miRNA在2型糖尿病中的研究進展

胡 蘊綜述，毛曉明審校

0 引 言

糖尿病在我國發(fā)病率為9.7%，其中2型糖尿病占90%以上，病因及發(fā)病機制目前仍不完全清楚。近年來，2型糖尿病的遺傳學研究有很大進展，2007年有5個有關(guān)2型糖尿病的全基因組研究報道，共發(fā)現(xiàn)11個與2型糖尿病相關(guān)的基因［1］，但這些基因只能解釋0.3%2型糖尿病的發(fā)生，因此環(huán)境因素在2型糖尿病發(fā)病中所起的作用越來越引起人們的重視。

目前已知的調(diào)控基因表達的方式主要有4種:DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控，其中前三者主要調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄過程，而后者主要調(diào)控mRNA翻譯成蛋白質(zhì)的過程。miRNA是目前非編碼RNA中研究最多的一種，長約22個核苷酸，主要與靶基因mRNA 3'端非翻譯區(qū)結(jié)合，降解靶基因mRNA或直接抑制翻譯過程。據(jù)推測3%的人類基因組包含miRNA，30%編碼蛋白質(zhì)的基因受其調(diào)控。miRNA在細胞分化、增殖及能量代謝方面起重要作用［2］，它的異常表達在許多疾病(如腫瘤、感染［3］、心血管及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等)的發(fā)生及發(fā)展中起重要作用。

miRNA通過序列比對機制在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達，不涉及靶基因DNA序列的變化。高糖、高脂等環(huán)境因素可導(dǎo)致 miRNA異常，影響mRNA翻譯成蛋白質(zhì)(如胰島素、轉(zhuǎn)錄因子Pdx-1、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4等)，并導(dǎo)致2型糖尿病的發(fā)生和發(fā)展。因此，對miRNA的研究可在一定程度上解釋環(huán)境因素在2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中的作用，對其防治具有指導(dǎo)意義。本文將對近年來miRNA在2型糖尿病中的研究進展進行綜述。

1 miRNA與胰島β細胞功能

胰島β細胞功能衰竭和胰島素抵抗是2型糖尿病的基本病理生理特征，前者在2型糖尿病的發(fā)病及病理進展過程中起關(guān)鍵作用。

目前認為2型糖尿病患者胰島β細胞功能進行性減退與糖毒性及脂毒性密切相關(guān)，高血糖及高血脂會引起一些miRNA的異常表達:Tang等［4］用高糖對 MIN6胰島 β細胞系進行處理，發(fā)現(xiàn)miR-124a、miR-107、miR-30d 等多個 miRNA 表達上調(diào)，而miR-296、miR-484、miR-690等則表達明顯下降［4］，在這些表達異常的 miRNA 中，miR-30d能上調(diào)胰島素基因的表達。當用反義寡核苷酸鏈抑制miR-30d時，葡萄糖刺激誘導(dǎo)的胰島素基因轉(zhuǎn)錄停止，目前認為miR-30d的靶基因是一個尚未被發(fā)現(xiàn)的胰島素轉(zhuǎn)錄負調(diào)控因子，對其研究仍在進行中。而另一個miRNA分子miR-124a在胰島的發(fā)生及胰島β細胞分化過程中起重要作用，并有研究表明miR-124a的過表達能減少葡萄糖刺激誘導(dǎo)的胰島素分泌［5］，其靶分子 FoxA2 能調(diào)節(jié) Pdx-1、Kir6.2 和Sur-1等多個與胰島素合成及分泌相關(guān)的特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達［6］。另一項研究發(fā)現(xiàn)，miR-34a和miR-146a在軟脂酸鹽處理過的MIN6胰島β細胞系中呈時間和濃度依賴性升高［7］，它們均對細胞凋亡起促進作用。miR-34a不僅能激活P53蛋白促進細胞凋亡，長期升高還可抑制囊泡蛋白2表達，抑制胰島素的釋放。抑制miR-34a和miR-146a可減少高脂毒性誘導(dǎo)的β細胞凋亡。這些研究均表明，高糖、高脂等環(huán)境因素能影響miRNA的表達，從胰島素的轉(zhuǎn)錄、合成、分泌等多個方面影響胰島β細胞功能。

miR-375是胰島組織特異表達的 miRNA，在MIN6胰島β細胞系中表達最高，也是目前糖尿病相關(guān)性miRNA中研究最多的一種，它對胰島β細胞功能有重要的影響。β細胞中miR-375過表達可抑制葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌。進一步的實驗證明，miR-375的靶分子之一是重組胰島素樣生長因子1(又稱myotrphin)［8］。重組胰島素樣生長因子1能改變細胞膜內(nèi)側(cè)肌動蛋白絲組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，促進含胰島素的小泡和細胞膜融合，釋放胰島素。miR-375通過與重組胰島素樣生長因子1的mRNA結(jié)合，負調(diào)控重組胰島素樣生長因子1蛋白質(zhì)的表達，抑制胰島素分泌。另一項研究發(fā)現(xiàn)miR-375能負調(diào)控磷脂酰肌醇依賴型蛋白激酶1(phosphoinositide dependent kinase 1，PDK1)的表達［9］。PDK1是磷脂酰肌醇3激酶信號通路的成員，磷脂酰肌醇3激酶信號通路在胰島β細胞合成胰島素的過程中起重要作用。實驗表明，葡萄糖能下調(diào)胰島β細胞中miR-375的轉(zhuǎn)錄，PDK1表達量增加，從而促進細胞合成胰島素。由于miR-375與胰島素的合成及分泌密切相關(guān)，當miR-375表達異常時，可能會引起胰島β細胞功能障礙，并導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生、發(fā)展。

2 miRNA與胰島素抵抗

胰島素抵抗是2型糖尿病的另一基本特征，主要指機體對一定量胰島素的生物效應(yīng)減低。胰島素的主要效應(yīng)器官是肝、骨骼肌和脂肪細胞，當這些器官對胰島素的敏感性和反應(yīng)性降低時，即出現(xiàn)胰島素抵抗。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)數(shù)種miRNA與胰島素抵抗有關(guān)。

通過對非肥胖型的2型糖尿病模型GK大鼠的骨骼肌細胞、脂肪細胞和肝細胞進行miRNA基因芯片表達分析研究發(fā)現(xiàn)，在GK大鼠的這些胰島素效應(yīng)器官中，miR-29的表達較正常動物明顯升高［10］。在3T3-L1脂肪細胞系中過表達miR-29，可導(dǎo)致胰島素激發(fā)的葡萄糖攝取受抑制。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪細胞中miR-29過表達能導(dǎo)致其靶基因Insig1和Cav2表達水平降低，從而使膽固醇的生物合成過程出現(xiàn)障礙。

miR-143在脂肪細胞分化過程中上調(diào)，用反義寡核苷酸鏈抑制miR-143表達，可導(dǎo)致多種脂肪細胞的特異性基因表達下調(diào)，其中包括葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4、過氧化物酶增殖體激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)2 等，從而引起胰島素與受體結(jié)合后的一系列細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程障礙，導(dǎo)致胰島素抵抗［11］。

另一項研究比較了GK大鼠與正常大鼠肝及脂肪組織中170種miRNA的表達，發(fā)現(xiàn)在肝組織中miR-125 的表達差異最為明顯(P=0.001)［12］，而在脂肪組織中，miR-125也具有表達差異。通過生物信息學分析，預(yù)測miR-125的靶基因可能與絲裂原活化蛋白激酶途徑有關(guān)，但miR-125對胰島素抵抗的具體生物學作用有待進一步探索。

3 miRNA與糖尿病并發(fā)癥

糖尿病慢性并發(fā)癥是2型糖尿病患者死亡的主要原因，其進展緩慢，起病隱匿，一旦形成，病變很難逆轉(zhuǎn)，因此，糖尿病慢性并發(fā)癥的早期診斷和治療較為困難。一些研究表明miRNA在糖尿病慢性并發(fā)癥如糖尿病心血管病變、糖尿病腎病等的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。

持續(xù)高血糖狀態(tài)能導(dǎo)致血管內(nèi)皮細胞功能障礙，最近一項研究發(fā)現(xiàn)，高水平葡萄糖刺激的血管內(nèi)皮細胞中，miR-221高表達，而 c-kit蛋白表達降低［13］。c-kit蛋白是一種干細胞因子受體，在內(nèi)皮細胞的遷移過程中起重要作用。運用反義寡核苷酸鏈抑制miR-221，可恢復(fù)c-kit蛋白的表達水平并使血管內(nèi)皮細胞的遷移功能有所恢復(fù)，提示miR-221-ckit蛋白途徑在糖尿病血管損傷機制中起作用。另一項研究中Wang等［13］對GK大鼠的心肌微血管上皮細胞的miRNA表達譜進行了基因芯片分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn) let-7e、miR-129、miR-291-5p、miR-320 等 11 條miRNA高表達。其中miR-320負調(diào)控胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor，IGF-1)及其受體是誘發(fā)糖尿病血管病變的重要因素之一［14］。

糖尿病模型小鼠的腎小球中miR-192的表達上調(diào)［15］，其作用靶點smad作用蛋白是TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的成員，TGF-β是膠原蛋白等細胞外基質(zhì)蛋白表達的重要調(diào)控因子［16］，miR-192通過作用于TGF-β信號途徑，使各種細胞外基質(zhì)蛋白在腎小球中沉積，引起糖尿病腎病。

4 miRNA與2型糖尿病的早期診斷及預(yù)防

2型糖尿病進展緩慢，起病隱匿，患者發(fā)病早期常未出現(xiàn)典型的“三多一少”癥狀。UKPDS的研究表明，新診斷的2型糖尿病患者其胰島β細胞功能已下降50%。對糖尿病易感人群進行早期的飲食控制可減少糖尿病的發(fā)病，而在糖耐量異常、空腹血糖異?；?型糖尿病初期，通過胰島素強化治療等手段，可使胰島功能得到恢復(fù)，大大延緩糖尿病的進展。因此，2型糖尿病的易感性篩查及早期診斷具有重要的臨床意義。

2008年Chen等［17］發(fā)現(xiàn)血清中也存在miRNA分子，其具有很高的穩(wěn)定性，能抵御RNA酶的消化作用及反復(fù)凍融、酸堿等理化因素的作用，并在糖尿病患者及正常人中的表達具有顯著差異［17］。此研究表明，糖尿病患者血清中miRNA的表達差異較血細胞中更為顯著，說明血清miRNA在疾病診斷方面具有更高的靈敏性，并且血清中的miRNA并不完全來自于血細胞的裂解。Valadi等［18］在研究中發(fā)現(xiàn)，mRNA和miRNA可從一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞中，并在新細胞中發(fā)揮功能。因此，有科學家猜想血清中的miRNA具有一定的生物學功能，起細胞外信號傳遞的作用。

血清miRNA標本易獲取，其具有很高的靈敏度和穩(wěn)定性，是一種理想的生物標記物。由于miRNA的異常改變早于蛋白質(zhì)表達，在2型糖尿病尚未出現(xiàn)血糖升高、胰島功能降低等機體變化時，miRNA的表達異常可能就已出現(xiàn)。因此如能掌握糖尿病患者血清miRNA表達譜，血清miRNA的檢測可能成為一種有效地篩查2型糖尿病易感性及早期診斷的生物學指標。

5 miRNA與2型糖尿病的治療

目前，調(diào)控miRNA的表達及功能已經(jīng)成為一項成熟技術(shù)。影響miRNA合成的方法很多，例如，miRNA加工成熟由核酸酶Drosha和Dicer完成，通過小干擾RNA或其他藥物可人工干預(yù)Drosha或Dicer核酸酶的表達及活性，從而調(diào)控miRNA。但此方法可改變多種miRNA水平，特異性較低，因此易出現(xiàn)不良反應(yīng)，較少被采用。用小干擾RNA模擬Dicer酶加工形成的雙鏈miRNA能有效地提高細胞中miRNA的水平，并已廣泛運用于體外實驗中，但其在體內(nèi)實驗中的運用仍有待研究，目前已有一項研究通過小鼠尾靜脈直接注射小干擾RNA并成功地使其作用于胰島中的Ins2基因［19］，但此方法在涉及的細胞及器官靶向性問題仍有待解決。抑制miRNA功能的方法很多，目前使用最廣泛的是通過堿基互補配對原則，使反義寡核苷酸鏈與相應(yīng)的miRNA結(jié)合，抑制其與靶基因miRNA的3'UTR結(jié)合，從而抑制 miRNA的功能［20］。

通過這些手段，我們可人為地改變miRNA的合成及功能，使2型糖尿病患者體內(nèi)異常的miRNA水平得以糾正，從而改善患者的胰島功能，緩解胰島素抵抗，并預(yù)防各種并發(fā)癥，這將成為一種新的2型糖尿病治療手段。

6 結(jié) 語

由于miRNA在調(diào)控基因表達方面起著重要的作用，并參與了多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，因此，在其被發(fā)現(xiàn)的短短十余年中，已受到廣泛關(guān)注。通過對miRNA的進一步研究，我們不但能夠進一步從中探索2型糖尿病與環(huán)境因素的關(guān)系，闡明2型糖尿病的發(fā)病機制，還能夠找到篩查、診斷及治療2型糖尿病及其并發(fā)癥的新手段，具有很高的臨床價值。

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