Диабетическая болезнь почек (ДКД) остается одним из самых разрушительных микрососудистых осложнений сахарного диабета, поражая примерно 30-40% пациентов с диабетом 1 и 2 типа. Это ведущая причина терминальной стадии почечной болезни (ДКД) во всем мире, возлагая огромное бремя на пациентов и системы здравоохранения. Хотя гипергликемия, гипертония и генетическая восприимчивость уже давно признаны ключевыми факторами, молекулярные основы ДКД далеки от полного понимания. За последнее десятилетие класс небольших некодирующих молекул РНК, называемых микроРНК (миРНК), появился в качестве критических регуляторов патогенных процессов, которые достигают кульминации в ДКД. Эти крошечные, примерно 22-нуклеотидные последовательности РНК тонко настраивают экспрессию генов на посттранскрипционном уровне и, как теперь известно, влияют на воспаление, фиброз, апоптоз и другие клеточные события, которые приводят к повреждению почек. Эта статья обеспечивает всеобъемлющий обзор роли микроРНК в ДКД, от их биосинтеза и механизмов действия до их потенциала в качестве диагностических биомаркеров и терапевтических целей.

Биогенез микроРНК и механизм действия

МикроРНК транскрибируются в основном РНК-полимеразой II в виде длинных первичных транскриптов (примиРНК), которые содержат шпильную структуру. В ядре микропроцессорный комплекс, включающий фермент RNase III Drosha и его кофактор DGCR8, расщепляет примиРНК для высвобождения предшественника ~70-нуклеотида миРНК (пре-миРНК). ПремиРНК экспортируется в цитоплазму через экспортин-5, где она дополнительно обрабатывается другим ферментом RNase III, Dicer, получая зрелый дуплекс миРНК. Одна нить дуплекса, направляющая нить, загружается в комплекс заглушения РНК (RISC), в то время как пассажирская нить обычно деградирует. Зрелая миРНК направляет RISC к комплементарным последовательностям, преимущественно расположенным в 3'-нетранслируемой области (UTR) РНК-мессенджеров-мишеней (мРНК). Это взаимодействие приводит либо к трансляционному подавлен

Универсальность миРНК-опосредованной регуляции имеет важное значение для нормального развития почек и гомеостаза. Однако в диабетической среде, характеризующейся гипергликемией, побочными продуктами гликирования (AGE), окислительным стрессом и провоспалительными цитокинами, экспрессионные профили многих миРНК становятся дисрегуляторными. Эта дисрегуляция способствует непосредственно патологическим особенностям DKD, включая гломерулярную гипертрофию, мезангиальное расширение, тубулоинтерстициальный фиброз и повреждение подоцитов.

Дисрегуляция микроРНК при диабетической болезни почек

воспаление

Хроническое низкосортное воспаление является отличительной чертой DKD. Несколько микроРНК модулируют воспалительный каскад путем нацеливания на ключевые сигнальные пути, такие как ядерные фактор-κB (NF-κB) и янусные киназы/сигнальные преобразователи и активаторы транскрипции (JAK/STAT). Среди наиболее изученных являются miR-146a и miR-155. miR-146a действует как регулятор отрицательной обратной связи активации NF-κB путем нацеливания на интерлейкин-1-рецептор-ассоциированный фактор 6 (TRAF6). В DKD часто происходит понижение активности miR-146a и увеличение производства провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (TNF-α) и интерлейкин-6 (IL-6). И наоборот, miR-155 часто повышает

Фиброз

Почечный фиброз, характеризующийся чрезмерным накоплением компонентов внеклеточного матрикса (ECM), является конечным общим путем в DKD, приводящим к ESRD. Трансформация фактора роста β1 (TGF-β1) является основным профибротным цитокином в почках, и многие миРНК являются либо эффекторами нисходящего потока, либо регуляторами восходящего потока сигнализации TGF-β1. miR-21 последовательно обнаруживается в биопсии почек и моче у пациентов с DKD. mibrosis, нацеливаясь на множественные отрицательные регуляторы передачи сигналов TGF-β, включая Smad7 и фосфатазу и тензин-гомолог (PTEN. Кроме того, miR-21 усиливает экспрессию белков ECM, таких как коллаген и фибронектин.miR-29] члены семейства (miR-29, miR-29b

Подоцитная травма и апоптоз

Подоциты являются высокоспециализированными эпителиальными клетками, которые образуют барьер клубочковой фильтрации. Их повреждение и потеря являются ранними событиями в DKD и сильно предсказывают прогрессирование протеинурии и болезни. Несколько миРНК имеют решающее значение для поддержания здоровья подоцитов. miR-29c , помимо своей антифибротической роли, также защищает подоциты от апоптоза, нацеливаясь на проапоптотный белок Bcl-2-ассоциированный X (BAX). И наоборот, miR-21 способствует ингибированию подоцитов посредством PTEN-ингибирования и последующей активации пути PI3K/Akt. miR-193a был идентифицирован как ключевой регулятор дифференцировки подоцитов; его сверхэкспрессия приводит к дедифференциации подоцитов и измельчению процесса ног,

Тубулоинтерстициальная травма

В то время как гломерулярное повреждение является классической особенностью DKD, тубулоинтерстициальная травма одинаково важна и более тесно коррелирует с снижением функции почек. miRNAs также работают в трубчатых эпителиальных клетках, влияя на эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), трубчатую атрофию и интерстициальный фиброз. miR-200 члены семейства (miR-200a, miR-200b, miR-200c, miR-141, miR-429) являются ключевыми регуляторами EMT посредством подавления связывающего цинка E-box-связывающего гомеобокса 1 (ZEB1) и ZEB2. В DKD экспрессия miR-200 снижается, способствуя EMT и последующему фиброзу. miR-214 и miR-382

Ключевые микроРНК в DKD: более близкий взгляд

miR-21

miR-21, возможно, является наиболее широко изученной миРНК в DKD. Он последовательно активируется в клубочковых мезангиальных клетках, подоцитах и трубчатых эпителиальных клетках в ответ на высокий уровень глюкозы, TGF-β и другие стрессоры. Его профиброзные и проапоптотические действия опосредуются путем ингибирования PTEN, Smad7 и запрограммированной гибели клеток 4 (PDCD4). Многочисленные исследования на животных показали, что генетическое делеция или фармакологическое ингибирование miR-21 значительно ослабляет протеинурию, гломерулосклероз и тубулоинтерстициальный фиброз в моделях диабетических мышей. Из-за его центральной роли miR-21 в настоящее время исследуется в качестве терапевтической мишени в клинических испытаниях на людях для фиброзных заболеваний, включая DKD.

miR-29 Семья

Семейство miR-29a (miR-29a, -29b, -29c) действует как естественный тормоз фиброза, непосредственно подавляя множественные гены коллагена (COL1A1, COL1A2, COL3A1) и другие компоненты ECM. В DKD экспрессия miR-29 подавляется TGF-β и NF-κB. Восстановление уровней miR-29 с синтетическими мимиками снижает накопление ECM и защищает функцию почек в моделях грызунов. Низкие циркулирующие уровни miR-29 также были связаны с более высоким риском прогрессирования ESRD у пациентов с диабетом, что указывает на его потенциал в качестве прогностического биомаркера.

miR-192

miR-192 высоко экспрессируется в почках и является одной из первых миРНК, связанных с диабетической нефропатией. Он индуцируется TGF-β и служит положительным регулятором синтеза коллагена. Однако его роль выглядит контекстно-зависимой: некоторые исследования сообщают, что miR-192 усугубляет фиброз, в то время как другие предполагают, что он может иметь защитные эффекты в определенных типах клеток. Эта двойственность подчеркивает сложность сетей миРНК и необходимость анализа клеточного типа.

miR-146a

В качестве ключевого отрицательного регулятора воспаления miR-146a защищает от DKD. Его понижающая регуляция в диабетических почках связана с повышенной активностью NF-κB и экспрессией моноцитного хемоаттрактанта белка-1 (MCP-1). Переэкспрессия miR-146a в мезангиальных клетках уменьшает воспаление, вызванное высокой глюкозой, и его системная доставка через вирусные векторы облегчает почечную травму у диабетических мышей. Поэтому стратегии по повышению регуляции miR-146a могут быть полезными.

Семья miR-200

Семейство miR-200 имеет важное значение для поддержания эпителиального фенотипа путем подавления факторов транскрипции, вызывающих EMT, ZEB1 и ZEB2. В DKD члены miR-200 подавляются, облегчая дифференцировку трубчатых клеток и фиброз. Кроме того, miR-200c также нацелен на проапоптотичный фактор Fas-ассоциированный домен смерти (FADD), тем самым влияя на выживание клеток. Взаимодействие между miR-200 и miR-192 образует регуляторную петлю, которая усиливает передачу сигналов TGF-β.

Клинические последствия и трансляционный потенциал

Циркулирующие микроРНК как биомаркеры

Одним из наиболее перспективных аспектов исследования миРНК в DKD является разработка неинвазивных биомаркеров. МиРНК удивительно стабильны в жидкостях организма, таких как сыворотка, плазма и моча, потому что они защищены инкапсуляцией в экзосомах, микровезикулах или связывании с белками Аргонавта. Многочисленные исследования сообщили об изменении уровней специфических циркулирующих миРНК у пациентов с DKD по сравнению с диабетическими контрольными или здоровыми людьми. Например, повышенные уровни miR-21 и miR-192 в моче предсказывают прогрессирование микроальбуминурии в макроальбуминурию и снижение предполагаемой скорости клубочковой фильтрации (eGFR). И наоборот, низкие уровни miR-29 и miR-146a в сыворотке связаны с более тяжелым почечным

Терапевтическая мишень для миРНК

Способность манипулировать уровнями миРНК предлагает новую терапевтическую стратегию для DKD. В настоящее время проводятся два основных подхода: ингибирование патогенных миРНК (например, с использованием антагомиров, заблокированных нуклеиновой кислоты (LNA)-модифицированных антисмысловых олигонуклеотидов или инструментов на основе CRISPR) и замена защитных миРНК (с использованием синтетических миРНК-мимиков). Доклинические исследования продемонстрировали эффективность этих стратегий. Например, подкожное введение LNA-модифицированного олигонуклеотида против миР-21 уменьшает фиброз и улучшает функцию почек в мышиной модели синдрома Алпорта - генетическое заболевание почек, которое имеет фиброзные особенности с DKD. Подобные подходы в настоящее время тестируются в моделях DKD. 2 фазы клинические испытания для анти-миР-21 в других фиброзных условиях, и результаты будут информировать будущие испытания в DKD. Кроме того, доставка миР-29 мимиков с использованием липидных наночастиц показала перспективу в моделях до

Однако остаются некоторые проблемы. Нецелевые эффекты являются серьезной проблемой, поскольку одна миРНК регулирует многие гены. Системная доставка может привести к нежелательным эффектам в других органах. Системы доставки, специфичные для почек, такие как целевые наночастицы или аденоассоциированные вирусные (AAV) векторы с почечно-тропическими серотипами, находятся в активном развитии. Кроме того, хронический характер DKD, вероятно, потребует длительного лечения, что вызывает вопросы о безопасности и долговечности ответа.

Интеграция с существующими методами лечения

В то время как блокада ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (RAAS) и контроль глюкозы остаются краеугольными камнями лечения ДКД, их недостаточно для остановки прогрессирования заболевания у многих пациентов. Терапия на основе миРНК может дополнять эти стандартные методы лечения. Например, сочетание анти-miR-21 агента с ингибитором АПФ или ингибитором SGLT2 может обеспечить аддитивные или синергетические ренопротекторные эффекты. Понимание взаимодействия между миРНК и текущими препаратами является важной областью продолжающегося исследования. Кроме того, миРНК могут помочь идентифицировать пациентов, которые с наибольшей вероятностью получат пользу от конкретных методов лечения, что позволяет персонализировать подход к медицине.

Будущие направления

Область исследований миРНК в DKD быстро развивается. Технологии секвенирования РНК одноклеточных в настоящее время раскрывают специфические для клеточного типа паттерны экспрессии миРНК в диабетической почке, которые помогут разрешить противоречивые данные и определить наиболее релевантные цели. Высокопроизводительное профилирование циркулирующих миРНК в сочетании с алгоритмами машинного обучения может дать надежные диагностические и прогностические панели для клинического использования. Кроме того, появление систем CRISPR-Cas позволяет точно редактировать уровни экспрессии миРНК in vivo, открывая новые возможности для постоянной коррекции дисрегуляторных сетей. Наконец, открытие дополнительных регуляторных слоев, таких как круглые РНК (цирРНК) и длинные некодирующие РНК (lncRNAs), которые действуют как губки миРНК, добавляет сложность, но также новые возможности для терапевтического вмешательства. По мере углубления нашего понимания миРНК готовы стать неотъемлемыми компонентами диагностического и терапевтического арсенала против диабетической болезни почек.

Заключение

МикроРНК являются центральными игроками в патогенезе диабетической болезни почек, организуя воспалительные, фиброзные и апоптотические процессы, которые приводят к повреждению почек. Дисрегуляция специфических миРНК, таких как повышение регуляции miR-21 и понижение регуляции miR-29, miR-146a и miR-200, непосредственно способствует прогрессированию заболевания. Эти небольшие РНК не только служат перспективными биомаркерами для раннего выявления и стратификации риска, но и представляют собой жизнеспособные терапевтические цели. В то время как проблемы остаются в переводе препаратов на основе miRNA в клинику, конвергенция передовых технологий доставки, улучшенная проверка целей и более глубокое понимание биологии miRNA. Продолжение исследований, диагностика и терапия на основе miRNA могут вскоре изменить ландшафт управления DKD, предлагая новую надежду миллионам пациентов во всем мире.