MiRNA-122調節(jié)脂代謝的研究進展

魯 哲，朱 磊

MiRNA-122調節(jié)脂代謝的研究進展

魯 哲，朱 磊

曲阜師范大學體育科學學院，山東 曲阜，273165。

miRNA-122最早是從小鼠的肝臟中發(fā)現的，miRNA-122是肝臟中高度豐富的miRNA，占miRNA總表達量的70%，miRNA-122有兩個亞型，分別是miRNA-122a和miRNA-122b兩種，抑制miRNA-122的表達，膽固醇的合成效率降低，并且miRNA-122是調節(jié)脂代謝的關鍵miRNA。低氧訓練能夠起到預防脂代謝紊亂等疾病，其機制可能是低氧訓練誘導體內miRNA-122的表達抑制促進脂類代謝發(fā)揮作用。為了促進對脂質代謝紊亂中miRNA122的研究，本文綜述了miRNA的功能、miRNA-122對脂代謝調節(jié)的作用機制，以及低氧與低氧訓練對miRNA-122的表達的影響，為低氧訓練引起的肥胖性體重減輕及脂代謝相關疾病的治療和干預提供理論依據。

microRNA-122；脂代謝；低氧訓練

肥胖已成為全球性的問題，如何通過有效的手段控制體重是目前研究的熱點。身體的脂質平衡有著嚴密的調控，如果脂質平衡被打破，就會出現一系列的疾病，如肥胖和脂代謝紊亂等。miRNA-122[1]是一種肝組織特異性miRNA，在肝臟中高度表達，約占肝臟總miRNA的70%，參與調節(jié)肝臟脂質穩(wěn)態(tài)。肝臟是脂代謝最旺盛的器官，而miRNA-122又是肝臟組織特異的miRNA，因此，miRNA-122在調節(jié)肝臟功能中發(fā)揮著至關重要的作用。一些研究表明，miRNA-122可以調節(jié)膽固醇生物合成、脂肪酸合成和脂肪酸β氧化，低氧訓練能顯著降低肥胖大鼠肝臟中miRNA-122的表達，但低氧訓練通過miRNA-122調節(jié)肝臟脂代謝的分子機制還未完全清楚。因此，本文通miRNA的合成與功能，miRNA-122對脂代謝的調節(jié)，以及低氧訓練對miRNA-122的影響進行綜述，探討低氧訓練誘導miRNA-122調控脂代謝的可能機制，以期為減重降脂和脂代謝紊亂相關疾病的干預提供理論依據。

1 microRNA的概述

1993年，Lee[3]等人發(fā)現了第一個小RNA基因lin-4，它具有長度小、不編碼任何蛋白質和轉錄為發(fā)夾結構前體RNA的特點。隨著科學研究的不斷深入，在動植物及其病毒中發(fā)現了越來越多的miRNA，并且在尿液、血漿、血清、唾液和淚液中也可以檢測到miRNA。miRNA是一種長度約為22個核苷酸的短非編碼RNA，參與復雜的轉錄后調控網絡和維持健康細胞功能，如生長、發(fā)育和代謝等。miRNA也是基因表達的重要調節(jié)因子，一種miRNA具有多個靶基因，一個基因同時受多個miRNA的調控。據估計，miRNA可能調控1/3的人類基因的表達。miRNA參與了一系列重要的生命過程，包括早期發(fā)育、細胞凋亡、脂肪代謝和細胞分化，然而，大多數miRNA的功能仍然存在爭議。

2 microRNA-122

miRNA-122也被稱為肝特異性miRNA，最近被證明是哺乳動物肝臟損傷的一種有效的生物標志物[4]。Lagos Quintana等人首次在小鼠肝臟中發(fā)現了miRNA-122，microRNA-122有兩種亞型：miRNA-122a和miRNA-122b，而miRNA-122是肝臟中最豐富的miRNA之一，成年小鼠和人類肝臟中的miRNA所占比例分別為70%和52%[5]，miRNA-122在成人肝臟中每個細胞約有66000拷貝，但是miRNA-122在其他組織中均未檢測到。miRNA-122是由人18號染色體上的HCR基因轉錄產生的，該基因包含兩個外顯子和一個內含子。miRNA-122對肝臟內多種mRNAs的表達有調節(jié)作用，包括糖原合成酶1、陽離子氨基酸轉運體1（CAT1）和醛縮酶A。此外，miRNA122通過轉錄后直接調控cat-1的轉錄，并預測miRNA122在人類3'非翻譯區(qū)和5'非翻譯區(qū)的6個靶位點。最近miRNA-122也被證明是肝臟晝夜節(jié)律，炎癥，纖維化和脂蛋白分泌的重要調節(jié)者，因此，它是肝功能和脂質穩(wěn)態(tài)的重要組成部分。研究發(fā)現[6]，miRNA-27的靶基因主要有AMP、PMVK 、CYP7A1、PPABβ、HMGCSI、CAT1、HMGCR和DHCR7。

3 miRNA-122與脂代謝

miRNA-122與肝功能特別是脂質代謝的調節(jié)密切相關，一方面，miRNA-122刺激脂肪生成和膽固醇合成，另一方面，miRNA-122抑制了β氧化的能力。與高脂飲食相比，正常飲食中miRNA-122的表達與脂肪沉積密切相關。在動物研究中[7]，參與肝臟脂質合成的基因有和是miRNA-122的靶基因。研究表明[8]，miRNA-122是成人肝臟膽固醇和脂肪酸代謝的關鍵調節(jié)因子，是調節(jié)膽固醇和脂肪酸代謝來調控脂代謝的，提示miRNA-122可能是脂代謝疾病的一個的治療的靶點。

3.1 miRNA-122調節(jié)膽固醇的代謝

血漿膽固醇水平主要由肝臟控制，因為肝臟負責脂蛋白的產生、膽固醇攝取及膽固醇排泄，并且通過RCT去除過量的全身膽固醇[7]。miRNA-122是一種肝臟特異性miRNA-122，是肝臟中最豐富的miRNA之一，在膽固醇代謝中起著重要的作用。與大多數抑制基因表達的miRNA相比，miRNA-122可促進膽固醇相關基因的表達，miRNA-122表達的上調可能改變肝臟中膽固醇生物合成相關基因的上調，從而促進機體內膽固醇的合成[9]，而miRNA-122 的缺失則會導致多種膽醇合成相關基因表達出現顯著的下降，從而引起血漿和肝臟膽固醇含量的降低[10]。Cheung O等人[11]發(fā)現miRNA-122a能下調甾醇調節(jié)因子結合蛋白-1c（srebp-1c）、HMGCR的表達，參與肝臟膽固醇的代謝。ChristineEsau1等人[12]研究發(fā)現，抑制miRNA-122的閾值水平會導致血漿膽固醇穩(wěn)態(tài)水平的變化，而對miRNA-122的進一步抑制，發(fā)現血漿膽固醇穩(wěn)態(tài)水平則沒有反應。Krutzfeldt等人[9]用“拮抗劑”下調小鼠組織中miRNA-122的表達，實驗結果表明，血漿膽固醇含量明顯下降。Song等人發(fā)現[13]其中一種途徑是膽固醇分解為膽汁酸，通過酶膽固醇7α-羥化，并且被排出體外，與此同時CYO7a1也受到miRNA-122調節(jié)，通過破壞CYP7A1基因的穩(wěn)定性，減少CYP7A1的翻譯和膽汁酸的合成，達到調控的目的。在魚類虹鱒魚中研究發(fā)現，miRNA-122通過抑制肝Fas蛋白的表達，增加膽固醇降解和排泄相關基因的表達，增加餐后葡萄糖濃度，降低脂肪生成和血漿膽固醇濃度。而在小鼠體內下調miRNA-122可導致LDL和HDL在血漿總膽固醇中的含量持續(xù)降低。綜上所述，上調miRNA-122的表達能促進肝臟內膽固醇合成相關基因表達上調，下調miRNA-122的表達可導致血漿和肝臟膽固醇的降低，因此，無論是人還是動物，miRNA-122都可以通過調節(jié)膽固醇合成和輸出途徑在肝臟代謝中發(fā)揮重要作用。

3.2 miRNA-122調節(jié)脂肪酸的代謝

在miRNA-122調節(jié)脂肪酸的研究中，Elmén J等人[14]使用經鎖定核酸修飾的寡核苷酸作為miRNA-122的拮抗劑，結果表明，綠猴血漿中總膽固醇濃度與脂肪酸含量呈劑量依賴性下降，同樣給非洲綠猴靜脈注射，而非洲綠猴也獲得了同樣的結果。此外，在飼喂高脂飼料大鼠研究中發(fā)現[15]，抑制miRNA-122表達，結果顯示，大鼠脂肪顆粒變性程度明顯改善，脂肪酸氧化程度增加，它可能通過增加脂肪酸氧化和降低肝臟中甘油三酯的含量來降低脂肪肝的發(fā)病率，而這些結果與miRNA-122調控脂肪酸合成酶、乙酰輔酶A羧化酶1和乙酰輔酶A羧化酶2表達有關，進而與參與脂肪酸合成和氧化的觀察結果一致。Qiang J[7]研究發(fā)現，刺激轉錄因子和導致肝臟脂肪酸含量增加，下調miRNA-122能直接作用于和，從而促進脂肪酸的代謝。綜上所述，抑制miRNA-122的表達可以促進脂肪酸的代謝。

4 miRNA調節(jié)脂代謝的作用機制

miRNA-122 的靶基因主要包括AMP、PMVK 、CYP7A1、PPABβ、HMGCSI、CAT1、HMGCR和DHCR7。Esau C[10]用ASO抑制了正常小鼠miRNA-122的表達，導致血漿膽固醇水平降低，肝臟脂肪酸氧化增加，肝臟脂肪酸和膽固醇的合成率降低，中樞代謝傳感器AMPK的激活率升高，因此，結果表明，抑制miRNA-122可降低血漿膽固醇水平，肝脂肪變性明顯改善，幾個生脂基因降低。Cheung O等人[11]發(fā)現miRNA-122a可負性調節(jié)類固醇調節(jié)因子結合蛋白-1c，脂肪酸合成酶（FAS），HMGCR的表達，參與肝臟的膽固醇的代謝，而HMGCR靶基因是膽固醇合成的限速酶，在膽固醇的合成過程中起著不可或缺的作用。Shibata等人[13]研究表明，沉默肝細胞miRNA-122的表達可下調細胞因子信號抑制因子SOCS 3的表達，然而，上調SOCS-3的表達可以恢復miRNA-122的表達，從而增加膽固醇和脂肪酸的水平。Qiang J等人[7]分析系統(tǒng)驗證了miRNA-122在細胞水平上與其潛在靶基因的結合位點，在2-8位置識別了一個序列3‘-UTR，并與miRNA-122的5’端完全互補，隨miRNA-122的過度表達，熒光素酶報告的相對活性與靶點有關，SCDHEK293T顯著降低，突變了3‘-UTR的6個堿基這是對miRNA-122種子區(qū)的補充，并構建了目標位點的突變報告載體，miRNA-122不能抑制熒光素酶的活性，在6個堿基點突變后，確認它是兩個堿基之間的結合位點，提示，高脂飲食應激下miRNA-122表達下調在肝脂質代謝中起重要作用。

5 低氧及低氧訓練對miRNA-122的調節(jié)

已經證實低氧訓練有利于通過減少機體脂肪重量降低體重，低氧環(huán)境下的耐力運動能促進脂肪酸β氧化關鍵酶CPT1的mRNA表達，改善營養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌脂肪代謝。因此，現階段更多的關注點是低氧訓練誘導miRNA調控脂代謝相關基因的研究。Kulshreshtha等人[16]在缺氧的細胞中發(fā)現，miRNA-122的表達下調。Zhang Z等人[17]而在心肌缺氧方面的研究中發(fā)現，miRNA-122的表達與抑制PTEN/PI3K/AKT通路和自噬有關，因此，miRNA-122基因的下調可以保護H9C2心肌細胞免受缺氧的損傷與凋亡，如預期的那樣，miRNA-122基因可增強細胞活力和細胞遷移，抑制缺氧誘導的細胞凋亡。荊文等人研究發(fā)現[18]，低氧訓練可能通過HIF-1α - miRNA-122-5p - SREBP-1c途徑調節(jié)肥胖大鼠肝臟脂代謝，而低氧訓練誘導HIF-1α的表達升高，依次下調C/EBPα和miRNA-122-5p的表達，進通過增加SREBP-1C、FASN、ACC1和降低CPT1A的表達，抑制肝臟脂肪酸的合成，促進脂肪酸氧化，改善肝臟脂質代謝。朱磊[19]研究表明，低氧訓練可能通過抑制肥胖大鼠肝臟miRNA-122而負調控PPARγ和PPARβ表達，進而影響下游靶基因的表達并促進肝臟膽固醇、HDL-C轉運和脂肪酸氧化，最終改善脂質水平并導致肥胖大鼠內臟脂肪減少。

綜上所述，盡管低氧和低氧訓練可以改變miRNA-122的表達，其機制可能是低氧訓練能誘導體內miRNA-122的表達抑制促進脂類代謝發(fā)揮作用。

6 小結與展望

綜上所述，miRNA-122其調控脂代謝的作用機制主要是通過影響膽固醇合成與轉化、脂肪酸β氧化途徑調控脂代謝，進而降低體重。低氧可刺激miRNA-122的表達，影響機體脂質代謝。然而，miRNA-122對脂質代謝的調控機制及其缺氧和運動刺激miRNA-122對脂質代謝的分子機制仍存在爭議，有待進一步研究。因此，在低氧訓練中通過miRNA-122的表達調控脂質代謝，為科學降脂減肥提供了理論依據，而低氧和運動也可作為預防和控制脂代謝相關疾病的干預手段。

[1] Liver-specific microRNA-122:Biogenesis and function. RNA Biol 2012;9（02):137~42.

[2] 荊 文，李傳芬，馮連世，路瑛麗.低氧訓練通過HIF-1α-miR-122-5p-SREBP-1c調節(jié)肥胖大鼠肝臟脂代謝的機制研究[J].中國體育科技，2018，54（03）：60~67.

[3] Nie YQ, Cao J, Zhou YJ, et al. The effect of miRNA-122 in regulating fat deposition in a cell line model. J Cell Biochem. 2014; 115(05): 839~846.

[4] Nam,Hyun-Sik et al. “Expression of miRNA-122 Induced by Liver Toxicants in Zebrafish.” BioMed Research International 2016 (2016): 1473578. PMC. Web. 20 Sept. 2018.

[5] Wu G, Rui C, Chen J, Sho E, Zhan S, Yuan X, Ding Y, MicroRNA-122 Inhibits Lipid Droplet Formation and Hepatic Triglyceride Accumulation via Yin Yang 1. Cell PhysiolBiochem2017; 44:1651~1664.

[6] 朱 磊，路瑛麗，馮連世，張 輝.microRNA調節(jié)脂代謝的研究進展[J].中國體育科技，2016，52（03）：61~68.

[7] Qiang J, Tao YF, Bao JW, et al. High Fat Diet-Induced miR-122 Regulates Lipid Metabolism and Fat Deposition in Genetically Improved Farmed Tilapia (GIFT, Oreochromis niloticus) Liver. Front Physiol. 2018;9:1422. Published 2018 Oct 5. doi:10.3389/fphys.2018.01422.

[8] 荊 文，路瑛麗，馮連世.miRNA對脂代謝的調節(jié)[J].中國運動醫(yī)學雜志，2013，32（12）：1 129~1 135.

[9] Krützfeldt J, Rajewsky N, Braich R, et al. Silencing of microRNAs invivo with ‘antagomirs’. Nature, 2005, 438(7068): 685~689.

[10] Esau C, Davis S, Murray S F, et al. MiR-122 regulation of lipidmetabolism revealed by in vivo antisense targeting. Cell Metabolism,2006, 3(02): 87~98.

[11] Cheung O , Min P H , Puri P , et al. Nonalcoholic steatohepatitis is associated with altered hepatic MicroRNA expression.[J]. Hepatology, 2010, 48(06): 1810~1820.

[12] Christine Esau,Scott Davis,Susan F. Murray,Xing Xian Yu,Sanjay K. Pandey,Michael Pear,Lynnetta Watts,Sheri L. Booten,Mark Graham,Robert McKay,Amuthakannan Subramaniam,Stephanie Propp,Bridget A. Lollo,Susan Freier, C. Frank Bennett,Sanjay Bhanot,Brett P. Monia. miR-122 regulation of lipid metabolism revealed by in vivo antisense targeting[J]. Cell Metabolism, 2006, 3(02).

[13] Sohi G, Marchand K, Revesz A, Arany E, Hardy DB. Maternal protein restriction elevates cholesterol in adult rat offspring due to repressive changes in histone modifications at the cholesterol 7alphaMennigen, Jan A et al. “Metabolic consequences of microRNA-122 inhibition in rainbow trout.

[14] Elm??N J, Lindow M, Sch??Tz S, et al. LNA-mediated microRNA silencing in non-human primates[J]. Nature, 2008, 452(7189): 896~899.

[15] Baselga-Escudero L , Pascual-Serrano A , Ribas-Latre A, et al. Long-term supplementation with a low dose of proanthocyanidins normalized liver miR-33a and miR-122 levels in high-fat diet–induced obese rats[J]. Nutrition Research, 2015, 35(04): 337~345.

[16] Kulshreshtha, R , et al. “A microRNA component of the hypoxic response.” Cell Death and Differentiation 15.4(2008): 667~671.

[17] Zhang Z, Li H, Chen S, Li Y, Cui Z, Ma J. Knockdown of MicroRNA-122 Protects H9c2 Cardiomyocytes from Hypoxia-Induced Apoptosis and Promotes Autophagy. Med Sci Monit. 2017;23:4284-4290. Published 2017 Sep 5. doi:10.12659/MSM.902936.

[18] 荊 文，李傳芬，馮連世，路瑛麗.低氧訓練通過HIF-1α-miR-122-5p-SREBP-1c調節(jié)肥胖大鼠肝臟脂代謝的機制研究[J].中國體育科技，2018，54（03）：60~67.

[19] 朱 磊. 低氧訓練誘導miR-27/PPARγ、miR-122/PPARβ調控肥胖大鼠肝臟脂代謝機理的研究[D].上海體育學院，2016.

Advances in Research on miRNA-122 Regulating Lipid Metabolism

LU Zhe, ZHU Lei

College of Physical Education and Sports Science, Qufu Normal University, Qufu Shandong, 273165, China.

MiRNA-122 is a highly abundant miRNA in the liver, accounting for 70% of the total miRNA expression. There are two subtypes of miRNA-122, namely miRNA-122a and miRNA-122b. miRNA-122 inhibits the expression of miRNA-122 and reduces the synthesis efficiency of cholesterol.Hypoxia training can prevent lipid metabolism disorders and other diseases, and the mechanism may be that hypoxia training induces inhibition of miRNA-122 expression in vivo to promote lipid metabolism.In order to promote the research on miRNA-122 in lipid metabolism disorders, this paper summarized the function of miRNA, the mechanism of miRNA-122 on lipid metabolism regulation, and the effect of hypoxia and hypoxia training on the expression of miRNA-122, providing theoretical basis for the treatment and intervention of obesity weight loss caused by hypoxia training and lipid metabolism related diseases.

MicroRNA-122; Fat metabolism; Hypoxic training

G804-23

A

1007―6891（2019）05―0025―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2019.05.07

2019-05-05

2019-06-20

1.中國博士后科學基金面上項目（2017M622161）；2.山東省研究生教育創(chuàng)新計劃（SDYY16089）。