miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

張福梅

(西北民族大學(xué)實驗中心，甘肅 蘭州 730030)

miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

張福梅

(西北民族大學(xué)實驗中心，甘肅 蘭州 730030)

摘 要：糖尿病是全球最常見的代謝紊亂綜合征，被公認(rèn)為健康最重要的威脅之一。而miRNAs在糖尿病心血管疾病、胰島素抵抗、糖尿病腎病、肥胖及脂代謝等并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用。因此本文綜述近幾年與糖尿病心血管有關(guān)的miRNAs的作用機(jī)制及功能意義的研究進(jìn)展，有助于我們進(jìn)一步了解糖尿病引起的心血管疾病的病理生理機(jī)制，為糖尿病心血管疾病的診斷和治療提供新的思路和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：miRNAs；糖尿病；心血管并發(fā)癥

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種體內(nèi)胰島素相對或絕對不足，或靶細(xì)胞對胰島素敏感性降低，或胰島素本身存在結(jié)構(gòu)上的缺陷而引起的糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂的一種慢性疾病。國際糖尿病聯(lián)盟于2013年11月14日世界糖尿病日發(fā)布“糖尿病地圖”表明，目前全球范圍內(nèi)估計有3.82億人受糖尿病影響，患病率約8.3％，2035年這個數(shù)字有可能達(dá)到6億人，且糖尿病的發(fā)病年齡在逐漸下降。中華醫(yī)學(xué)會糖尿病分會最近開展的一項全國性調(diào)查研究顯示：中國的成人糖尿病患者已達(dá)9 200萬，糖尿病前期患者人數(shù)高達(dá)1.48億，位居世界第二，第一為印度，第三為美國。而且糖尿病是心、腦血管疾患的獨立危險因素。與非糖尿病人群相比，糖尿病患者發(fā)生心、腦血管疾病的風(fēng)險增加2～4倍。防治心腦血管疾病所需的醫(yī)療支出，占糖尿病醫(yī)療費用的最主要部分[1]。

微小RNA（microRNA，miRNA）是1993年Lee和Wightman在線蟲研究中發(fā)現(xiàn)的一類長約18～25 nt的單鏈非編碼小分子RNA[2]。絕大多數(shù)miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下形成miRNA初級轉(zhuǎn)錄本( primarymiRNA，pri-miRNA)。pri-miRNA被Drosha-D GCR8復(fù)合體識別并剪切成miRNA前體 (precursor miRNA，pre-miRNA)，隨后，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin 5將pre-miRNA轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核，在胞漿中由核酸內(nèi)切酶Dicer剪切成長度約22nt的雙鏈miRNA[3]。雙鏈miRNA在解螺旋酶的作用下分離，其中一條鏈裝配入RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體成為有功能的miRNA，另外一條鏈則被降解[4]。

miRNA在進(jìn)化過程中高度保守，通過與靶基因mRNA特異性的堿基互補(bǔ)配對，從而引起靶基因mRNA的降解或抑制其翻譯，進(jìn)而廣泛地負(fù)調(diào)控靶基因的表達(dá)。miRNA是細(xì)胞生長發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子，與生物體的細(xì)胞分化、凋亡、物質(zhì)代謝、干細(xì)胞、細(xì)胞周期等一系列重要生命活動的調(diào)節(jié)息息相關(guān)[5,6]。越來越多的研究證實，miRNA在糖尿病心臟疾病、胰島素抵抗、糖尿病腎病、肥胖及脂代謝等并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用[7,8]。

1　miRNA與糖尿病心臟病

miR-133被廣泛認(rèn)為在心臟和骨骼肌特異性表達(dá)，參與調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的增殖和分化。此外，miR-133與心臟肥大呈負(fù)相關(guān)，在心衰和心臟肥大時表達(dá)下調(diào)[9]。特異性胰島素依賴GLUT4自細(xì)胞內(nèi)微粒體向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位后易化葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，是心肌葡萄糖攝取的主要葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體。左室肥厚和心力衰竭時，Krǜppel樣轉(zhuǎn)錄因子15(KLF15)和Glut4水平均降低。此時，高表達(dá)的miR-133通過其靶基因KLF15降低Glut4水平，減少心肌對胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取，影響心肌的能量代謝。

Feng等[10]研究觀察miR-133在鏈脲霉素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病1型大鼠心肌細(xì)胞中的作用，血液動力學(xué)研究證實，1型糖尿病導(dǎo)致心臟肥大和收縮性降低，并且與心肌肥大有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子MEF2A和MEF2C表達(dá)增加，心肌組織miR-133a的表達(dá)顯著下調(diào)。此外，胎鼠心肌細(xì)胞體外接觸高濃度的葡萄糖同樣產(chǎn)生肥厚性改變和miR-133a的表達(dá)減少。相反，胎鼠心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-133a，可以阻滯高糖導(dǎo)致的心肌肥大，表明miR-133a可以阻滯高糖引起的胰島素樣生長因子1（IGF-1）受體以及血清和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的蛋白激酶1（SGK1）的作用，而阻止心肌肥大。

糖尿病引起異常QT間期延長而導(dǎo)致的心律失常，已經(jīng)成為預(yù)測其死亡率的獨立因素。Zhang等[11]證實約有20％糖尿病家兔較非糖尿病組長期出現(xiàn)異常QT間期延長的室性心律過速性心律失常。研究用膜片鉗技術(shù)證實在糖尿病家兔QT間期延長性心律失常時，心臟細(xì)胞的Ik離子通道功能障礙。同小組研究證實糖尿病家兔心肌細(xì)胞中miR-133和miR-1表達(dá)水平較正常組增高，而且miR-133超表達(dá)將降低鉀離子通道蛋白含量，反之亦然。這表明在糖尿病時miR-133表達(dá)異常將引起QT間期延長，導(dǎo)致心律失常。以上的兩組研究表明，在糖尿病心血管疾病中miR-133表達(dá)增高和降低的機(jī)制仍不明確，可能與種屬和或年齡因素相關(guān)。

糖尿病并發(fā)癥的機(jī)制目前仍不明確，但研究證實長期高糖誘導(dǎo)的心肌凋亡與心血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且胰島素樣生長因子-1（IGF-1）受體活化可抑制低密度脂蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞色素C釋放導(dǎo)致的凋亡。Yu等[12]從miRNA和IGF-1在高糖誘導(dǎo)的線粒體功能障礙研究中證實，IGF-1可以抑制高糖引起的大鼠心肌細(xì)胞凋亡，而miR-1在心肌過表達(dá)。長期高糖引起miR-1在心肌細(xì)胞中過表達(dá)，過表達(dá)的miR-1又可以抑制IGF-1的抗凋亡作用。已被研究證實的另一種抗凋亡/死亡因子是熱休克蛋白（Hsp）60。Shan等研究證實，糖尿病心肌細(xì)胞中Hsp60表達(dá)下調(diào)[13]，而且在高糖大鼠模型心肌細(xì)胞和高糖誘導(dǎo)的胎鼠心肌細(xì)胞中miR-1和miR-206均過表達(dá)。高糖引起miR-1和miR-206過表達(dá)抑制了Hsp60的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致糖尿病心肌細(xì)胞的凋亡。Pim-1(小鼠白血病前病毒整合位點-1)在心臟應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在對STZ制備的1型糖尿心肌病大鼠模型研究中[14]，檢測到miR-1過表達(dá)將引起Pim-1表達(dá)的下降。而在高糖條件下應(yīng)用miR-1抑制劑使Pim-1表達(dá)恢復(fù)，或轉(zhuǎn)染Pim-1質(zhì)粒，都將阻滯心肌細(xì)胞的凋亡。結(jié)果表明，miR-1可直接抑制Pim-1的表達(dá)。

2　miRNA與糖尿病血管并發(fā)癥

糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生常以長期高糖引起的血管內(nèi)皮功能障礙開始[15]。糖尿病相關(guān)性的血管內(nèi)皮功能障礙是指糖尿病患者存在多方面的血管內(nèi)皮功能損害，包括在調(diào)節(jié)血管收縮、舒張狀態(tài)、抑制血小板聚集、維持凝血及纖溶系統(tǒng)平衡、抑制炎性細(xì)胞、調(diào)控血管平滑肌生長及血管內(nèi)皮細(xì)胞間黏附等方面的功能。

2型糖尿病模型大鼠GK心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞(MMVEC)與非糖尿病大鼠miRNA差異性表達(dá)情況，結(jié)果顯示，miR-320可引起包括血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)-A、纖維母細(xì)胞生長因子(FGFs)、胰島素樣生長因子1(IGF-1)和IGF-1受體在內(nèi)的多種血管生長因子及其受體的改變。而且，高糖尿病心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞miR-320過表達(dá)可明顯減少細(xì)胞的增殖和遷移，而且使用miR-320抑制劑可提高IGF-1的表達(dá)，增加細(xì)胞的增殖遷移，促進(jìn)血管生成[16]。以上實驗均表明，糖尿病中miR-320影響了IGF-1參與的血管損傷。

Li等[17]研究miR-221在糖尿病相關(guān)性內(nèi)皮功能障礙中作用時，研究證實，模仿高血糖，將人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)暴露于高濃度的葡萄糖，可誘導(dǎo)微miR-221的表達(dá)，但c-kit（CD117）的表達(dá)減少。c-kit是干細(xì)胞因子的受體，參與促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)遷移和定位。此外，在高濃度的葡萄糖培養(yǎng)的人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中，誘導(dǎo)微miR-221的表達(dá)，減少c-kit表達(dá)，然后使用miR-221抑制劑，c-kit表達(dá)會重新上調(diào)。Togliatto等[18]研究人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞、血管生成模型和糖尿病小鼠模型中，miR-221、miR-222均參與了糖基化終產(chǎn)物（AGE）介導(dǎo)的血管傷害。研究顯示，高糖和糖基化終產(chǎn)物增多抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖受損以及血管生成減少。這些也與miR-221和miR-222表達(dá)的下調(diào)相關(guān)。此外，miR-221和miR-222也可直接抑制P27KIP1、P57KIP2(細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白——抑制細(xì)胞周期)。因此，miR-221和miR-222直接參與糖基化終產(chǎn)物和或高糖引起的細(xì)胞周期變化。但是人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞在不同血糖條件培養(yǎng)下miR-221的表達(dá)調(diào)節(jié)與這一結(jié)果是矛盾的。在其他細(xì)胞培養(yǎng)方法和動物水平上卻同樣證實了這一結(jié)果。因此，miR-221在糖尿病血管中的作用還需要進(jìn)一步研究。Villeneuve等[19]研究miR-125 b在培養(yǎng)自發(fā)性2型糖尿病小鼠血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)的作用中，證實下調(diào)miR-125 b同時會引起組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（Suv39h1）的表達(dá)下降，而炎性基因啟動子Suv39h1的下調(diào)是在自發(fā)性糖尿病小鼠微血管血管平滑肌細(xì)胞炎癥基因表達(dá)的關(guān)鍵機(jī)制。miR-125 b減少Suv39h1蛋白質(zhì)含量相反使用miR-125 b抑制劑增加Suv39h1蛋白質(zhì)含量。而且，高糖條件下，miR-125 b引起的Suv39h1含量的減少可導(dǎo)致炎癥因子(白介素6和單核細(xì)胞趨化蛋白1)和單核細(xì)胞-微血管血管平滑肌細(xì)胞黏附增加，因此，miR-125 b可以促進(jìn)糖尿病動脈粥樣硬化的形成。

在糖尿病大鼠模型的心肌內(nèi)皮細(xì)胞[20]、胰島素抵抗小鼠胚胎成纖維細(xì)胞[21]、2型糖尿病和胰島素抵抗患者的肌肉[22]中，miR-503表達(dá)上調(diào)。進(jìn)一步對miR-503在糖尿病血管生成作用進(jìn)行研究，用高糖或低生長因素（模擬糖尿病局部組織營養(yǎng)供應(yīng)障礙）干預(yù)培養(yǎng)的人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和微血管內(nèi)皮細(xì)胞，miR-503表達(dá)上調(diào)。且miR-503的表達(dá)引起細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子cdc25A和細(xì)胞周期蛋白E1(CCNE1)的減少，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞增殖、遷移能力降低。而在相同條件下，抑制miR-503的表達(dá)，使內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管生成恢復(fù)正常。在糖尿病導(dǎo)致的肢體動脈缺血的患者[23]和動物模型中均得到了類似結(jié)果。這些結(jié)果顯示，miR-503的抑制促使新生血管形成，這將可能成為治療糖尿病局部動脈缺血的新的研究方向。

動脈粥樣硬化已經(jīng)成為糖尿病血管并發(fā)癥獨立的重要因素。但miRNA在其發(fā)生發(fā)展中所起的作用研究仍不明確。

3　展望

自從miRNAs發(fā)現(xiàn)以來，一直是多個領(lǐng)域的研究熱點，包括參與調(diào)節(jié)循環(huán)、呼吸、消化等多個系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程，尤其在心血管疾病領(lǐng)域的心肌肥厚、心律失常、炎癥等方面的作用越來越清楚，但其在糖尿病心血管并發(fā)癥的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制研究仍不明確。而越來越多的證據(jù)表明，miRNAs的差異表達(dá)，的確在糖尿病及其相關(guān)心血管并發(fā)癥中起著潛在的決定性作用。在未來，這些涉及miRNAs的潛在機(jī)制可能被利用來確定特定的臨床生物標(biāo)志物和進(jìn)行糖尿病的治療干預(yù)。

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（編輯：高真貞）

中圖分類號：R587

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-799X(2016)04-0038-03

作者簡介：張福梅（1978-），女，山西垣曲人，講師，碩士，主要從事病理生理學(xué)的教學(xué)與科研工作。

基金項目：西北民族大學(xué)校級中青年資助項目（項目編號：X2007-007）