李玉清 胡瓊丹 王 麗

急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)是以腎功能在短時間內(nèi)迅速下降為特征的腎臟疾病。全世界每年AKI新發(fā)病例約1330萬,在我國重癥監(jiān)護室中,危重患者 AKI 發(fā)生率達到了30%～50%[1]。有臨床數(shù)據(jù)提示,即使是較快恢復的輕度AKI仍有較高的可能性轉(zhuǎn)變成慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)[2]。AKI向CKD轉(zhuǎn)變通常認為是由AKI的不完全修復而引起的長期功能缺陷[3]。AKI向CKD轉(zhuǎn)變的病理機制涉及多種細胞類型、不同細胞活動以及復雜的分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控,主要包括腎小管上皮損傷、免疫細胞浸潤、成纖維細胞活化和間質(zhì)纖維化等。

長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs, lncRNAs)是在表觀遺傳水平上起著重要調(diào)控作用的基因組轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,其發(fā)揮作用的方式多樣,如可以直接與基因組序列相互作用調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,充當競爭性內(nèi)源RNA影響mRNA穩(wěn)定性,還可以與蛋白質(zhì)相互作用進而調(diào)節(jié)蛋白功能。此外,lncRNAs在不同細胞、組織、疾病,甚至同一疾病的不同階段,都表現(xiàn)出表達模式的特異性,可作為疾病發(fā)生、發(fā)展的潛在生物學標志物。鑒于此,本文圍繞lncRNAs在AKI向CKD轉(zhuǎn)變的病理機制的相關(guān)研究進行總結(jié),并展望了lncRNAs在AKI向CKD轉(zhuǎn)變方面的臨床應用前景。

一、lncRNAs的細胞定位與作用方式

lncRNAs是一類長度大于200nt的非編碼RNA,能夠參與生命體的眾多生理及病理過程。在真核生物中,lncRNAs多由RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)轉(zhuǎn)錄生成,經(jīng)過加帽、剪接、多聚腺苷酸化,最終折疊形成二級、三級結(jié)構(gòu)[4]。lncRNAs是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中至關(guān)重要的調(diào)節(jié)因子,在不同生命過程中發(fā)揮作用的方式與其特定的亞細胞定位有關(guān)。多數(shù)的lncRNAs富集于細胞核中,通過與核內(nèi)的DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用,順式(cis)或反式(trans)調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄,或調(diào)控染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,或參與無膜細胞核亞結(jié)構(gòu)——核旁斑(paraspeckle)的組裝[6]。

轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)中的lncRNAs可以調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性從而調(diào)控蛋白翻譯,也可以直接調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯后修飾,lncRNAs還可以競爭結(jié)合miRNAs從而負向調(diào)控相應miRNAs的功能[7]。此外,還有少部分lncRNAs分布于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器隔室中參與細胞器本身的功能與代謝,或定位于細胞間連接處,參與調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導和維持細胞連接的穩(wěn)定,或被包裝入外泌體進行細胞間轉(zhuǎn)移,進而發(fā)揮細胞間的調(diào)控作用[8]。最后,值得注意的是,部分注釋的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)可以翻譯、編碼功能性短肽[9]。因此,當研究細胞質(zhì)lncRNAs的功能時需先評估其編碼潛力,確保實驗結(jié)果反映的是RNA的功能。

表1 AKI向CKD轉(zhuǎn)變過程中已知功能lncRNAs

二、lncRNAs與腎小管上皮細胞損傷

腎近端小管上皮細胞損傷是AKI向CKD進展的驅(qū)動因素。當腎臟處于缺血、缺氧、藥物、毒素等導致的病理狀態(tài)時,腎小管上皮細胞(tubular epithelial cell,TECs)極易受到損傷。損傷后的TECs可通過去分化、增殖和再分化促進腎單位的修復,當修復機制受限或受損,則會促進AKI向CKD進展[31]。TECs發(fā)生不完全修復時,細胞內(nèi)出現(xiàn)多途徑的細胞程序性死亡相關(guān)信號通路的激活、G2/M期細胞周期阻滯、持續(xù)性氧化應激等病理變化,lncRNAs在此過程中起著重要的作用。Liu等[10]在人近端腎小管上皮細胞系(HK-2細胞)構(gòu)建的缺氧誘導的急性腎損傷體外模型中證實,lncRNA MEG3作為細胞質(zhì)lncRNA可與miR-145-5p競爭性結(jié)合以上調(diào)rhotekin蛋白(RTKN)的表達,激活Wnt/β-catenin通路,從而誘發(fā)線粒體自噬和細胞凋亡。

在人原代TECs構(gòu)建的AKI模型中,MEG3被發(fā)現(xiàn)可競爭性結(jié)合miR-18a-3p,促進Gasdermin D表達,激活細胞焦亡信號途徑,誘發(fā)TECs焦亡[11]。在缺血缺氧誘導的AKI小鼠體內(nèi)外模型中,lncRNA ENSMUST_147219能夠競爭性結(jié)合miR-221-5p,促進半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶3 (caspase-3) 增加,從而促進腎近端小管上皮細胞凋亡[12]。此外,也有研究發(fā)現(xiàn)在小鼠腎近端小管中敲除mmu-lncRNA 121686能夠顯著減弱缺血缺氧誘導的細胞凋亡。hsa-lncRNA 520657與mmu-lncRNA 121686序列具有同源性,功能相似,均能作為miR-328-5p的分子海綿,參與缺血、膿毒癥以及萬古霉素誘導的AKI進展[13]。

近端腎小管損傷后,G2/M期停滯的TECs可以通過分泌更多的促纖維化細胞生長因子(如TGF-β、CCN2等)參與AKI后的促纖維化進程[32]。lncRNAs與細胞周期G2/M期停滯相關(guān)研究很少,這提示lncRNAs調(diào)控TECs損傷后的G2/M期細胞周期停滯能夠成為未來研究AKI向CKD進展的分子機制的切入點。Jiang等[14]研究發(fā)現(xiàn),在人原代臍靜脈內(nèi)皮細胞中敲低lncRNA WEE2-AS1,增加了細胞分裂周期因子25(CDC25B)的表達,提出核定位的WEE2-AS1可能通過正向調(diào)節(jié)正義鏈上WEE2編碼基因的表達,抑制成熟促進因子活性,阻止細胞由G2期向M期轉(zhuǎn)換,但lncRNAs如何在腎臟G2/M期細胞周期停滯中發(fā)揮作用尚缺乏相關(guān)實驗證據(jù)。

TECs內(nèi)持續(xù)性氧化應激、Nrf2抗氧化防御機制受損可促進AKI向CKD轉(zhuǎn)變。lncRNAs參與了TECs中的氧化應激,在氧化或抗氧化系統(tǒng)中發(fā)揮著積極或消極作用。例如,研究發(fā)現(xiàn)lncRNA ENST00000453774.1(lncRNA 74.1)可以通過增強Nrf2-keap1信號轉(zhuǎn)導來抑制TGF-β誘導的HK-2細胞中的氧化應激,從而減緩纖維化進程。Shi等[16]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA SNHG14可以通過與miR-93競爭性結(jié)合,從而負向調(diào)控miR-93靶向IL-1受體相關(guān)激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinase4,IRAK4)和IL-6R阻斷NF-κB、STAT3信號轉(zhuǎn)導的功能,最終加劇LPS誘導的HK-2細胞的氧化應激,加速細胞死亡。

三、lncRNAs與免疫細胞浸潤

持續(xù)存在的炎性反應是促進AKI向CKD轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素。損傷后的TECs釋放損傷相關(guān)模式分子(danger associated molecular pattern,DAMPs),招募先天免疫細胞如單核細胞、中性粒細胞等聚集至受損部位參與一系列的促炎或抗炎反應[33]。lncRNAs可通過參與趨化因子的產(chǎn)生、炎癥相關(guān)基因的表達或免疫細胞的激活、分化等多種調(diào)控機制參與腎臟中的炎性反應。如lncRNA IRAR能夠通過調(diào)節(jié)TECs中CCL2、CXCL1、CXCL2等趨化因子的表達促進缺血性AKI的病程進展[18]。LRNA9884則可以通過上調(diào)MIF的產(chǎn)生,加劇腎臟炎性反應[19]。巨噬細胞由于本身功能的復雜性,是腎臟持續(xù)性炎性反應的主要參與者。例如,Hu等[17]研究發(fā)現(xiàn),lincRNA-Cox2的表達水平在 LPS刺激后的RAW264.7 細胞(小鼠巨噬細胞細胞系)中快速上升,lincRNA-Cox2能夠?qū)F-κB 亞基整合到SWI/SNF復合物中,最終調(diào)節(jié)SWI/SNF相關(guān)的染色質(zhì)重塑和巨噬細胞中晚期炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。Atianand等[20]研究發(fā)現(xiàn),lincRNA-EPS是重要的炎癥抑制因子,它可以通過與核內(nèi)不均一核糖核蛋白L(hnRNPL) 相互作用抑制巨噬細胞內(nèi)炎癥相關(guān)基因的表達,lincRNA-EPS敲除小鼠在脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS) 刺激后會表現(xiàn)出更強的炎性反應和更高的致死率。

lncRNAs也是調(diào)控巨噬細胞表型轉(zhuǎn)變的重要參與者。例如,人類巨噬細胞特異性存在的lincRNA Mac ORIS主要位于細胞質(zhì)中,敲低Mac ORIS能夠增強巨噬細胞中IFN-γ誘導的JAK2和STAT1的磷酸化,這表明Mac ORIS能夠阻斷IFN -γ信號轉(zhuǎn)導,抑制巨噬細胞M1型極化[21]。Cao等[22]通過微陣列分析發(fā)現(xiàn),lncRNA-MM2P是唯一在M1型巨噬細胞中下調(diào)但在M2型巨噬細胞中上調(diào)的lncRNA。進一步研究發(fā)現(xiàn),lncRNA-MM2P能夠通過調(diào)節(jié) STAT6 的激活,促進IL-13 或IL-4刺激的巨噬細胞 M2型極化。而Han等[23]研究發(fā)現(xiàn),在IL-4 刺激的小鼠骨髓來源的巨噬細胞中,核定位lncRNA PTPRE-AS1與WDR5直接結(jié)合,激活受體型酪氨酸磷酸酶ε(PTPRE)轉(zhuǎn)錄,并通過MAPK/ERK 1/2 通路抑制巨噬細胞M2型極化。此外,Tregs(調(diào)節(jié)性T細胞)的消耗可能會促使腎臟疾病進展,影響AKI后的腎臟修復[34]。雖有報道lncRNA Flicr、lncEGFR等與Tregs的激活和分化相關(guān),但仍需要更多的證據(jù)去闡明這些lncRNAs如何在體內(nèi)調(diào)控適應性免疫細胞的功能以及如何參與腎臟中的慢性炎性反應[24,25]。

四、lncRNAs與肌成纖維細胞活化和間質(zhì)纖維化

受損的TECs可通過間質(zhì)轉(zhuǎn)化或以旁分泌方式促使肌成纖維細胞活化,進而促進細胞外基質(zhì)的聚集,驅(qū)動腎臟疾病向纖維化進展,是AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的重要環(huán)節(jié)。lncRNAs則可通過調(diào)控肌成纖維細胞形成或調(diào)節(jié)TGF-β等纖維化相關(guān)信號通路參與AKI后的腎臟纖維化進程。例如,在人和小鼠中保守的lncRNA Rian和Miat,被證實能夠參與肌成纖維細胞的形成。在小鼠成纖維細胞NIH3T3 細胞中,敲低Rian能夠增強纖維化相關(guān)基因,如α-SMA、Col1α1、Smad3等的表達,而敲低Miat則會抑制上述纖維化相關(guān)基因的表達[27]。Chen等[26]通過建立缺血再灌注誘導的腎臟纖維化小鼠模型,發(fā)現(xiàn)lncRNA Gm12840能夠通過競爭性結(jié)合miR-677-5p,解除miR-677-5p對Wnt1誘導信號通路蛋白(WISP1)表達的抑制,參與TGF-β1誘導的成纖維細胞活化。

TGF-β/Smad是促使腎臟纖維化的核心信號通路[35]。通過在病程早期靶向特定lncRNAs阻斷TGF-β/Smad信號轉(zhuǎn)導可能會成為阻斷AKI向CKD轉(zhuǎn)變的治療新策略。Feng等[28]研究發(fā)現(xiàn),在小鼠單側(cè)輸尿管梗阻模型中,lncRNA Erbb4-IR在 TECs中顯著上調(diào),Erbb4-IR能夠抑制Smad7基因的轉(zhuǎn)錄從而增強TGF-β信號活性,敲除 Erbb4-IR 則會增加TGF-β1誘導的小鼠TECs 中 Smad7 表達,從而減弱TGF-β1/Smad3 誘導的腎臟纖維化。Wang等[29]研究發(fā)現(xiàn),lnc-TSI在TGF-β1刺激的人TECs中表達明顯增加,lnc-TSI可以直接與Smad3結(jié)合并抑制其活化(磷酸化),從而阻斷TGF-β1/Smad3信號轉(zhuǎn)導,在UUO小鼠模型中過表達人lnc-TSI能夠顯著改善小鼠腎纖維化病變。當然,也有相關(guān)研究報道lncRNAs通過調(diào)節(jié)其他纖維化相關(guān)通路介導AKI向CKD的纖維化進展。如,lncRNA-H19通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中誘導腎纖維化[30]。

五、展 望

lncRNAs是AKI向CKD轉(zhuǎn)變進展過程中的關(guān)鍵調(diào)控分子,靶向lncRNAs的基因治療可能會成為未來的新興領(lǐng)域。利用外源性載體或外泌體定向輸送功能性lncRNAs至特定細胞,或使用小干擾RNA、反義寡核苷酸、CRISPR/cas9基因編輯技術(shù)等方法敲低或敲除某一lncRNA的表達,或靶向特定lncRNA進行小分子化合物的篩選與開發(fā)等針對lncRNAs新療法的出現(xiàn),有助于解決AKI向CKD轉(zhuǎn)變這一臨床難題,具有臨床應用前景。此外,lncRNAs在不同的細胞類型和腎臟疾病的不同階段中具有顯著的差異化表達,血液或尿液中的外泌體lncRNAs有希望被開發(fā)為診斷或預測AKI向CKD進展的生物學標志物。目前,國內(nèi)外雖有極少的文獻報道lncRNAs可以作為腎臟疾病臨床診斷的標志物,但目前還尚無文獻報道lncRNAs作為生物學標志物指導臨床急性腎損傷的轉(zhuǎn)歸。由于lncRNAs本身種類繁多、結(jié)構(gòu)復雜、功能多樣,甚至在不同物種間保守性差,給臨床應用研究帶來了極大困難。lncRNAs要成為可靠的生物學標志物或者治療靶點,仍需進行更多的臨床前和臨床試驗研究予以進一步證實。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。