MicroRNA27與肥胖及相關(guān)生物過程的研究進展

王幸 陳樹春 朱海嬌 劉陽 謝幸

·綜述與講座·

MicroRNA27與肥胖及相關(guān)生物過程的研究進展

王幸 陳樹春 朱海嬌 劉陽 謝幸

近年來，肥胖已逐漸成為高血壓、糖尿病等眾多慢性疾病發(fā)生的主要原因,嚴(yán)重威脅人類健康。MicroRNA 27(miR-27)是一類小的非編碼RNA分子，可在脂肪合成、脂肪分化、脂質(zhì)代謝等多種與肥胖相關(guān)的生物過程中發(fā)揮調(diào)控作用。干預(yù)miR-27或許將成為治療肥胖及相關(guān)代謝性疾病的新方法。

MicroRNA 27；肥胖；脂肪細(xì)胞分化；脂質(zhì)代謝

隨著生活水平的提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)和生活方式逐漸發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為攝入的熱量增多、運動量減小以及久坐時間延長。由此引發(fā)的肥胖問題已成為危害人類健康的重要因素。與肥胖密切相關(guān)的高血壓、冠心病、糖尿病等，業(yè)已成為全球流行性疾病。因此，近年來醫(yī)學(xué)界對于肥胖研究的熱度居高不下。微小RNA(microRNA、miRNA)是一類長度約為22個核苷酸的非編碼RNA，具有調(diào)控生長發(fā)育、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖、造血過程等多種功能。近些年的研究表明，miRNA參與和肥胖相關(guān)的多種生物過程，包括脂肪細(xì)胞分化、脂質(zhì)代謝、改變胰島素敏感性等[1]。其中的miR-27作為重要的調(diào)控因子，在上述生物過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[2]。

1 miRNA與miR-27

microRNA是一類長度約為22個核苷酸的小RNA，在進化過程中呈現(xiàn)高度保守性。在生物體內(nèi)，一個miRNA可能作用于多個靶基因，與此同時，多個miRNA也可協(xié)同調(diào)控一個靶基因，以此構(gòu)成龐大且復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控各類生命活動。

已有多位學(xué)者對哺乳動物體內(nèi)的miRNA進行了深入研究[3,4]。迄今為止，在人類基因組中已發(fā)現(xiàn)近900種miRNA，它們與信使RNA的3’非翻譯區(qū)結(jié)合后使mRNA失穩(wěn)、退化，從而削弱mRNA翻譯蛋白質(zhì)的能力。據(jù)估測，miRNA調(diào)節(jié)人類基因組中半數(shù)以上的基因，并涉及眾多細(xì)胞生物學(xué)過程，如增值、分化和細(xì)胞凋亡等[5]。MiRNA不僅存在于各種組織內(nèi)，在血液和其他體液中也能夠檢測到其存在[6]。

miR-27家族包括miR-27a和miR-27b兩種亞型， miR-27a是位于19號染色體的基因間miRNA，miR-27b是位于9號染色體的基因內(nèi)miRNA。二者僅存在一個堿基序列的差異，擁有完全相同的種子序列(miRNA與非編碼區(qū)特異性結(jié)合的片段或堿基)[1]。

2 miR-27與肥胖相關(guān)生物過程

Chen等[1]指出，在人類皮下白色脂肪組織中，miR-27a和miR-27b均有表達。miR-27a在人類白色脂肪組織的表達量與BMI呈負(fù)相關(guān)， miR-27b表達量與BMI之間也呈現(xiàn)近似負(fù)相關(guān)的趨勢。

2.1 miR-27與脂肪細(xì)胞分化 脂肪細(xì)胞由間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymalstem cells，MSCs)經(jīng)前體脂肪細(xì)胞分化而來。MSCs首先要經(jīng)過細(xì)胞系定型，分化為前體脂肪細(xì)胞后，再經(jīng)歷克隆增殖、生長停滯和終末分化，最終形成成熟的脂肪細(xì)胞。在此過程中，miR-27發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。

通過C57BL/6J小鼠和3T3-L1脂肪細(xì)胞試驗，Kim等[7]證實，脂肪細(xì)胞的分化程度越高，miR-27a的表達量越低。過表達的miR-27a結(jié)合PPARγ的3’非翻譯區(qū)，進而阻遏下游多種脂肪生成的標(biāo)志基因，如aP2(脂肪細(xì)胞型脂肪酸結(jié)合蛋白)、adiponectin(脂聯(lián)素)、CD36、LPL(脂蛋白脂肪酶)，從而抑制脂肪細(xì)胞分化。Karbiener等[8]也證實，miR-27b通過下調(diào)PPARγ的表達進而抑制人類脂肪細(xì)胞的分化。而Zhu等[9]發(fā)現(xiàn)，在小鼠3T3-L1脂肪細(xì)胞分化的早期階段，過表達miR-27可作用于CREB，減弱脂肪細(xì)胞的進一步分化。另外，miR-27還能通過抑制C/EBPα實現(xiàn)該作用[2]。

聚-β-羥丁酸(PHB)已被證實能夠促進脂肪細(xì)胞的分化成熟。Kang等[10]發(fā)現(xiàn)miR-27a和miR-27b可通過下調(diào)PHB的表達，抑制人類前體脂肪細(xì)胞的克隆增殖。在脂肪誘導(dǎo)生成的實驗中，人為過表達miR-27a/b，使其含量增加，PHB和生脂的標(biāo)志物C/EBPβ、PPARγ及aP2的蛋白水平及mRNA的含量隨之降低。

肥胖人群脂肪組織中的賴安酰氧化酶(lysyl oxidase，Lox)水平高于正常人群。研究者通過小鼠C3H10T1/2細(xì)胞和人體皮下脂肪細(xì)胞的實驗證實，miR-27的水平與Lox含量呈負(fù)向相關(guān)。并且，miR-27能夠以Lox為標(biāo)靶，抑制脂肪細(xì)胞的分化[1]。

近年來，關(guān)于“白色脂肪棕色化”對肥胖影響的研究愈發(fā)受到關(guān)注。根據(jù)脂肪細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的不同，哺乳動物體內(nèi)的脂肪組織分為兩種：以儲存能量為主要功能，并可以分泌一些脂肪因子參與代謝性疾病發(fā)生的白色脂肪組織以及胞內(nèi)富含較多線粒體，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)熱和消耗能量，并維持機體體溫恒定和調(diào)節(jié)能量代謝的棕色脂肪組織。在某些因素如寒冷刺激、β3腎上腺素能受體激動劑的作用下，在白色脂肪組織中可出現(xiàn)棕色脂肪樣細(xì)胞，這種脂肪細(xì)胞的基因表達譜介于白色脂肪細(xì)胞和經(jīng)典的棕色脂肪細(xì)胞之間，于是產(chǎn)生了“白色脂肪細(xì)胞棕色化”的概念。若能對該過程加以干預(yù)和利用，會為治療肥胖帶來新思路。Kong等[11]利用糖皮質(zhì)激素建立動物和細(xì)胞胰島素抵抗的模型，通過實驗得出糖皮質(zhì)激素通過上調(diào)miR-27b抑制白色脂肪棕色化，從而促進脂肪積累的結(jié)論。在本實驗中，研究者對人皮下及內(nèi)臟白色脂肪組織進行高通量測序后發(fā)現(xiàn)糖皮質(zhì)激素干預(yù)后的白色脂肪中miR-27b含量顯著增加。而后利用轉(zhuǎn)染技術(shù)證實，糖皮質(zhì)激素通過上調(diào)miR-27b的水平，進而抑制下游基因Prdm16的表達，最終抑制白色脂肪棕色化效應(yīng)。敲低表達miR-27b后可改善糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗，并提高耗氧量[11]。

2.2 miR-27與脂質(zhì)代謝 脂質(zhì)代謝包括脂肪和類脂的合成、分解和運輸?shù)冗^程。MiRNA主要通過作用于脂質(zhì)代謝相關(guān)的酶、激素和轉(zhuǎn)錄因子等來實現(xiàn)調(diào)控作用。業(yè)已證實，miR-27與脂質(zhì)代謝中涉及到的諸多因子，如膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(SREBP1)、膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2(SREBP2)、β-羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGCR)、載脂蛋白B100(apoB100)、載脂蛋白E3(apoE3)、CCAAT/增強子結(jié)合蛋白α(C/EBPα)、血管生成素樣蛋白3(ANGPTL3)、脂聯(lián)素(adiponectin)、脂肪酸合成酶(FASN)、小腸脂肪酸結(jié)合蛋白基因4(FABP4)和甲狀腺激素β受體1(TRβ1)等都有關(guān)聯(lián)[12]。

Zhang等[13]指出miR-27a/b通過ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運體A1(ABCA1)、血清中的載脂蛋白A1(apoA1)等因子調(diào)控細(xì)胞的膽固醇流入、酯化、水解、流出過程。ABCA1具有刺激膽固醇從邊緣細(xì)胞流出的能力，可防止膽固醇在細(xì)胞內(nèi)的過量積累。miR-27a/b能夠直接作用于ABCA1的3’非翻譯區(qū)，下調(diào)其信使RNA和蛋白的水平。主要由肝臟合成和分泌的高密度脂蛋白apoA1是ABCA1介導(dǎo)的膽固醇流出途徑中重要的載體蛋白，其水平與預(yù)期的動脈硬化風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)。過表達miR-27a/b能夠降低apoA1信使RNA和蛋白的水平。另外，有學(xué)者認(rèn)為miR-27很可能通過PPAR/RXR通路作用于ABCA1，ABCG1(ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運體G1)和SR-BI(B族I型清道夫受體，CD36超家族成員)，進而影響脂質(zhì)攝取過程。

Shirasaki等[14]通過細(xì)胞實驗證實，miR-27a和前體miR-27a都具有減弱丙型肝炎病毒復(fù)制并降低其傳染能力的作用。研究者還觀察到，肝細(xì)胞中的miR-27a和前體miR-27a可減低脂質(zhì)代謝相關(guān)基因PPARγ、FASN、RXRα(異維甲酸受體α)等的mRNA和蛋白水平，并降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯和總膽固醇的含量。臨床試驗證實，對41例接受干擾素和利巴韋林聯(lián)合治療的患者進行肝組織活檢，結(jié)果顯示，重度脂肪肝組的miR-27a水平顯著高于輕度脂肪肝組。并且，治療應(yīng)答良好(持續(xù)的病毒學(xué)反應(yīng)或瞬態(tài)反應(yīng))組的miR-27a水平高于應(yīng)答不利(無反應(yīng))組[14]。

脂蛋白脂酶(LPL)是血漿乳糜微粒和極低密度脂蛋白中甘油三酯水解作用的限速酶。LPL的缺乏會導(dǎo)致動脈硬化，提高骨骼肌中LPL水平能夠遏制脂肪的積累。miR-27a/b是新發(fā)現(xiàn)的LPL生成的負(fù)向調(diào)節(jié)因子，過表達miR-27a/b能夠降低LPL的表達水平，抑制細(xì)胞內(nèi)脂滴的生成和積累。相關(guān)動物實驗研究結(jié)果表明，HFD(高脂飲食)、SD-HF(富含果糖的標(biāo)準(zhǔn)飲食)以及HFD-HF(富含高果糖含量的高脂飲食)喂養(yǎng)大鼠中miR-27表達量顯著低于對照組。研究人員發(fā)現(xiàn)，miR-27水平下調(diào)繼而影響炎性因子p38MAPK、LITAF(腫瘤壞死因子誘導(dǎo)蛋白)和脂肪酸新陳代謝涉及的LPL、CYP4A1[15]。

甲狀腺激素β受體激動劑能降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇和三酰甘油水平。Erion等[16]發(fā)現(xiàn)，TRβ1的mRNA3’非翻譯區(qū)存在miR-27a結(jié)合位點，過表達miR-27a并與之作用后可下調(diào)TRβ1蛋白的表達，提示miR-27a可促進脂質(zhì)積累及動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。

3 microRNA與肥胖相關(guān)生物過程

3.1 microRNA與脂肪細(xì)胞分化 miR-143是被首先發(fā)現(xiàn)并可促進脂肪分化的microRNA。Esau等[17]運用芯片技術(shù)分析miRNA在人類脂肪細(xì)胞中的表達情況后，得出miR-143能促進脂肪細(xì)分化的結(jié)論。隨后的研究證實，miR-143通過MAP2K5和多效生長因子(Pleiotrophin，PTN)發(fā)揮該作用[18,19]。近年來發(fā)現(xiàn)諸多具有這類效應(yīng)的microRNA[9]。miR-17-92簇被發(fā)現(xiàn)在前體脂肪細(xì)胞克隆擴增早期發(fā)揮作用，可由腫瘤抑制基因Rb2/p130介導(dǎo)加速脂肪細(xì)胞分化。miR-130是公認(rèn)直接作用于PPARγ的脂肪形成抑制性因子。過表達的miR-138能夠抑制脂肪形成標(biāo)記物，如C/EBPα、PPARγ等的生成。由腫瘤壞死因子(TNF-α)介導(dǎo)的miR-155可通過NF-kB通路下調(diào)C/EBPβ和CREB的表達，從而抑制下游生脂關(guān)鍵因子PPARγ和C/EBPα的轉(zhuǎn)錄。miR-448選擇性地作用于KLF5，從而也可下調(diào)PPARγ的表達，阻礙脂肪細(xì)胞的分化。在脂肪形成的過程中，同樣是負(fù)向調(diào)控因子的miR-221、miR-222水平呈現(xiàn)下降趨勢。

3.2 microRNA與脂質(zhì)代謝 Xu等[20]在對果蠅進行研究時發(fā)現(xiàn)，miR-14的缺失導(dǎo)致脂肪細(xì)胞內(nèi)脂滴體積增大、甘油三酯和甘油二酯含量增加，人類首次發(fā)現(xiàn)microRNA與脂質(zhì)代謝存在聯(lián)系。隨后Lagos等[21]證實，miR-122,miR-370,miR-378,miR-335,miR-125a-5p,和miR-33等microRNA均與脂質(zhì)代謝過程有關(guān)。miR-122在肝臟的表達量居于首位，約占所有microRNA的70%。miR-122敲除的小鼠血清甘油三酯水平較正常小鼠顯著降低，這一結(jié)果提示miR-122參與甘油三酯的代謝過程[22]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，過表達miR-33、miR-144能夠抑制ABCA1和ABCG1，阻遏膽固醇流出至apoA1，使細(xì)胞內(nèi)的膽固醇水平增高[23]。相反，敲除miR-33、miR-144，ABCA1和ABCG1的表達量增加，刺激了細(xì)胞內(nèi)膽固醇向apoA1的流出，降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量，減少動脈斑塊中的脂質(zhì)沉積。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)多種通過抑制細(xì)胞內(nèi)ABCA1發(fā)揮負(fù)向調(diào)節(jié)脂質(zhì)生成的microRNA，如：miR-106、miR-26、miR-758，以及一些通過激活肝X受體α(LXRα)實現(xiàn)相同作用的microRNA，如：miR-1、miR-206、miR-613[24]。

3.3 其他 研究者運用基因突變果蠅模型證實miR-278的缺失可導(dǎo)致果蠅胰島素抵抗。其他相關(guān)研究結(jié)果也表明miR-278是肥胖果蠅的能量代謝中一個潛在的調(diào)控因素。在脊椎動物中，miR-375和miR-376在胰臟的β細(xì)胞中表達豐度較高，它們也參與了胰島素分泌的控制和管理[2]。

隨著新一代高通量測序、基因芯片技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人類對于microRNA有了更加全面的認(rèn)識。miR-27是與肥胖及相關(guān)生物過程密切相關(guān)的microRNA，它的靶基因也具備調(diào)控脂肪細(xì)胞分化、脂質(zhì)代謝的能力。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.17.039

050017 石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(王幸、朱海嬌、謝幸)；河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院內(nèi)科學(xué)教研室 河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌一科(陳樹春)；河北北方學(xué)院研究生部(劉陽)

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2017-02-19)