了3种DN的miRNA标志物miR-30a、miR-342和miR-133b在T2DN患者中表达水平显著升高,且这3个miRNA的高水平表达与糖化血红蛋白(HbA1c)、血压、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、血清肌酐(Cr)、尿白蛋白肌酐比值(UACR)和eGFR有关。此外,其他研究也进一步证实了外泌体miRNA在DN中的影响。

3.1 miR-21 越来越多数据证明,miR-21是DN小鼠肾脏中调控水平最高的miRNA之一。miR-21通过诱导肾脏细胞中的磷酸酯酶与张力蛋白同源物/蛋白激酶B(PTEN/PKB)通路及Smad同源物7重组蛋白(Smad7)从而促进肾脏纤维化。KÖLLING M等[13]在健康小鼠和用链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠的肾脏中发现了存在于DN中几种miRNA。在这些miRNA中miR-21表达较为突出,并对肾脏进行了切片处理,发现miR-21在肾脏的各个部位都富含,其中肾小球细胞最高。WANG J等[14]运用实时逆转录聚合酶链式反应、细胞转染、荧光素酶报告基因检测等方法,发现了在血清及肾组织的miR-21是随着DN的进展逐渐升高。在高糖状态下,肾系细胞可增加miR-21表达,从而抑制磷酸酶与张力蛋白同源的基因的下调和丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶的磷酸化,最后miR-21能增强高糖诱导的雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)活性,进一步增加肾细胞肥大和纤维化[15]。

3.2 miR-192 SUN Y等[16]研究发现,相对于其他器官,在肾脏器官中miR-192表达最突出。KRUPA A等[17]发现在DN患者中,miR-192表达会随着DN的进一步演变降低。miR-192的表达可被转化生长因子β(TGF-β)诱导的近端肾小管细胞所降低。然而,关于miR-192作用在DN的研究结果出现了争议。KATO M等[18]研究发现,通过注射STZ的糖尿病小鼠分离出的肾小球细胞miR-192水平上升。该项研究中还发现,用TGF-β去诱导糖尿病小鼠的系膜细胞,miR-192表达显著上调。而其结果不相符的原因考虑可能存在动物差异、实验差异、研究方法不同。

3.3 miR-29 WANG B等[19]研究发现,miR-29家族在抗纤维化中起着重要调节作用。而TGF-β被证实在肾纤维化进展中起重要作用。WANG H等[20]通过肌肉注射外泌体miR-29于单侧输尿管梗阻(UUO)诱导的糖尿病小鼠,发现miR-29可抑制TGF-β3,从而减少肾纤维化。LONG J等[21]实验表明,2型糖尿病模型小鼠的肾小球中miR-29c表达增加,并且敲除miR-29c能阻止DN的进展。

4 中药治疗

DN在中医学并无特定名称,根据其临床表现,归为“消渴肾病”范畴。DN是由于糖尿病日久,损伤肾精,导致肾失封藏,从而精气随尿液外泄。脾气亏损为DN的诱导因素,而肾气进一步亏损是DN进展的关键因素,虚、瘀、浊一直存在。中药存在多途径、多靶点的作用机制,但其药效学成分和分子机制不确定。研究发现,中药可通过对外泌体miRNA相关信号的影响,改善DN相关临床表现及肾功能,从而进一步达到既病防变和未病先防。

4.1 中药单味药治疗 黄芪补气,广泛用于糖尿病治疗中,特别是DN的治疗。临床研究表明,黄芪可调节DN的血糖、蛋白尿和Cr水平[22]。黄芪多糖可通过干预肾脏组织中的血管紧张素转化酶(ACE)mRNA及蛋白的表达,进而减少蛋白尿形成,改善肾脏组织。WANG X L等[23]将黄芪甲苷用于糖尿病小鼠及原代小鼠足细胞中,发现黄芪皂苷通过抑制miR-21过表达诱导的足细胞去分化和MC激活来改善肾功能和肾纤维化。姜黄素因其抗氧化、抗炎的特性而具有广泛的治疗潜力。陈静等[24]将SD大鼠分为对照组、DN组及姜黄素组,发现姜黄素组大鼠中miRNA-146a表达上调,进而通过调控6重组蛋白(TRAF6),抑制磷酸化细胞核因子κB抗体(p-NF-κB)介导的促炎因子mRNA表达。由此可见,姜黄素可通过促进miR-126a表达而抑制NF-κB信号分子,改善DN的肾脏损害。邓晓威等[25]发现黄连素能缓解糖尿病大鼠胰岛素抵抗(IR)作用,通过调控miR-29a来调控血糖,从而发挥降血糖机制。

4.2 中药提取物治疗 韩菲[26]通过动物实验及细胞试验发现,雷公藤甲素通过上调miR-137的表达从而能抑制跨膜受体蛋白1(Notch1)信号通络,进而抑制高糖状态下肾系膜细胞中的细胞外基质蛋白沉积,进而缓解或改善糖尿病引起的肾损伤。孙成博等[27]发现茵陈提取物用于糖尿病大鼠肾脏组织,可通过调控miR-21表达,从而抑制转化生长因子β1(TGF-β1)、蛋白质Smad2/3表达,增加Smad7表达,保护肾脏。

4.3 中药复方治疗 传统中药复方肾康丸由黄芪、芡实、水蛭、金樱子、益母草等组成。王明[28]通过动物实验发现,肾康丸通过降低miR-192表达,从而改善肾功能及延缓DN进展。洪金妮等[29]研究降糖复方(药物组成:地锦草、丹参、生黄芪、知母、黄连)水提物对DN小鼠的影响,结果发现降糖复方水提物通过激活PI3K-Akt信号通路,从而抑制 NF-κB磷酸化,抑制炎性因子产生及聚集,进一步达到改善DN的作用。叶太生等[30]研究发现,当归补血汤通过调控miR-21表达,增加肾足细胞自噬活性,进而延缓DN大鼠肾功能恶化。

5 结语

大量研究表明,外泌体miRNA对肾脏起着一定作用。miRNA在相关肾脏疾病中的作用机制尚未清楚,而不同的外泌体miRNA可通过不同的作用方式参与DN的发生发展。目前,DN的现代医学治疗措施较为单一,而中医药通过多靶点、多途径方式,调控系膜细胞外基质沉积、细胞组织凋亡等,改善炎性反应、肾纤维化状态,从而改善DN。相关文献尚少,为更好地阐明外泌体miRNA在DN中的作用机制,仍需进行大量探索。