郭曉晨，吳南翔，高明

1.杭州醫(yī)學院，浙江 杭州 310053

2.浙江省醫(yī)學科學院，浙江 杭州 310013

據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會最近的估計顯示，2045年全球?qū)⒂?.93 億人受到糖尿病的影響，這意味著糖尿病將在不久的將來帶來巨大的全球健康問題［1］。在糖尿病患病人群中，尤以Ⅱ型糖尿?。╰ype Ⅱdiabetes mellitus，T2DM）居多，胰島β 細胞功能缺陷和胰島素抵抗是T2DM 的兩個主要誘因。T2DM 會誘發(fā)血管受損，引起數(shù)種并發(fā)癥，對眼睛、腎臟、腦部以及心臟等造成嚴重損害，不僅影響患者的生活質(zhì)量，甚至還會危及患者生命。隨著全基因組和轉(zhuǎn)錄組測序技術的發(fā)展，長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）已成為分子生物學研究的熱點。lncRNA的長度從幾百個核糖核苷酸到數(shù)萬個核糖核苷酸不等，其中部分是由RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的mRNA 樣轉(zhuǎn)錄物，不能編碼開放閱讀框［2］，但可以作為機體重要的調(diào)控因子參與轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白定位、細胞凋亡和熱休克反應等多種生命過程［3］。作為最早被發(fā)現(xiàn)的lncRNA分子，越來越多的研究證實H19 在T2DM 的發(fā)生過程中起著重要作用，同時H19還被證實參與調(diào)控由T2DM 引起的多種并發(fā)癥。探討H19 在T2DM 及其并發(fā)癥中的分子機制可為T2DM 研究提供有效靶標和生物標志物，并為T2DM 的早期診斷和治療提供參考。本文將就H19 在T2DM 發(fā)生發(fā)展過程中的作用靶點及調(diào)控機制進行綜述，探討其在T2DM 及其并發(fā)癥中發(fā)揮的作用。

1 H19 概述

H19基因全長2.5 kb，位于人類染色體11p15.5，共有5 個外顯子及4 個內(nèi)含子，基因產(chǎn)物加工生成的成熟H19 全長為2.3 kb。H19 在進化上具有高度保守性，高豐度表達于胚胎發(fā)育期，集中表達于內(nèi)胚層及中胚層來源的組織，細胞質(zhì)中表達水平高于細胞核，常以調(diào)節(jié)性RNA 或核糖調(diào)節(jié)子的方式發(fā)揮作用。相關研究表明，H19 在表觀遺傳修飾、RNA 代謝以及細胞增殖分化等生命活動中發(fā)揮重要作用。由于H19 最早被證實在肺癌［4］、卵巢癌［5］、乳腺癌［6］等多種癌癥中表達上調(diào)，加速腫瘤細胞的增殖和侵襲，與腫瘤轉(zhuǎn)移及預后密切相關，因此先前關于H19 的研究多集中在腫瘤領域。不過，近年來H19 在代謝領域的研究成為熱點。H19 可以調(diào)節(jié)機體糖脂代謝參與T2DM 的發(fā)生，同時參與T2DM 所引起的多種并發(fā)癥的調(diào)控，成為T2DM 發(fā)生發(fā)展過程中不可缺少的調(diào)節(jié)因子。目前，H19 主要通過以下幾種機制調(diào)節(jié)T2DM 相關基因在機體的表達：①通過影響胰島素信號傳導通路調(diào)節(jié)糖異生相關基因，參與人體血糖調(diào)節(jié)。②通過包括調(diào)節(jié)區(qū)的印跡基因在內(nèi)的H19 的表觀遺傳調(diào)控機制，而調(diào)節(jié)區(qū)則根據(jù)親本來源差異甲基化，從而發(fā)揮功能［7］。③作為微小RNA（mirco RNA，miRNA）的分子海綿或前體物質(zhì)，影響miRNA 的表達，從而影響下游靶基因的表達。

2 H19通過叉頭盒轉(zhuǎn)錄因子O1（forkhead box O1，F(xiàn)oxO1）參與T2DM血糖調(diào)節(jié)

FoxO1 是一種參與能量代謝的轉(zhuǎn)錄因子［8］，廣泛存在于肝臟、骨骼肌、脂肪等糖脂代謝的重要器官，其活性受胰島素負性調(diào)控［9］，在肝臟中可以調(diào)節(jié)葡萄糖代謝和胰島素水平［10］，促進糖異生，增加肝臟葡萄糖的輸出［11］。因具有高度保守的磷酸化位點，直接受上游磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）磷酸化調(diào)節(jié)，被Akt 磷酸化后移出細胞核失活，并解除其對葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶等糖異生基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，可以抑制肝臟糖異生，進而降低血糖。Goyal 等［12］研究表明HepG2 細胞中H19 缺失引起胰島素受體水平表達下降，損害胰島素信號傳導通路，促使FoxO1 發(fā)生去磷酸化，并從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細胞核，上調(diào)糖異生相關基因，促進肝臟葡萄糖異生，同時協(xié)助核轉(zhuǎn)錄因子?B 上調(diào)白細胞介素-1β 的表達，進而損害胰島β 細胞的功能，導致T2DM。后續(xù)研究進一步發(fā)現(xiàn)H19 也可通過阻止轉(zhuǎn)錄因子p53 與FoxO1 啟動子結(jié)合，使FoxO1 啟動子上p53 的占有率減少，F(xiàn)oxO1發(fā)生磷酸化，從而抑制FoxO1 活化，導致糖異生基因表達下調(diào)，抑制肝臟糖異生［13］。Zhang 等［14］發(fā)現(xiàn)p53可以激活沉默信息調(diào)節(jié)因子6 表達，引起p53 依賴的FoxO1 的核排斥反應，促進FoxO1 去乙?；⑾虬|(zhì)輸出，導致糖異生基因表達下調(diào)，從而減輕FoxO1 依賴的糖異生作用。上述研究表明，H19 可以通過p53誘導FoxO1 磷酸化或去乙?；?，參與糖異生調(diào)控，調(diào)節(jié)機體血糖水平，但FoxO1 磷酸化和去乙?；@兩種途徑在此過程中作用的大小尚不清楚，有必要進行深入研究，以探討這兩種途徑在H19 通過p53 介導FoxO1 參與糖異生調(diào)控中的主導作用。

3 H19 通過印跡調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor 2，Igf2）參與T2DM的發(fā)生發(fā)展

lgf2/H19是最早被發(fā)現(xiàn)且最受關注的一對印跡基因，位于人染色體11p15.5 的基因組印跡簇上，分別為父系表達和母系表達，H19 位于Igf2下游90 kb 處，兩者共同競爭H19 下游的同一增強子［15］，且皆受H19基因上游4 kb 處的印跡控制區(qū)調(diào)控。基因印跡不同于傳統(tǒng)的孟德爾遺傳現(xiàn)象，指子代特定基因或基因簇只表達來自母源或父源一方的等位基因，而另一方親本等位基因不表達的表觀修飾現(xiàn)象，而其中參與此現(xiàn)象的基因稱為印跡基因。有研究證實母體糖尿病組的H19/Igf2印跡控制區(qū)甲基化水平更高［16］，在這種情況下，Igf2 的表達水平可能會增加，H19 的表達水平會降低，而暴露于母體糖尿病的胎兒Igf2 表達水平則會降低。Ding 等［17］通過動物實驗發(fā)現(xiàn)Igf2 和H19 在妊娠期糖尿病模型后代的胰島中表達均下調(diào)，證實了H19和Igf2 參與了該模型中糖尿病的代際傳播，Igf2 的異常表達與Igf2/H19 的甲基化失調(diào)有關。Igf2 在胰腺過表達使參與胰島素分泌的胰十二指腸同源異形盒基因1、肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A 基因等具有完全分化和功能性β 細胞特征的基因下調(diào)，誘導β 細胞去分化或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，從而導致胰腺發(fā)育阻滯，胰島功能紊亂，胰島素分泌不當，成為T2DM 發(fā)病的誘因［18-19］。同時，Igf2 在轉(zhuǎn)基因小鼠β 細胞中過表達也會使胰島細胞增生并引起形態(tài)改變，從而導致高胰島素血癥，繼發(fā)胰島素抵抗，成為T2DM 發(fā)病的早期原因［20］。也有研究發(fā)現(xiàn)Igf2 和H19 的差異甲基化區(qū)甲基化狀態(tài)改變與妊娠期糖尿病引起的巨大兒相關，妊娠期糖尿病組的臍血和胎盤中Igf2 的表達高于正常糖耐量組，而臍血中H19 的表達則低于正常糖耐量組，后代為巨大兒的正常糖耐量組的胎盤和臍血中Igf2 的表達較后代為正常體重兒升高［21］。Igf2 及其受體在急性高糖和糖尿病中過度表達激活鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴性信號通路，導致心肌肥大相關蛋白下游活化和表達，觸發(fā)心肌肥大和體內(nèi)外心肌細胞凋亡，與糖尿病心肌病密切相關［22］。

4 H19 與miRNA 作用參與T2DM 及其并發(fā)癥的調(diào)控

miRNA 是一類豐富的內(nèi)源性非編碼RNA，在物種間具有高度保守性、組織特異性、時序性以及疾病特異性，可通過與mRNA 的3’非翻譯區(qū)進行完全或不完全的堿基配對［23］，在轉(zhuǎn)錄水平抑制靶基因的翻譯，實現(xiàn)在調(diào)控發(fā)育、分化、細胞增殖以及免疫和代謝等多種生物學過程發(fā)揮重要作用［24］，有證據(jù)表明miRNA可作為lncRNA 發(fā)揮作用的重要環(huán)節(jié)之一，lncRNA 通過多種途徑對miRNA 進行調(diào)控，其表達變化也可以影響到miRNA 的作用。近年來越來越多的國內(nèi)外研究證實H19 可通過與miRNA 相互作用，參與T2DM 的血糖調(diào)節(jié)及其并發(fā)癥的調(diào)控過程，為T2DM 及其并發(fā)癥的研究提供新的生物標志物。

4.1 H19作為miRNA的分子海綿發(fā)揮作用

let-7 是目前發(fā)現(xiàn)最早的miRNA，其在肌肉過度表達會導致胰島素抵抗和糖耐量受損已被證實［25］，Zhu等［26］研究發(fā)現(xiàn)let-7 過表達會抑制胰島素-PI3K-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路的多個組分，導致胰島素抵抗和外周葡萄糖耐受不良，并出現(xiàn)胰島β 細胞代償性胰島素分泌增加以補償外周的胰島素抵抗。

一些lncRNA 可以以一種競爭性內(nèi)源RNA 的形式成為miRNA 的“分子海綿”（molecular sponge），從而抑制miRNA 的表達，并促進miRNA 靶基因的表達水平［27］。其中，H19 可以作為分子海綿分離和調(diào)節(jié)let-7家族miRNAs［28］，阻斷l(xiāng)et-7 對其下游靶基因轉(zhuǎn)錄后的抑制，從而恢復下游靶基因的功能［29］。有研究表明H19/let-7 以雙負反饋環(huán)的形式參與調(diào)節(jié)肌肉中的葡萄糖代謝［30］，H19 在骨骼肌中充當let-7 的上游調(diào)節(jié)器［31］，作為let-7 的競爭性內(nèi)源RNA 特異性的隔離內(nèi)源性let-7。靶向沉默H19 在不影響let-7 水平的情況下增加let-7 的生物利用度，let-7 通過介導胰島素-PI3KmTOR 途徑抑制胰島素受體、胰島素受體底物2、胰島素樣生長因子受體1 等多種成分，從而導致糖耐量受損。同時，非典型雙特異性磷酸酶27 作為H19 在肌肉胰島素敏感性調(diào)節(jié)中的重要下游效應器，也是H19/let-7 介導的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的靶點，下調(diào)H19 后通過升高let-7的生物利用度使其表達降低，進而降低腺苷酸活化蛋白激酶的活性［32］，影響葡萄糖攝取和脂肪酸氧化［33］，從而導致胰島素抵抗。也有研究表明H19在胰腺中可以通過隔離let-7 阻止let-7 與其內(nèi)源性靶點作用從而誘導β 細胞的增殖，同時PI3K-Akt 信號通路被認為是保證β 細胞質(zhì)量的關鍵調(diào)控因子，H19 可以通過激活PI3K-Akt 信號級聯(lián)觸發(fā)β 細胞增殖［34］，但觸發(fā)這一信號通路的事件仍有待充分闡明。

糖尿病小鼠的腸上皮細胞的異常分化與Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號傳導過度有關［35］，H19是糖尿病患者腸上皮分化的重要標志性lncRNA，其在糖尿病小鼠的腸上皮細胞中明顯上調(diào)，可作為miR-141-3p的分子海綿通過隔離內(nèi)源性miR-141-3p 使β-catenin 及其下游效應子表達上調(diào)，與糖尿病小鼠的腸上皮細胞分化異常有關［36］。間充質(zhì)干細胞衍生外體的H19可競爭性結(jié)合miR-152-3p，從而上調(diào)其靶基因—第10染色體缺失與張力蛋白同源的磷酸酶基因（phosphatase and tension homology deleted on chromosome ten，PTEN）促進糖尿病足潰瘍的創(chuàng)面愈合［37］。在糖尿病誘導的APRE-19 細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激過程中，H19 通過抑制miR-93 對下游靶點的作用，從而上調(diào)X-盒結(jié)合蛋白1（X-box binding protein，XBP-1）抑制高糖誘導的炎癥反應，調(diào)節(jié)高糖狀態(tài)下視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞的炎癥過程，從而抑制糖尿病視網(wǎng)膜病變［38］。

4.2 H19作為miRNA的前體物質(zhì)發(fā)揮作用

在miRNAs編碼的過程中，某些lncRNAs可作為其編碼之前的物質(zhì)，這種lncRNAs可以說是該miRNAs的前體物質(zhì)。H19的外顯子1編碼兩個miRNAs：miR-675-5p和miR-675-3p，此時H19 可作為miR-675 的前體物質(zhì)發(fā)揮作用，并參與T2DM 引起的多種并發(fā)癥的調(diào)控。H19/miR-675 軸可通過靶向電壓依賴性陰離子通道蛋白1（voltage-dependent anion channel protein 1，VDAC1）參與高糖誘導的細胞凋亡的調(diào)節(jié)，H19 在糖尿病心肌病大鼠的心肌細胞中強表達可使miR-675 上調(diào)，miR-675 可與其下游靶基因VDAC1 的3’非編碼區(qū)域結(jié)合使VDAC1 的表達下降，抑制細胞凋亡，減輕糖尿病心肌病的炎癥和氧化應激［39］。H19/miR-675 可以通過早期生長反應蛋白1 調(diào)節(jié)維生素D 受體的表達從而參與糖尿病腎病，糖尿病腎病組H19、miR-675 表達增加，miR-675 作用于維生素D 受體使其表達下降，從而導致早期生長反應蛋白1 的表達下降，早期生長反應蛋白1與H19的表達呈正相關，因而H19表達下降，從而形成維持維生素D 受體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和降低糖尿病腎病發(fā)生率所需的負反饋調(diào)節(jié)通路［40］。

5 其他

除上述機制外，也有研究發(fā)現(xiàn)在高脂飲食小鼠的肝臟中H19 表達增加，H19 在肝臟中過表達會促進肝臟葡萄糖的生成和胰島素抵抗，肝臟特異性H19 和S-腺苷同型半胱氨酸水解酶（S-adenosyl-homocysteine hydrolase，SAHH）之間相互作用構(gòu)成一個潛在機制即H19/SAHH 調(diào)控軸［41］，H19 結(jié)合SAHH 并使其失活，S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosyl homocysteine，SAH）水解減少，SAH 對DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶3B 抑制增加，導致DNA 甲基化降低［42］，促進肝細胞核因子4α（Hepatocyte nuclear factor 4-alpha，HNF4α）的表達，從而使葡萄糖-6-磷酸酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶1等糖異生基因的表達增加，導致葡萄糖生成也增加［43］，該研究與上述PI3K/Akt/FoxO1 通路的研究得到的結(jié)論相反，雖具體機制尚不明確，但該結(jié)果顯示H19 誘導的HNF4α啟動子甲基化水平變化不大，表明HNF4α的表達調(diào)控還涉及其他機制。Schmidt 等［44］研究表明H19過表達可促進棕色脂肪細胞的脂肪生成、氧化代謝和線粒體呼吸等。與白色脂肪組織相比，棕色脂肪組織可通過解偶聯(lián)儲存在線粒體膜質(zhì)子梯度中的電化學能量，將體內(nèi)儲存的營養(yǎng)物質(zhì)（如葡萄糖）轉(zhuǎn)化為熱能來支持能量分解代謝［45］，從而改善肥胖和胰島素抵抗。H19 可以通過與多梳抑制復合物2（polycomb repressive complex 2，PRC2） 結(jié)合并募集到GTP結(jié)合蛋白Di-Ras3（GTP-binding protein Di-Ras3，DIRAS3）啟動子區(qū)，表觀抑制心肌細胞DIRAS3 轉(zhuǎn)錄，促進mTOR 磷酸化，抑制糖尿病心肌病自噬的激活［46］。T2DM 患者中H19 下調(diào)，使胰島素受體、胰島素樣生長因子1 受體表達下降，引起Akt 活化障礙，導致血管生成受損，從而影響糖尿病創(chuàng)傷愈合［47］。此外，H19 還可以通過抑制絲裂原激活蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）-細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）1/2信號通路抑制轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β1 及其信號通路來阻止糖尿病視網(wǎng)膜中葡萄糖介導的內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化［48］。

6 總結(jié)和展望

H19 作為最早被發(fā)現(xiàn)的lncRNA 分子，在2 型糖尿病的血糖調(diào)節(jié)及其并發(fā)癥的調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用，近年來在國際上的研究也比較廣泛，但目前研究仍處于方興未艾的層面，很多層面的研究存在盲點：第一，肝臟中H19 通過PI3K/Akt 通路調(diào)控FoxO1磷酸化參與血糖調(diào)節(jié)的機制研究比較明確，可以通過這一通路進一步探索血糖調(diào)節(jié)的新方法，但H19 通過p53 調(diào)節(jié)FoxO1 磷酸化或去乙?；谔钱惿^程中的主導地位尚不明確，還需進行進一步的研究；第二，H19 可以通過其印跡基因Igf2 的差異甲基化參與T2DM 相關疾病的調(diào)節(jié)，但T2DM 發(fā)生發(fā)展過程中關于印跡基因表觀遺傳的調(diào)控模式尚不明確；第三，關于H19 和miRNA 相互作用的研究較為全面，可以以H19 和miRNA 的調(diào)控機制為思路，為T2DM 及其并發(fā)癥的研究提供生物標志物，并建立H19-miRNA-靶基因等關系網(wǎng)絡，更好地理解和探索H19 在T2DM 及其并發(fā)癥在內(nèi)的多種疾病治療中的作用，如利用肝臟中H19 和let-7 之間雙反饋環(huán)，探索T2DM 血糖調(diào)節(jié)的治療方法；利用H19 與各種miRNA 相互作用的關系，探索由T2DM 引起的關于糖尿病腎病、糖尿病眼病、糖尿病心肌病以及糖尿病足潰瘍等多種并發(fā)癥的新的調(diào)控方式，以期找到治療這些疾病的新靶點。

關于上述問題，相信在將來隨著對H19 研究的深入會逐步得到解決，從而可以更好地理解H19 在T2DM 及其并發(fā)癥中的作用，為T2DM 及其并發(fā)癥的治療提供新的思路和靶點。