MicroRNA在代謝綜合征疾病中的研究進展

劉文秀(綜述)，念 馨，楊慧英(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌一科，昆明 650032)

微RNA(microRNA，miRNA)是近年來發(fā)現(xiàn)的一類非編碼RNA，廣泛地存在于各種動植物中，對蛋白質(zhì)的合成過程具有調(diào)控作用，參與轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達，在細胞發(fā)生、發(fā)育、衰老等多種生理活動中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，miRNA與代謝綜合征的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[1]。代謝綜合征是多種代謝成分異常聚集的病理狀態(tài)，是一組復(fù)雜的代謝紊亂綜合征，主要表現(xiàn)為葡萄糖及脂質(zhì)代謝異常，伴有胰島素抵抗、高血壓、肥胖和動脈粥樣硬化，其患病率隨年齡的增長而增加，是導(dǎo)致糖尿病和心腦血管疾病的危險因素。

1 miRNA的作用機制

1993年，Lee等[2]在秀麗新小桿線蟲中發(fā)現(xiàn)了第一個能時序調(diào)控胚胎后期發(fā)育的基因lin-4,即為首次發(fā)現(xiàn)的miRNA。miRNA是一個由19～25個核苷酸小分子組成的非編碼RNA分子家族，能夠在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)控基因的表達。miRNA涉及復(fù)雜的生物進化過程，包括細胞調(diào)控、分化、發(fā)展和新陳代謝等各階段，有研究證實目前人類基因組包含有大約1000多個miRNA，它們能調(diào)節(jié)約人類基因的30%[3]。miRNA的產(chǎn)生首先是由細胞核內(nèi)編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄得到pri-miRNA(初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物)。Pri-miRNA由數(shù)千個核苷酸分子組成，它通過RNase Ⅲ核酸內(nèi)切酶Drosha及其輔酶DGCR8蛋白(雙鏈RNA結(jié)合蛋白)/Pasha(dsRNA結(jié)合蛋白)加工，將pri-miRNA剪切成具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的、長度為70～100個核苷酸分子的miRNA的前體,即pre-miRNA，再通過GTPase Ran(核內(nèi)小分子GTP結(jié)合蛋白)/轉(zhuǎn)運蛋白5的轉(zhuǎn)運機制轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中。在Dicer酶的作用下將pre-miRNA剪切成約22 bp的雙鏈結(jié)構(gòu)。經(jīng)解螺旋酶解螺旋后成為兩條單鏈miRNA分子，其中一條具有5′末端的單鏈被降解，另一條即為成熟的miRNA，它是有功能的單鏈，能與沉默復(fù)合體結(jié)合，然后與靶mRNA的3′端非翻譯區(qū)結(jié)合。如果兩者核苷酸序列完全匹配，靶mRNA直接降解；若兩者序列部分匹配，尤其是位于miRNA 5′端的第2至第8個核苷酸處被稱為“種子序列”的核苷酸和靶mRNA匹配完好，靶mRNA轉(zhuǎn)錄受到抑制[4]。

2 miRNA與糖尿病

胰島細胞和胰島素在糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。適當(dāng)?shù)囊葝u素分泌對調(diào)節(jié)血糖、維持血糖的動態(tài)平衡是必不可少的。因此，胰島素分泌不足將會導(dǎo)致高血糖進而發(fā)展為糖尿病。從小鼠及人類的研究中發(fā)現(xiàn)只有很少的一部分miRNA表達與胰島素分泌有關(guān)[5-7]。miR-375是胰島組織特異表達的miRNA，是調(diào)控胰島素分泌的重要因子，在成熟的β細胞中miR-375的過表達可以抑制葡萄糖誘導(dǎo)胰島素分泌。相反，抑制內(nèi)源性miR-375的功能則增強胰島素分泌。為了探索miR-375在調(diào)節(jié)葡萄糖代謝上的作用,Poy等[8]從葡萄糖反應(yīng)性的MIN6胰島β細胞系和TC-1 α細胞系上克隆了多種miRNA,miR-375在MIN6胰島β細胞上表達最多，經(jīng)葡萄糖刺激后miR-375水平降低，而miR-375降低可以引起胰島素的分泌。研究證實，重組胰島素樣生長因子1是miR-375的靶目標(biāo)分子，可調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)兒茶酚胺的釋放，減少胰島MIN6細胞上的肌侵蛋白的表達，進而導(dǎo)致胰島素分泌減少。另一項研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖能下調(diào)胰島β細胞中miR-375的轉(zhuǎn)錄，使磷脂酰肌醇依賴型蛋白激酶1表達量增加，從而促進細胞合成胰島素[9]。miR-375在維持血漿葡萄糖穩(wěn)態(tài)的作用中做出了突出的貢獻,剔除miR-375的小鼠表現(xiàn)出高血糖和葡萄糖不耐受，這種結(jié)果的出現(xiàn)是因為增加了α細胞數(shù)量和提高了血漿胰高血糖素水平，結(jié)果加強了糖原新生和肝葡萄糖的輸出,而β細胞將大量減少，特別是剔除了miR-375的ob/ob基因型小鼠，β細胞的減少更明顯,胰腺代償性增加、胰島素分泌能力減少，結(jié)果導(dǎo)致嚴重糖尿病的發(fā)生[10]。miR-124a被認為與胰腺的發(fā)生及在β細胞的分化過程中起重要的作用，它與基礎(chǔ)胰島素釋放的增加、胰島素胞外分泌的減少有關(guān)系[11]。叉頭框A2基因被認為是miR-124a的直接靶基因，是參與β細胞分化、胰島細胞發(fā)育、糖代謝和胰島素分泌過程重要的轉(zhuǎn)錄因子，通過miR-124a可下調(diào)包括ATP敏感性的K+通道、內(nèi)向整流鉀通道Kir6.2、磺酰脲類受體1和胰島素促進因子1等多個與胰島素合成和分泌相關(guān)的特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達[12]。其他miRNA在調(diào)節(jié)胰島素分泌上也有重要的作用，miR-9可通過抑制其靶分子切域家族成員2的表達，上調(diào)Rab27a的效應(yīng)蛋白/突觸樣蛋白4，從而抑制胰島素分泌[13]。miR-103/107在糖尿病誘導(dǎo)的肥胖小鼠的肝臟組織中高表達，對胰島素敏感性有負調(diào)節(jié)作用，下調(diào)miR-103/107的表達水平可以改善血糖動態(tài)平衡和胰島素敏感性,而miR-103/107的過表達在肝臟和脂肪組織中能誘導(dǎo)胰島素抵抗和葡萄糖不耐受[14]。miR-30d的高表達使胰島素基因的表達上調(diào)。相反，抑制miR-30d的表達將阻止葡萄糖刺激的胰島素基因轉(zhuǎn)錄過程，胰島素分泌減少[15]。miR-34a和miR-146a可以從糖尿病肥胖小鼠胰島中檢測到，它直接影響了β細胞的生存能力和胰島素胞外分泌，在高濃度的非酯化脂肪酸中長期培養(yǎng)的β細胞中miR-34a和miR-146a的表達水平升高，miR-34a的過表達激活了p53通道，使細胞內(nèi)分泌顆粒蛋白囊泡相關(guān)的膜蛋白2減少、葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌下降，并通過在MIN6胰島β1細胞中誘導(dǎo)Bcl-2的表達促進β細胞凋亡[16]。

3 miRNA與胰島素抵抗

胰島素抵抗是代謝綜合征的重要中心環(huán)節(jié)，當(dāng)肝臟、骨骼肌和脂肪組織對胰島素的敏感性和反應(yīng)性降低時，就出現(xiàn)胰島素抵抗。目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)種miRNA與胰島素抵抗有關(guān)。在非肥胖型糖尿病GK大鼠的肥胖組織和骨骼肌中miR-29的表達水平是升高的，將3T3-L1脂肪組織暴露在高糖和高胰島素的環(huán)境中miR-29a和miR-29b的表達水平也是上調(diào)的，而這種高糖和高胰島素的條件將導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生[17]。研究發(fā)現(xiàn)，miR-29的過表達可能是通過絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶磷酸化作用抑制胰島素信號從而減少胰島素刺激的葡萄糖攝取實現(xiàn)的，miR-29的靶目標(biāo)是p85[18]，當(dāng)miR-29與p85結(jié)合，p85就不能激活磷脂酰肌醇3激酶的催化亞單位p110，從而抑制絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶磷酸化，導(dǎo)致跨膜葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4攝取葡萄糖減少，血糖升高。胰島素受體底物(insulin receptor substrates,IRS)是胰島素信號通路的重要因子，有研究表明，剔除IRS-1基因的小鼠存在胰島素抵抗,miR-145的過表達直接作用于IRS-1，使與IRS-1結(jié)合的蛋白表達水平下調(diào)及酪氨酸化水平的降低，從而導(dǎo)致胰島素抵抗[19]。對糖尿病GK小鼠研究發(fā)現(xiàn)，其肝臟和脂肪組織中miR-125表達水平是上調(diào)的，通過生物信息學(xué)預(yù)測分析miR-125可能存在導(dǎo)致血糖和脂代謝紊亂的靶基因，上調(diào)miR-125的表達水平可能會使其靶基因的表達水平下降從而導(dǎo)致胰島素抵抗[20]。

4 miRNA與脂代謝

脂肪的最主要功能是儲存能量，包括三酰甘油和膽固醇。它們通過與脂蛋白的結(jié)合(如低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白、高密度脂蛋白)來實現(xiàn)其在血液中的運輸，異常的膽固醇和脂平衡是導(dǎo)致心血管疾病的最重要的危險因素。脂肪的調(diào)節(jié)是通過膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白來完成的。它直接激活了超過30個基因參與的膽固醇、脂肪酸、三酰甘油、磷脂的吸收和合成以及合成這些所需的輔助因子還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸分子。哺乳動物基因組編碼了三種SREBP亞型，分別為SREBP-1a、SREBP-1c和SREBP-2，不同的SREBP在特異組織中表達不同。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個miRNA與脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)有關(guān)，miR-33a和miR-33b能調(diào)節(jié)體內(nèi)膽固醇的平衡，被認為是膽固醇和脂肪酸穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因,它們由轉(zhuǎn)錄因子固醇響應(yīng)元件結(jié)合蛋白基因SREBF2和SREBF1所編碼，協(xié)調(diào)膽固醇和脂肪酸合成,通過抑制多種基因參與膽固醇運輸和脂肪酸氧化[21]。miR-33有三種靶基因，其中一種是腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1，能調(diào)節(jié)高密度脂蛋白的合成和反向膽固醇運輸；另一種是腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體G1，能降低膽固醇流出轉(zhuǎn)化為高密度脂蛋白；還有一種是尼曼匹克蛋白1型,能使膽固醇從溶酶體運輸?shù)浇M織中去[22]。miR-33通過以上三種靶基因調(diào)節(jié)膽固醇的運輸途徑。動物實驗顯示，抑制miR-33a能刺激膽固醇轉(zhuǎn)化為載脂蛋白A1導(dǎo)致血漿高密度脂蛋白升高，而極低密度脂蛋白水平降低[23]。miR-122是第一個被證實參與脂質(zhì)調(diào)節(jié)的miRNA，是目前確定在肝組織中含量最豐富的一個miRNA，占肝中總miRNA的70%，對維護肝細胞的表型和膽固醇與脂肪酸代謝方面扮演著一個突出的角色[24]。在小鼠實驗中,miR-122表達抑制可導(dǎo)致總血漿膽固醇水平持續(xù)地減少,增加肝脂肪酸氧化,減少肝脂肪酸和膽固醇的合成率，最終可使高密度脂蛋白和載脂蛋白A1增加，而低密度脂蛋白和載脂蛋白B減少[25]。miR-370能使miR-122表達水平降低，影響脂肪合成,miR-370的直接作用靶點為肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α，通過減少肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1α基因表達降低脂肪β氧化效率。還可通過調(diào)節(jié)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c、二?；视王；D(zhuǎn)移酶2，影響肝臟中三酰甘油蓄積，間接調(diào)控脂代謝相關(guān)基因的表達[26]。

肥胖是心血管疾病的危險因素，與代謝綜合征密切相關(guān)。過多的脂肪組織釋放非酯化脂肪酸、細胞因子、纖溶酶原激活劑抑制物1能誘發(fā)胰島素抵抗和糖尿病。脂肪組織分為兩大類：一類為白色脂肪組織，具有儲存脂肪、保持體溫和參與脂肪代謝的功能；另一類是棕色脂肪組織，主要與能量代謝有關(guān)。正常的脂肪組織涉及調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子有過氧化物酶體增殖物激活受體γ及其激活劑過氧化物酶體增生物激活受體γ共激活因子1α、CCAAT框/增強子結(jié)合蛋白α和鋅指轉(zhuǎn)錄因子,在脂肪細胞的分化中起到關(guān)鍵的作用。迄今發(fā)現(xiàn)，與人類脂肪細胞分化相關(guān)的miRNA主要為miR-143和miR-27b。miR-143在脂肪細胞分化成熟階段表達上調(diào)，其靶基因是細胞外信號調(diào)節(jié)激酶5，miR-143過表達可下調(diào)細胞外信號調(diào)節(jié)激酶5，從而促進脂肪細胞分化[27]。miR-27b過表達直接作用于過氧化物酶體增殖物活化受體γ,通過抑制過氧化物酶體增殖物活化受體γ蛋白水平來抑制人脂肪細胞的形成[28]。在動物肥胖模型中發(fā)現(xiàn)，miRNA在棕色脂肪細胞分化上與肥胖相關(guān)的基因表達水平改變有關(guān)[29]。

5 miRNA與動脈粥樣硬化

近年來有學(xué)者將動脈粥樣硬化與代謝綜合征聯(lián)系在一起，血管內(nèi)皮細胞損傷是動脈粥樣硬化發(fā)病的關(guān)鍵初始環(huán)節(jié)，許多心血管疾病和冠狀動脈事件的發(fā)生都與血管內(nèi)皮功能障礙密切相關(guān)。miRNA與血管內(nèi)皮細胞功能障礙有關(guān)，剔除Dicer和Drosha可影響多種重要血管生成因子的表達，如血管生成素2、血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2、一氧化氮合酶3等，并降低內(nèi)皮細胞的增殖和遷移[30]。研究發(fā)現(xiàn)，多種miRNA在內(nèi)皮細胞中呈特異性表達，如miR-126，miR-221，miR-222，miR-130a、let-7 家族、miR-21和miR-27b在血管內(nèi)皮細胞中呈高表達。平滑肌細胞的去分化、遷移、增殖和凋亡已被證實在動脈粥樣硬化的發(fā)展中起重要作用，miR-145在平滑肌細胞中的表達有選擇性，而且miR-145的表達與平滑肌細胞的分化型基因標(biāo)志物平滑肌α-肌動蛋白和平滑肌肌球蛋白重鏈表達一致[31]。已發(fā)現(xiàn)鋅指轉(zhuǎn)錄因子5、鋅指轉(zhuǎn)錄因子4和鈣調(diào)節(jié)蛋白激酶Ⅱδ是miR-145調(diào)節(jié)平滑肌細胞功能的重要靶基因[32]。miR-143是平滑肌細胞生物行為中另外一個重要的miRNA，它通過ETS結(jié)構(gòu)域蛋白和抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑能逆轉(zhuǎn)血管功能障礙和基因表達，是一種管理平滑肌細胞增殖的重要調(diào)控基因。miR-21是平滑肌細胞增殖和凋亡的重要調(diào)節(jié)者，miR-21表達上調(diào)能促進平滑肌細胞增殖，而平滑肌細胞增殖能力下降將增加其凋亡，miR-21對平滑肌細胞進行調(diào)控的靶基因是張力蛋白同源10q丟失的磷酸酶基因和程序性細胞死亡因子4[33]。miR-221和miR-222在平滑肌去分化中有突出的貢獻，它經(jīng)由靶基因p27和p57途徑促進平滑肌細胞的增殖和遷移，是一種重要的促增殖miRNA[34]。

6 miRNA與高血壓

高血壓是一個復(fù)雜的多因素的疾病，它的發(fā)展基于遺傳易患性和環(huán)境因素。長期暴露于高管腔壓力下可導(dǎo)致內(nèi)皮細胞的活化,炎癥和促凝血的介質(zhì)的釋放,中性粒細胞和血小板黏附，從而導(dǎo)致血管舒張，血管壁擴張，血壓升高，因此內(nèi)皮功能障礙與高血壓密切相關(guān)。已有研究表明，miRNA在內(nèi)皮功能障礙和減少容量血管生成中發(fā)揮重要作用[30,35-36]。miR-126已經(jīng)被證實是內(nèi)皮細胞特異的miRNA，通過抑制血管生成的血管內(nèi)皮生長因子激酶，如SPRED-1(一種Ras/Map激酶信號通路的細胞內(nèi)的抑制劑)和(或)磷脂酰肌醇3-激酶控制內(nèi)皮反應(yīng),調(diào)節(jié)血管細胞黏附分子1的表達，還能通過內(nèi)皮細胞凋亡小體,釋放出趨化因子CXCL12(又稱基質(zhì)細胞衍生因子)，防止細胞凋亡和動員內(nèi)皮祖細胞[37]。有研究表明，衰老的內(nèi)皮細胞可能導(dǎo)致高血壓，miR-217被發(fā)現(xiàn)直接參與內(nèi)皮細胞衰老過程，通過影響沉默信息調(diào)節(jié)1的表達,導(dǎo)致叉頭框蛋白O1抗體和內(nèi)皮一氧化氮合酶功能損失[38]。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)通過影響血管收縮力，血管阻力和血管容量在血壓監(jiān)管中起到必不可少的作用。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的激活是高血壓主要的一個發(fā)病機制，已被證實miRNA與腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)有關(guān)，miR-155能調(diào)節(jié)血管緊張素Ⅱ受體1型的表達[39]，并且其水平與血壓高低呈負相關(guān)[40]。在心臟和血管平滑肌細胞中鹽皮質(zhì)激素醛固酮可導(dǎo)致細胞肥厚效應(yīng)，這種途徑是激活T細胞活化核因子C3和心肌素的核因子所致，兩者正是miR-9的靶目標(biāo)分子，心肌素表達增加刺激醛固酮的反應(yīng)，T細胞活化核因子C3和心肌素的啟動子區(qū)域綁定進一步刺激它的表達，miR-9能抑制心肌素的表達，結(jié)果降低肥厚性刺激，逆轉(zhuǎn)心血管系統(tǒng)中肥厚的細胞[41]。鹽皮質(zhì)激素受體基因能通過促進鈉水潴留,調(diào)節(jié)交感神經(jīng)活性和血容量來控制血壓，miR-124和miR-135可能抑制鹽皮質(zhì)激素受體基因調(diào)控腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)從而調(diào)節(jié)血壓[42]。有報道,miR-200a、miR-200b、miR-141、miR-429、miR-205、miR-192在高血壓患者中的表達水平增加，并且上調(diào)的程度與疾病的嚴重程度相關(guān)，然而這些miRNA在疾病病理學(xué)上的作用還有待進一步研究[43]。

7 展 望

代謝綜合征是導(dǎo)致糖尿病和心腦血管疾病的危險因素，已成為內(nèi)分泌與心血管疾病醫(yī)師共同關(guān)注的熱點，尋找新的生物標(biāo)志物對早期疾病診斷非常必要。miRNA可在血液、尿液等體液中穩(wěn)定存在并可檢測出來，因此血清miRNA有望在臨床上成為代謝綜合征的診斷和預(yù)后的分子標(biāo)志物。鑒別多樣化的miRNA在代謝綜合征疾病中的特異表達，有望通過補充表達下調(diào)的miRNA和抑制過多表達的miRNA來治療疾病。

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