
IgA肾病发病机制复杂,病因不明,一些microRNA可能参与其致病过程,并且可能与其关键酶——核心β1、3半乳糖基转移酶相关。现介绍表观遗传学的定义,microRNA的概念、基本结构和功能。结合文献总结、概述目前在IgA肾病患者中已经发现的异常表达的microRNA,以及其可能的作用方式。
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IgA肾病是儿童常见的原发性肾小球疾病,约占亚洲原发性肾小球疾病的50%。约有20%的患儿在起病20年后发展为慢性肾衰竭,需长期肾脏替代治疗[1]。该病已成为导致慢性肾衰竭常见的原因之一。microRNA(miRNA)是在转录后水平调节基因表达的非编码RNA[2],其在肿瘤、肝炎、脓毒症、心肌梗死等疾病中均发挥一定程度的作用,影响疾病的发生、发展。miRNA是否与IgA肾病相关,某些特异性miRNA的表达水平是否参与IgA肾病致病过程,现结合文献进行简述。
IgA肾病是与免疫反应相关的多因素参与致病的疾病,其病因和发病机制尚不明确。但众多研究已揭示IgA1分子O-聚糖异常糖基化是IgA肾病重要的发病机制之一[3]。在IgA肾病患者的血清、尿样以及尸检获得的肾脏组织的检测中,均发现异常糖基化的IgA分子,异常糖基化IgA分子更易于与系膜基质成分结合而沉积在肾脏,从而造成对肾脏的损伤。已经证明核心β1、3半乳糖基转移酶(C1β3GALT1)活性降低与异常糖基化IgA分子的形成密切相关[4,5]。但是对该酶的编码基因进行大量研究后,国内外学者没有发现与其活性下降相关的特异性基因突变位点。提示基因突变可能并非IgA肾病致病原因,其他机制如表观遗传学机制可能与其发病相关。
最近几年,表观遗传学已成为生物医学研究的热点。表观遗传学是指DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNAs对基因表达的调节,这种调节不依赖基因序列的改变并且可以遗传。表观遗传学因素相互作用调节基因表达,控制细胞表型。其表达异常也是很多疾病发生的原因[6]。DNA甲基化和RNA干扰是表观遗传学研究的焦点和重心。研究证实,DNA甲基化异常或RNA干扰异常与某些疾病(如某些肿瘤等)的发生发展密切相关,推测miRNA受DNA甲基化转录调节,并可能反作用于DNA甲基化从而调节转录[7]。本课题组的前期研究工作也显示,核心β1、3半乳糖基转移酶的分子伴侣cosmc (基因:C1GALT1C1)启动子区CpG岛异常甲基化状态可能与IgA肾病发病相关,同时,也发现一些miRNA在IgA肾病中异常表达,并且可能与C1GALT1C1启动子区CpG岛甲基化水平相关[8]。
在表观遗传学中,miRNA是研究的重点之一。miRNA为21~25个核苷酸,在转录后水平调节基因表达的非编码RNA。其通过与3'-非翻译区(3'UTRs)的RNA结合或者开放靶基因的阅读框,导致目标mRNA降解或抑制mRNA翻译[9]。最初,研究者们认为miRNA没有功能并且可以被降解;但新近的研究证据表明,其可以作为功能链且可以发挥重要的生物学作用[10]。miRNA大多数被RNA聚合酶Ⅱ转录,长的初级转录产物具有特征性的发夹结构(pri-miRNA)。在细胞核内,miRNA被RNase III Drosha联合其辅助因子(如DGCR8等)加工处理成为长70~100个核苷酸长度的前体miRNAs(pre-miRNAs)[11]。随后前体miRNAs被输送到细胞质中,被剪切为miRNA:miRNA双链。成熟的miRNA被纳入RNA诱导的沉默复合体,后者包括GW182和Argonaute蛋白。研究显示,miRNA通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA,导致mRNA的降解或抑制mRNA的翻译[12]。另有研究报告,miRNAs也绑定到5'UTR或开放阅读框,促进靶基因的翻译[13]。越来越多的研究显示,miRNA在细胞分化、生长和凋亡,胰岛素分泌,器官形成,胚胎后期发育,肿瘤的发生、发展和预后等方面发挥重要作用[14]。
近年来,一些研究初步显示,microRNA参与IgA肾病发病机制,其在IgA肾病患者血液、尿液和肾组织样本中的表达与健康人相比有差异,并且可能与蛋白尿水平、肾功能、肾小球硬化程度等指标呈相关关系。
Dai等[15]借助miRNA芯片在11个IgA肾病患者和3例对照组患者的肾组织中检测132个miRNA,发现IgA肾病与对照组相比miRNA表达出现显著差异的有66个,其中表达显著上调35个,显著下调31个,提示miRNA可能参与IgA肾病发病机制。Wang等[16,17,18]报道,miR-200家族、miR-146a、miR-155、miR-141、miR-205、miR-192在IgA肾病患者肾组织有不同程度的表达上调或下调,并与该病临床表现如蛋白尿、肾小球硬化等相关。在43例IgA肾病患者,15例非炎症性肾小球硬化患者和20例肾癌患者肾组织中检测miRNA表达,发现miR-200c在肾内表达水平下调,而miR-141、miR-205和miR-192在IgA肾病患者中表达上调。结合临床表现发现,肾内miR-200c表达水平与蛋白尿水平显著相关;miR-205表达水平与肾小球滤过率(GFR)显著相关。肾小管间质损害、疤痕形成等程度与miR-205表达水平相关;肾小球硬化程度与miR-192表达水平相关[18]。在IgA肾病患者和13例健康人尿液中检测miRNA水平发现,miR-200a、miR-200b和miR-429在IgA肾病患者尿液中表达下调。IgA肾病患者的蛋白尿水平与miR-200a、miR-200b以及miR-429表达显著相关。患者的肾功能与尿液中miR-200b、miR-429表达显著相关。随访2~4年后,患者肾功能下降程度亦与尿液中miR-200b表达显著相关[17]。提示,IgA肾病患者尿液中miRNA表达水平与IgA肾病病理表现、病情进展有关,经进一步研究有可能成为评价肾脏损害严重程度的非创伤性的指标。
另一研究显示,在IgA肾病患者肾组织、尿液和肾切除样本以及健康人尿液中检测发现,IgA肾病患者miR-146a和miR-155表达水平在肾组织和尿液中都比健康人显著升高[16]。肾小球滤过率与肾组织miR-146a和miR-155表达呈负相关。蛋白尿严重程度与肾组织和尿液中miR-146a和miR-155表达水平呈正相关。肾间质疤痕形成与肾组织miR-155表达显著相关。尿液中miR-146a表达水平与尿中白细胞介素-1β(IL-1β)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)表达呈负相关,但与调解活化正常T淋巴细胞表达和分泌的趋化因子(RANTES)表达呈正相关。尿中miR-155表达水平与IL-1β和TNF-α表达负相关,但与叉头状转录因子3(FOXP3)以及RANTES表达呈正相关。提示,miR-146a和miR-155可能在IgA肾病病理生理过程中起重要作用。
在发现一些miRNA可能参与IgA肾病致病机制的基础上,研究者们进行了进一步的深入研究,聚焦在miR-148b,并且发现,miR-148b表达水平升高是IgA肾病患者特有的表现[19],其作用的靶基因可能是C1β3GALT1基因。并且,研究者们对其可能的致病过程和机制进行了探讨。
如前所述,C1β3GALT1活性降低与异常糖基化IgA分子的形成密切相关,而后者是IgA肾病致病的关键。对于miRNA的进一步研究发现,miR-148b调节编码C1β3GALT1基因mRNA水平。miR-148b表达水平与C1β3GALT1 mRNA水平反相关。提示C1β3GALT1基因可能是miR-148b的靶基因。其作用机制如下:miR-148b连接在C1β3GALT1基因的mRNA的3'-非翻译区并且使之遭到破坏。据报道,C1β3GALT1基因单核甘酸多态性(SNP)即单核苷酸变异引起的DNA序列多态性变化与IgA肾病的基因易感性相关[20,21]。而SNP对miR-148b发挥作用起调节作用。miR-148b绑定C1β3GALT1 mRNA,并受到SNP(rs1047763)1365G/A调节。1365G加强miR-148b的绑定而1365A减弱其绑定[19,20,21,22]。
体外研究发现,加入miR-148b的抑制剂后,IgA肾病患者的B淋巴细胞IgA1水平趋于正常化,进一步证实,miR-148b表达水平影响C1β3GALT1 mRNA表达,从而导致C1β3GALT1活性降低,异常糖基化的IgA1大量产生从而致病。而miR-148b抑制剂使IgA肾病患者IgA1水平趋于正常,令异常糖基化的IgA1明显减少,这一机制可能是潜在的治疗疾病的方案,在不久的将来,可能将用于IgA肾病临床治疗。
关于miRNA在IgA肾病致病机制中的研究目前还处于起步阶段,具体参与致病的miRNA都有哪些?他们作用的靶目标、靶基因是什么?确切的作用位点,作用机制、途径如何?这些问题尚有待进一步深入研究探讨。另外,抗miRNA治疗已经在丙型肝炎、心血管疾病、代谢性疾病、炎性疾病和器官纤维化的治疗方面崭露头角[23]。把一些在IgA肾病中起关键作用的miRNA作为靶目标,采用特异性抑制剂的方法也许是潜在可行的治疗IgA肾病的新方案。关于miRNA在IgA肾病发病机制中的作用值得深入研究,并可能为该病的临床诊断、治疗与预后开辟新的篇章。





















