miRNA-21在糖尿病肾脏病的作用机制及中药干预新进展

陈宇，黄国东△，覃婷，张泽朝，沈小楠，许艺镡，刘少芳

糖尿病肾脏病（diabetic kidney disease，DKD）是持续性高血糖所致的肾损害，病变可累及全肾，是糖尿病（diabetes mellitus，DM）严重且危险的并发症之一［1-2］。随着全球DM 发病率的不断增加，DKD 已成为终末期肾脏病的主要病因［3］。近年研究发现，微小RNA（miRNA）可对DKD的基因、蛋白表达进行调控［4］，其中miRNA-21 通过调控多个信号通路参与DKD 的发生发展［5］，而中药及其提取物可以调节miRNA-21表达改善肾纤维化、炎症、氧化应激等病理损伤［6-8］。本文就miRNA-21 对DKD 的作用机制及中药对其的干预作用进行分析与总结，以期为糖尿病肾脏病的治疗及新药研发提供一定的参考依据。

1 miRNA-21与DKD

肾脏固有细胞是维持肾脏正常生理功能的重要组成部分。糖脂代谢紊乱、纤维化、炎症、氧化应激、自噬等病理变化可以诱发肾脏固有细胞结构与功能受损，是推动DKD发生、发展的重要因素［9］。近年的研究表明，miRNA-21 调控多个信号通路干预纤维化、炎症、自噬等病理生理过程，并以此影响DKD进程［5］。

1.1 miRNA-21 与转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）/Smads信号通路 miRNA-21长度为22 nt，其表达受基因启动子或转录因子调控［10-11］。Smad7 是TGF-β1/Smads 信号通路的负性调节因子，也是miRNA-21 的靶基因，miRNA-21 与Smad7 3'-UTR 结合以抑制Smad7 表达，进而激活TGF-β1/Smads 信号，上调Ⅲ型胶原蛋白（collagenⅢ，Col-Ⅲ）、α 平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）水平，降低E-钙黏蛋白（E-cadherin）水平，加剧肾间质纤维化及炎性细胞浸润［12］。研究表明，miRNA-21 过表达抑制Smad7 可间接上调p-Smad3蛋白水平，以增强TGF-β1诱导肾小管上皮细胞 间 充 质 转 化（epithelial-to-mesen-chymal transition，EMT）的作用，此外，TGF-β1 通过浓度依赖、时间依赖刺激miRNA-21 表达，最终形成恶性循环［13］。

Smad2、Smad3 磷酸化是TGF-β1/Smads 通路活化的经典标志，抑制miRNA-21 表达可以下调Smad3 表达水平，阻断TGF-β1/Smads 信号转导，降低α-SMA、Ⅰ型胶原α1（collagen I alpha 1，COL1A1）水平，最终阻止成纤维细胞-肌成纤维细胞转化，遏制纤维化病变［14］。但miRNA-21与Smad2、Smad3之间的具体作用机制不明，Smad2、Smad3 是否受miRNA-21直接调控仍有待探究。

有研究显示，TGF-β1诱导miRNA-21、Smad1过表达，可下调骨形态发生蛋白-7（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）、Smad6 表达水平，促进肾小管上皮细胞EMT，而BMP-7过表达可下调miRNA-21、Smad1 表达水平，拮抗TGF-β1 信号激活［15］。此外，BMP-7 可上调Smad7 表达水平，进而阻断miRNA-21/TGF-β1/Smad3 信号转导，下调α-SMA、Col-Ⅲ水平，最终缓解肾纤维化［16］。可见，BMP-7 可能是miRNA-21/TGF-β1/Smads 信号的调节器，在肾纤维化病变中充当保护者。

1.2miRNA-21 与磷脂酰肌醇 3- 激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，AKT）信号通路 磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）是miRNA-21 的靶基因，miRNA-21 过表达抑制PTEN蛋白表达，促进PI3K、AKT 磷酸化，导致E-cadherin水平下降，α-SMA 水平升高，诱发肾小管上皮细胞EMT［17］。另有研究发现肾小管受损可释放富含miRNA-21 的外泌体，进而下调PTEN 蛋白水平，激活PI3K/AKT 信号通路，以此引发上皮细胞-成纤维细胞信息交互，上调纤连蛋白（fibronectin，FN）、Col-Ⅰ、成纤维细胞特异蛋白1蛋白水平，导致成纤维细胞过度活化，加速肾纤维化病变［18］。此外，miRNA-21 mimics 转染系膜细胞可上调PI3K、AKT 蛋白水平，促进肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6 释放，而pcDNA3.1-PTEN 减弱了miRNA-21 mimics 的作用效果［19］。因此，miRNA-21可以靶向PTEN调控PI3K/AKT 信号转导，干预肾纤维化、炎症反应及细胞损伤病理生理过程。

Lu 等［6］发现高糖诱导miRNA-21 过表达，下调PTEN 蛋白，上调p-PI3K、p-AKT 水平，最终激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号，抑制系膜细胞自噬，加剧细胞外基质（extracellular matrix，ECM）沉积。此外，miRNA-21 通过靶向PTEN 介导PI3K/AKT-丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号串扰，下调内皮素1蛋白水平，促进高血糖破坏内皮细胞结构与功能，诱发DM肾损害［20］。

1.3 miRNA-21 与Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路 糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）是构成β-catenin 降解复合体的重要成分，其磷酸化失活可导致Wnt/β-catenin 通路活化。然而，miRNA-21过表达可上调p-GSK3β蛋白表达，降低肾病蛋白（nephrin）水平。因此，miRNA-21 可能通过GSK3β 调控Wnt/β-catenin 信号通路影响足细胞损伤［21-22］。Wang等［23］发现高糖促进miRNA-21过表达，上调β-catenin 蛋白水平，从而激活Wnt 信号，上调α-SMA，降低nephrin表达水平，最终诱导系膜细胞活化和足细胞去分化。可见miRNA-21可通过调控Wnt/β-catenin 信号通路干预细胞损伤、增殖、分化等过程，推动DKD进程。

二甲基精氨酸二甲胺水解酶1（dimethylarginine dimethylamine hydrolase 1，DDAH1）是miRNA-21 的靶基因，增强DDAH1 表达可以抑制miRNA-21 表达，进而上调E-cadherin 表达水平，降低α-SMA、Col-Ⅰ、FN 蛋白水平，最终阻止肾小管上皮细胞EMT，而Wnt/β-catenin 信号激活剂减弱了DDAH1的作用效果［24］，故miRNA-21可以靶向DDAH1调控Wnt/β-catenin信号通路干预肾间质纤维化病变。

1.4 其他信号通路 李梦岚等［25］发现抑制miRNA-21 表达可以降低Janus 激酶2（janus kinase 2，JAK2）、信号转导转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化水平，抑制TGF-β1 活化，阻断JAK2/STAT3-TGF-β1 信号串扰，最终降低基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-9 水平，改善肾间质纤维化。有研究表明A20 是miRNA-21 的靶基因，高糖刺激巨噬细胞释放负载miRNA-21 的外泌体，可被足细胞内吞，抑制A20 表达，上调NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3、胱天蛋白酶-1、IL-1β 蛋白水平，引发足细胞焦亡［26］。另有研究显示，miRNA-21过表达抑制过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator activated receptor，PPAR）-α表达，下调肉毒碱棕榈酰基转移酶1α、酰基辅酶A氧化酶1 蛋白水平，促进肾脏脂质沉积；PPAR-α 低表达还可导致线粒体融合蛋白1 水平降低、线粒体动力相关蛋白1 水平升高，最终遏制线粒体生物发生，破坏肾小管抗氧化能力［27］。

2 中医药靶向miRNA-21防治DKD

古代中医并无DKD 之病名，而是根据临床表现，将其归于“消瘅”“尿浊”“水肿”“肾劳”“肾消”“关格”等范畴。DKD 的基本病机为本虚标实，本虚主要指肝、脾、肾的虚损，标实则是气滞、痰湿、瘀血、浊毒等病理产物，其中瘀血是贯穿DKD始终的病理环节。DKD 是动态发展的过程，病变早期是气阴两虚，病久后导致阴损及阳，由虚致实，最终形成气血阴阳俱虚，虚实夹杂［28］。中药是我国临床治疗DKD的重要手段，近年的研究表明中药可以靶向miRNA-21干预DKD纤维化、炎症、糖脂代谢紊乱等病理生理过程［6-8］。

2.1 中药提取物或有效成分

2.1.1 姜黄素 姜黄素是从中药姜黄根茎中提取的二酮类化合物。有研究显示姜黄素可以改善纤维化病变，延缓DKD 进展，这与其下调miRNA-21、p-Smad3 表达水平，阻止TGF-β1/Smads 通路活化，最终降低α-SMA 水平，抑制成纤维细胞-肌成纤维细胞转化有关［14］。另有研究表明，姜黄素类似物通过下调miRNA-21 表达水平，上调Smad7、程序性细胞死亡因子4蛋白水平，抑制TGF-β1/Smads、MAPK信号激活，降低4-羟基壬烯醛、FN水平，缓解肾纤维化及氧化损伤［7］。

2.1.2 白藜芦醇 天然白藜芦醇主要源自中药虎杖，是一种非黄酮类多酚化合物。一项临床研究发现白藜芦醇下调miRNA-21 表达水平可减少T2DM患者血清丙二醛（malonaldehyde，MDA）、TNF-α、IL-6 含量，降低尿微量白蛋白及空腹血糖水平，预防DM 肾损害［29］。白藜芦醇降低细胞外调节蛋白激酶、c-Jun 氨基末端激酶、p38磷酸化水平，抑制激活蛋白-1（activator protein 1，AP-1）活化，以此阻断MAPK/AP-1 信号转导并下调miRNA-21 表达，阻止TGF-β1/Smads 通路活化，最终遏制成纤维细胞-肌成纤维细胞转化，减少ECM 沉积［30］。另有研究表明，白藜芦醇抑制miRNA-21 表达，上调PTEN 蛋白水平，最终降低丙酮酸激酶M2、葡萄糖转运蛋白1、乳酸脱氢酶A水平，遏制ROS诱发胰腺氧化损伤，改善胰岛素抵抗，调节糖代谢紊乱［31］。

2.1.3 大黄素 大黄素是中药大黄的主要活性成分，可下调miRNA-21 表达水平，抑制ROS 蓄积，从而修复足细胞自噬功能［32］。不仅如此，大黄素抑制miRNA-21表达可下调TGF-β1、p-Smad1蛋白表达，降低Col-Ⅳ蛋白水平，缓解足细胞损伤，修复肾小球滤过屏障，减轻蛋白尿，延缓DKD进程［33］。

2.1.4 黄芩 中药黄芩富含汉黄芩素、黄芩黄酮、黄芩苷、黄芩素等多种活性成分，具有清热燥湿、泻火解毒、止血的功效。研究显示，黄芩素可下调miRNA-21 表达，抑制STAT3 转录活性，从而降低COL1A1、α-SMA、FN 水平，拮抗TGF-β1 诱导成纤维细胞分化、ECM 沉积［34］。此外，黄芩苷可抑制miRNA-21 表达进而上调Smad7 蛋白水平，以此负性调控TGF-β1/Smads信号，阻止成纤维细胞过度激活，减少ECM 分泌［35］。因此，靶向miRNA-21 调控TGF-β1 信号可能是黄芩防治DKD 纤维化的重要机制。

2.1.5 丹皮酚 丹皮酚是中药牡丹皮的有效成分。有研究发现，丹皮酚可抑制氧化型低密度脂蛋白诱导的miRNA-21 过表达，上调PTEN 蛋白水平，最终减少炎性因子释放，减轻内皮细胞损伤［36］。不仅如此，丹皮酚抑制miRNA-21 表达还能下调脂肪酸结合蛋白4、PPAR-γ 蛋白水平，从而调节脂肪细胞分化，促进脂质降解，改善血脂异常，减轻DKD 肾损伤［37］。

2.1.6 其他 熊果酸是一种天然三萜羧酸化合物，通过抑制miRNA-21 表达，上调PTEN 蛋白水平，最终阻止PI3K/AKT/m TOR 通路活化，上调微管相关蛋白轻链3Ⅱ表达水平，以此恢复自噬活性，减轻系膜细胞损伤［6］。二氢杨梅素主要提取自传统中药蛇葡萄，可下调miRNA-21，激活DDAH1，从而促进内皮型一氧化氮合酶释放NO，改善内皮细胞功能［38］。红景天甙是一种苯丙糖苷，可从中药红景天中分离提取，其抑制miRNA-21 表达，上调PPAR-α 蛋白水平，以此激活AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、转录因子NF-E2 相关因子2信号，促进脂质降解，改善胰岛素抵抗［39］。槲皮素存在于多种药用植物中（如侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七等），可促进PTEN、组织金属蛋白酶抑制因子3 表达以抑制miRNA-21，最终上调E-cadherin蛋白水平，减弱TGF-β1 诱发肾小管上皮细胞EMT的作用［40］。黄芪甲苷Ⅳ是黄芪的主要活性成分，其通过抑制miRNA-21 表达调控TGF-β1/Smads、Wnt/β-catenin 信号串扰，以此降低α-SMA 水平、上调nephrin 水平，阻止系膜细胞过度活化，保护足细胞结构［23］。

2.2 中药复方 研究显示，十子代平方可下调miRNA-21、TGF-β1，上调PTEN 蛋白水平，最终遏制肾脏胶原沉积，缓解肾纤维化［41］。此外，补肾健脾方也可以下调miRNA-21 表达水平，并以此调控TGF-β1-miRNA-21-PTEN 信号串扰，抑制肾间质炎性细胞浸润及胶原沉积［42］。糖克煎剂可下调Smad3 mRNA，上调Smad7 mRNA 表达，反向调控miRNA-21/TGF-β1 信号，阻断miRNA-21/TGF-β1/Smads 恶性循环，最终改善DKD 纤维化病变［43］。糖通饮可下调miRNA-21 表达水平，抑制TGF-β1 激活，降低Col-Ⅲ、FN 蛋白水平，遏制系膜细胞增生、基底膜增厚［44］。益气活血固肾颗粒具有改善肾纤维化及氧化损伤的功效，这与其调控miRNA-21/Smad3信号轴，降低Col-Ⅰ、Col-Ⅲ、α-SMA、MDA水平有关［45］。

叶太生等［46］发现当归补血汤可抑制miRNA-21表达，阻断AKT/mTOR 信号转导，以此上调nephrin蛋白水平，修复足细胞结构和功能。Wang等［47］发现扶正化瘀方可下调miRNA-21表达，进而上调PTEN蛋白，抑制AKT活化，最终降低α-SMA水平，阻止肾小管上皮细胞EMT。研究发现，肾康颗粒可下调CKD 患者血清及尿液miRNA-21、TGF-β1 表达水平，降低血肌酐、尿素氮水平，且疗效优于西医常规治疗，无明显不良反应［48］。何小泉等［49］发现左归丸可减少血清miRNA-21 含量，从而调节DKD 患者空腹血糖、尿素氮水平，减轻蛋白尿。此外，荆防当归补血汤联合西医常规治疗可降低血清miRNA-21、LHP、MDA 水平，减少尿足突蛋白（podocin）、nephrin含量，最终改善早期DKD 患者的临床症状，并且总体疗效优于西医治疗［50］。

3 小结与展望

miRNA-21 启动转录程序后可调控TGF-β1/Smads、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin等多个信号通路并产生级联反应，对DKD 纤维化、炎症、氧化应激、自噬、糖脂代谢紊乱等病理进程具有推动作用。因此，miRNA-21有望成为早期诊断DKD的生物学标志物和新治疗靶点，现有研究表明中药可以靶向miRNA-21 减轻DKD 病理损害。但中药调控miRNA-21 的研究多局限于单体中药或提取物，对于临床常用的中药组方或中成药的研究较少；另外，针对miRNA-21的研究多聚焦在纤维化、炎症、自噬等方面，缺乏糖基化终产物损伤、血流动力学改变相关分子信号的探究；再者，目前多数研究为基础性研究，缺乏临床验证。未来应该把中药临床实践与基础研究相结合，并对临床疗效显着的验方和经方进行深入挖掘，探究其靶向miRNA-21 防治DKD 的具体机制，以期为临床治疗提供新方案。