長(zhǎng)鏈非編碼RNA調(diào)控糖尿病心肌病分子機(jī)制的研究進(jìn)展

鄒靜怡，張 娜，高 燕

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)是指1型和2型糖尿病患者在排除高血壓、冠狀動(dòng)脈疾病、心臟瓣膜病等其他心臟危險(xiǎn)因素的情況下，出現(xiàn)心室肥大、纖維化、舒張功能障礙甚至收縮功能障礙的一種進(jìn)行性心臟病[1]。DCM的發(fā)病與高血糖、胰島素抵抗、微血管病變等有關(guān)，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激，心肌細(xì)胞凋亡、自噬，心肌纖維化，心肌肥厚，心室重構(gòu)等病理變化。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)是一種長(zhǎng)度大于200 nt并缺乏蛋白質(zhì)編碼能力的非編碼RNA，其存在種間保守性[2]。近年來(lái)，lncRNA的異常表達(dá)被證實(shí)在分子水平調(diào)控了DCM的病理發(fā)展過(guò)程[3]。某些lncRNA還可作為DCM的潛在診斷標(biāo)志物，為臨床診斷帶來(lái)希望。本文擬對(duì)DCM的分子機(jī)制及l(fā)ncRNA在DCM發(fā)病過(guò)程中的調(diào)控作一綜述，旨在為DCM提供新的診斷和治療策略。

1 DCM的發(fā)病機(jī)制

DCM的發(fā)展過(guò)程中，高血糖代謝紊亂導(dǎo)致胰島素抵抗，氧化應(yīng)激增加，線粒體功能障礙，自噬表達(dá)異常，引起心肌細(xì)胞凋亡增加。脂肪酸過(guò)量攝取和氧化，有毒脂質(zhì)中間體(如二?；视?、神經(jīng)酰胺)積累，導(dǎo)致心臟脂毒性[4]。在這個(gè)過(guò)程中多伴有腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的過(guò)度激活，加速了心臟重構(gòu)，出現(xiàn)心肌細(xì)胞肥大、間質(zhì)纖維化、血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞功能障礙，臨床上表現(xiàn)為舒張功能障礙，嚴(yán)重者同時(shí)出現(xiàn)收縮功能障礙[5]。心臟的微血管病變也不容忽視。在糖尿病初期，伴隨著高血糖和胰島素抵抗，心臟微血管即可出現(xiàn)內(nèi)源性NO合成減少，活性氧(ROS)增加，二者間平衡失調(diào)，引起內(nèi)皮功能障礙，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞炎癥，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡[6]。同時(shí)微血管滲透性增加，加速了心肌纖維化及心肌重塑過(guò)程。

2 lncRNA在DCM病理過(guò)程中的調(diào)節(jié)

2.1心臟特異性lncRNA

2.1.1MHRT：上調(diào)MHRT能減輕氧化應(yīng)激導(dǎo)致的心肌細(xì)胞凋亡。MHRT是心肌特異性lncRNA，在氧化應(yīng)激時(shí)表達(dá)增加，而氧化應(yīng)激的增加可激活氧化應(yīng)激信號(hào)通路，促進(jìn)心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡[7]。Zhang等[8]用H2O2模擬心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激誘導(dǎo)損傷模型觀察MHRT在心肌細(xì)胞中的表達(dá)以及作用，發(fā)現(xiàn)MHRT的表達(dá)在200 μmol/L的H2O2濃度下增加近4倍，提示H2O2能誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中MHRT的表達(dá)。利用靶向siRNA敲低心肌細(xì)胞中MHRT的表達(dá)后，心肌細(xì)胞在氧化應(yīng)激模型中凋亡增加，表明上調(diào)MHRT在氧化應(yīng)激中對(duì)心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用。氧化應(yīng)激是DCM最重要的病理生理因素之一，MHRT在氧化應(yīng)激中也發(fā)揮重要作用，二者尚無(wú)相關(guān)性報(bào)道，但可能為治療DCM提供一個(gè)新的理論依據(jù)。

2.1.2Crnde：上調(diào)Crnde能夠減輕DCM小鼠的心肌纖維化。Crnde在人和小鼠的心臟組織尤其是心肌成纖維細(xì)胞中特異性表達(dá)。Zheng等[9]在DCM小鼠模型中發(fā)現(xiàn)Crnde表達(dá)上調(diào)，敲低Crnde后，心肌成纖維細(xì)胞中膠原蛋白沉積顯著升高，左心室射血分?jǐn)?shù)及縮短分?jǐn)?shù)明顯降低。上調(diào)Crnde后，結(jié)果相反，提示Crnde過(guò)表達(dá)可減輕DCM心肌纖維化，改善心功能。體外實(shí)驗(yàn)中，Crnde的表達(dá)受Smad3的調(diào)控，Crnde也抑制靶基因Smad3的轉(zhuǎn)錄活化，從而抑制心肌纖維化過(guò)程中心肌成纖維細(xì)胞的分化。

2.2非心臟特異性lncRNA

2.2.1H19：上調(diào)H19能改善大鼠心肌氧化應(yīng)激損傷，抑制心肌細(xì)胞凋亡和自噬，下調(diào)H19降低小鼠心肌纖維化。H19是糖尿病大鼠心肌病的重要調(diào)節(jié)因子，在糖尿病大鼠心肌細(xì)胞中顯著下調(diào)，過(guò)表達(dá)H19能降低心肌組織氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡和自噬，改善DCM。Zhuo等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中，自噬相關(guān)蛋白和自噬體在高血糖反應(yīng)中被顯著激活。上調(diào)H19后，自噬體的數(shù)量和自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)明顯降低，左心室功能顯著改善。同樣，Li等[11]也研究發(fā)現(xiàn)，H19過(guò)表達(dá)組超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶水平顯著上升，丙二醛水平、心肌細(xì)胞凋亡指數(shù)、caspase-3的表達(dá)和Bax/Bcl-2比率降低，心肌氧化應(yīng)激水平降低，細(xì)胞凋亡減少。相反，H19在糖尿病小鼠心肌細(xì)胞中顯著上調(diào)。Huang等[12]在體外培養(yǎng)的糖尿病小鼠心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，H19表達(dá)增加，并通過(guò)靶向結(jié)締組織生長(zhǎng)因子導(dǎo)致心肌纖維化相關(guān)蛋白積累。下調(diào)H19可顯著抑制Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和α-平滑肌動(dòng)蛋白水平，降低心肌纖維化。H19發(fā)揮其功能的另一種模式是作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(ceRNA)與蛋白質(zhì)和微小RNA相互作用[13]。當(dāng)H19敲低時(shí)，可以增強(qiáng)miR-455的抗纖維化作用并減弱miR-455靶向的結(jié)締組織生長(zhǎng)因子表達(dá)，并進(jìn)一步降低纖維化相關(guān)蛋白質(zhì)的合成。

2.2.2心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物(MIAT)：下調(diào)MIAT可抑制心肌細(xì)胞凋亡，減輕心肌細(xì)胞肥大。在DCM發(fā)病過(guò)程中，MIAT的表達(dá)升高。在體外高糖培養(yǎng)的新生大鼠心肌細(xì)胞中，caspase-3和Bax/Bcl-2比率升高，MIAT表達(dá)增加。下調(diào)MIAT后可降低促凋亡蛋白和死亡相關(guān)蛋白激酶2的表達(dá)，抑制高糖介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[14]。另外，MIAT可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移從而導(dǎo)致微血管功能障礙，加速心臟肥大的病理發(fā)展。MIAT在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥厚小鼠模型和大鼠心臟來(lái)源的H9c2細(xì)胞中表達(dá)顯著升高。在體外H9c2細(xì)胞模型中，MIAT下調(diào)能顯著抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的肥厚性基因的增高、細(xì)胞表面積的增加以及總蛋白含量的升高。同時(shí)，MIAT作為ceRNA抑制H9c2細(xì)胞中miR-150的表達(dá)從而促進(jìn)高糖誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的發(fā)展。相反，MIAT敲低可減輕DCM心肌細(xì)胞肥大[15]。

2.2.3lncRNA-AK081284：下調(diào)lncRNA-AK081284能降低心肌纖維化。Zhang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在高糖處理的心肌成纖維細(xì)胞和糖尿病小鼠心肌組織中l(wèi)ncRNA-AK081284表達(dá)水平均升高，上調(diào)lncRNA-AK081284的表達(dá)，能夠?qū)е赂咛钦T導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ、轉(zhuǎn)化生成因子β1和α-平滑肌動(dòng)蛋白生成的增加，促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生。當(dāng)敲低lncRNA-AK081284時(shí)，上述變化消失。

2.2.4MALAT1：下調(diào)MALAT1A可降低心肌細(xì)胞凋亡，改善心功能。MALAT1在心肌組織中大量存在，在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病大鼠心肌組織中表達(dá)上調(diào)。當(dāng)用siRNA敲低MALAT1以衰減表達(dá)后，可顯著減輕細(xì)胞炎性因子(腫瘤壞死因子-α、白介素-6和白介素-1β)濃度和細(xì)胞凋亡，改善左心室舒張和收縮功能，改善DCM[17]。

2.2.5DCRF：敲低DCRF可降低心肌細(xì)胞自噬，減輕心肌纖維化，改善心功能。DCRF在糖尿病大鼠心肌和高糖處理的心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞自噬和纖維化的增加。同時(shí)DCRF可作為ceRNA減弱miR-551b-5p對(duì)PCDH17的抑制，從而激活心肌細(xì)胞自噬。下調(diào)DCRF，可降低PCDH17的表達(dá)并抑制高糖處理心肌細(xì)胞的自噬，明顯改善糖尿病大鼠組織學(xué)的異常(心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維破裂和細(xì)胞間隙增加)以及左心室功能[18]。

2.2.6Kcnq1反向鏈/反義轉(zhuǎn)錄物1(Kcnq1ot1)：下調(diào)Kcnq1ot1改善糖尿病心肌組織的炎癥壞死和纖維化。Kcnq1ot1是位于人染色體11p15.5上的lncRNA。Yang等[19]在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的DCM小鼠模型及體外高糖處理的心肌成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，Kcnq1ot1表達(dá)升高，左心室收縮和舒張功能惡化，射血分?jǐn)?shù)和縮短分?jǐn)?shù)減少，心肌成纖維細(xì)胞中膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ、caspase-1和白介素-1β水平顯著升高。下調(diào)Kcnq1ot1可明顯改善這些變化。進(jìn)一步研究表明，Kcnq1ot1能作為miR-214-3p的ceRNA調(diào)節(jié)caspase-1的表達(dá)。Kcnq1ot1的敲低在體內(nèi)和體外都可改善DCM炎癥壞死和纖維化。

2.2.7MEG3：下調(diào)MEG3能夠抑制心肌細(xì)胞凋亡。在體外高糖處理人心肌細(xì)胞AC16建立DCM的模型中，細(xì)胞活力降低，細(xì)胞凋亡率增加，MEG3表達(dá)上調(diào)，miR-145表達(dá)減少。當(dāng)敲低MEG3時(shí)，AC16細(xì)胞凋亡減少。此外，MEG3可作為ceRNA抑制miR-145的表達(dá)，從而減少miR-145對(duì)高糖處理AC16細(xì)胞中PDCD4表達(dá)的抑制，敲低MEG3通過(guò)調(diào)節(jié)miR-145/PDCD4軸保護(hù)人心肌細(xì)胞免受高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[20]。

2.2.8NONRATT007560.2：敲低NONRATT007560.2表達(dá)能夠抑制高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡。NONRATT007560.2在高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡模型中顯著上調(diào)。當(dāng)下調(diào)NONRATT007560.2時(shí)，Yu等[21]通過(guò)檢測(cè)心肌細(xì)胞凋亡和ROS的積累，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞凋亡被抑制，ROS水平降低，但其機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。

3 lncRNA作為DCM的潛在診斷標(biāo)志物

3.1NKILA NKILA在DCM患者中特異性上調(diào)，下調(diào)NKILA減少心肌細(xì)胞凋亡。Li等[22]對(duì)312例糖尿病而無(wú)并發(fā)癥的患者進(jìn)行了8年隨訪，每半年抽取血漿并利用RT-qPCR測(cè)定血漿中NKILA的表達(dá)。隨著糖尿病的發(fā)展，NKILA在DCM中顯著上調(diào)，而在無(wú)或有其他并發(fā)癥(糖尿病腎病和糖尿病視網(wǎng)膜病變)中NKILA表達(dá)水平無(wú)明顯變化。在體外用不同濃度高糖與不同時(shí)間處理的心肌細(xì)胞中，心肌細(xì)胞凋亡增加，但NKILA的表達(dá)無(wú)明顯變化，也進(jìn)一步說(shuō)明NKILA是DCM特有的標(biāo)志物，與糖尿病本身和其他糖尿病并發(fā)癥無(wú)關(guān)，NKILA可能是通過(guò)增加心肌細(xì)胞凋亡以促進(jìn)DCM的發(fā)展。同時(shí)受試者工作特征曲線分析發(fā)現(xiàn)，在診斷DCM的6個(gè)月前(無(wú)明顯并發(fā)癥表現(xiàn))NKILA水平即顯著上調(diào)，提示在臨床上可對(duì)無(wú)并發(fā)癥的糖尿病患者抽血檢測(cè)NKILA表達(dá)量以預(yù)防DCM的發(fā)展。

3.2HOTAIR HOTAIR在DCM中特異性下調(diào)，上調(diào)HOTAIR可改善細(xì)胞活力。Qi和Zhong[23]研究結(jié)果表明，在DCM患者的心肌組織和血清中HOTAIR表達(dá)下調(diào)，而在無(wú)心肌病的糖尿病患者和健康對(duì)照組中HOTAIR表達(dá)無(wú)顯著差異。進(jìn)一步受試者工作特征曲線分析研究顯示，心肌組織和血清中的HOTAIR表達(dá)可用于準(zhǔn)確區(qū)分DCM患者和健康者。另外，體外高糖培養(yǎng)的AC16細(xì)胞中HOTAIR表達(dá)也下調(diào)，Akt磷酸化被抑制。當(dāng)上調(diào)HOTAIR激活PI3K/Akt途徑能夠明顯改善AC16細(xì)胞活力，改善DCM。

3.3TINCR TINCR在DCM中特異性下調(diào)，上調(diào)TINCR抑制心肌細(xì)胞凋亡。TINCR也可用于DCM的有效診斷。DCM患者心肌組織及血清中TINCR的表達(dá)水平明顯低于無(wú)心肌病的糖尿病患者及健康者。Chen等[24]在體外高糖處理的AC16細(xì)胞中檢測(cè)到TINCR表達(dá)無(wú)顯著變化，提示TINCR可能不參與高糖誘導(dǎo)的DCM的發(fā)生，而在隨后發(fā)生的心肌病理變化中發(fā)揮作用，但上調(diào)TINCR后，心肌細(xì)胞凋亡率降低。

4 lncRNA影響血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)

高糖、胰島素敏感性降低和炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致體內(nèi)NO降低，ROS增加[6]，出現(xiàn)內(nèi)皮舒張功能障礙、血管平滑肌細(xì)胞損傷、異常血管收縮等表現(xiàn)，引起冠狀動(dòng)脈微血管障礙，進(jìn)而促進(jìn)DCM的病理發(fā)展，是DCM的重要病理因素之一。lncRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞的病理發(fā)展中也發(fā)揮重要作用，影響血管炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致血管功能障礙。

4.1LINC00341 LINC00341抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。LINC00341是人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中最豐富的lncRNA之一，在血管內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮抗炎作用。Huang等[25]上調(diào)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中LINC00341的表達(dá)后，腫瘤壞死因子-α導(dǎo)致的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞炎癥明顯被抑制，單核細(xì)胞黏附、內(nèi)皮炎癥標(biāo)記基因血管細(xì)胞黏性因子1的RNA和蛋白質(zhì)水平也明顯降低。

4.2TGFB2-OT1 TGFB2-OT1能夠促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)。Huang等[26]利用脂多糖和氧化低密度脂蛋白刺激人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)TGFB2-OT1 RNA表達(dá)增加，導(dǎo)致人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中白介素-6和白介素-8產(chǎn)生，各種炎癥相關(guān)基因(細(xì)胞因子、趨化因子和黏附分子等)表達(dá)增加。提示TGFB2-OT1參與炎癥小體的激活，下調(diào)TGFB2-OT1對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞有保護(hù)作用。

lncRNA對(duì)冠狀動(dòng)脈微血管病變導(dǎo)致的DCM尚無(wú)直接相關(guān)性報(bào)道。因此，lncRNA對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)的影響可能為治療DCM提供新思路。

5 結(jié)語(yǔ)

lncRNA在DCM發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，特異性lncRNA的異常表達(dá)與DCM的病理過(guò)程息息相關(guān)。通過(guò)調(diào)控lncRNA的表達(dá)水平，上調(diào)保護(hù)性lncRNA，下調(diào)有害的lncRNA，能夠減緩或阻斷DCM的病理發(fā)展，可以達(dá)到治療疾病的目的，尤其是診斷性lncRNA的發(fā)現(xiàn)，為臨床醫(yī)學(xué)提供了更為合適的診治手段。然而lncRNA具有種間保守性，上述某些lncRNA的研究是在大鼠或小鼠模型中進(jìn)行，這些lncRNA是否存在于人類(lèi)基因組中并發(fā)揮同樣的作用有待進(jìn)一步的研究。未來(lái)，隨著測(cè)序技術(shù)和干擾技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多與DCM相關(guān)的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，需要深入開(kāi)展更多有意義的研究。