microRNA-21在糖尿病肾病发病机制中的研究进展

廖华君，文小敏，许 帅 综述 朱章志 审校

微小RNAs(microRNAs，miRNAs)是一类参与基因转录后水平调控的内源性非编码单链小分子RNA，其通过利用碱基配对原则识别靶基因3′非编码区的靶位点，从而抑制目标mRNA或降解目标mRNA，在转录后水平调控基因的表达。microRNA-21参与了细胞的多种活动，如发育、增殖、分化、代谢以及凋亡等。microRNA-21与心血管疾病[1]、胰岛素抵抗、肿瘤、糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)等关系密切，尤其是近年来microRNA-21在DN的发病机制研究中更是成为研究热点，现综述如下。

1 microRNA-21概述

microRNA家族众多，microRNA-21为其重要成员，其位于17q23.2染色体上，与编码跨膜蛋白的基因VMP1、人乳头状瘤病毒16(HVP16)以及编码RNA U6的基因整合位点的位置相重叠[2]。通过抑制靶基因mRNA的翻译过程，microRNA-21参与了细胞的多种代谢过程。microRNA-21在生物调节方面涉及到两个水平，分别是转录水平与转录后水平。在转录水平方面，microRNA-21基因的表达由多种转录因子调控，并不受基因启动子调节。现代研究[3-4]表明，转录因子Ets/PU.1以及Stat3、P53、Ets/PU.1等均可诱导microRNA-21的转录；转录因子C/EBPα、Gfil以及NFI等却可抑制其转录。在转录后水平方面，骨形成蛋白激活Drosha复合体以及转化因子-β，可令microRNA-21的生成增加[5-6]。BMPRLa途径可抑制或减缓microRNA-21的生成[7]。

microRNA-21的过度表达与多种肿瘤、心血管疾病关系密切[8]。直至近年来，研究人员发现microRNA-21与肾脏纤维化也具有紧密的关联。研究[8]表明，microRNA-21在细胞的发育、分化、增殖与凋亡中具有重要作用，且其在大多数的疾病中表达上调。

2 microRNA-21介导DN的信号途径

DN是糖尿病常见的并发症之一，发病隐匿，最终可发展至严重的肾衰竭，对患者的健康构成极大的威胁。研究[9]表明，所有DM患者中，有15%～40%的患者会发展为DN。DN病理可表现为肾小球肥大，基底膜增厚，细胞外基质(extracellular matrix，ECM)堆积，后期出现肾小球硬化、肾小管纤维化[10]。然而，DN的发病机制极其复杂，目前尚未完全清楚。近几年的研究表明，microRNA-21与DN的关系密切。

2.1microRNA-21与TGF-β/Smad信号途径转化生长因子-β(transforming growth factor-beta,TGF-β)家族庞大，包括TGF-β家族、骨形态发生蛋白家族以及抑制素/活化素家族，由大量结构相关的多肽生长因子组成。TGF-β家族有多种同分异构体，在哺乳动物的体内通常有3种形式：TGF-β1、TGF-β2与TGF-β3。各异构体的分布具有组织特异性，其中肾脏主要以TGF-β1为主，且重点在肾小球与肾小管上皮表达[11]。越来越多的研究[12]表明，在DN的发病机制中，TGF-β占有重要的地位。激活TGF-β/Smads信号通路，可促进ECM在肾脏组织细胞中的沉积，加快肾小球与肾小管细胞的肥大，加剧肾小球硬化，促进肾间质的纤维化。

研究[13]表明，TGF-β通过调节某些microRNA的表达，尤其是microRNA-21的表达，加剧DN肾纤维化的进程。Lai et al[14]研究发现，TGF-β1可调控microRNA-21的表达，而过表达的microRNA-21，则可抑制肿瘤细胞的凋亡。Wang et al[15]研究显示，在浓度依赖和时间依赖上TGF-β1可上调microRNA-21，不仅如此，过表达的microRNA-21又可通过直接下调smad7/p-smad7和间接上调smad3/p-smad3，上调α-SMA的表达，从而增加肾上皮细胞间充质转变。因此，通过调控microRNA-21的表达，从而抑制DN的肾纤维化，则不失为一个可以考虑选择的治疗靶点。Zhong et al[16]研究发现，microRNA-21作用的靶基因可能是Smad7，在实验中敲除microRNA-21后，Smad7较之前又得到了恢复，而且肾脏的纤维化程度得到改善，其机制与TGF-β1和 NF-κB 的信号通路被抑制相关。

Zarjou et al[17]发现敲除microRNA-21可以减轻单侧输尿管梗阻诱导的肾纤维化，其机制可能通过减少纤维蛋白的表达与减轻炎症巨噬细胞对肾脏的浸润。Wang et al[18]研究发现，通心络制剂可以通过上调p-smad3/smad3、α-SMA，下调smad7、E-钙黏蛋白，从而降低microRNA-21在血清以及组织细胞中的表达。Lan[19]在实验中观察发现，抑制Smad7的表达，则会促进Smad3介导的肾纤维化的进程以及NF-κB介导的炎症反应。在足细胞培养中，Lai et al[14]发现，通过抑制microRNA-21可以激活TGF-β/Smad3信号通路以及增加细胞的凋亡。Wang et al[20]发现血清microRNA-21可以增加Smad7的表达，与肾小球基底膜、肾小球面积、ACR、胶原纤维含量呈正相关性，而与内生肌酐清除率呈负相关性。因此，血清microRNA-21可能作为DN的一种有潜在价值的诊断生物标志物。

2.2microRNA-21与PTEN/PI3K/AKT信号途径染色体10上缺失的磷酸酶与张力蛋白同源物基因(phosphatase and tensin homologue on chromosome ten，PTEN)具有双重特异磷酸酯酶的活性，早期被认为是抑癌基因。但是，随着近年来的研究深入，PTEN目前被认为同时也是蛋白激酶(AKT)的负性调节器。

Shi et al[21]研究发现，microRNA-21以及其靶蛋白PTEN可促进许多种类的组织细胞的增殖，有报道称microRNA-21通过PTEN/PI3K/Akt信号通路，增强组织细胞的增殖。研究[22]表明，PTEN高表达可以抑制Akt的活化，改善肾脏足细胞表型的变化，提示PTEN通过负调控PI3K/Akt通路，可以减轻肾足细胞损伤。众多研究[23-24]结果提示，PTEN可能是一种肾脏保护基因。在早期DN中，随着肾小球损伤的加剧，作为p-Akt的负调节基因PTEN表达也在逐渐的下降，这表明PI3K/Akt信号通路在早期DN的进展中起着非常重要的作用[25]。PTEN与Notch1与肾小管间质纤维化密切相关，研究[26]结果表明高糖通过Notch1/Hes1 信号通路下调PTEN的表达以抑制自噬，从而促进DN的肾小管间质纤维化。研究[27]显示，PTEN是microRNA-21的靶点，microRNA-21直接作用于靶基因PTEN和SMAD7的3′-UTR部位，并且抑制其表达。Dey et al[28]研究表明microRNA-21是一种能够将高糖与PTEN抑制联系起来的信号分子，从1型糖尿病的小鼠肾皮质结果显示，microRNA-21的水平明显增加以及PTEN明显的减少、纤维蛋白的增加，microRNA-21可以调节PTEN的水平以及Akt/TORC1活性，从而介导了糖尿病性肾病的病理改变。研究[29]表明，microRNAs是基因组的强有力的调控因子，而全球表达谱显示microRNA-21是糖尿病肾病小鼠肾脏中最受调控的microRNA，在糖尿病患者的肾脏活检中，microRNA-21与肾小管间质损伤紧密相关。因此，microRNA-21可能成为治疗DN患者的可行性的选择。Mcclelland et al[30]研究表明，microRNA-21的上调与DN肾纤维化的严重程度、肾功能的下降速度呈正相关性，肾纤维化的改变与microRNA-21水平升高相关，microRNA-21的升高可以分别抑制Smad7和PTEN，从而调节TGF/Smad3细胞信号通路以及PI3K信号通路，最终导致肾纤维化的改变。综合而言，microRNA-21对肾小管细胞外基质的合成及沉积起着关键的调节作用，microRNA-21抑制剂可通过PTEN/PI3K/Akt信号通路抑制细胞的增殖、迁移和侵袭[31]。

2.3microRNA-21与MMP-S/TIMPS信号途径生理情况下，细胞外基质的合成与降解代谢达到平衡状态。DN的主要病理特征便是ECM的积聚。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP-s)及金属蛋白酶组织抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMP-s)在细胞外基质降解系统中起关键作用。众多研究表明，MMP-s与TIMP-s在DN的发病机制中起着极为关键的作用。Wang et al[32]研究表明，在实验动物体内，microRNA-21的表达与TIMP1、ACR、FN、IV胶原呈正相关性，与MMP-9蛋白、内生肌酐清除率呈负相关性。Zhang et al[33]发现金丝桃苷通过抑制IV胶原、TIMP-1、FN的表达，增加MMP-2、MMP-9的表达。结果表明，MMP-9为microRNA-21的靶目标，金丝桃苷通过下调microRNA-21的表达，增加MMP-9的表达，从而改善DN中的肾小球硬化。Fiorentino et al[34]研究发现在糖尿病环境下，肾脏中的TIMP3表达减少。在DN小鼠中，microRNA-21和 microRNA-221表达上调，microRNA-21和 microRNA-221的靶基因为TIMP3，因此，在DN中增加特定与TIMP-3相关联的microRNAs的表达，可能是导致TIMP-3减少的原因。

3 问题与展望

DN是糖尿病常见的并发症之一，病情呈渐进性加重，最后出现肾功能衰竭。目前，现代医学对DN尚缺乏有效的治疗手段，且因其发病机制尚未完全阐明，所以给治疗带来难题。近年来，研究人员对microRNA-21影响DN的发病机制研究颇多，然而至今仍处于探索状态，大部分研究表明microRNA-21通过多途径、多靶点促进DN的发生与发展，然而同时也有文献认为microRNA-21对DN具有保护性作用，至今尚是一个争论性的问题。因此，将来尚需做大量的实验与临床研究，通过更加强有力的证据对此争议进行证实。总之，microRNA-21作为一种潜在的治疗靶点，可为DN的治疗提供一个有价值的新思路。