糖尿病肾脏疾病中表观遗传修饰与miRNAs相互作用的研究进展

汪姣 谢贵交 徐积兄

(1南昌大学第一附属医院内分泌代谢科，江西 南昌 330006；2江西省儿童医院急诊科)

糖尿病肾脏疾病(DKD)是糖尿病最常见的慢性微血管并发症之一，目前已成为全球终末期肾脏病(ESRD)的首位病因〔1〕。DKD临床特征为蛋白尿，伴血肌酐及尿素氮水平升高，最终进展为肾衰竭；病理特征主要为肾小球硬化及肾间质纤维化〔2〕。目前，DKD主要的治疗策略为控制血糖、血压、血脂、尿蛋白及改善生活方式，但仍很难阻止DKD的发生与发展。DKD病因机制复杂，众多研究认为DKD的发病与氧化应激、炎症因子、糖基化终末产物蓄积、肾素-血管紧张素-醛固酮系统等有关〔3〕。表观遗传是指不依赖DNA序列变化的基因表达和功能发生可以遗传的表型。微小RNA(miRNAs)是一类长度约为20～25个核苷酸的内源性非编码RNA,主要通过转录后调控机制调节基因的表达。近年来研究发现，表观遗传修饰与miRNAs的相互调节在DKD的病因学机制中发挥重要作用〔4〕。本文对表观遗传修饰与miRNAs的相互调控在DKD中的研究进展进行综述。

1 表观遗传修饰

表观遗传学是基因的表达水平和功能发生改变，且该变化可传递到下一代，但无DNA序列的改变〔5〕。表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、染色质重塑、X染色体失活等选择性转录调控和非编码RNA(如miRNAs、lncRNA)等转录后调控。

1.1DNA甲基化 DNA甲基化是在DNA甲基转移酶(DNMT)催化下，S-腺苷甲硫氨酸将甲基转移到胞嘧啶-鸟嘧啶(CpG)二核苷酸中的胞嘧啶上，是一种主要的甲基化修饰形式〔6〕。目前已知DNMTs有4 种：DNMT1、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b,其中DNMT1主要功能为维持甲基化，DNMT3a、DNMT3b主要参与从头甲基化〔7〕。CpG主要出现在DNA的启动子或其他转录调控区，形成CpG 岛。启动子CpG 岛甲基化后，阻断转录起始因子与启动子的结合，从而抑制转录〔8〕。

1.2组蛋白修饰 4种核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)与DNA组成核小体，是染色体的基本结构单位〔9〕。组蛋白的修饰位点主要在氨基端，如组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化等〔10〕，从而调节基因的转录活性。目前研究比较多的是由组蛋白甲基转移酶(HMT)催化的甲基化和乙酰转移酶催化的乙酰化修饰。

2 miRNA

miRNAs表达有组织特异性和时序性，可参与细胞增殖、分化、凋亡等生物学过程，并且可调节至少60% 的蛋白编码基因〔11〕。miRNAs主要作用为参与转录后调控，从而抑制靶基因表达〔12〕，为基因表达调控提供了新的模式。

3 表观遗传修饰与miRNAs交互作用

表观遗传修饰与miRNAs之间存在着复杂的交互作用:(1)DNA甲基化或组蛋白修饰等可直接或间接调控miRNAs基因的表达〔13〕；(2)miRNAs调节组蛋白去乙酰化酶(HDAC)、DNMT或转录调控因子进而影响表观遗传过程〔14〕。

3.1表观遗传修饰调控miRNAs表达在DKD中的作用 Liu等〔15〕研究揭示HDAC3调控miR-30d表达在转化生长因子(TGF)-β诱导的足细胞损伤中发挥重要作用。足细胞中TGF-β以时间依赖及浓度依赖的方式抑制miR-30d表达及特异性上调HDAC3表达，从而导致足细胞骨架损伤及凋亡；而HDAC3抑制剂或HDAC3shRNA能逆转miR-30d 及其启动子活性的下调，从而缓解足细胞损伤。进一步研究发现〔15〕，HDAC3抑制剂通过抑制组蛋白去乙酰化酶(HDAC)3-核受体协同抑制因子(NCoR)转录抑制复合物在miR-30d 启动子区的结合和HDAC3 与NCoR 蛋白间相互作用，来抑制TGF-β诱导的miR-30d 启动子区组蛋白去乙酰化，说明HDAC3可在转录水平调控miR-30d的表达。Kang等〔16〕研究提示HDAC调控miR-199b-5p抑制Klotho蛋白在高糖诱导的肾小管上皮细胞(HK)-2损伤中发挥一定作用。HK-2细胞中高糖以浓度依赖的方式促进miR-199b-5p表达及靶向抑制Klotho蛋白表达，从而导致HK-2细胞损伤及凋亡；并且HDAC抑制剂能促进高糖诱导的miR-199b-5p 表达及其启动子转录活性。另外，有研究提示，miRNA let-7a-3 启动子区高甲基化可能是DKD患者let-7a-3 低表达的重要因素〔17〕，并参与DKD的发生与发展。

肾纤维化是DKD的重要致病因素之一。Shan等〔18〕研究提示HDAC3/miR-10a/cAMP反应原件结合蛋白(CREB1)轴可能是肾纤维化的一种新机制。DKD小鼠中miR-10a表达下降，并且与尿白蛋白肌酐比值呈负相关。进而发现HDAC3 过表达能下调miR-10a表达，靶向促进CREB1及其下游的纤维连接蛋白，从而导致纤维化形成。Kato 等〔19〕研究提示,在肾小球系膜细胞中，TGF-β通过转录共刺激子p300介导的miR-192启动子区组蛋白的赖氨酸乙酰化来促进miR-192 表达，而p300抑制剂能显著抑制miR-192 表达，说明组蛋白修饰的miR-192参与肾纤维化的形成。Feng等〔20〕研究揭示p300介导的miR-146a促进纤维连接蛋白形成，从而导致肾纤维化形成。此外，Zanchi等〔21〕研究提示，在蛋白尿诱导的大鼠肾小管上皮细胞(NRK-52E)中，DNA甲基化及组蛋白乙酰化调控miR-184靶向抑制脂质磷酸磷酸酶(LPP)3，从而促进纤维化进程；而DNMT或(和)HDAC抑制剂通过激活转录活性促进miR-184表达。因此，表观遗传修饰(DNA甲基化、组蛋白乙酰化)调控miRNAs表达可能是DKD发病机制之一。

3.2miRNAs调控表观遗传修饰在DKD中的作用 Badal等〔22〕研究发现miR-93靶向调控组蛋白激酶(Msk2)及其底物H3S10在DKD进展中发挥重要作用。Msk2属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，参与H3S10组蛋白的乙酰化导致染色质重塑和转录活化。在足细胞中过表达miR-93可通过抑制Msk2表达及组蛋白乙酰化来减轻高糖诱导的足细胞损伤，进而减少尿蛋白的排泄。此外，miRNAs介导nephrin(足细胞相关蛋白)表观遗传调控参与调节足细胞功能。如miR-155靶向调控nephrin乙酰化减轻高糖诱导的足细胞损伤〔23〕。Lin等〔24〕研究表明miR-29a促进nephrin乙酰化减轻高糖所致足细胞功能障碍。体内外研究发现〔24〕，与非糖尿病小鼠相比，糖尿病小鼠中miR-29a、nephrin及乙酰化nephrin水平均较低。过表达miR-29a抑制HDAC4的信号传递，从而维持nephrin乙酰化状态；敲降miR-29a增强HDAC4的作用，从而抑制nephrin乙酰化，导致足细胞凋亡及蛋白尿。

炎症是DKD的主要发病机制之一，参与肾损伤及肾纤维化等病理过程。Yin等〔25〕探索了miR-152/DNMT/Klotho轴在TGF-B诱导肾纤维化中的作用。在肾纤维化模型小鼠中，TGF-β抑制miR-152 和miR-30a表达，促进DNMT1 和DNMT3a的活性，使Klotho蛋白启动子区高甲基化，从而导致 Klotho蛋白低表达。过表达miR-152 和miR-30a 可抑制TGF-β诱导的DNMTs的活性，增加Klotho蛋白水平，从而保护肾功能。Villeneuve等〔26〕研究发现miR-125b能调控组蛋白甲基化酶(SUV39H1)水平；过表达miR-125b显著抑制SUV39H1，敲降miR-125b显著增强SUV39H1活性。而且，SUV39H1水平与炎症相关基因如白细胞介素(IL)-6、人单核细胞趋化蛋白(MCP)-1转录活性呈负相关。因此，miRNAs调控表观遗传修饰(DNA甲基化、组蛋白乙酰化)参与DKD发生及发展。

综上，表观遗传学在DKD中的作用机制受到广泛关注,尤其是表观遗传修饰与非编码RNA(如miRNAs)的相互调控对DKD的影响，可能成为DKD治疗策略的理论基础。而各种表观遗传学药物(如DNA甲基化抑制剂)和以miRNAs为靶点的治疗药物正在不同程度的研究中，可能成为治疗DKD的新策略。