李佳倡 綜述,馮佳楠,魏佳莉 審校

(海南省人民醫(yī)院腎內(nèi)科,海南 ?？?570100)

慢性腎臟病(CKD)是由各種原因引起的慢性腎臟結(jié)構(gòu)或功能異常,已逐漸成為人類(lèi)健康的重大威脅之一。CKD根據(jù)病理表現(xiàn)的不同,主要可分為糖尿病腎病(DN)、狼瘡性腎炎(LN)、梗阻性腎病、高血壓腎病及慢性腎盂腎炎等類(lèi)型。腎纖維化是CKD的常見(jiàn)病理表現(xiàn),其本身屬于一種漸進(jìn)性病理過(guò)程。纖維基質(zhì)的沉積最初有助于組織的修復(fù),當(dāng)腎臟輕度受損時(shí)便在修復(fù)過(guò)程中被吸收。然而,在CKD的損傷過(guò)程中,持續(xù)發(fā)展的纖維基質(zhì)沉積降低了組織修復(fù)能力,擾亂了器官結(jié)構(gòu)與功能,并最終導(dǎo)致腎衰竭的發(fā)生[1]。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)作為復(fù)雜生物基因組的一種特殊RNA輸出形式,自研究開(kāi)始時(shí)便飽受爭(zhēng)議。隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn),人類(lèi)經(jīng)基因組動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄的大多數(shù)RNA,其蛋白質(zhì)編碼能力嚴(yán)重不足。非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄范圍隨著生物發(fā)育復(fù)雜性的提高而不斷增加[2]。非編碼RNA以其具有的某些特殊功能與其可觀的表達(dá)規(guī)模,廣泛參與CKD在內(nèi)的多種疾病發(fā)展過(guò)程,并已逐漸引起了人們的關(guān)注。本文主要結(jié)合某些常見(jiàn)CKD的相關(guān)研究,進(jìn)一步探討腎纖維化與lncRNA的相互關(guān)系,以期對(duì)未來(lái)腎纖維化診療有所幫助。

1 CKD中腎纖維化現(xiàn)象

腎纖維化屬于一種常見(jiàn)的病理變化,主要指腎功能由正常到損傷,直至功能喪失的一系列發(fā)展過(guò)程,包括炎癥反應(yīng)期、纖維化形成期及瘢痕形成期3個(gè)階段。腎纖維化屬于腎間質(zhì)損傷的常見(jiàn)途徑,也是引起腎功能不全的關(guān)鍵因素之一,其主要特征是膠原纖維的沉積[3]。腎纖維化是CKD的常見(jiàn)病理反應(yīng),其特征主要包括腎小管上皮細(xì)胞萎縮、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及細(xì)胞外基質(zhì)在腎小管及周?chē)?xì)血管之間的過(guò)度沉積,最終會(huì)導(dǎo)致腎衰竭的發(fā)生[4]。上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是腎纖維化的最早病理表現(xiàn)之一,特點(diǎn)是E-鈣黏蛋白和閉鎖帶蛋白(ZO-1)表達(dá)減少,新生的α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)表達(dá)增強(qiáng),并與腎纖維化的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[5]。EMT由于其可逆性的存在,一直被認(rèn)為是纖維化治療的關(guān)鍵方向之一。細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)度積累,在腎臟纖維化過(guò)程中較為常見(jiàn)。細(xì)胞外基質(zhì)中的多種有機(jī)分子,通過(guò)糖基化、交聯(lián)和沉積等方式,加速了腎間質(zhì)纖維化(RIF)的進(jìn)展[6]。

人們通常認(rèn)為,腎纖維化現(xiàn)象出現(xiàn)在各種感染、異物、毒素、機(jī)械損傷和遺傳疾病等因素刺激后的創(chuàng)口愈合異常過(guò)程中,并經(jīng)歷炎癥、肌成纖維細(xì)胞激活和細(xì)胞外基質(zhì)沉積等多個(gè)階段。根據(jù)此前的多項(xiàng)研究可知,高血壓和糖尿病是腎纖維化病變的2個(gè)重要病因,而腎纖維化治療藥物則主要包括血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和受體拮抗劑2種類(lèi)型。CKD在世界范圍內(nèi)造成了較高的死亡率,迫切需要更為安全有效的治療藥物。肌成纖維細(xì)胞被認(rèn)為是腎纖維化過(guò)程中的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞,而上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞則參與了腎臟肌成纖維細(xì)胞的生成[7]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)、雷帕霉素靶標(biāo)蛋白、活性氧及遺傳修飾(組蛋白乙?；?、微核糖核酸和長(zhǎng)非編碼核糖核酸)等因素則參與了腎成纖維細(xì)胞的活化,揭示了腎纖維化治療的某些潛在方向。

2 lncRNA的作用及分類(lèi)

lncRNA是一類(lèi)非蛋白質(zhì)編碼的RNA,長(zhǎng)度一般超過(guò)200 bp[8],其相關(guān)基因在高級(jí)生物(包括人類(lèi))的基因組中占有較大比重,參與蛋白質(zhì)翻譯、細(xì)胞組織代謝及多種信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)過(guò)程,涉及生長(zhǎng)、分化、增殖到細(xì)胞凋亡等多個(gè)環(huán)節(jié),與多種細(xì)胞和生物功能調(diào)控有關(guān),具有重要的生理作用[9]。多數(shù)lncRNA進(jìn)化速度相比蛋白質(zhì)編碼序列更快,具有較強(qiáng)特異性,并參與多種細(xì)胞的分化發(fā)育及相關(guān)功能的調(diào)節(jié)[10]。lncRNA主要包括RNA聚合酶Ⅰ(pol Ⅰ)、pol Ⅱ及pol Ⅲ轉(zhuǎn)錄的相關(guān)RNA,還包括加工修飾過(guò)的內(nèi)含子RNA[9]。lncRNA可通過(guò)與DNA、RNA及蛋白質(zhì)的特異性相互作用,調(diào)節(jié)染色質(zhì)功能,進(jìn)而調(diào)節(jié)核小體功能,改善生物基因表達(dá)[11]。lncRNA的調(diào)節(jié)功能包括參與支架的形成,影響細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的活性和定位,以及在所有水平上(轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后)調(diào)節(jié)基因表達(dá),包括基因組印跡、翻譯和維持mRNAs穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō),lncRNA可以作為競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源RNA來(lái)調(diào)節(jié)microRNAs的活性,從而控制靶基因的表達(dá),導(dǎo)致包含CKD在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生[10]。

通過(guò)對(duì)人類(lèi)轉(zhuǎn)錄本的分析發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)編碼的轉(zhuǎn)錄本僅占整個(gè)人類(lèi)基因組的一小部分,而人類(lèi)轉(zhuǎn)錄本的大部分屬于非編碼RNA,這表明其調(diào)節(jié)機(jī)制仍然需要進(jìn)一步探索。根據(jù)其大小,非編碼RNA可分為微小RNA、lncRNA和環(huán)狀RNA;根據(jù)與蛋白質(zhì)編碼轉(zhuǎn)錄本相鄰的位置,還可以將lncRNA分為正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內(nèi)含子lncRNA及基因間lncRNA 5種類(lèi)型[12]。越來(lái)越多的證據(jù)表明,在細(xì)胞的遺傳信息表達(dá)過(guò)程中,lncRNA發(fā)揮出多種調(diào)節(jié)作用,與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化或凋亡的多種細(xì)胞信號(hào)通路相互作用[11],廣泛參與包括腎臟疾病在內(nèi)的多種人類(lèi)疾病發(fā)展過(guò)程。

3 lncRNA與CKD

CKD通常表現(xiàn)為RIF改變和腎功能的不可逆損傷[13],其發(fā)病過(guò)程常較為隱匿。在組織病理學(xué)方面,RIF表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)度沉積,以及腎小管上皮細(xì)胞的多種病理改變,如成纖維細(xì)胞激活、EMT、免疫細(xì)胞浸潤(rùn)及細(xì)胞凋亡等現(xiàn)象[14]。作為與CKD進(jìn)展有關(guān)的一種常見(jiàn)產(chǎn)物,TGF-β1被認(rèn)為是腎內(nèi)EMT和RIF過(guò)程中的關(guān)鍵介質(zhì),具有調(diào)節(jié)誘導(dǎo)腎纖維化的作用[15]。盡管lncRNA被認(rèn)為參與了人體多個(gè)病理生理過(guò)程,但其在RIF的發(fā)生發(fā)展中的作用和潛在分子機(jī)制尚不清楚。

3.1lncRNA與DN DN是糖尿病的一種常見(jiàn)并發(fā)癥,其發(fā)生發(fā)展及遺傳與外部環(huán)境等因素關(guān)系密切。TGF-β是一種關(guān)鍵的介體,在腎臟纖維化和炎癥中都起著關(guān)鍵作用,其中Smad3是直接的下游分子,發(fā)揮其重要的生物學(xué)效應(yīng)[16]。一項(xiàng)關(guān)于DN的研究發(fā)現(xiàn),在2種腎纖維化模型中,有21種lncRNA發(fā)生上調(diào),但在Smad3基因敲除小鼠中則出現(xiàn)下調(diào)現(xiàn)象,表明TGF-β-SMAD信號(hào)在某些lncRNA的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn),lncRNA Gm26669(Gm26669)參與了RIF的發(fā)生發(fā)展過(guò)程,并證明了lncRNA Gm26669的過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)RIF的發(fā)生,而在TGF-β1刺激的腎小管細(xì)胞中,lncRNA Gm26669的敲除則抑制了RIF過(guò)程[17]。

有研究發(fā)現(xiàn),Smad3缺失的db/db小鼠(一種2型糖尿病動(dòng)物模型)可完全保護(hù)其免受腎功能損害和組織學(xué)損害,同時(shí)伴有l(wèi)ncRNA ERBB4-ⅠR轉(zhuǎn)錄顯著降低,最終導(dǎo)致miR-29b轉(zhuǎn)錄增加[18]。作為一種致癌lncRNA,lncRNA KCNQ1OT1自發(fā)現(xiàn)以來(lái),便受到了相關(guān)科研工作者的廣泛關(guān)注。一項(xiàng)關(guān)于lncRNA KCNQ1OT1與DN相互作用關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn),DN患者KCNQ1OT1和SORBS2顯著升高。而通過(guò)KCNQ1OT1基因敲除和SORBS2基因沉默等方法,均可抑制DN細(xì)胞增殖和纖維化,并進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外,SORBS2的過(guò)表達(dá)恢復(fù)了KCNQ1OT1對(duì)DN細(xì)胞增殖、凋亡和纖維化的抑制作用。miR-18b-5p是KCNQ1OT1和SORBS2的共同作用靶點(diǎn),而KCNQ1OT1基因敲除則抑制了核因子-κB通路。最終,研究發(fā)現(xiàn),lncRNA KCNQ1OT1可能通過(guò)調(diào)節(jié)miR-18b-5p/SORBS2軸,進(jìn)而影響細(xì)胞增殖、凋亡和纖維化,最終導(dǎo)致腎衰竭的發(fā)生[19]。

作為lncRNA的特殊形式,生長(zhǎng)抑制特異性基因5(GAS5)是細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)的一種重要“調(diào)節(jié)器”,可以通過(guò)mir-96-5p/FN1軸參與RIF的調(diào)節(jié)。有研究表明,慢病毒載體介導(dǎo)的lncRNA GAS5過(guò)表達(dá),可減輕鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的RIF和腎組織炎癥反應(yīng)。此外,在STZ誘導(dǎo)的DN模型中,炎性蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)表達(dá)上調(diào),而慢病毒誘導(dǎo)的MMP9沉默卻延緩了RIF,抑制了腎臟的炎癥反應(yīng)[20]。由此可以看出,lncRNA GAS5可能抑制了糖尿病患者腎纖維化的進(jìn)一步發(fā)展。

3.2lncRNA與梗阻性腎病 單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)是一種實(shí)驗(yàn)性的嚙齒動(dòng)物模型,其以加速的方式模擬與梗阻性腎病相關(guān)的腎纖維化[21]。在一項(xiàng)關(guān)于小鼠UUO模型的實(shí)驗(yàn)中,研究人員發(fā)現(xiàn),sh-KCNQ1OT1可明顯減輕UUO所致的腎纖維化。該研究也進(jìn)一步證明,KCNQ1OT1基因的下調(diào)可通過(guò)促進(jìn)miR-124-3p在腎纖維化中的表達(dá),進(jìn)一步發(fā)揮其抗纖維化作用[22]。研究人員在用TGF-β-1誘導(dǎo)HK-2細(xì)胞建立的腎纖維化細(xì)胞模型中,通過(guò)測(cè)序鑒定Lnc453774.1的靶向差異表達(dá)基因后發(fā)現(xiàn),FBN1、IGF1R和KLF7充當(dāng)了lnc453774.1的相關(guān)下游靶點(diǎn),而lnc453774.1則可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)針對(duì)FBN1、IGF1R和KLF7mRNAs的內(nèi)源性microRNA進(jìn)而保護(hù)腎臟,最終遏制其纖維化的發(fā)生[23]。

GAS在進(jìn)化的過(guò)程中結(jié)構(gòu)功能高度保守,家族成員眾多,其基因編碼產(chǎn)物在微絲組裝、細(xì)胞生長(zhǎng)分化或凋亡及細(xì)胞周期調(diào)控等方面具有十分重要的功能。研究人員通過(guò)觀察lncRNA GAS5在腎纖維化發(fā)病中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn),在UUO性腎病小鼠模型的纖維化腎臟中,GAS5表達(dá)量明顯降低。GAS5在正常腎組織的小鼠腎小管上皮細(xì)胞及間質(zhì)成纖維細(xì)胞中均有表達(dá),而TGF-β1可以下調(diào)GAS5的表達(dá)。GAS5過(guò)表達(dá)又可阻斷TGF-β1誘導(dǎo)的Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白的表達(dá),而GAS5與miR-142-5p相互作用參與腎臟保護(hù)作用。該研究進(jìn)一步證實(shí),GAS5基因敲除可通過(guò)Smad3通路促進(jìn)TGF-β1誘導(dǎo)的小鼠腎小管上皮細(xì)胞凋亡[24]。在腎小管上皮細(xì)胞中,lncRNA GAS5的促凋亡作用也已得到證實(shí)。但是,與腎纖維化相關(guān)的lncRNA GAS5的作用和表達(dá)機(jī)制仍然飽受爭(zhēng)議。關(guān)于lncRNA GAS5在多種疾病包括腎臟病的發(fā)生和發(fā)展中的作用,已引起眾多研究人員的關(guān)注。在一項(xiàng)關(guān)于lncRNA GAS5缺乏在UUO小鼠腎纖維化中作用的研究中發(fā)現(xiàn),相對(duì)于野生型小鼠而言,GAS5小鼠的梗阻腎臟表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的腎臟纖維化和膠原沉積現(xiàn)象。UUO-GAS5小鼠血尿酸、血肌酐、尿白蛋白/肌酐比值均高于野生型小鼠。此外,α-SMA、波形蛋白、Ⅳ型膠原、纖維連接蛋白表達(dá)水平出現(xiàn)明顯升高?？梢园l(fā)現(xiàn),在UUO所致腎纖維化過(guò)程中,lncRNA GAS5缺陷加重了腎功能的下降,促進(jìn)了EMT的發(fā)生[25]。由此可以推測(cè),GAS5或許具有一定的腎纖維化保護(hù)作用。然而,對(duì)于lncRNA GAS5與腎纖維化的具體關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

3.3lncRNA與LN LN是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)最常見(jiàn)的嚴(yán)重臟器表現(xiàn)之一。大約20%的LN合并SLE患者會(huì)逐步進(jìn)展為終末期腎病。該腎炎的臨床表現(xiàn)多種多樣,從無(wú)癥狀蛋白尿到與腎病和腎病綜合征及終末期腎病相關(guān)的各種表現(xiàn)[26]。

近幾年的研究發(fā)現(xiàn),lncRNA除了與DN和CKD的腎纖維化現(xiàn)象有關(guān)以外,還與包括LN的纖維化過(guò)程關(guān)系密切。在一項(xiàng)關(guān)于SLE診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的研究中,學(xué)者通過(guò)實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)檢測(cè)SLE組和健康對(duì)照組MALAT1和GAS5表達(dá)水平后發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組比較,SLE組MALAT1表達(dá)出現(xiàn)異常上調(diào),而GAS5表達(dá)水平有所下降。與非NN患者比較,LN患者GAS5表達(dá)水平顯著下調(diào)。GAS5與腎小管萎縮、腎小球硬化、間質(zhì)纖維化及高血壓相關(guān)。研究證明,lncRNA中GAS5和MALAT1可作為SLE診斷生物標(biāo)志物[27]。此外,GAS5還可區(qū)分SLE中LN和非LN,并可進(jìn)一步預(yù)測(cè)LN患者腎纖維化程度。

3.4其他 除以上3種疾病外,研究人員還進(jìn)行了CKD與其他lncRNA的相關(guān)研究。有研究發(fā)現(xiàn),TGF-β1和低氧刺激均可顯著上調(diào)人腎小管上皮細(xì)胞中l(wèi)ncRNA lnc-CHAF1B-3表達(dá),并隨著EMT相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)一步增加。LNC-CHAF1B-3基因的敲除可顯著抑制TGF-β1誘導(dǎo)的Ⅰ型膠原α1、鈣黏蛋白-2、纖溶酶原激活物抑制物-1、蝸牛家族轉(zhuǎn)錄抑制因子1(SNAI1)和SNAI2的表達(dá)上調(diào)。Lnc-CHAF1B-3的表達(dá)與尿蛋白水平呈正相關(guān),而與估計(jì)的腎小球?yàn)V過(guò)率呈負(fù)相關(guān)。原位雜交結(jié)果顯示,該基因僅在近曲小管表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)提示,LncCHAF1B-3通過(guò)調(diào)節(jié)EMT相關(guān)信號(hào)來(lái)影響RIF的進(jìn)展[28]。因此,lnc-CHAF1B-3或許會(huì)成為治療RIF治療的潛在靶點(diǎn)。HAO等[22]通過(guò)生物信息學(xué)分析和雙熒光素酶報(bào)告基因分析發(fā)現(xiàn),miR-124-3p是KCNQ1OT1的靶基因。該研究首次揭示了lncRNA KCNQ1OT1基因敲除通過(guò)直接靶向miR-124-3p,抑制細(xì)胞增殖,下調(diào)α-SMA和纖維連接蛋白表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮其抗纖維化作用的線索[22]。

4 小 結(jié)

腎纖維化作為一種常見(jiàn)的腎臟病理生理變化,常發(fā)生在多種慢性腎臟疾病之中。因其與腎功能關(guān)系密切,該現(xiàn)象現(xiàn)已逐漸引起了人們的關(guān)注。lncRNA作為一種非蛋白質(zhì)編碼RNA,可通過(guò)調(diào)節(jié)microRNA活性,繼而控制靶基因表達(dá),參與機(jī)體多種細(xì)胞生物功能的調(diào)節(jié)。雖然有關(guān)RIF及l(fā)ncRNA的研究頗為廣泛且種類(lèi)較多,但涉及二者關(guān)系及其相關(guān)分子信號(hào)通路的研究仍較為有限且機(jī)制不夠明確。關(guān)于臨床中腎纖維化的防治工作,仍面臨較大的困難和挑戰(zhàn)。有關(guān)CKD纖維化機(jī)制的研究,還有待進(jìn)一步推進(jìn)與完善。