王曉晶，聶 敏，孫梅勵(lì)

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科衛(wèi)生部內(nèi)分泌重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100730)

微小RNA (microRNAs，miRNAs)是一類廣泛存在于真核生物中的內(nèi)源性單鏈非編碼小分子RNA，長度約22 個(gè)核苷酸。通過與靶mRNA 特異序列互補(bǔ)結(jié)合，降解或抑制靶基因的翻譯，調(diào)控細(xì)胞的生長、增殖、分化、凋亡以及生物體發(fā)育等一系列生理活動。近來研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs 在胰島β 細(xì)胞的發(fā)育、胰島素的合成、分泌以及作用等過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，與血糖平衡調(diào)節(jié)有關(guān)的miRNA 陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，本綜述簡述近來發(fā)現(xiàn)的miRNA 在血糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中的作用。

1 miRNA 概述

自1993年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)miRNA 分子lin4 以來，到目前為止，在人類基因組中已鑒定出上千種miRNA，參與約30%蛋白編碼基因的調(diào)控。miRNA 編碼基因首先在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物Pri-miRNAs。隨后，經(jīng)核酸酶Drosha以及輔助因子DECR8 剪切生成Pre-miRNA，細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白exportin5 將Pre-miRNA 從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，在Dicer 核酸酶的作用下進(jìn)一步加工為成熟單鏈RNA 分子，其選擇性地整合至RNA 誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA induced silencing complex，RICC)，通過與靶基因mRNA 3'UTR 區(qū)互補(bǔ)配對結(jié)合，誘導(dǎo)mRNA 降解或抑制其翻譯，進(jìn)而調(diào)控基因的表達(dá)。最近研究顯示，miRNA 生物合成以及與靶基因識別過程更加復(fù)雜，需要多種蛋白質(zhì)分子的調(diào)控［1］。

2 miRNA 與胰島素的合成和分泌

正常的胰島β 細(xì)胞功能及胰島素在糖穩(wěn)態(tài)的維持中起關(guān)鍵作用。miRNA 作為新型的基因表達(dá)調(diào)控分子，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，維持血糖在正常水平。miRNA 的表達(dá)及作用異常導(dǎo)致β 細(xì)胞功能障礙，使胰島素的合成和分泌受阻。

miR-375 是第一個(gè)與糖代謝有關(guān)的miRNA。miR-375 抑制靶基因MTPN 的表達(dá)，在胞吐作用的終末階段抑制葡糖糖刺激的胰島素分泌;并能降低靶蛋白磷酸肌醇依賴蛋白激酶1(phosphoinositidedependent protein kinase 1，PDK1)的表達(dá)水平，影響胰島β 細(xì)胞磷脂酰肌醇3 激酶(phosphatidylinositd 3-kinase，PI3K)/PDK1/蛋白激酶B (protein kinase B，PKB)信號通路傳導(dǎo)。然而，miR-375 不僅調(diào)控胰島素分泌，而且影響β 細(xì)胞增殖。敲除小鼠miR-375 基因可觀察到胰島β 細(xì)胞數(shù)減少，胰島α 細(xì)胞數(shù)增加，出現(xiàn)高血糖［2］。在沒有任何外源性輔助因子的作用下，過表達(dá)miR-375 能誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞(human embryonic stem cells，hESCs)分化為類β 細(xì)胞樣胰島素生成細(xì)胞(insulin-producing β-like cells，IPCs)，且誘導(dǎo)生成的IPCs 細(xì)胞完全具備成熟β 細(xì)胞的特征:一方面，用葡糖糖刺激IPCs 細(xì)胞，可以檢測到胰島素的生成;另一方面，在IPCs 細(xì)胞中并沒有觀察到胰高血糖素或生長抑素與胰島素的共表達(dá)［3］。分析hESCs 向IPCs 分化過程中miRNA 表達(dá)譜的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)miR-375 在IPCs 分化早期表達(dá)增加，隨后下降，相應(yīng)miR-375 負(fù)調(diào)控的胰島胚胎發(fā)育中特異靶基因HNF1β 和SOX9 的表達(dá)呈現(xiàn)先下降后增加的變化，表明miR-375 以時(shí)空特異性的方式，促進(jìn)胰島β 細(xì)胞的分化和成熟，但是該研究誘導(dǎo)生成的IPCs 并不具有上述成熟β 細(xì)胞特征，具體機(jī)制仍不清楚，推測可能與hESCs 細(xì)胞系以及誘導(dǎo)方式不同有關(guān)［4］。miRNA 如何誘導(dǎo)成熟胰島β 細(xì)胞生成并將其用于糖尿病的治療仍需進(jìn)一步探索。

miR-124a 富集在胰腺組織，參與小鼠胰腺胚胎發(fā)育過程。miR-124a 過表達(dá)降低MIN6 細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子Foxa2 及其下游內(nèi)向整流鉀通道Kir6.2、磺脲受體1(sulphonylurea receptor 1，Sur1)的表達(dá)，而且抑制胰島素胞吐機(jī)制中分泌通路蛋白突觸小體相關(guān)蛋白 25 (synaptosomal -associated protein 25，SNAP25)、Ras 相關(guān)蛋白3A(Ras-related protein Rab-3A，Rab3A)和突觸蛋白-1A(synapsin-1A)的表達(dá)，促使基礎(chǔ)胰島素過度釋放而降低葡萄糖刺激的胰島素分泌［5］。此外，has-miR-124a 基因多態(tài)性位點(diǎn)rs531564 G 等位基因?yàn)榱_馬人群2 型糖尿病高度易感等位基因(OR=2.15，P＜0.01)［6］。

miR-9 通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子onecut 2 的表達(dá)，使胰島素胞吐機(jī)制的負(fù)調(diào)控因子granuphilin 的表達(dá)增加，葡糖糖刺激的胰島素分泌受到抑制［5］。向小鼠腹膜內(nèi)注射葡萄糖后60 min，小鼠胰島β 細(xì)胞內(nèi)miR-9 表達(dá)增加，相應(yīng)的小鼠血清胰島素水平下降，進(jìn)一步功能研究顯示，β 細(xì)胞增殖以及胰島素分泌過程中的關(guān)鍵分子去乙?；?(sirtuin-1，SIRT1)為miR-9 另一靶蛋白，miR-9 下調(diào)SIRT1 的表達(dá)，進(jìn)而抑制葡萄糖刺激的胰島素分泌［7］。與miR-9 類似，miR-96 同樣上調(diào)granuphilin 蛋白的表達(dá)，但此作用獨(dú)立于轉(zhuǎn)錄因子onecut2，而是通過下調(diào)胰島素胞吐機(jī)制中必要因子Noc2 的表達(dá)，抑制胰島素的分泌［5］。

miR-29a、miR-187、miR-184 和miR-15a 也參與調(diào)控胰島素的合成和分泌。高糖環(huán)境下，胰島β 細(xì)胞中miR-29a 表達(dá)上調(diào)，直接抑制胰島素胞吐機(jī)制中突觸融合蛋白-1a (syntaxin-1a)的轉(zhuǎn)錄和翻譯，β細(xì)胞功能受損;抑制miR-29a 的表達(dá)則可以改善葡萄糖刺激的胰島素分泌［8］。miR-187 和miR-184 也與胰島素的分泌負(fù)相關(guān)，兩者分別抑制胰島素分泌的調(diào)控因子同源結(jié)構(gòu)域作用蛋白激酶3(homeodomain-interacting protein kinase-3，HIPK3)和線粒體谷氨酸載體SLC25A22 的表達(dá)，降低葡萄糖刺激的胰島素分泌［9-10］。而miR-15a 通過抑制小鼠β 細(xì)胞產(chǎn)生內(nèi)源性線粒體內(nèi)膜超家族成員解偶聯(lián)蛋白-2(uncoupling protein-2，UCP-2)，促進(jìn)胰島素的生物合成［11］。

3 miRNA 與胰島素抵抗

維持血糖的穩(wěn)態(tài)不僅需要β 細(xì)胞的胰島素分泌功能正常，而且要求胰島素作用的靶組織，如肝臟、脂肪組織和骨骼肌等對胰島素反應(yīng)敏感。盡管胰島素抵抗的具體機(jī)制尚不完全清楚，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA 參與調(diào)節(jié)胰島素信號通路的傳導(dǎo)，與胰島素抵抗的發(fā)生有關(guān)。

3.1 miRNA 與肝臟胰島素抵抗

肝臟胰島素抵抗可表現(xiàn)為糖原合成和儲存減少，葡萄糖的輸出增加。酪氨酸蛋白磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTP1B)是肝臟中表達(dá)最豐富的miR-122 的靶基因。PTP1B 蛋白能催化胰島素受體(insulin receptor，IR)和胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)去磷酸化，抑制肝臟內(nèi)胰島素信號傳導(dǎo);反義核苷酸抑制糖尿病小鼠體內(nèi)PTP1B 蛋白表達(dá)，可以降低血糖和血胰島素的水平。而且PTP1B 活性下降，可以提高肥胖患者胰島素的敏感性。高脂飲食(high fat diet，HFD)喂養(yǎng)小鼠體內(nèi)，c-Jun 氨基末端激酶1(Jun-N-terminal kinase 1，JNK1)表達(dá)增加，能抑制肝細(xì)胞核因子4α(hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α)磷酸化，使HNF4α與miR-122 基因結(jié)合受阻，miR-122 表達(dá)下降，增加的PTP1B 蛋白促使胰島素抵抗的發(fā)生，該病理過程可以被JNK1 抑制物逆轉(zhuǎn)［12］。

葡糖胺誘導(dǎo)的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)HepG2 細(xì)胞中miR-181a 過表達(dá)，呈劑量依賴性的降低胰島素刺激的IR、PKB 和糖原合成酶激酶3β(glucogen synthase kinase 3β，GSK3β)的磷酸化。SIRT1 蛋白為miR-181a 作用靶點(diǎn)，HepG2 細(xì)胞過表達(dá)SIRT1 蛋白可以改善miR-181a 引起的胰島素抵抗，小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到了相同的結(jié)果，說明miR-181a 是調(diào)節(jié)肝臟胰島素敏感性的重要分子［13］。

miR-33a/b 抑制肝細(xì)胞IRS-2 表達(dá)，使胰島素信號通路下游蛋白PKB 活化受阻，抑制內(nèi)源性miR-33a/b 表達(dá)則可以上調(diào)肝細(xì)胞對胰島素的敏感性，提示該miRNA 可能為代謝綜合征的潛在治療靶點(diǎn)［14］。HFD 喂養(yǎng)小鼠和db/db 小鼠肝臟中miR-143 表達(dá)增加，以下調(diào)氧化固醇結(jié)合蛋白相關(guān)蛋白8(oxysterol-binding-protein-related protein 8，ORP8)表達(dá)的方式抑制PKB 活化，降低胰島素敏感性［15］。類似于miR-143，肥胖能誘導(dǎo)肝臟miR-802 過表達(dá)，通過沉默靶基因(HNF1B)導(dǎo)致糖耐量異常以及胰島素抵抗，降低miR-802 的表達(dá)則可改善糖代謝異常［16］。

線粒體功能異常與胰島素抵抗和糖尿病的發(fā)病有關(guān)。miR-126 與miR-96 在線粒體功能異常的SKHep1 細(xì)胞中過表達(dá)，兩者均是通過下調(diào)IRS-1 蛋白表達(dá)誘導(dǎo)胰島素抵抗［17-18］。IRS-1 將胰島素信號從胰島素受體傳至細(xì)胞內(nèi)的PI3K，是胰島素信號傳導(dǎo)通路上的關(guān)鍵分子，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病模型小鼠以及糖尿病患者的肝臟中IRS-1 水平明顯降低，但具體的調(diào)控機(jī)制仍不清楚，與其相關(guān)的更多miRNA 分子有待于進(jìn)一步被發(fā)現(xiàn)。

此外，多個(gè)研究用miRNA 芯片方法分析肥胖小鼠模型或糖尿病小鼠模型肝臟組織miRNA 差異表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)miR-103、miR-107、miR-125a 和miR-29a等表達(dá)明顯上調(diào)，通過作用于胰島素信號通路上不同環(huán)節(jié)的靶分子，參與胰島素抵抗。

3.2 miRNA 與脂肪組織胰島素抵抗

誘導(dǎo)脂肪生成和代謝的miRNA 表達(dá)異常與脂肪組織胰島素抵抗相關(guān)。首先發(fā)現(xiàn)miR-143 與脂肪形成有關(guān)，miR-143 在HFD 喂養(yǎng)小鼠腸系膜脂肪組織中表達(dá)增加，而且miR-143 的表達(dá)水平與小鼠體質(zhì)量、腸系膜脂肪重量以及血清瘦素的水平呈正相關(guān)，絲裂原活化蛋白激酶7(mitogen-activated protein kinase 7，ERK5)水平輕度下降。但也有報(bào)道m(xù)iR-143 在ob/ob 肥胖小鼠脂肪細(xì)胞的表達(dá)下調(diào)［5］。給出生1d 的小鼠腹腔內(nèi)注射miR-143 鎖定核苷酸，沉默脂肪組織miR-143 的表達(dá)，并不改變小鼠脂肪細(xì)胞的大小、形態(tài)以及與脂肪形成有關(guān)基因的表達(dá)，而且miR-143 也不能抑制3T3-L1 細(xì)胞以及小鼠脂肪組織ERK5 的表達(dá)［19］。提示miR-143 可能通過多種途徑調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的形成和功能，有待對miR-143 與脂肪細(xì)胞胰島素抵抗以及脂肪形成的相關(guān)性進(jìn)一步探索。

過強(qiáng)的脂肪組織炎性反應(yīng)是導(dǎo)致全身性胰島素抵抗的重要因素。miR-223 可通過抑制PKNOX1 的表達(dá)，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的極化，減弱脂肪組織炎性反應(yīng)。HFD 喂養(yǎng)的miR-223 基因敲除小鼠血漿胰島素和血糖水平高于野生型小鼠，而且其脂肪組織中抗感染性M2 巨噬細(xì)胞浸潤減少，而炎性M1 巨噬細(xì)胞數(shù)增加。用特異的缺乏miR-223 的骨髓細(xì)胞進(jìn)行小鼠骨髓移植，同樣出現(xiàn)嚴(yán)重的胰島素抵抗和糖耐量異常，同時(shí)脂肪組織中促炎細(xì)胞因子的表達(dá)也增加，進(jìn)一步證實(shí)了miR-223 作為巨噬細(xì)胞極化的調(diào)節(jié)分子，有利于改善脂肪組織的炎性反應(yīng)和全身性胰島素抵抗［20］。

miR-221 和miR-93 也涉及脂肪組織胰島素抵抗。腹部皮下脂肪組織中miR-221 的表達(dá)水平與BMI 和空腹血胰島素呈正相關(guān)，miR-221 通過下調(diào)脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptor 1，ADIPOR1)的表達(dá)，干擾過氧化物酶體增殖體激活受體(peroxisome proliferator activated receptor，PPAR)信號通路的傳導(dǎo)，促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)生［21］。miR-93 在多囊卵巢綜合征患者和存在胰島素抵抗婦女的脂肪組織中表達(dá)上調(diào)，通過下調(diào)葡萄糖運(yùn)載體4(glucose transporter 4，GLUT-4)的表達(dá)降低胰島素敏感性［22］。

3.3 miRNA 與骨骼肌胰島素抵抗

骨骼肌是胰島素作用的另一重要靶組織，目前有關(guān)miRNA 與骨骼肌胰島素抵抗的研究相對較少。探討胰島素抵抗影響肌肉對負(fù)荷反應(yīng)機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，胰島素抵抗OZ 小鼠比目魚肌對負(fù)荷的肥大反應(yīng)受損，與正常LZ 小鼠相比，OZ 小鼠比目魚肌中與肌肉生長發(fā)育有關(guān)的miR-133a 和miR-1 表達(dá)下降［23］。分析db/db 小鼠和正常小鼠腓腸肌miRNA表達(dá)譜的差異，發(fā)現(xiàn)miR-135a 在db/db 小鼠腓腸肌表達(dá)明顯上調(diào)，抑制了靶蛋白IRS-2 的表達(dá)、PI3K和PKB 的磷酸化以及胰島素刺激的葡糖糖吸收，沉默db/db 小鼠體內(nèi)miR-135a 的表達(dá)，則可恢復(fù)。與正常人相比，miR-135a 在2 型DM 患者骨骼肌中的表達(dá)同樣上調(diào)［24］。

4 小結(jié)

miRNA 作為重要的基因表達(dá)調(diào)控分子涉及很多疾病的發(fā)病過程。近年來，越來越多的miRNA 被證實(shí)與胰島素的合成和分泌、胰島素抵抗以及糖尿病的發(fā)病密切相關(guān)。病理狀態(tài)下異常表達(dá)的miRNA，通過作用于胰島素分泌及胰島素信號傳導(dǎo)通路上的靶基因，影響血糖穩(wěn)態(tài)的維持。表達(dá)異常miRNA 的發(fā)現(xiàn)，加深了對糖尿病發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識，也使得miRNA 作為2 型DM 生物標(biāo)志物成為可能。然而，miRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，一個(gè)miRNA 可作用于多個(gè)靶基因，而一個(gè)靶基因受多種miRNA 的調(diào)控，同一種miRNA 又可在多種組織中表達(dá)，通過多種途徑參與糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。因此，miRNA 的靶基因及其功能仍需大量的研究進(jìn)一步明確;另外，體外實(shí)驗(yàn)到體內(nèi)試驗(yàn)的逐步深入，以及特定的miRNA-靶基因調(diào)節(jié)通路的確定也將為治療2 型DM 的藥物研發(fā)提供潛在的靶點(diǎn)。

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