microRNAs與代謝綜合征的相關(guān)性的研究進展

荊菁 楊衛(wèi)芳 于民民

(山東青島市市立醫(yī)院，山東青島 266000)

代謝綜合征包括腹型肥胖、高脂血癥及高密度脂蛋白膽固醇(HDL-L)低下、胰島素抵抗和(或)葡萄糖耐量異常等。隨著研究的深入，代謝綜合征研究的內(nèi)容愈來愈豐富，如脂肪肝、促炎性反應(yīng)、促血栓形成等。這些因素相互關(guān)聯(lián)，可加重代謝綜合征，甚至導(dǎo)致心腦血管疾病的發(fā)生。代謝綜合征目前的治療手段如改變生活方式、控制飲食、藥物治療等往往效果不滿意，因此，需要進一步了解其發(fā)病機制，以發(fā)現(xiàn)更好的預(yù)測手段和治療方法。

microRNAs是一類長度約22 nt的非編碼單鏈小RNA，在哺乳動物、果蠅、植物、病毒中均存在[1]。microRNAs由單鏈RNA經(jīng)Drosha和Dicer酶加工而成，其源基因位于編碼區(qū)或非編碼區(qū)，可成簇。microRNA能與RNA結(jié)合形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA induced silencing complex,RISC)[2]，在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達。microRNA指導(dǎo)效應(yīng)復(fù)合物與靶mRNA結(jié)合并完全互補時剪切靶基因，互補程度較低時抑制翻譯過程。一條microRNA可同時調(diào)控100個以上參與相同或相關(guān)生理過程的靶mRNA。microRNAs參與如膽固醇代謝、胰島素抵抗等代謝相關(guān)過程。

循環(huán)中的microRNAs性質(zhì)穩(wěn)定，可作為生物學標志物用于診斷疾病，如家族性高膽固醇血癥患者血漿HDL-microRNAs譜與正常人顯著不同；動脈粥樣硬化患者中，HDL-miRNA可誘導(dǎo)肝臟細胞的HDL受體下調(diào)[3]，因此，HDL-microRNA可作為輔助診斷指標。循環(huán)中microRNAs表達改變與某種疾病狀態(tài)相關(guān)，如miR-122與非酒精性脂肪肝、肝臟損傷相關(guān)；miR-223與動脈粥樣硬化相關(guān)；miR-126與2型糖尿病相關(guān)[4]。在肥胖小鼠模型中，用反義寡核苷酸抑制miR-122后，脂肪生成相關(guān)的基因和轉(zhuǎn)錄因子表達下降，使血漿膽固醇下降，肝臟脂肪變性得到明顯改善[5]。本文從以下幾個方面概述microRNAs與代謝綜合征的關(guān)系。

1 microRNAs與肥胖

肥胖是一種慢性進展性代謝疾病。隨著體質(zhì)量指數(shù)(BMI)增加，糖尿病、癌癥、骨關(guān)節(jié)炎、心血管疾病危險性也隨之增加。肥胖的藥物治療及減肥手術(shù)的臨床效果均不理想。深入了解肥胖的分子學機制，對于治療肥胖顯得十分必要。miR-143被最早發(fā)現(xiàn)參與脂肪細胞分化，隨后一些與脂肪分化相關(guān)的microRNAs相繼被發(fā)現(xiàn), 包括miR-204、miR-141、miR-429等，它們參與初期多能干細胞向脂肪細胞的轉(zhuǎn)化過程；miR-17-92、miR-130、miR-27a、miR-27b、miR-378參與脂肪細胞最終分化的整個過程[6]。

1.1 microRNAs與脂肪組織 脂肪組織分為白色脂肪組織和棕色脂肪組織。白色脂肪組織儲存多余的能量，而棕色脂肪組織燃燒能量。棕色脂肪的這一特性與棕色脂肪組織中的特異蛋白—UCP-1(線粒體內(nèi)膜解偶聯(lián)蛋白)有關(guān)。UCP-1分子嵌入線粒體膜內(nèi)消除線粒體電位，驅(qū)動脂肪消耗并促使其轉(zhuǎn)化為熱量而非以三磷酸腺苷(ATP)的形式儲存起來。棕色脂肪組織是目前研發(fā)抗肥胖藥物的新方向[7]。研究[8]發(fā)現(xiàn)，miR-455在前白色脂肪細胞和成熟脂肪細胞中表達下調(diào)，而在棕色脂肪細胞分化過程中表達上調(diào)，表達方式與UCP-1相似，miR-455可能與棕色脂肪組織的分化和功能完善有關(guān)。另3種典型的肌源性microRNAs——miR-1、miR-133a、 miR-206在白色脂肪細胞中不表達，而在前棕色脂肪細胞和成熟細胞中高表達，參與能量消耗和產(chǎn)熱過程。將這些microRNAs或與轉(zhuǎn)錄因子一起轉(zhuǎn)染到白色脂肪細胞和肌肉細胞中，可將棕色組織的特性賦予白色脂肪組織和肌肉組織，并可用于臨床上治療肥胖[9]。研究[10]還發(fā)現(xiàn)，白色脂肪組織microRNAs譜的改變與肥胖相關(guān)，且某些與脂肪形成相關(guān)的microRNAs在肥胖個體中顯示出與正常個體中相反的表達模式。盡管已發(fā)現(xiàn)microRNAs與脂肪形成及肥胖有關(guān)，其表達譜在模型中也發(fā)生改變，但其與肥胖的關(guān)系仍需要進一步的體內(nèi)試驗證實。

1.2 microRNAs與氧化應(yīng)激 在肥胖個體中，脂肪組織因體積增大而功能不全，并有巨噬細胞浸潤。慢性炎性反應(yīng)和缺氧是肥胖個體中脂肪組織的兩個主要特點。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)能抑制過氧化物酶體增殖物激活受體 γ(PPARγ)、脂聯(lián)素等脂肪細胞特異性蛋白的表達，并活化細胞周期基因，導(dǎo)致肥大脂肪組織發(fā)生胰島素抵抗[11]。研究[12]發(fā)現(xiàn)，miR-422b、miR-103、miR-30c在脂肪形成過程中表達上調(diào)而在肥胖模型中表達下調(diào)，miR-221、miR-222則相反，這可能與慢性炎性反應(yīng)和高水平TNF-α有關(guān)。在新診斷的2型糖尿病合并超重或肥胖患者的大網(wǎng)膜脂肪組織中，miR-17-5p、miR-132、miR-134表達下調(diào)，miR-181a表達上調(diào)； miR-132低表達與大網(wǎng)膜脂肪組織巨噬細胞浸潤有關(guān)，miR-181a高表達與血液循環(huán)中脂聯(lián)素水平下降有關(guān)[13]。缺氧是肥胖脂肪組織發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)的重要因素，可影響參與脂肪生成的miR-27的表達[14]。

2 microRNAs與胰島素抵抗

2.1 microRNAs與脂肪細胞 胰島素抵抗是2型糖尿病的患病基礎(chǔ)，在糖尿病確診前10～20年就已持續(xù)存在，是預(yù)測2型糖尿病最準確的指標。三酰甘油升高和脂肪動員是胰島素抵抗的早期表現(xiàn)，脂肪動員可使血漿游離脂肪酸升高，并發(fā)生三酰甘油異位沉積。脂質(zhì)沉積在肌肉組織和肝臟會加重代謝紊亂，沉積在胰島β細胞導(dǎo)致β細胞功能不全并加速β細胞凋亡，這些因素均可導(dǎo)致2型糖尿病的發(fā)生[15-16]。

前脂肪細胞分化為脂肪細胞的過程中有多種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子參與，如PPARγ、C/EBPs等。microRNAs可作用于這些因子，調(diào)控脂肪形成[17]。Esau等[18]發(fā)現(xiàn)，miR-143在脂肪細胞分化過程中表達上調(diào)；用反義核苷酸技術(shù)抑制miR-143，可阻止脂肪細胞分化，降低脂肪分化特異基因如AP2、HSL、PPAR-γ2的表達，并使脂肪細胞中三酰甘油含量下降75%。Xie等[19]在小鼠3T3-L1脂肪細胞分化模型中發(fā)現(xiàn)，miR-103、miR-143在脂肪生成過程中表達上調(diào)，且在前脂肪細胞中異位表達，可加速脂肪形成，提高細胞中三酰甘油含量。在正常生理狀態(tài)下，miR-27b或miR-130在脂肪分化過程中表達下調(diào)；而當miR-27b過度表達時，它可與PPARγ的mRNA上的miR-27b互補位點相結(jié)合，阻止PPARγ 和下游C/EBPa的表達，起到抑制脂肪分化的作用[20-21]。Kajimoto 等[22]在3T3-L1前脂肪細胞系的分化過程中發(fā)現(xiàn)，miR-10b、miR-15、miR-26a、miR-34c、miR-98、miR-99a、miR-101、 miR-101b、 miR-143、miR-152、miR-183、miR-185、miR-224、let-7b 表達上調(diào)，而miR-181、 miR-182 表達下調(diào)，這些表現(xiàn)出現(xiàn)在脂肪細胞分化的中晚期(第9天)，而未出現(xiàn)在脂肪分化的早期(第1～5天)；但逆轉(zhuǎn)這些microRNAs的表達，并未出現(xiàn)脂肪分化的停滯，推測其與脂肪細胞功能完善有關(guān)。脂肪細胞中miR-103/107表達下調(diào)后，caveolin-1(一種重要的胰島素受體調(diào)節(jié)因子)的表達量增加，增強胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進而減小脂肪細胞體積，并提高胰島素激發(fā)的葡萄糖攝入量[23-24]。Ling等[25]發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生胰島素抵抗的脂肪細胞中，50個microRNAs表達上調(diào)，29個microRNAs表達下調(diào)，其中miR-320表達量增加近50倍。此外，Xu等[26]發(fā)現(xiàn)， mmu-mir-183-96-182基因簇是胰島素信號傳導(dǎo)通路上的胰島素受體底物1(insulin receptor substrate 1，irs1)、Ras p21蛋白活化子1(Ras p21 protein activator 1，RASA1)、生長因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)的電位調(diào)節(jié)器。

2.2 microRNAs與肌肉組織 餐后血糖轉(zhuǎn)運的主要組織是肌肉，70%的血糖在胰島素作用下轉(zhuǎn)運到骨骼肌中，骨骼肌胰島素抵抗是2型糖尿病的早期特征，也是發(fā)生心血管疾病的危險因素。有研究[27]采用Northern實驗分析發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病小鼠的胰島素靶器官和組織——肝臟、脂肪組織、肌肉組織中miR-29家族成員表達均上調(diào)；而腺病毒介導(dǎo)的miR-29過表達能被胰島素激發(fā)的葡萄糖攝入抑制。miR-29靶標是胰島素誘導(dǎo)基因1(insulin-induced gene 1， Insig1) 和細胞質(zhì)膜微囊蛋白(caveolin 2，CAV2)，它們在胰島素信號通路上的作用尚待進一步的研究。miR-24在糖尿病患者肌肉組織中表達下調(diào)，其靶標是p38絲裂原活化激酶 (p38 MAPK)，在GK小鼠脂肪組織中，MAPK表達上調(diào)伴隨著miR-24表達下調(diào)；miR-24表達下調(diào)又能夠激活p38 MAPK信號傳導(dǎo)通路，進而通過增加胰島素依賴的葡萄糖攝入改善肌細胞的胰島素抵抗[28]。與miR-24相同，miR-126表達下調(diào)使骨骼肌細胞適應(yīng)更高的葡萄糖轉(zhuǎn)運率。miR-126的其中一個靶標是p58β/PI3KR2(磷脂酰肌醇3激酶調(diào)節(jié)亞基-2/p85-β)。體外研究[29]發(fā)現(xiàn)，miR-126表達增加使p58β蛋白表達量下調(diào)，進而抑制PI3K/Akt信號傳導(dǎo)通路，而PI3K/Akt信號傳導(dǎo)通路是骨骼肌中葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(glucose transporter 4,GLTU4)易位到細胞膜所必須的，miR-126表達下調(diào)和PI3K活性升高都可促進葡萄糖轉(zhuǎn)運增加。

3 microRNAs與膽固醇代謝

miR-122是首個被報道的調(diào)控代謝的microRNA，最先在肝臟中發(fā)現(xiàn)，影響肝臟中脂質(zhì)代謝，參與肝細胞分化。用反義寡核苷酸抑制miR-122，可使血漿膽固醇下降25%～30%；miR-122靶向抑制劑可通過改變小鼠肝臟中膽固醇合成酶如磷酸甲羥戊酸激酶、7-脫氫膽固醇還原酶的表達，使血漿和肝臟中的膽固醇、三酰甘油含量減少，而使脂肪酸β氧化效率提高，從而改善肝臟脂肪變性[30]。在非洲綠猴中進行的一項研究[31]顯示，用鎖核酸抑制miR-122表達也使膽固醇水平下降。在小鼠和非人類靈長類動物中，miR-122靶向抑制物在降脂的同時并不引起肝臟損害及肝臟結(jié)構(gòu)改變，但高密度脂蛋白(HDL)水平下降，這限制了miR-122的應(yīng)用[30，32]。研究[33]發(fā)現(xiàn)，miR-122與丙型肝炎病毒(HCV)的復(fù)制有關(guān)，若將miR-122靶向抑制物作為調(diào)脂藥物長期服用，可能增加肝癌風險。miR-122影響膽固醇代謝酶類表達的作用機制及其靶向藥物的應(yīng)用仍需進一步研究。

SREBPs是具有堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈(basic helix-loop-helix-leucine zipper, bHLH-ZIP)結(jié)構(gòu)的核轉(zhuǎn)錄因子，具有調(diào)控膽固醇、脂肪酸、磷脂、三酰甘油合成的作用。SREBPs有3個異構(gòu)體：SREBP-1a、SREBP-1c 和SREBP-2。SREBP1基因定位于人類染色體17p11.2，編碼SREBP1a和SREBP1c，它們通過選擇性剪接變體而調(diào)控脂肪生成相關(guān)酶類如脂肪酸合酶、乙酰輔酶A羧化酶、硬脂?；?輔酶α脫氫酶等的表達。miR-33b位于SREBP1基因內(nèi)含子17。SREBP2基因定位于人類染色體22q13，編碼SREBP2，調(diào)控膽固醇生成相關(guān)酶類，如羥甲基戊二酰輔酶A還原酶、低密度脂蛋白受體3的表達；miR-33a位于SREBP2基因內(nèi)含子16[34]。miR-33的2個亞型在構(gòu)成上僅2個核苷酸不同，而與靶基因以相同位點結(jié)合。研究[35]發(fā)現(xiàn)，胰島素和肝臟X受體可誘導(dǎo)SREBP1和miR-33b的表達。研究[36-37]發(fā)現(xiàn)，在低膽固醇水平下，SREBP2和miR-33a廣泛表達且表達量增加2～3倍。

研究[38]發(fā)現(xiàn)，miR-33a/b抑制膽固醇輸出相關(guān)基因ABCA1、ABCG1表達，ABCA1表達膽固醇轉(zhuǎn)運蛋白，該蛋白促使膽固醇從細胞中轉(zhuǎn)運到細胞外，在維持細胞內(nèi)膽固醇動態(tài)平衡及高密度脂蛋白(HDL)形成中起著重要作用。人類和小鼠ABCA1基因3’UTR端包含miR-33a/b的3個結(jié)合位點。在多種細胞中，轉(zhuǎn)染miR-33類似物能抑制ABCA1基因轉(zhuǎn)錄和翻譯，在肝臟細胞和巨噬細胞中，miR-33過表達可使膽固醇溢向載脂蛋白apoA1受阻，而抑制內(nèi)源性miR-33能夠促進ABCA1蛋白生成，使膽固醇溢向apoA1的效率提高[39]。在小鼠中，miR-33還可調(diào)節(jié)ABCG1的表達，ABCG1可動員細胞中多余的膽固醇，它與ABCA1在HDL形成及清除中都扮演著重要角色，但其缺乏miR-33的結(jié)合位點[39]。此外，miR-33還可通過抑制肝臟細胞和巨噬細胞中某些溶酶體蛋白基因轉(zhuǎn)錄和翻譯，調(diào)節(jié)膽固醇從HDL的溢出[40]。

4 小 結(jié)

microRNAs參與代謝相關(guān)的各個過程，與肥胖、糖脂代謝、胰島素抵抗、動脈粥樣硬化等密切相關(guān)。通過抑制或激活microRNAs的表達影響靶mRNA，可達到改變代謝綜合征進程的目的。由于microRNAs的臨床研究屬于新生領(lǐng)域，目前仍有一些問題有待解決：(1)影響代謝的microRNAs成員眾多，參與代謝的各個途徑，因此需要明確在疾病發(fā)展過程中起決定作用的microRNAs以及它們在代謝過程中如何發(fā)揮作用；(2)microRNAs不僅參與代謝綜合征的病理過程，還與某些腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，需進一步評估與microRNAs相關(guān)藥物的不良反應(yīng)。隨著研究的深入，microRNAs可能將成為治療代謝綜合征的新靶標。

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