謝麗莉

綜述

MicroRNA在糖尿病并發(fā)癥中的研究進(jìn)展

謝麗莉

作者單位：300192天津市，天津市第一中心醫(yī)院檢驗(yàn)科

糖尿病及其并發(fā)癥嚴(yán)重威脅著人類健康，具體的發(fā)病機(jī)制尚不明確，其發(fā)生可能涉及到多重復(fù)雜因素。微小RNA（microRNA，miRNA）是一組長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸，非編碼的小RNA，他們參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、分化、增殖和凋亡等。最近，越來(lái)越多研究表明，miRNA在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用，本文就miRNA的發(fā)現(xiàn)、生物學(xué)特性、合成及其作用機(jī)制、以及在糖尿病并發(fā)癥中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

微小RNA；糖尿??；糖尿病并發(fā)癥；糖尿病腎??；糖尿病心臟??；糖尿病視網(wǎng)膜病變

doi：10.3969/j.issn.1674-7151.2015.01.013

目前，糖尿病已經(jīng)成為繼腫瘤、心腦血管疾病之后影響全球性公共健康的第三大慢性非傳染性疾病。糖尿病并發(fā)癥是糖尿病患者死亡的主要原因，因其進(jìn)展緩慢，起病隱匿，一旦發(fā)生，病變很難逆轉(zhuǎn)，故糖尿病并發(fā)癥的早期診斷和治療較為困難。近年來(lái)，一些研究表明微小RNA（microRNA，miRNA）在糖尿病，尤其是糖尿病并發(fā)癥如糖尿病心臟?。╠iabetic cardiomyopathy，DC）、糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）、糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）等的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起重要作用。本文主要就miRNA及其在糖尿病并發(fā)癥中的研究進(jìn)展做一綜述。

1　miRNA的發(fā)現(xiàn)

1993年，Lee等［1］首先在線蟲中發(fā)現(xiàn)了 miRNA，命名為RNA：lin-4。但是，該發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，直到2000年，Reinhart等［2］才發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)類似的具有轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)功能的小分子RNA：let-7。2001年《Science》雜志報(bào)道了研究者從線蟲、果蠅和人體克隆中發(fā)現(xiàn)的幾十個(gè)類似lin-4的小分子RNA基因，被命名為microRNA。這時(shí)，miRNA才逐漸被人們所認(rèn)知并迅速成為研究的熱點(diǎn)。

2　miRNA的生物學(xué)特性

miRNA是一組廣泛存在于真核生物中的非編碼小RNA，長(zhǎng)度約為19～25個(gè)核苷酸，其通過(guò)與靶基因序列特異性相互作用，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)信使RNA的表達(dá)，在生物體的各種生命活動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。miRNA廣泛存在于多種真核生物中，從低等生物到人類都有其存在的痕跡，參與許多生物學(xué)現(xiàn)象與生理過(guò)程。其生物學(xué)特性主要表現(xiàn)為：分布廣泛性、高度保守性、時(shí)序表達(dá)特異性、組織表達(dá)特異性和結(jié)構(gòu)特異性。

3　miRNA的合成及其作用機(jī)制

miRNA的合成及其作用機(jī)制是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程：首先，細(xì)胞核內(nèi)的miRNA基因轉(zhuǎn)錄成初級(jí)miRNA（pri-miRNA），然后由細(xì)胞核內(nèi)的酶 DroshaRNase將其剪切成前體miRNA（pre-miRNA），核內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將pre-miRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。在細(xì)胞質(zhì)中的Dicer酶把pre-miRNA剪切成雙鏈miRNA。成熟的miRNA與其互補(bǔ)鏈結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，接下來(lái)，雙螺旋打開，其中的1條會(huì)與RNA誘導(dǎo)的基因沉默復(fù)合物 （RNA-induced silencing complex，RISC）形成非對(duì)稱的RISC復(fù)合物。該非對(duì)稱RISC復(fù)合物能夠與目標(biāo)靶mRNA相結(jié)合，發(fā)揮其調(diào)控基因的作用。其作用機(jī)制有兩種：（1）復(fù)合物中的單鏈miRNA與靶mRNA的3＇UTR完全互補(bǔ)，造成mRNA被RISC降解。（2）復(fù)合物中的單鏈miRNA與靶mRNA的3＇UTR不完全互補(bǔ)配對(duì)，從而阻斷該基因的翻譯過(guò)程。在植物中，miRNA多以第1種方式起作用；而在動(dòng)物中，miRNA則多以第2種方式起作用［3，4］。也有研究表明，miRNA不僅可以和靶分子mRNA的3＇UTR結(jié)合，還可以和編碼區(qū)及5＇UTR結(jié)合。Wang等［5］的研究顯示，miRNA通過(guò)與靶分子mRNA的編碼區(qū)結(jié)合，調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞的分化。研究［6］發(fā)現(xiàn)，不同組織或細(xì)胞在不同階段表達(dá)著不同的miRNA譜。一個(gè)miRNA可調(diào)節(jié)數(shù)百個(gè)靶基因，包括細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子等，miRNA與靶基因組成了復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于蛋白水平的調(diào)節(jié)，miRNA水平的調(diào)節(jié)顯得更加節(jié)省能量，效率更高而且可逆，大多數(shù)miRNA對(duì)靶基因起著微調(diào)作用，少數(shù)miRNA調(diào)節(jié)也可引起很明顯的表型改變。

4　miRNA與DC

DC以心肌肥厚和收縮障礙為主要特征，這與持續(xù)高血糖（hyperglycemia，HG）狀態(tài)引起miRNA的改變密切相關(guān)［7］。miR-133是在DC中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)發(fā)生改變的miRNA。心臟中miR-133水平的改變最終會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：（1）QT間期延長(zhǎng)綜合征（long qt syndrome，LQTS）。QT間期是心電圖中從Q波開始到T波結(jié)束的時(shí)間段。LQTS是一種威脅人類生命的疾病，其影響心臟系統(tǒng)并有可能導(dǎo)致暈厥、心跳停止和猝死。與LQTS相關(guān)的基因是HERG基因，HERG基因主要負(fù)責(zé)編碼心肌中K+通道相關(guān)的蛋白，而在DC中HERG基因表達(dá)是被下調(diào)的，其下調(diào)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平。在糖尿病患者心臟中，HERG蛋白下降了60%而mRNA水平無(wú)改變。目前已經(jīng)證實(shí)miR-133對(duì)HERG表達(dá)具有抑制作用。研究［8］顯示，miR-133在糖尿病家兔和db/db小鼠的心臟中表達(dá)顯著提高。高濃度的miR-133抑制HERG基因表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致快鉀通道相關(guān)蛋白合成減少。在糖尿病患者心臟中降低快鉀通道會(huì)導(dǎo)致QT延長(zhǎng)，最終導(dǎo)致LQTS的發(fā)生而引起心律失常。（2）心肌肥大。miR-133對(duì)心肌肥大的作用與在LQTS中完全相反。miR-133過(guò)表達(dá)導(dǎo)致LQTS，而下調(diào)miR-133水平導(dǎo)致心肌肥大。Shen等［9］在以心肌肥大為特征的DC鼠模型中發(fā)現(xiàn)，絲裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路富集于心臟。該信號(hào)通路包括ERK1/2、JNK 和p38三個(gè)主要部分。研究者將乳鼠心肌細(xì)胞暴露于HG中并用miR-373轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞體積縮小，靶基因肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C水平降低，而miR-373的表達(dá)依靠p38的調(diào)控，因此，miR-373參與MAPK信號(hào)通路對(duì)心肌肥厚調(diào)控。另外，F(xiàn)eng等［10］在 T1DM心臟病小鼠的肥厚心肌組織及HG環(huán)境下培養(yǎng)的鼠新生心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)miR-133a表達(dá)顯著上調(diào)。提示miR-133a在糖尿病患者心肌組織中開始上調(diào)可能是心肌肥厚的信號(hào)。

心肌損傷或能量代謝異常致心肌收縮障礙與miRNA調(diào)控相關(guān)。在體內(nèi)外，分別用HG刺激心肌細(xì)胞，出現(xiàn)miR-1/ 206表達(dá)顯著上調(diào)，隨后對(duì)熱休克蛋白60（heat shock protein 60，Hsp60）轉(zhuǎn)錄后調(diào)控使Hsp60水平降低［11］。Hsp60是糖尿病心肌損傷防御機(jī)制的重要組分，其下調(diào)將加速心肌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心肌損傷。

5　miRNA與DN

DN是一種由糖尿病導(dǎo)致的腎臟疾病，與Kimmelstiel-Wilson綜合征和毛細(xì)管間腎小球性腎炎相似，DN最終導(dǎo)致糖尿病患者發(fā)生腎衰。近年來(lái)有關(guān)miRNAs在DN發(fā)病過(guò)程中的作用已經(jīng)引起研究人員的廣泛關(guān)注。Wang等［12］將體外培養(yǎng)的人及小鼠腎小球系膜細(xì)胞，暴露在HG和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1的刺激下，相比較于正常對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)其與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中糖尿病小鼠模型的系膜細(xì)胞一樣均出現(xiàn)miR-373表達(dá)水平明顯升高。miR-373通過(guò)減少p21活化激酶、超氧化物歧化酶和其他靶點(diǎn)的mRNA的表達(dá)，抑制相應(yīng)蛋白合成，間接作用于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白-纖連蛋白，使其表達(dá)增加及氧化應(yīng)激敏感性增強(qiáng)，從而在DN系膜改變的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起了重要作用。Fu等［13］報(bào)道氧化應(yīng)激在DN發(fā)病機(jī)制中扮演重要角色。DN中還原型輔酶II（NADPH）氧化酶源性超氧與HG誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激較密切，而NADPH氧化酶的表達(dá)受到miRNA調(diào)控。miR-25作為內(nèi)源性基因沉默因子，在DN中調(diào)控NOX4（HG狀態(tài)下NADPH氧化酶主要催化亞基）的功能與表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)miR-25在糖尿病鼠的腎臟和HG處理的系膜細(xì)胞中降低顯著，而NOX4表達(dá)水平升高。在體外研究中miR-25的抑制物顯著提高了NOX4的mRNA和蛋白的水平，證實(shí)miR-25可能與NOX4的mRNA穩(wěn)定性表達(dá)相關(guān)。Kato等［14］提出miR-216是導(dǎo)致DN的另一個(gè)潛在因素，即在腎小球系膜細(xì)胞中，TGF-β1刺激能上調(diào)miR-216的表達(dá)，導(dǎo)致Ⅰ型膠原α2的表達(dá)量增加，這牽涉到Ⅰ型膠原α2基因啟動(dòng)子上E-box序列和一系列分子復(fù)合物之間的關(guān)系，其中之一是受RNA結(jié)合蛋白Y-box結(jié)合蛋白-1的調(diào)節(jié)，他們提出假設(shè)即上調(diào)miR-216可通過(guò)Y-box結(jié)合蛋白-1介導(dǎo)對(duì)Ⅰ型膠原α2的調(diào)節(jié)，因此，TGF-β1刺激下通過(guò)miR-216抑制YB-1的表達(dá)可極大地促進(jìn)纖維化的發(fā)展。

龐琦等［15］用12只HG且24 h尿白蛋白顯著增高的先天性肥胖性2型糖尿病小鼠（db/db）作為早期DN組，db/m作為正常對(duì)照組，建立db/db小鼠早期DN miRNA的差異表達(dá)譜，用miRNA芯片技術(shù)和RT-PCR進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)對(duì)早期db/db小鼠的miRNA初步篩查顯示，miR-196a、miR-98和miR-29c在DN組表達(dá)明顯上調(diào)，miR-21、miR-451、miR-709 和miR-187在DN組表達(dá)明顯下調(diào)，說(shuō)明部分miRNA在DN和正常對(duì)照小鼠腎臟組織中存在差異表達(dá)，可能參與了DN發(fā)生的分子機(jī)制。Zhang等［16］同時(shí)發(fā)現(xiàn)在糖尿病db/db小鼠體內(nèi)異位表達(dá)miR-21對(duì)DN組腎小球系膜增殖起著一定的調(diào)控作用，PTEN是miR-21的靶基因并受其負(fù)調(diào)控，miR-21的下調(diào)將導(dǎo)致腎臟纖維化。

6　miRNA與DR

DR是糖尿病最常見和最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，其主要的特征是視網(wǎng)膜微血管功能障礙，最嚴(yán)重的后果是導(dǎo)致失明，已成為大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家工作年齡人群致盲的首要原因。Kovacs等［17］采用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)建立糖尿病大鼠模型，通過(guò)與對(duì)照組對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在兩組大鼠視網(wǎng)膜中有350種miRNA，其中86種miRNA表達(dá)有差異；視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中檢測(cè)出220種miRNA，其中120種miRNA表達(dá)有差異。通過(guò)基因功能注釋分析發(fā)現(xiàn)，miRNA-146通過(guò)作用于白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶1和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6，抑制了核轉(zhuǎn)錄因子-κB的活化。與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)有關(guān)的miRNA-17-5p、miRNA-18a、miRNA-20a、miRNA-21、miRNA-31和miRNA-155等的表達(dá)都有增加。與p53相作用的miRNA-34家族在糖尿病組的表達(dá)上調(diào)，表明p53依賴的miRNA-34介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡可能在早期DR中起重要作用。

目前，已有較多miRNA作用于視網(wǎng)膜新生血管機(jī)制方面的研究報(bào)道。Silva等［18］在對(duì)miR-29b及其潛在靶點(diǎn)促凋亡RNA依賴的蛋白激酶相關(guān)蛋白X進(jìn)行定位和表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)miR-29b和RAX定位和表達(dá)于正常小鼠和糖尿病小鼠的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和視網(wǎng)膜內(nèi)層核細(xì)胞中，且二者之間存在間接調(diào)控關(guān)系。因此，miR-29b的表達(dá)變化可盡早預(yù)測(cè)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。另外，視網(wǎng)膜周細(xì)胞凋亡在DR早期發(fā)病機(jī)制中起重要作用，而NF-κB參與視網(wǎng)膜周細(xì)胞促凋亡程序的觸發(fā)。McArthur等［19］利用基因芯片技術(shù)，對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)DR的大鼠視網(wǎng)膜和HG刺激下的人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行對(duì)比篩查，發(fā)現(xiàn)miRNA-200b的表達(dá)顯著增高，同時(shí)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的mRNA和蛋白表達(dá)也增高。在視網(wǎng)膜中，miRNA-200b定位于神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞。通過(guò)基因干擾技術(shù)阻斷miRNA-200b的表達(dá)，可明顯降低血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子mRNA和蛋白的表達(dá)水平；同時(shí)也阻礙了糖尿病引起的視網(wǎng)膜血管通透性的增加和新生血管的生成。因此，針對(duì)miRNA的研究可能成為未來(lái)DR治療的新靶點(diǎn)。

7　問(wèn)題與展望

miRNA是目前生命科學(xué)領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)，雖然人類主要miRNA已經(jīng)逐步被認(rèn)識(shí)，但確定和破譯每個(gè)miRNA的作用靶點(diǎn)和作用途徑及其調(diào)節(jié)仍是目前極為重要的工作。糖尿病并發(fā)癥發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，目前已發(fā)現(xiàn)多種miRNA在其發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果可推測(cè)，針對(duì)miRNA的進(jìn)一步研究將有望發(fā)現(xiàn)早期診斷糖尿病并發(fā)癥生物標(biāo)志物及防治的新靶點(diǎn)，對(duì)糖尿病并發(fā)癥的干預(yù)治療提供新的突破口，有著廣闊的臨床應(yīng)用前景和價(jià)值。

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（本文編輯：李霦）

（2014-11-17）