RNA结合蛋白在糖尿病肾病发病及治疗中作用的研究进展

赵凡，丁国华,2

(1武汉大学人民医院，武汉430060；2武汉大学泌尿系研究所)

糖尿病肾病是一组血糖异常升高引起肾脏损伤的代谢紊乱性疾病，目前已成为尿毒症发病的主要原因。糖尿病肾病的发病机制涉及炎症、上皮-间质转化(EMT)、线粒体功能障碍和糖尿病纤维化等多种因素，但针对各类已知机制进行个体化治疗仍难以有效控制糖尿病肾病的进展。近年来研究发现了糖尿病的异常转录后基因调控程序，但对具体调节变化知之甚少。RNA结合蛋白(RBPs)是转录后RNA网络的重要调控因子。最新证据表明RBPs的多态性和突变与糖尿病及其并发症有关。RBPs根据RNA结构序列的差异性与不同RNA结合，形成核糖核蛋白(RNP)复合物[1]，从而促进RNA的转录和翻译。RNA与不同RBPs的相互结合过程包括5′带帽、mRNA前体剪接、3′mRNA裂解和腺苷酸环化、mRNA转录、mRNA编辑和甲基化、mRNA定位、mRNA衰减和翻译[2]。由RBPs控制的RNA调控网络在糖尿病条件下会被破坏，一些RBPs与糖尿病并发症有关，如人类抗原R(HuR)、hnRNP-K、hnRNP-F、RNA结合蛋白FOX2(Rbfox2)、胰岛素样生长因子2(IGF2BP2)/mRNA结合蛋白2(IMP2)、LIN28等[3,4]。现就RBPs参与糖尿病肾病发病的机制及其相关治疗研究进展进行综述。

1 糖尿病状态下RBPs对mRNA的调控机制改变

1.1 选择性剪接 糖尿病患者的心脏、视网膜和肾脏中都存在基因组广泛的选择性剪接变化[5]；部分RBPs如CELF1、Rbfox2、HuR、不均一核糖核蛋白C(hnRNPC)等作为选择性剪接调控因子通过影响前体mRNA的选择性剪接而参与糖尿病的发病[6]。剪接是去除前体mRNA的非编码区(内含子)并将编码区(外显子)连接在一起的过程。剪接是通过共转录发生的，由约100个辅助蛋白和5个小核RNA(snRNA)组成的剪接体复合物介导。虽然snRNA催化剪接反应，但需要RBPs与前体mRNA结合，与剪接体组件通信来控制外显子包含并帮助定义外显子和剪接识别位点，进行选择性的内含子去除[7]。选择性剪接可以直接影响基因表达，并在某些情况下通过允许对内含子的某些部分进行差异包含/排除而增加编码蛋白的多样性，从而由一个基因生成多个蛋白质亚型[8]。

糖尿病状态下选择性剪接的基因之一是VEGF，它是血管生成的关键因子，也是糖尿病及其并发症的中心致病因子。通过mRNA的选择性剪接，单个基因可产生多种不同的VEGF亚型，这些亚型在表达模式、生化特性和生物学特性上存在差异[9],而VEGF外显子8的选择性剪接决定了VEGF的促血管生成或抗血管生成特性[10]。在糖尿病视网膜病变中，VEGF为促血管生成剪接亚型，并导致与视网膜病变相关的血管化增强[11]。VEGF基因外显子7的选择性剪接，通过调节其溶解度来影响其功能。在2型糖尿病肾病患者的肾脏中，VEGF基因编码更多的可溶性VEGF，患者可出现尿蛋白排泄率水平升高[12]。这些研究表明，VEGF的错误剪接会导致糖尿病的肾脏和视网膜相关并发症。

1.2 mRNA稳定/退化 在糖尿病状态下，mRNA的稳定性通过RBPs或miRNAs改变。mRNA有一些顺式作用元件可以存在于5′或3′非翻译区(UTRs)及mRNA的编码区，且这些顺式作用元件能发出降解信号[13]。RBPs通常与mRNA内的这些顺式作用元件相结合，通过与脱附酶或脱腺苷化酶的相互作用促进或抑制mRNA的降解[14]。调控mRNA稳定性的顺式作用元件之一是在3′非编码区(UTR)中发现的富含腺嘌呤和尿嘧啶，参与介导mRNA降解的AU富集元件(AREs)[15]。HuR、TTP等RBPs可与ARE结合，控制含ARE的mRNA降解，维持mRNA在一个稳定的水平[16]。

1.3 mRNA翻译 mRNA翻译的调控主要发生在真核细胞翻译的起始阶段[17]。为了启动蛋白合成，cap蛋白eIF4E与mRNA的5′端cap结构结合，并通过与其他翻译起始因子相互作用，帮助募集小核糖体亚单位，然后在其他翻译起始因子的帮助下，将大核糖体亚单位招募到mRNA的5′端，开始依赖cap的翻译。另外，一些真核mRNA利用内部核糖体进入位点将核糖体装载到不依赖于5′端cap的mRNA上，并以不依赖cap的方式进行翻译[18]。4E-BP蛋白是eIF4E的重要调控因子，在糖尿病状态下，高糖水平会影响4E-BP蛋白，阻碍eIF4E与cap结合，抑制cap依赖的mRNA翻译[19]。

2 四种RBPs在糖尿病肾病发病中的作用

2.1 HuR HuR是一种多功能的RBP，通过多种机制参与糖尿病发病。它与聚尿苷酸与ARE结合，在细胞核和细胞质之间穿梭，一旦被激活，就会转移到细胞质，控制目标mRNA的稳定性和翻译[20]。磷酸化控制HuR mRNA结合活性和细胞质定位[21]。HuR是参与应激反应、细胞周期、炎症和免疫反应基因的关键调节因子。多项研究表明，糖尿病患者的HuR表达水平增加，涉及多个机制[22]。第一个机制是蛋白激酶C磷酸化HuR，导致HuR蛋白高表达，增加了糖尿病条件下细胞中HuR的细胞质定位。第二个机制是通过miRNA介导的调控。在糖尿病状态下，miRNA-23和miRNA-9是HuR的调节因子，控制糖尿病患者HuR表达下调，低水平的miRNA-23和miRNA-9导致糖尿病患者HuR表达升高[23]。研究显示，糖尿病患者肾脏中HuR表达上调，稳定了结缔组织生长因子、转化生长因子β1(TGF-β1)、FOS因子、锌指转录因子的mRNA水平，导致EMT和糖尿病肾病[24]。沉默HuR对1型糖尿病大鼠肾脏蛋白尿、炎症等肾脏损伤有一定的改善作用[25]。有学者发现，糖尿病患者心脏HuR表达升高与炎症标志物水平增加有关，后者可导致心肌细胞死亡。动物实验表明，小鼠心肌梗死后，沉默HuR可减小梗死面积[26]。这些结果提示HuR可能是糖尿病并发症的常见介质。因此，以HuR为靶点治疗糖尿病肾病可能是一个很好的研究方向。

2.2 IGF2BP2/IMP2 IGF2BP2基因位于与1型糖尿病、2型糖尿病和糖尿病肾病相关的3q27.2号染色体上，其RBPs与IGF2基因印迹的5′非编码区相结合。研究表明IGF2BP2可能与IGF2发生遗传相互作用，延缓男性1型糖尿病患者糖尿病肾病的发生[27]。在糖尿病中，IGF2BP2受高迁移率族蛋白A2转录下调影响，导致mRNA与蛋白水平下降。还有研究发现，IGF2BP2与层黏连蛋白β2(LAMB2)mRNA结合，共同调节肌动蛋白细胞骨架的定位并激活其翻译。LAMB2对正常肾功能和预防蛋白尿有重要作用。在1型糖尿病大鼠肾脏模型中，IGF2BP2蛋白低水平与LAMB2蛋白低水平表达有关。研究表明，IGF2BP2可能参与了胰岛素信号转导和糖尿病肾病的发生发展[28]。

2.3 Rbfox2 Rbfox2与糖尿病心脏并发症有关[29]。Rbfox蛋白与RNA中的UGCAUG碱基序列结合并调控选择性剪接[30]。Rbfox1和Rbfox2在不同组织中广泛表达，而Rbfox3具有神经元特异性。Rbfox1和Rbfox2可调控运动神经元功能、大脑小脑的发育及骨骼肌、心脏功能[31]。最近的一项研究发现，Rbfox2对胰岛细胞的胰岛素分泌胰岛细胞的存活至关重要[32]。Rbfox2的功能与EMT有关，而EMT是导致糖尿病肾病、视网膜病变和动脉粥样硬化的因素之一[33]。目前关于Rbfox2与糖尿病肾病的关系研究较少，仍需要更多的证据来明确Rbfox2是否与糖尿病并发症有关。

2.4 LIN28 LIN28是参与miRNA生物合成、RNA剪接和mRNA翻译的RBP[34]。LIN28对胚胎发育、干细胞的多能性、生长和代谢都很重要[35]。LIN28与糖尿病发病相关，其在控制葡萄糖代谢、线粒体功能和胰岛素抵抗方面具有关键作用[36]。LIN28可通过影响let7靶基因调控的miRNA的加工和成熟，增加细胞对葡萄糖的摄取，防止高脂诱导的糖尿病小鼠产生胰岛素抵抗；LIN28通过增加TGF-β和Smad2/3的信号转导通路激活，参与糖尿病肾脏并发症的发病[37]；LIN28的上调会导致Let7b靶基因(包括Col1a2和Col4a1)发生变化，后者可导致1型糖尿病和2型糖尿病小鼠肾脏纤维化[36]。

上述四种RBPs在胰岛素信号转导、脂肪和葡萄糖代谢中起着关键作用，其表达变化参与了糖尿病肾病的发病和进展，机制涉及炎症、EMT、线粒体功能障碍和糖尿病纤维化等方面。

3 基于RBPs的糖尿病肾病治疗方案

RBPs在糖尿病及糖尿病肾病进展中起着重要作用。寻找针对RBPs与其RNA之间相互作用的靶点，是防控、治疗糖尿病肾病的有效策略。目前已有基于RBPs的糖尿病肾病治疗相关研究。

基于反义寡核苷酸(ASOs)的治疗目前已成功应用于临床。ASOs是单链脱氧核糖核酸，通常被添加甲基或氟基以增加稳定性和吸收[38]。ASOs具有高度的灵活性，可以用来降解或稳定目标RNA，抑制或增强目标RNA的翻译，调节前mRNA的剪接，或修改RBP与RNA的结合[39]。关于ASOs皮下注射治疗的临床研究报告显示，ASOs仅有轻微的不良反应，几乎没有免疫反应，被认为是安全药物[40]。

有两项已经完成的临床试验提示，使用ASOs可以改善糖尿病患者的胰岛素敏感性、减轻血脂异常[41]。其中一种旨在降解肝胰高血糖素受体(GCGR)mRNA的ASOs显著降低了肝葡萄糖产量[42]。另一种针对载脂蛋白C-Ⅲ mRNA降解的ASOs可降低2型糖尿病患者的血浆TG水平和胰岛素抵抗。由于RBPs调控的RNA网络在糖尿病状态下被破坏，并导致糖尿病肾病，调节RBP-RNA相互作用相关治疗在糖尿病肾病中有一定的应用前景。

目前在ASOs治疗的组织特异性方面仍存在一些问题，学者们针对ASOs治疗的组织特异性递送正在进行大规模研究。纳米颗粒、外泌体或直接注射到脊柱的肌肉或腰椎区域已被证明具有某些组织特异性效果[43]。此外，有研究利用特定的脂质偶联物达到了肝脏对ASOs的靶向摄取[44]。

综上所述，RBPs在糖尿病肾病的发生发展中起着重要作用。识别多种组织中RBPs的RNA靶点，将有助于确定在糖尿病状态下中断的RNA调控程序。在未来有望通过修饰寡核苷酸或ASOs来调控RBPs与RNAs的相互作用，用于治疗糖尿病肾病。然而，针对RBPs的药物设计需要谨慎，因为相同的RBPs在不同的组织中可能具有不同甚至相反的作用。