外泌體源性miRNA在糖尿病中的研究進(jìn)展

朱曼麗 李琳琳

1.新疆醫(yī)科大學(xué)中心實驗室，新疆烏魯木齊 830011；2.新疆醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，新疆烏魯木齊 830011；3.新疆醫(yī)科大學(xué)省部共建中亞高發(fā)病成因與防治國家重點實驗室，新疆烏魯木齊 830011

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是一組以血糖水平升高為特征的代謝性疾病，由胰島素作用不足引起的，其原因可能是胰腺分泌的激素不足，也可能是肝臟、肌肉或脂肪倉庫等周圍組織胰島素抵抗的發(fā)展。因此，器官間的交流對于維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。外泌體（exosome）能夠作為轉(zhuǎn)運(yùn)工具，通過其攜帶的微小RNA（microRNA，miRNA）、信使RNA（mRNA）及蛋白質(zhì)等多種成分介導(dǎo)細(xì)胞間的信息交流[1]。大多數(shù)細(xì)胞類型釋放的細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）以及容易在血液和其他體液中檢測到的EV目前已被證明不僅作為代謝性疾病的有希望的生物標(biāo)志物，而且還參與其病因?qū)W研究[2-3]。外泌體起源于多數(shù)細(xì)胞釋放出的小囊泡，為脂質(zhì)雙層膜結(jié)構(gòu)，是胞內(nèi)多囊泡體融合細(xì)胞膜后釋放的一種納米級小泡，廣泛存在外周血、唾液和腦脊液等各種體液中[1,4-6]。外泌體源性miRNA的整合可能導(dǎo)致受體細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組變化[7]，同樣mRNA可以被翻譯[8]，蛋白質(zhì)可啟動信號級聯(lián)反應(yīng)[9]，最終受體細(xì)胞可以啟動一系列生物反應(yīng)。例如，體外用促炎細(xì)胞因子處理的T細(xì)胞或胰島釋放的外泌體觸發(fā)受體β-細(xì)胞中的凋亡途徑[10-11]。當(dāng)前外泌體的研究顯示出應(yīng)用于DM的潛在價值[7-13]，本文就外泌體miRNA與DM的研究進(jìn)行綜述，旨在為進(jìn)一步認(rèn)知DM的發(fā)生發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 外泌體源性miRNA

外泌體主要是由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，根據(jù)其功能特點可以分為兩型。Ⅰ型不含有RNAs，Ⅱ型含有大量RNAs，前者參與抗原遞呈和細(xì)胞通訊過程，后者參與相鄰細(xì)胞的同步化和細(xì)胞分化過程。在外泌體的不同組分中，miRNA是一類豐富的非編碼小RNA（長度為19～22個核苷酸），通過與其靶mRNA結(jié)合誘導(dǎo)其降解或抑制翻譯，在許多生物過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[14]。miRNAs可以很容易在血液和其他生物體液中檢測到，除了被封裝在EVs中，一部分細(xì)胞外循環(huán)miRNAs與蛋白質(zhì)argonaute 2（AGO2）結(jié)合，AGO2是RNA相關(guān)沉默復(fù)合物的一部分[15-16]。高密度脂蛋白（HDL）顆粒也能轉(zhuǎn)運(yùn)miRNAs，并能將其遞送至具有功能性靶向能力的受體細(xì)胞[17]。因miRNAs可以通過使用相對較小樣本量獲取，迄今為止大多數(shù)研究都集中在血清或血漿中循環(huán)miRNAs的表達(dá)譜上[18]，嚙齒動物和人類模型的研究報道[19-20]，循環(huán)miRNAs可作為DM的生物標(biāo)志物的價值，因為他們與葡萄糖耐受不良（miR-24、miR-30d和miR-34a等）、疾病進(jìn)展（miR-122、miR-13和miR-210）、細(xì)胞損傷（miR-375）和炎癥（miR-21-5p）研究密切相關(guān)。重要的是，循環(huán)miRNAs可用于監(jiān)測DM患者對治療的反應(yīng)，因為在藥物治療[21]或運(yùn)動干預(yù)[22]后通過改善血糖控制使miRNAs正常化。

2 外泌體miRNAs在DM中的研究

DM中主要的患病人群是2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）患者，而T2DM與肥胖密切相關(guān)[23-24]。有研究報道[25]，DM靶組織-脂肪組織已被公認(rèn)為動態(tài)的內(nèi)分泌器官，通過釋放多種調(diào)節(jié)糖脂代謝的激素來調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)。另外，脂肪組織是構(gòu)成外泌體的重要來源，特別是外泌體miRNA可以調(diào)控遠(yuǎn)端組織肝臟的基因表達(dá)[7]。還有研究指出[7,26]，在脂肪特異性敲除miRNA加工酶DICER1的小鼠模型中，組織及循環(huán)外泌體中成熟miRNA的表達(dá)水平顯著降低。研究也發(fā)現(xiàn)來自肥胖小鼠的外泌體可誘導(dǎo)瘦小鼠的葡萄糖耐受性，研究用選定的miR-192、miR-122、miR-27a-3p和miR-27b-3p轉(zhuǎn)染外泌體，這些miRNAs都在肥胖小鼠中被證明表達(dá)增加，將重組的外泌體注射到瘦小鼠中，瘦小鼠也出現(xiàn)了葡萄糖不耐受和胰島素抵抗，數(shù)據(jù)表明外泌體miRNA可通過靶向過氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferator-ac tivated receptor alpha，PPARα）在瘦小鼠的白色脂肪組織中誘導(dǎo)DM發(fā)生[26]。因此，通過DM靶組織外泌體miRNA及其相關(guān)靶基因分子機(jī)制的研究能為DM發(fā)病機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

脂肪細(xì)胞來源的外泌體攜帶已知調(diào)節(jié)免疫的蛋白質(zhì)sonic hedgehog（Shh），通過PTCH/PI3K信號通路誘導(dǎo)骨髓來源的巨噬細(xì)胞和RAW 264.7巨噬細(xì)胞的促炎或M1極化，有助于胰島素抵抗[27]。這說明脂肪細(xì)胞產(chǎn)生和釋放含生物活性物質(zhì)的外泌體，可作為細(xì)胞間通訊的物質(zhì)，最終導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生。Ying等[3]獲取了在肥胖小鼠脂肪組織中發(fā)現(xiàn)的巨噬細(xì)胞，收集分泌外泌體，使苗條健康小鼠接受這些“肥胖的”外泌體處理，發(fā)現(xiàn)正常的小鼠不會體重超重，但開始表現(xiàn)出肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗；逆轉(zhuǎn)這種過程時，發(fā)現(xiàn)利用來自苗條小鼠的外泌體處理肥胖小鼠時，肥胖小鼠的胰島素敏感性恢復(fù)。進(jìn)一步通過對細(xì)胞進(jìn)行熒光標(biāo)記，觀察到外泌體miRNA從脂肪組織經(jīng)過血液滲透到肌肉和肝組織中。外泌體miRNA在組織之間遷移時，誘導(dǎo)的反應(yīng)可能是導(dǎo)致DM代謝錯亂的細(xì)胞間通信的一種原因，研究結(jié)果鑒別出脂肪組織巨噬細(xì)胞外泌體miR-155是胰島素敏感性的負(fù)向調(diào)節(jié)因子。綜上，外泌體源性miRNA正在成為DM發(fā)展的新參與者，可作為治療靶點和生物信息標(biāo)志物。

Katayama等[28]在健康對照和T2DM患者中檢查了血清來源的外泌體富集的細(xì)胞外小泡的miRNA表達(dá)譜。發(fā)現(xiàn)來自外泌體的miR-20b-5p在T2DM患者中含量非常豐富，進(jìn)一步的體外研究表明外泌體miR-20b-5p針對的是AKT（RAC-beta serine/threonineprotein kinase）相互作用蛋白（AKT-interacting protein，AKTIP），通過增強(qiáng)AKT調(diào)節(jié)位點的磷酸化和減少原發(fā)性人類骨骼肌中的糖原積累來調(diào)節(jié)AKT活性，導(dǎo)致胰島素抵抗。因此外源miRNAs可通過靶向關(guān)鍵蛋白作為胰島素敏感性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。

3 外泌體miRNAs在DM及其并發(fā)癥的應(yīng)用

有研究者用低劑量鏈脲佐菌素（streptozocin，STZ）處理β-細(xì)胞衰竭小鼠的模型中發(fā)現(xiàn)，骨髓細(xì)胞釋放外泌體miR-106b-5p和miR-222-3p介導(dǎo)了細(xì)胞間的串?dāng)_，靜脈給予人工miR-106b-5p和miR-222-3p模擬物最終能促進(jìn)損傷后β-細(xì)胞的增殖[29]，因此增強(qiáng)β-細(xì)胞增殖和修復(fù)的策略有助于DM患者的管理。Zheng等[30]研究發(fā)現(xiàn)，源于血管平滑肌細(xì)胞的外泌體介導(dǎo)Krüppel樣因子5（krüppel-like factor 5，KLF5）誘導(dǎo)的miR-155從平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)而破壞緊密連接和內(nèi)皮屏障的完整性，最終導(dǎo)致內(nèi)皮通透性增加和動脈粥樣硬化進(jìn)展增強(qiáng)。提示外泌體miRNA參與內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，可能促進(jìn)DM大血管病變的發(fā)生。Kamalden等[31]研究發(fā)現(xiàn)，DM患者血漿中miR-15a表達(dá)水平升高，通過在高糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)大鼠胰腺β-細(xì)胞INS-1，確定了血液中miR-15a升高的來源是胰腺β-細(xì)胞分泌的外泌體。進(jìn)而推測在胰腺β-細(xì)胞中產(chǎn)生的外泌體miR-15a可以進(jìn)入血液并導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷。后續(xù)的驗證也證實在高糖條件下，將Müller細(xì)胞暴露于INS-1細(xì)胞衍生的外泌體，可以誘導(dǎo)miR-15a過表達(dá)，通過靶標(biāo)Akt3導(dǎo)致氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。因此，DM發(fā)展期間外泌體miRNA通過遠(yuǎn)距離靶向細(xì)胞可以影響疾病及其并發(fā)癥的發(fā)生。

4 總結(jié)和展望

近幾年，外泌體已被確定為生理和病理條件下細(xì)胞間通訊的關(guān)鍵介質(zhì)。目前的研究也提示外泌體miRNAs在DM發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，未來有望成為DM治療的新靶點。隨著外泌體在各種疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制中的不斷研究（如對患者血液中的外泌體miRNA進(jìn)行研究），其作為一種生物標(biāo)志物可能有助于DM的診斷[32]。目前外泌體在DM中的作用研究仍處于起步階段，盡管對于外泌體發(fā)生機(jī)制、生物學(xué)功能等還未完全清楚，但相信隨著外泌體研究工作的深入開展及新方法、新技術(shù)的不斷探索更新，外泌體miRNA的表達(dá)調(diào)控機(jī)理也將會進(jìn)一步揭示，其研究也定能使我們了解驅(qū)動代謝功能障礙的重要機(jī)制，進(jìn)而為DM的診斷和治療提供新的思路。