MiRNA在糖尿病心肌病中的研究進(jìn)展

譚林琳,吳箴言,馬光朋,費(fèi)運(yùn)微,王智慧*

(1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 心內(nèi)科,吉林 長春130041；2.臨沂市人民醫(yī)院 心內(nèi)科)

糖尿病心肌病(DCM)會(huì)加速心肌細(xì)胞凋亡，使心肌細(xì)胞收縮機(jī)制發(fā)生異常改變以及發(fā)生心力衰竭等。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會(huì)的數(shù)據(jù)，2013 年全球糖尿病患者有3億8 200萬人，預(yù)計(jì)到2035年將上升至5億9 200萬人[1]。作為臨床上最常見的疾病之一，糖尿病晚期可能會(huì)出現(xiàn)糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病腎病、糖尿病心肌病等多種并發(fā)癥，而糖尿病心肌病則是全球糖尿病人群致死的主要原因之一[2]。目前糖尿病心肌病的治療方法多以口服降糖藥物、注射胰島素及改變生活方式控制血糖為主，并無特異有效的治療方案用來減緩心肌細(xì)胞的病變及減少心力衰竭的發(fā)生。微小 RNA(miRNA)是生物體內(nèi)一類內(nèi)源性非編碼RNA，其長度約為 18-25 個(gè)核苷酸大小，其作用是通過裂解或抑制翻譯靶mRNA 進(jìn)而使轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)得到調(diào)節(jié)[3]，它在心肌細(xì)胞增殖、心肌肥大、心臟發(fā)育、血管再生等多個(gè)生理和病理過程中具有重要意義。本文就miRNAs在糖尿病心肌病中的研究作一綜述。

1 糖尿病心肌病的簡介

糖尿病心肌病是一種獨(dú)立于心臟瓣膜疾病、心肌缺血和高血壓所導(dǎo)致的心臟結(jié)構(gòu)和功能異常的心肌病，其特征包括既往明確有糖尿病病史，同時(shí)心肌結(jié)構(gòu)改變和功能改變可被心臟彩超明確診斷[4，5]。它的病理表現(xiàn)主要為心肌細(xì)胞肥大、心肌間質(zhì)纖維化進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞發(fā)生凋亡并最終發(fā)展至心力衰竭[6]。研究[7]表明，糖尿病可導(dǎo)致大血管和微血管并發(fā)癥明顯增加。且相對(duì)于同一年齡和性別的非糖尿病個(gè)體相比，發(fā)生心力衰竭的機(jī)會(huì)可明顯增加至2-4倍[8，9]。糖尿病性心肌病的特征是兩個(gè)不同的階段[10]：第一階段持續(xù)時(shí)間短，涉及細(xì)胞代謝的改變，從而引發(fā)舒張功能障礙。第二階段被認(rèn)為是不可逆的，涉及左室肥厚和收縮功能障礙。Han[11]等人經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，向大鼠腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ)5天后大鼠就表現(xiàn)出糖尿病心肌病的第一階段。相關(guān)研究[12]表明，糖尿病的發(fā)生常常導(dǎo)致線粒體被損傷，從而引發(fā)活性氧(ROS)的數(shù)目明顯增加。ROS可刺激降解細(xì)胞外基質(zhì)的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)[13，14],MMPs可明顯促進(jìn)心臟纖維化產(chǎn)生。心肌纖維化使得細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)產(chǎn)生影響并對(duì)心肌細(xì)胞的收縮性有明顯的損害，致使細(xì)胞凋亡進(jìn)程大大加快。剩余心肌細(xì)胞則增大并肥大進(jìn)行代償，這使得剩余的心肌細(xì)胞需要對(duì)心臟收縮增加更多的工作量。也有研究認(rèn)為，長時(shí)間的高血糖使得促炎細(xì)胞因子、炎性顆粒大量堆積，并淤積在肥大心肌細(xì)胞附近[15]。長時(shí)間則會(huì)損害心臟的順應(yīng)性，從而導(dǎo)致舒張功能障礙。

2 miRNA的簡介

2.1 miRNA背景

miRNA是Lee等學(xué)者[16]在對(duì)果蠅做實(shí)驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)的，并命名為Lin-4。后來改名為miRNA并逐漸成為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，目前已被檢測到可編碼人類基因的成熟 miRNA 已有2000余種。有數(shù)據(jù)[17]表明，miRNAs 參與體內(nèi)約30%-50% 基因的表達(dá)調(diào)控。多種生物過程均有miRNAs 參與，包括細(xì)胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移以及分化等[18]。有研究[19]表明，它也可以通過靶向相關(guān)基因的表達(dá)用作預(yù)判心血管疾病和糖尿病發(fā)生及發(fā)展的預(yù)后標(biāo)志物。也有相關(guān)研究[20]表明：miRNA在心力衰竭、心律失常、心肌缺血等眾多心臟疾病中具有重要作用；一些研究者認(rèn)為，下調(diào)過度表達(dá)的miRNA或抑制miRNA的上調(diào)或許是治療糖尿病患者的新方法。

2.2 miRNA的產(chǎn)生機(jī)制

MiRNA的產(chǎn)生是先由RNA聚合酶II / III從內(nèi)含子或基因間區(qū)域轉(zhuǎn)錄為一級(jí)miRNA(pri-miRNA)[21]，新產(chǎn)生的pri-miRNA長度約為200個(gè)核苷酸單位，并經(jīng)加工進(jìn)一步形成長約70個(gè)核苷酸單位的前體miRNA(pre-miRNA)。pre-miRNA被轉(zhuǎn)運(yùn)至到細(xì)胞質(zhì)后，被RNase Ⅲ核酸內(nèi)切酶加工成為miRNA，并加載到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)中[22]。

3 miRNAs 在糖尿病心肌病發(fā)病機(jī)制中的研究

3.1 miRNAs 與心肌肥大

病理性心肌肥大是多種心臟疾病中最常見的病理變化之一，其最主要表現(xiàn)在心肌擴(kuò)張、心肌增厚及心臟衰竭等方面。研究[23]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型的肥大心肌細(xì)胞中，許多種miRNA 的表達(dá)發(fā)生了變化，如microRNA-21、microRNA-24、microRNA-195、microRNA-700、 microRNA-705等表達(dá)均有明顯上調(diào)。有研究[24]表明，miR-150可以介導(dǎo)心肌細(xì)胞的肥大。有相關(guān)研究[25]表明，miR-155 或可通過下調(diào)靶基因AGTR1從而對(duì)鈣信號(hào)通路進(jìn)行抑制來促進(jìn)心肌肥大。有研究[26]發(fā)現(xiàn)，miR-155可通過調(diào)控靶基因Jarid2，抑制miR-155的表達(dá)可對(duì)由主動(dòng)脈縮窄誘導(dǎo)的心肌肥大產(chǎn)生明顯抑制。然而也有研究[27]表明， miR-1、miR-133a等miRNA具有抑制病理性心肌肥大的的特性。有研究[28]認(rèn)為miRNA-1的作用靶點(diǎn)為肌細(xì)胞增強(qiáng)因子 2A (Mef2a)及Fibullin-2(Fbln2)，在Ikeda等的研究中發(fā)現(xiàn)新生大鼠心肌細(xì)胞中，miR-1 可通過下調(diào)Mef2a抑制心肌細(xì)胞肥大；而在心衰的大鼠模型中，miR-1卻對(duì)Mef2a的抑制作用明顯減弱，同時(shí)介導(dǎo)鈣調(diào)磷酸酶/活化 T 細(xì)胞因子(CaN/NFAT)信號(hào)通路使得心肌肥厚更加明顯。而另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究者經(jīng)主動(dòng)脈縮窄對(duì)大鼠進(jìn)行誘導(dǎo)導(dǎo)致左心室肥大，檢測發(fā)現(xiàn)miR-1的表達(dá)顯著降低，后經(jīng)尾靜脈注射結(jié)合miR-1的慢病毒后，左心室肥厚程度得到明顯抑制，心肌功能得到明顯改善。除miRNA-1外，miR-133a也被發(fā)現(xiàn)可能通過激活 MAPK 通路，進(jìn)而使得ERK1/2 的磷酸化減少，從而達(dá)到抑制心肌肥大的目的[29]。在一項(xiàng)研究[30]中發(fā)現(xiàn)，人體左心室和室間隔心肌肥厚程度與其血液中miR-133a含量呈負(fù)相關(guān)，所以miR-133a未來或可用作預(yù)測心肌肥厚的生物標(biāo)志物。

3.2 miRNAs 與心肌纖維化

細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的大量堆積導(dǎo)致心臟組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變進(jìn)而引發(fā)心力衰竭是心肌纖維化的主要特征，心肌纖維化也是糖尿病心肌病發(fā)生的另一個(gè)主要原因。有研究表明[31]，在人體心臟中表達(dá)的miRNA中，約60%-70%的生物功能及其表現(xiàn)與心臟疾病中纖維化的發(fā)生及發(fā)展有十分密切的聯(lián)系。 Habibi等[32]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)卵巢切除的糖尿病大鼠可通過miRNA-133 以及 bcl-2 等的表達(dá)使由糖尿病誘導(dǎo)的心肌纖維化明顯減輕。Diao 等[33]設(shè)計(jì)由鏈脲霉素誘導(dǎo)的DMT1動(dòng)物模型中，明確了16個(gè) miRNAs 在該模型中的差異表達(dá)，并明確 RASA1，Rac1，TGFβ3 和 COL1A1這四項(xiàng)靶基因與心肌肥厚和心肌纖維化有明確相關(guān)。也有研究[34]證明，外周血測定中miR-21的水平可作為心肌纖維化的生物標(biāo)志物的驗(yàn)證。然而，也有研究表明，某些miRNA會(huì)抑制心肌纖維化的產(chǎn)生。Chaturvedi等學(xué)者的研究證明，若調(diào)整miR-29b和miR-455的水平上升，則兩者的共同靶基因MMP-9的活動(dòng)程度及表達(dá)程度均會(huì)受到明顯抑制，糖尿病性心肌纖維化則會(huì)得到明顯改善[35]。

3.3 miRNAs 與心肌細(xì)胞凋亡

目前已有大量相關(guān)研究證明miRNAs 參與糖尿病心肌病相關(guān)的心肌細(xì)胞凋亡。Shan 等[36]在體外高糖環(huán)境下誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)microRNA-1和microRNA-206可在心肌細(xì)胞中高表達(dá)，并可通過作用于Hsp60 mRNA的靶點(diǎn)3′-UTR對(duì)Hsp60進(jìn)行負(fù)調(diào)控，使得Hsp60的表達(dá)明顯下調(diào)，進(jìn)而加速高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的損傷并凋亡。Yu等[37]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用miR-144的擬似物會(huì)加快高糖誘導(dǎo)的ROS生成，并使心肌細(xì)胞凋亡加速；而使用miR-144抑制劑則可激活Nrf2信號(hào)通路，ROS的產(chǎn)生明顯得到抑制，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡，由STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠心肌細(xì)胞凋亡速度明顯改變。Raut 等[38]發(fā)現(xiàn)，miR-30c 和 miR-181a 在由高糖環(huán)境下培養(yǎng)出的小鼠的心肌細(xì)胞中表達(dá)明顯減少，其原因可能是由于高糖環(huán)境導(dǎo)致 p53 /p21通路的激活，從而引起心肌細(xì)胞凋亡。有研究[39]發(fā)現(xiàn)，在大鼠心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，若miR-34a水平的上調(diào)則引起B(yǎng)cl-2表達(dá)水平下降，進(jìn)而使得心肌細(xì)胞凋亡明顯增加。

3.4 miRNAs 與代謝調(diào)節(jié)

miRNAs在調(diào)節(jié)糖代謝方面具有重要的作用，有實(shí)驗(yàn)[40]表明，若使microRNA-103和microRNA-107的表達(dá)沉默均能增加胰島素的敏感性，進(jìn)而維持葡萄糖的代謝平衡；而這兩種miRNA的過度表達(dá)則會(huì)導(dǎo)致脂肪細(xì)胞對(duì)胰島素產(chǎn)生抵抗。研究[41]發(fā)現(xiàn)，microRNA-15a的表達(dá)在高糖環(huán)境中1 h后就出現(xiàn)上調(diào)；若對(duì)高糖的刺激時(shí)間進(jìn)行延長，microRNA-15a的水平卻出現(xiàn)了明顯的下降。我們可以推測，體內(nèi)胰島素合成與高糖環(huán)境以及miRNA水平的改變可能有一定的聯(lián)系。同時(shí)，miRNA在糖尿病患者的其它代謝方面也占據(jù)十分重要地位。研究表明[42]miR-122作為肝臟中最豐富的miRNA，其水平的升高可明顯降低血漿中膽固醇和三酰甘油的含量。Ling等學(xué)者[43]發(fā)現(xiàn)，若microRNA-21的表達(dá)下調(diào)，脂肪細(xì)胞則極容易導(dǎo)致胰島素抵抗；反之若microRNA-21高表達(dá)則可以增強(qiáng)胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖攝取，同時(shí)增強(qiáng)脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用。綜上所述，miRNA在人體的代謝調(diào)節(jié)中起著極其重要的作用，若代謝調(diào)節(jié)出現(xiàn)紊亂則會(huì)增加糖尿病心肌病的發(fā)病率。

4 miRNA在臨床中的應(yīng)用

盡管在實(shí)驗(yàn)研究方面已探索miRNA在糖尿病心肌病中的作用，但遺憾的是目前人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)較少，并沒有充足的證據(jù)明確表示實(shí)驗(yàn)研究可投入臨床使用，但這對(duì)我們來說仍是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的機(jī)遇。有研究表明[44]，使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將糖尿病小鼠心臟中 miR-133a進(jìn)行超表達(dá)可明顯改善心肌纖維化狀況，這表明合理地將miRNA-133a上調(diào)至一定水平可應(yīng)對(duì)糖尿病心肌病的心肌纖維化狀況。Feng 等學(xué)者[45]發(fā)現(xiàn)，microRNA-133 的表達(dá)在糖尿病大鼠模型的心肌細(xì)胞中處于下調(diào)狀態(tài)，而將在高糖環(huán)境中培養(yǎng)的心肌細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染 microRNA-133 基因后，細(xì)胞并沒有出現(xiàn)肥大，我們可以推測， microRNA-133或許是抑制心肌細(xì)胞肥大的保護(hù)因子之一，這使我們對(duì)臨床應(yīng)用增加新的期待。研究發(fā)現(xiàn)[46]，在非糖尿病人群中循環(huán)miR-126是一個(gè)重要的糖尿病預(yù)測因子，數(shù)據(jù)表明，患者該miRNA從正常葡萄糖耐受量，到糖耐量減低，再到明確診斷為糖尿病，其血漿水平逐漸下降。它的發(fā)現(xiàn)為臨床上糖尿病的預(yù)防及檢測提供了極大的潛力。有研究證明[47]，糖尿病心肌病患者外周血中miR-449b表達(dá)明顯上調(diào)，且該miRNA因子有明顯增加氧化應(yīng)激的作用，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡增加，針對(duì)這一點(diǎn)miR-449b可考慮作為針對(duì)糖尿病心肌病靶向治療的靶點(diǎn)。但需要注意的是，盡管這些令人鼓舞的結(jié)果為糖尿病性心肌病治療策略開通了新的道路，但我們對(duì)miRNA并沒有全面了解，因此需要對(duì)miRNA在糖尿病心肌病的機(jī)制繼續(xù)探索?？偠灾?，人們對(duì)miRNA日后成為治療糖尿病性心肌病充滿期待。

5 小結(jié)

近年來，關(guān)于糖尿病心肌病與miRNA的研究越來越多。大量研究表明，miRNA 與糖尿病心肌病發(fā)病過程中的心肌肥大、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡、代謝紊亂、胰島素抵抗、微循環(huán)障礙等密切相關(guān)。探索miRNA與糖尿病心肌病的聯(lián)系，使我們了解其發(fā)病機(jī)制，在臨床做到積極預(yù)防、明確診斷及有效治療方面等獲益匪淺。但目前為止，針對(duì)糖尿病心肌病的早期診斷及具體治療方案仍需探究，目前臨床采用的治療方法主要為調(diào)整生活方式及使用降糖藥物控制血糖等，并無針對(duì)該病種有效的特異性治療方案。但大量臨床證據(jù)表明，單靠血糖控制并不能遏制心肌細(xì)胞的病理改變，心力衰竭的癥狀在臨床上也無法得到緩解，患者的住院率及死亡率仍沒有明顯下降，無法在根本上減緩糖尿病心肌病患者的病情發(fā)展。希望隨著針對(duì)糖尿病心肌病發(fā)病機(jī)制的研究不斷深入及拓展，能夠早日明確該病的發(fā)病機(jī)制，為臨床上的患者帶來新的希望。