外泌體miRNA參與糖尿病性心肌病發(fā)病的研究進(jìn)展

孫 迎，徐曉麗 綜述 向光大 審校

據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會的數(shù)據(jù)顯示，至2030年全球糖尿病患者將達(dá)到3.42億[1]。糖尿病易導(dǎo)致糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)、糖尿病性視網(wǎng)膜病變和周圍神經(jīng)病變等并發(fā)癥[2，3]。其中，由于DCM引發(fā)的并發(fā)癥占糖尿病死亡的80%以上[4]。但目前關(guān)于DCM的發(fā)病機制尚不明確。外泌體(exosome，EXO)是一種由雙層脂質(zhì)膜包裹的納米級囊泡。有研究證實，外泌體可通過細(xì)胞間信息傳遞參與心血管系統(tǒng)的生理及病理過程[5]。近年來，外泌體包含的miRNA在DCM的研究中取得了突破性進(jìn)展。筆者就外泌體miRNA在DCM中的變化和下游調(diào)控靶點進(jìn)行綜述，旨在為DCM的治療提供依據(jù)。

1 外泌體miRNA與DCM關(guān)系

1.1 簡介 外泌體是細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicle，EV)家族的成員之一，直徑 30～150 nm，從所有細(xì)胞類型中釋放[6]。外泌體具有載體功能，通過將內(nèi)容物運送到受體細(xì)胞來介導(dǎo)局部和全身細(xì)胞與細(xì)胞的交流，以誘導(dǎo)生理和穩(wěn)態(tài)變化[7]。在心血管系統(tǒng)中，不同類型的外泌體可以促進(jìn)各種生理病理過程，如胚胎發(fā)育、血管發(fā)育及炎性反應(yīng)、缺血再灌注損傷、細(xì)胞凋亡和心臟重塑/纖維化等，這依賴于其內(nèi)含豐富的遺傳學(xué)信息，包括信使RNA、miRNA和轉(zhuǎn)運RNA等，其中，最為重要的是miRNA[8]。

1.2 發(fā)病機制 miRNA是由16～22個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼RNA，自1993年第1個miRNA(miRNAlin-4)發(fā)現(xiàn)以來，miRNA作為基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子備受關(guān)注[9]。研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞中存在多種miRNA表達(dá)，異常表達(dá)的miRNA可通過降解或抑制mRNA轉(zhuǎn)錄后翻譯調(diào)控基因表達(dá)，有影響心功能的作用[10, 11]。這些miRNA在不同心血管疾病的各種分子通路上有不同的調(diào)節(jié)作用(如心肌梗死、DCM、心律失常、動脈粥樣硬化等)，有些通過促進(jìn)其表達(dá)起到正向保護(hù)作用，也可通過抑制其表達(dá)而起到正向保護(hù)作用。文獻(xiàn)[12]報道，在大量糖尿病動物模型中，過表達(dá)下調(diào)的miRNA或抑制上調(diào)的miRNA可緩解DCM的進(jìn)展，但存在一定的局限性。因此，明確DCM的發(fā)病機制和有效調(diào)控靶點十分重要。

2 外泌體miRNA參與DCM的研究進(jìn)展

2.1 miRNA與線粒體功能障礙 線粒體活性氧(reactive oxygen species, ROS)是電子傳遞鏈中復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ氧代謝的天然副產(chǎn)物。當(dāng)出現(xiàn)高血糖和胰島素抵抗時，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸向線粒體呼吸鏈轉(zhuǎn)移，線粒體內(nèi)膜超極化，抑制了復(fù)合物Ⅲ中的電子傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致過量的ROS產(chǎn)生[13]。有報道發(fā)現(xiàn)，在飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗患者中心肌細(xì)胞的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性升高[14]，說明氧化應(yīng)激與胰島素抵抗相關(guān)，氧化應(yīng)激激活可促進(jìn)心肌纖維化的病理過程，最終導(dǎo)致心力衰竭。正常情況下，心肌細(xì)胞中90%的ATP在胞內(nèi)產(chǎn)生，但在2型糖尿病中，線粒體產(chǎn)生ATP的方式是葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)的氧化過程，這與線粒體氧化應(yīng)激激活和氧化磷酸化受損有關(guān)[13]。

各種miRNA參與了心肌能量的代謝調(diào)節(jié)。其中，miR-181c是參與心臟線粒體功能異常調(diào)節(jié)的miRNA，可能通過靶向心肌細(xì)胞中線粒體MT-COX1 mRNA來發(fā)揮作用。上調(diào)miR-181c的表達(dá)可抑制mt-COX1的表達(dá)而上調(diào)mt-COX2的表達(dá)水平，重塑線粒體呼吸復(fù)合物Ⅳ，導(dǎo)致線粒體功能障礙。在缺血性心力衰竭模型中，當(dāng)miR-181c/d缺失時，心臟通過增強線粒體的氧化應(yīng)激反應(yīng)來維持心功能，這表明miR-181c干擾線粒體功能可能在心肌病理生理中起重要作用[15]。Elizabeth等[16]發(fā)現(xiàn)，在人類和小鼠心力衰竭模型中，miR-199a/miR-214簇的表達(dá)上調(diào)。miR-199a和miR-214協(xié)同調(diào)控過氧化物酶體增殖因子活化受體δ(peroxisome proliferator-activated receptors，PPARδ)，PPARδ是心臟能量代謝的關(guān)鍵調(diào)控因子，可調(diào)節(jié)心力衰竭時心臟代謝向糖酵解的轉(zhuǎn)化。而抑制miR-199a和miR-214的表達(dá)可恢復(fù)FFA的線粒體代謝，從而改善心功能。

2.2 miRNA與心肌肥大 包括DCM在內(nèi)的許多心血管疾病均可導(dǎo)致心肌病理性肥厚。近年來，研究人員對miRNA在心肌病理性肥大中的作用進(jìn)行了廣泛研究。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，肥大性小鼠心臟中miRNA表達(dá)譜的病理變化，證明多種miRNA可抑制DCM心肌肥厚發(fā)生發(fā)展[17]。其中，miR-30c過表達(dá)可抑制糖尿病小鼠心肌中BECN1(抑癌基因抗體)的誘導(dǎo)和隨后的自噬，并改善心臟結(jié)構(gòu)和功能[18]。IkedaRaut等[19]發(fā)現(xiàn)，miR-30c和miR-181a在糖尿病誘導(dǎo)的心肌肥厚中協(xié)同調(diào)控p53-p21通路。Feng等[20]認(rèn)為，高糖條件下肥厚性心肌組織中miR-133a水平下調(diào)，而miR-133a過表達(dá)可改善心肌細(xì)胞肥厚性改變。另外，Ikeda等[21]表明miR-1通過負(fù)調(diào)控鈣離子信號成分鈣調(diào)蛋白、心肌轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(GATA4)以及心肌細(xì)胞增強因子2A(MEF2A)等，延緩了心肌細(xì)胞肥大進(jìn)程。miR-1/線粒體鈣單載體軸可能參與了心肌細(xì)胞對肥大的動態(tài)適應(yīng)過程。miR-150則通過靶向轉(zhuǎn)錄輔激活因子p300抑制了高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大[22]。相反，也有部分miRNA對于心肌表現(xiàn)為負(fù)向傷害作用，如miR-208a，可通過抑制生肌抑制素和GATA4的表達(dá)，上調(diào)β-肌球蛋白重鏈，進(jìn)而加重了心肌肥厚[23]。因此，miRNAs在心肌肥厚調(diào)控中具有多重作用，未來可為DCM的早期診斷、預(yù)防和治療提供新方案。

2.3 miRNA與心肌細(xì)胞凋亡 DCM合并心力衰竭時，心肌細(xì)胞凋亡率增高。細(xì)胞凋亡的增加由多種因素決定，包括脂肪毒性、葡萄糖毒性和氧化應(yīng)激的增加等。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者、DCM大鼠模型體內(nèi)和高糖干預(yù)的心肌細(xì)胞中，miR-30c和miR-181a均呈低表達(dá)狀態(tài)。p53是miR-30c和miR-181a的有效靶點，miRNA水平的降低與p53通路激活導(dǎo)致心肌肥大和凋亡密切相關(guān)[24]。同樣，miR-30d的上調(diào)在心臟線粒體引起的細(xì)胞凋亡中也起著重要作用，已證實miR-30d可直接靶向抑制叉頭轉(zhuǎn)錄因子O3a的表達(dá)，導(dǎo)致其下游的凋亡抑制因子與細(xì)胞凋亡蛋白酶表達(dá)降低，并伴隨半胱氨酸蛋白酶表達(dá)上調(diào)[25, 26]。Zhao等[27]發(fā)現(xiàn)，高糖處理的大鼠心肌細(xì)胞H9c2中miR-34a表達(dá)上調(diào)，miR-34a靶向抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達(dá)下降，H9c2細(xì)胞凋亡率增高。另外，通過給糖尿病小鼠注射miR-195 mimic和miR-195抑制劑，他們發(fā)現(xiàn)miR-195的過表達(dá)可靶向下調(diào)Bcl-2，miR-195表達(dá)下調(diào)可減少ROS的產(chǎn)生起到抑制細(xì)胞凋亡作用。同時，Yu等[28]發(fā)現(xiàn)，高糖處理后，H9c2大鼠心肌細(xì)胞中miR-1表達(dá)增加，miR-1的靶蛋白胰島素樣生長因子1表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放增加，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加。為了進(jìn)一步說明miR-1在高糖介導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡中的重要性，我們翻閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)高濃度葡萄糖可增加miR-1/miR-206的表達(dá)，從而促進(jìn)熱休克蛋白60(heat shock protein，HSP60)的翻譯后修飾，而HSP60可預(yù)防和保護(hù)DCM心肌損傷[29]。Katare等[30]發(fā)現(xiàn)，在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠心臟中miR-1上調(diào)，miR-1靶向原癌基因絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和Bcl-2下調(diào)，并且促凋亡因子caspase-3活性增加。因此，miRNA對能量底物代謝、凋亡信號通路、細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生和相互作用的影響均表明miRNA與線粒體、DCM的相互作用具有重要意義。

2.4 miRNA與心肌間質(zhì)纖維化 高血糖條件下，晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)在糖尿病心臟中沉集，導(dǎo)致膠原分子相互交聯(lián)，從而產(chǎn)生心肌間質(zhì)纖維化。有研究表明，心肌間質(zhì)纖維化受miR-21、miR-15a/b、miR-133a、miR-29和miR-200b的調(diào)控[31]。Liu等[32]發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下，心肌成纖維細(xì)胞中miR-21表達(dá)上調(diào)，并通過c-Jun、N-末端激酶及p38信號通路加速了膠原合成。糖尿病患者心肌miR-15a/b下調(diào)，從而激活促纖維化轉(zhuǎn)化生長因子-β受體-1和結(jié)締組織生長因子。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，miR-29家族可靶向調(diào)控多種編碼蛋白的mRNA，如多種膠原蛋白、纖維蛋白和彈性蛋白，這些均可參與心肌纖維化過程[33]。Feng等[31]證實，miR-200b介導(dǎo)了糖尿病小鼠內(nèi)皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)了DCM心肌間質(zhì)纖維化的增加，表明高血糖誘導(dǎo)的氧化損傷在發(fā)病過程中起重要作用，其導(dǎo)致膠原沉積增加可能與TGF-β和結(jié)締組織生長因子的表達(dá)增加相關(guān)聯(lián)，也可能與氧化應(yīng)激反應(yīng)中多聚ADP-核糖聚合酶1激活增加有關(guān)[34]。此外，一些基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)降低，使細(xì)胞外基質(zhì)降解失調(diào)，心肌間質(zhì)纖維化程度增加[35]。心肌間質(zhì)纖維化在心肌重構(gòu)、左室功能障礙和心肌缺血-再灌注損傷及其相關(guān)疾病的病理過程中扮演著重要角色。miRNA是DCM心肌細(xì)胞的重要調(diào)控因子，上調(diào)或下調(diào)的miRNA可調(diào)控下游相關(guān)靶基因表達(dá)，抑制心肌纖維化，有望成為改善心臟功能有效的治療方法。

綜上所述，多種外泌體miRNA與DCM的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且一些體循環(huán)miRNA有潛力作為生物標(biāo)記物用于DCM的診斷和預(yù)后。但是，外泌體miRNA是否為改善DCM的關(guān)鍵靶向分子仍存疑。研究發(fā)現(xiàn)，不同來源的外泌體攜帶的不同的信號分子，既可以抑制疾病進(jìn)展，也可表現(xiàn)為促進(jìn)疾病進(jìn)展。總之，外泌體miRNA的研究和開發(fā)尚處于早期階段，其在體內(nèi)的作用還有待更全面、深入地臨床研究來進(jìn)行下一步評估。