二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療2型糖尿病及其并發(fā)癥的研究進(jìn)展

李 婷,張 策,趙乃倩*

(1山西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌科,太原 030001;2山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院;*通訊作者,E-mail:407288101@qq.com;#共同通訊作者,E-mail:1951584811@qq.com)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),目前全世界約有4.22億人患有糖尿病,預(yù)計(jì)到2035年,患病人數(shù)將增加至5.92億[1],其中約90%-95%為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)[2]。T2DM是一種以胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能缺陷為特征的慢性代謝性疾病,其慢性并發(fā)癥包括糖尿病缺血性心臟病、糖尿病缺血性腦血管病和糖尿病缺血性下肢血管病等大血管病變,以及糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病神經(jīng)病變等微血管病變,是T2DM患者致殘和致死的主要原因[2]。二甲雙胍是T2DM治療中使用最廣泛的一種雙胍類降糖藥,主要通過(guò)減少肝臟葡萄糖生成和增加外周胰島素敏感性降低血糖[3]。二甲雙胍還可通過(guò)降低低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯水平、減少炎癥介質(zhì)釋放、改善血液高凝狀態(tài)和拮抗氧化應(yīng)激保護(hù)血管內(nèi)皮功能[3]。但二甲雙胍降低血糖和保護(hù)血管內(nèi)皮功能的分子機(jī)制尚未完全闡明。微小RNA(microRNA,miRNA)是一類由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度約為19-25個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,在細(xì)胞中調(diào)節(jié)大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄后表達(dá),在細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、新陳代謝等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[[4-7]。研究顯示,二甲雙胍可改變多種miRNA的表達(dá),而這些miRNA與T2DM患者胰島素抵抗、血管平滑肌細(xì)胞增殖和肝臟異位脂質(zhì)沉積等病理改變密切相關(guān),說(shuō)明調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)可能是二甲雙胍降低血糖、改善糖尿病轉(zhuǎn)歸的重要機(jī)制[6]。本文對(duì)目前二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療T2DM及其并發(fā)癥的研究進(jìn)展做一評(píng)述,旨在為進(jìn)一步了解miRNA的功能和調(diào)節(jié)、進(jìn)一步明確T2DM的發(fā)病機(jī)制和改善T2DM及其并發(fā)癥的防治提供參考。

1 miRNA的生成、調(diào)節(jié)和功能

1.1 miRNA的生成

目前,關(guān)于miRNA的生成機(jī)制是較為明確的。miRNA的生物合成始于初級(jí)miRNA(primary miRNA,pri-miRNA)轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)錄后加工。在細(xì)胞核中,基因組中相應(yīng)的基因序列在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄為pri-miRNA，單鏈pri-miRNA分子形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),隨后被Drosha酶剪切成前體miRNA(precursor-miRNA,pre-miRNA)。這一過(guò)程在微處理器復(fù)合體Drosha/DGCR8(DiGeorge syndrome chromosome region 8,DGCR8)上進(jìn)行,DGCR8為RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein,RBP)DiGeorge綜合征染色體8區(qū)。pre-miRNA在輸出蛋白5的作用下轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì),被Dicer酶剪切成成熟雙鏈miRNA。這一過(guò)程在Dicer與反式激活反應(yīng)RBP(trans-activation-responsive RNA-binding protein,TRBP)相結(jié)合形成的蛋白復(fù)合體Dicer/TRBP上進(jìn)行。雙鏈miRNA隨即與Argonaute(Ago)蛋白結(jié)合,形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物(RNA-induced silencing complex,RISC)。RISC中的雙鏈miRNA被解旋為兩條單鏈,其中的成熟miRNA鏈仍與RISC結(jié)合,過(guò)客鏈經(jīng)降解而失活。與Ago蛋白結(jié)合的成熟miRNA被組裝成含miRNA的RISC(miRNA-containing RISC,miRISC)。miRISC中成熟miRNA 5′端的第2-8位核苷酸與靶mRNA的3′非翻譯區(qū)(untranslated regions,UTR)或5′-UTR或開(kāi)放閱讀框完全或不完全配對(duì)結(jié)合,進(jìn)而影響靶基因的表達(dá)[8](見(jiàn)圖1)。

圖1 普遍miRNA的生成和功能

1.2 miRNA的調(diào)節(jié)

機(jī)體對(duì)miRNA的調(diào)節(jié)分轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面,miRNA的調(diào)節(jié)機(jī)制與其他RNA的調(diào)節(jié)機(jī)制相似。miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)在兩個(gè)不同的層次上進(jìn)行。其一為調(diào)節(jié)pri-miRNA轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中共用的微處理器復(fù)合體等重要結(jié)構(gòu)組分的表達(dá)水平和活性。比如Drosha酶和Dicer酶在miRNA的生成過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,這兩種酶表達(dá)水平和活性的變化對(duì)miRNA的表達(dá)具有直接影響。其二為不同pri-miRNA獨(dú)特的核苷酸序列和結(jié)構(gòu)特征影響其與pri-miRNA轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中涉及的一些復(fù)合體結(jié)構(gòu)的相互作用,這些復(fù)合體結(jié)構(gòu)中不同的RBP促進(jìn)了這種相互作用[5]。比如不同pri-miRNA發(fā)卡環(huán)和二級(jí)結(jié)構(gòu)的差異可改變?cè)谖⑻幚砥鲝?fù)合體Drosha/DGCR8上和蛋白復(fù)合體Dicer/TRBP上進(jìn)行的剪切加工過(guò)程。值得注意的是,miRNA與特定mRNA的相互作用可引起miRNA與Ago蛋白的解離和miRNA3′端的修飾,并最終影響miRNA的降解,這也是一種轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[9]。miRNA被核糖核酸酶降解而失活?；蛉笔А⒒蛑嘏?、缺氧以及疾病等內(nèi)外環(huán)境因素均可通過(guò)以上機(jī)制影響miRNA的表達(dá)。

1.3 miRNA的功能

miRNA調(diào)節(jié)靶mRNA表達(dá)有mRNA翻譯抑制、mRNA切割和mRNA降解3種作用方式。mRNA翻譯抑制發(fā)生于miRNA和靶mRNA部分配對(duì)的情況下,由miRISC中的Ago蛋白和Ago結(jié)合蛋白GW182介導(dǎo)。mRNA切割發(fā)生于miRNA和靶mRNA完全配對(duì)的情況下,由miRISC中具有切割活性的Ago蛋白2執(zhí)行。而mRNA降解可能是miRNA降低mRNA水平的主要方式,當(dāng)mRNA翻譯受到抑制時(shí),引發(fā)mRNA的脫帽、脫尾反應(yīng),隨后mRNA從5′端或3′端開(kāi)始降解,而mRNA受到切割時(shí)也可觸發(fā)降解機(jī)制而開(kāi)始降解[9](見(jiàn)圖1)。目前研究證實(shí),miRNA在細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、新陳代謝和能量平衡等眾多生物學(xué)過(guò)程中起關(guān)鍵作用,提示miRNA功能失調(diào)可能會(huì)對(duì)多種疾病進(jìn)程產(chǎn)生重大影響,包括代謝性疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病和惡性腫瘤等。

2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療T2DM及其并發(fā)癥

2.1 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療T2DM

T2DM始于與肥胖相關(guān)的胰島素抵抗,其分子機(jī)制為胰島素靶組織胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性的抑制。隨著胰島素抵抗的持續(xù)發(fā)展,胰島素分泌失代償,血糖水平逐漸升高,最終進(jìn)展為T2DM[2]。miRNA可調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及脂肪組織的發(fā)育、分化和代謝等過(guò)程,miRNA功能失調(diào)是T2DM胰島素抵抗的重要發(fā)病機(jī)制,而逆轉(zhuǎn)T2DM患者的miRNA功能失調(diào)是二甲雙胍降糖作用分子機(jī)制的重要組成部分[6]。二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療T2DM的機(jī)制引起研究者的關(guān)注。

2.1.1 T2DM狀態(tài)下胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性減低 胰島素與胰島素受體結(jié)合并使其活化,進(jìn)而識(shí)別與結(jié)合胰島素受體底物1(insulin receptor substrate 1,IRS1),使IRS1的關(guān)鍵酪氨酸殘基磷酸化,進(jìn)而募集細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白,激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)。PI3K激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine-threonine kinase,AKT)信號(hào)級(jí)聯(lián),通過(guò)磷酸化多種酶、激酶和轉(zhuǎn)錄因子等下游效應(yīng)物,抑制糖異生,促進(jìn)糖原、脂肪和蛋白質(zhì)合成,使血糖降低[10-12](見(jiàn)圖2)。肥胖和T2DM狀態(tài)下升高的游離脂肪酸可抑制IRS1的活化,損傷下游的PI3K/AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活性,引起血糖升高[10]。改善肥胖和T2DM狀態(tài)下胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性是降糖作用的關(guān)鍵所在。

圖2 胰島素促進(jìn)合成代謝的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

2.1.2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)改善胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) miR-221是與肥胖、T2DM和胰島素抵抗密切相關(guān)的一種miRNA。在肥胖人群的脂肪組織中miR-221表達(dá)水平顯著升高,且與體質(zhì)指數(shù)的增加顯著正相關(guān)[13]。T2DM患者血清miR-221水平顯著高于健康對(duì)照者,且與體質(zhì)指數(shù)、胰島素抵抗指數(shù)、糖化血紅蛋白A1c和甘油三酯水平顯著正相關(guān)[14]。在3T3-L1脂肪細(xì)胞中,過(guò)表達(dá)miR-221可誘導(dǎo)胰島素抵抗,抑制miR-221表達(dá)可減輕胰島素抵抗,改善胰島素敏感性[15]。熒光素酶分析顯示,miR-221可直接與IRS1和PI3K mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制IRS1和PI3K的表達(dá)[16,17]。研究證實(shí),miR-221是IRS1/PI3K/AKT胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的重要調(diào)節(jié)因子。與對(duì)照組相比,使用二甲雙胍的T2DM患者內(nèi)乳動(dòng)脈中miR-221表達(dá)顯著減少,且miR-221表達(dá)與二甲雙胍劑量顯著負(fù)相關(guān)。二甲雙胍還可劑量依賴地抑制人胰腺癌PANC-1細(xì)胞、血管內(nèi)皮祖細(xì)胞以及RAW264.7巨噬細(xì)胞的miR-221表達(dá)。上述研究表明,二甲雙胍可能通過(guò)抑制miR-221表達(dá)改善T2DM患者的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而達(dá)到治療T2DM的作用,這也為研究如何改善T2DM患者的胰島素抵抗提供了新思路。

2.1.3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)改善脂肪組織功能 肥胖是胰島素抵抗和T2DM發(fā)生發(fā)展的重要原因。機(jī)體持續(xù)攝入高熱量飲食的情況下,前脂肪細(xì)胞過(guò)度增殖、分化致使成熟脂肪細(xì)胞數(shù)量增加,成熟脂肪細(xì)胞又因細(xì)胞內(nèi)甘油三酯蓄積而體積增大,導(dǎo)致白色脂肪組織過(guò)度膨脹而形成肥胖[18]。人體白色脂肪組織的過(guò)度膨脹促成了T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[19]。miRNA是脂肪細(xì)胞分化、脂肪代謝和胰島素作用等與肥胖有關(guān)的生物學(xué)過(guò)程的重要調(diào)節(jié)因子,可加速或抑制脂肪細(xì)胞的分化,從而調(diào)節(jié)脂肪組織功能。miRNA在肥胖脂肪組織中的表達(dá)水平與正常脂肪組織相比存在著明顯的差異,表明miRNA功能失調(diào)參與了肥胖的發(fā)病過(guò)程。在細(xì)胞培養(yǎng)研究中,二甲雙胍可抑制前脂肪細(xì)胞的分化,而且二甲雙胍處理前脂肪細(xì)胞的miRNA表達(dá)譜與對(duì)照細(xì)胞相比存在著明顯差異。其中miR-1246和miR-3687表達(dá)水平在二甲雙胍處理后顯著增加,而miR-378家族成員表達(dá)水平則顯著降低。增加miR-1246和miR-3687表達(dá)和降低miR-378家族成員表達(dá)可抑制前脂肪細(xì)胞的分化[20]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,miR-378家族成員基因缺陷小鼠進(jìn)食高脂飲食后并不出現(xiàn)肥胖。因此,二甲雙胍可能通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)改善脂肪組織功能,進(jìn)而防止肥胖、胰島素抵抗和T2DM的發(fā)生發(fā)展。這提示在二甲雙胍治療T2DM的過(guò)程中,其對(duì)脂肪組織功能的改善作用不容忽視。

2.2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療糖尿病大血管病變

糖尿病大血管病變的本質(zhì)是動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS),內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是其始動(dòng)因素[21]。在此基礎(chǔ)上,血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,SMC)去分化、遷移至動(dòng)脈內(nèi)膜并增殖,使內(nèi)膜增厚,而彌漫性內(nèi)膜增厚正是脂肪紋形成的部位。在脂肪紋的部位,受損的內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)募集單核/巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞至內(nèi)膜下間隙,引起慢性炎癥反應(yīng),使脂肪紋轉(zhuǎn)化為纖維帽和粥樣斑塊等更復(fù)雜的病變。無(wú)論從糖尿病動(dòng)物還是從糖尿病個(gè)體分離的SMC,其遷移和增殖活性均顯著增加。在糖尿病患者的AS病變中,單核/巨噬細(xì)胞以及多種炎性因子的浸潤(rùn)更為明顯[22,23]。因此,T2DM患者具有更嚴(yán)重的AS病變。

miRNA在血管穩(wěn)態(tài)、血管生成和修復(fù)中起重要作用。在T2DM患者中,與血管功能有關(guān)的miRNA表達(dá)譜發(fā)生了明顯改變,表明miRNA功能異常參與了AS病變的發(fā)生發(fā)展。miR-221和miR-222是與SMC遷移和增殖有關(guān)的miRNA,兩者可直接與抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的周期蛋白依賴性激酶抑制劑p27和p57 mRNA的3′UTR結(jié)合,降低p27和p57的蛋白表達(dá)水平,促進(jìn)SMC的遷移和增殖[24]。在行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)治療患者的內(nèi)乳動(dòng)脈中,與非糖尿病患者以及使用二甲雙胍治療的糖尿病患者相比,未使用二甲雙胍治療糖尿病患者的miR-221和miR-222表達(dá)水平顯著增加。在使用二甲雙胍治療糖尿病患者的內(nèi)乳動(dòng)脈中,miR-221和miR-222的表達(dá)水平與二甲雙胍劑量顯著負(fù)相關(guān)。從未使用二甲雙胍治療的糖尿病患者內(nèi)乳動(dòng)脈中分離出的SMC增殖速度較其他兩組顯著增快[6,24]。表明二甲雙胍可通過(guò)下調(diào)miR-221和miR-222的表達(dá)水平,延緩糖尿病患者血管內(nèi)膜的增厚速度。

let-7家族成員在調(diào)節(jié)AS病變的炎癥反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用,可抑制SMC的遷移和增殖、單核/巨噬細(xì)胞的黏附以及核因子κB炎癥信號(hào)通路的活化[23]。T2DM心血管疾病患者血循環(huán)let-7家族成員水平顯著降低,糖尿病患者頸動(dòng)脈斑塊和糖尿病相關(guān)AS小鼠模型的AS斑塊中l(wèi)et-7家族成員表達(dá)水平顯著降低[12,23],表明let-7家族成員表達(dá)水平降低促成了T2DM大血管病變的發(fā)生發(fā)展。使用二甲雙胍治療的T2DM心血管疾病患者,血循環(huán)let-7水平可恢復(fù)至正常水平[25]。采用生活方式聯(lián)合二甲雙胍治療的T2DM患者,let-7a和let-7f表達(dá)水平顯著增加[6],表明二甲雙胍可能通過(guò)上調(diào)let-7家族成員的表達(dá)水平,延緩糖尿病患者AS病變的發(fā)生發(fā)展。

心肌細(xì)胞凋亡在糖尿病心血管疾病方面的作用也不容忽視。miR-1a-3p具有誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的作用[26]。miR-1a-3p可與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94(glucose-regulated protein 94,GRP94)mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制GRP94的表達(dá)。GRP94是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)分子伴侶,參與ER蛋白的折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌等過(guò)程,可避免ER應(yīng)激的發(fā)生。ER應(yīng)激可誘導(dǎo)C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)表達(dá),進(jìn)而通過(guò)啟動(dòng)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡[27]。miR-1a-3p過(guò)表達(dá)可使GRP94表達(dá)降低,使未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)分子顯著增加,引起ER應(yīng)激,誘導(dǎo)CHOP表達(dá),導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。將大鼠心肌細(xì)胞分為兩組,實(shí)驗(yàn)組用H2O2處理誘導(dǎo)心肌細(xì)胞損傷,對(duì)照組在二甲雙胍孵育一段時(shí)間后再使用H2O2處理。結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)組miR-1a-3p表達(dá)水平較對(duì)照組顯著增加,心肌細(xì)胞活力則顯著降低[26],表明二甲雙胍可通過(guò)抑制miR-1a-3p表達(dá),抑制心肌細(xì)胞凋亡,延緩糖尿病患者心肌損傷的發(fā)生發(fā)展。這些研究提示,二甲雙胍通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)miRNA的表達(dá)延緩T2DM患者AS和心肌損傷的發(fā)生發(fā)展,進(jìn)而對(duì)改善T2DM的預(yù)后起到有益作用。

2.3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療糖尿病微血管病變

二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療糖尿病微血管病變的研究主要見(jiàn)于糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病腎病。

糖尿病視網(wǎng)膜病變以視網(wǎng)膜是否出現(xiàn)新生血管為標(biāo)志,分為背景型視網(wǎng)膜病變和增殖性視網(wǎng)膜病變兩大類。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(vascular endothelial growth factor-A,VEGF-A)是糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展過(guò)程中最重要的調(diào)節(jié)因子,可增加血管通透性并促進(jìn)新生血管的形成。生物信息學(xué)分析顯示,miR-497a-5p可與VEGF-A mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制其翻譯為蛋白質(zhì)。糖尿病視網(wǎng)膜病變小鼠使用二甲雙胍治療后,其視網(wǎng)膜病變程度明顯減輕,同時(shí)眼部的miR-497a-5p表達(dá)水平顯著增加,VEGF-A蛋白水平顯著降低[28],提示二甲雙胍可通過(guò)上調(diào)miR-497a-5p抑制VEGF-A蛋白表達(dá),延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生發(fā)展。

糖尿病腎病主要指糖尿病性腎小球硬化癥,其主要特征是腎小球系膜區(qū)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白Ⅰ型膠原α2鏈(collagen type 1-α2,Col1a2)和Ⅳ型膠原α1鏈(Col4a1)沉積,而腎小管間質(zhì)纖維化是進(jìn)展為晚期糖尿病腎病,導(dǎo)致腎功能衰竭的關(guān)鍵性因素。在腎小球系膜區(qū)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積中,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)起重要作用,而let-7家族成員表達(dá)異常介導(dǎo)了TGF-β的作用。在TGF-β處理的小鼠系膜細(xì)胞(mouse mesangial cell,MMC)中,let-7家族成員的表達(dá)水平顯著減低,而Col1a2和Col4a1的表達(dá)水平顯著增加,其機(jī)制與let-7b與Col1a2和Col4a1 mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制兩者的表達(dá)有關(guān)。與對(duì)照小鼠相比,糖尿病小鼠腎小球中l(wèi)et-7b水平顯著降低,Col1a2和Col4a1水平顯著升高,進(jìn)一步證實(shí)了let-7b抑制腎小球纖維化的作用。二甲雙胍可顯著升高T2DM患者血漿let-7水平[22],表明二甲雙胍可能通過(guò)上調(diào)let-7延緩糖尿病腎病腎小球纖維化的發(fā)生發(fā)展。腎小管間質(zhì)纖維化是近端腎小管上皮細(xì)胞(proximal tubule epithelial cell,PTC)在TGF-β的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)所致。E-鈣黏蛋白(E-cadherin)在腎小管間質(zhì)纖維化的形成和發(fā)展中具有重要作用。在PTC中,鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒ZEB1(zinc-finger E-box-binding homeobox1,ZEB1)和ZEB2可與E-cadherin基因啟動(dòng)子中的E-盒結(jié)合,進(jìn)而抑制E-cadherin基因轉(zhuǎn)錄。E-cadherin表達(dá)減少是發(fā)生EMT的主要機(jī)制,多種miRNA參與E-cadherin表達(dá)的調(diào)節(jié),以miR-192最為重要。miR-192高表達(dá)于腎皮質(zhì),過(guò)表達(dá)miR-192可通過(guò)抑制ZEB1和ZEB2表達(dá)誘導(dǎo)E-cadherin表達(dá)。糖尿病腎病患者的腎組織活檢顯示,miR-192表達(dá)顯著減低,且與腎小管間質(zhì)纖維化顯著負(fù)相關(guān),提示miR-192表達(dá)減低可能是糖尿病腎病腎小管間質(zhì)纖維化的重要原因[29]。T2DM患者在二甲雙胍治療3個(gè)月后,約50%患者血漿miR-192水平顯著增加,提示二甲雙胍可能通過(guò)上調(diào)miR-192表達(dá)誘導(dǎo)E-cadherin表達(dá),抑制腎小管間質(zhì)纖維化,延緩糖尿病腎病的進(jìn)展[30]。二甲雙胍通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)改善糖尿病微血管病變的治療作用值得深入研究。

2.4 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療非酒精性脂肪肝

胰島素抵抗是非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)和T2DM的共同發(fā)病機(jī)制。T2DM患者的NAFLD患病率顯著升高,約為非糖尿病患者的5倍[31]。合并NAFLD的T2DM患者心血管疾病、慢性腎臟疾病和增殖性視網(wǎng)膜病變的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)顯著高于未合并NAFLD的T2DM患者[32]。與對(duì)照小鼠相比,高脂飲食(high-fat diet,HFD)小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,并且兩組小鼠肝組織中的miRNA表達(dá)譜具有顯著差異[33],表明miRNA表達(dá)異?？赡苁荖AFLD的原因。與對(duì)照小鼠相比,進(jìn)食甲硫氨酸和膽堿缺乏飲食的小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,并且其肝組織中有71個(gè)miRNA表達(dá)水平顯著升高,60個(gè)miRNA表達(dá)水平顯著下降。而同時(shí)進(jìn)食甲硫氨酸和膽堿缺乏飲食和服用二甲雙胍的小鼠,肝臟脂肪變性和肝纖維化顯著減輕,并且其肝組織中原來(lái)71個(gè)表達(dá)水平顯著升高的miRNA中,miRNA-376a、miRNA-127、miRNA-34a、miRNA-300和miRNA-342-3p表達(dá)水平顯著下降,原來(lái)60個(gè)表達(dá)水平顯著下降的miRNA中,miRNA-122、miRNA-194、miRNA-101b和miRNA-705表達(dá)水平顯著升高。其中,miRNA-122是一種肝臟特異性的miRNA,具有改善肝臟脂質(zhì)代謝和抑制肝細(xì)胞增殖的作用,miRNA-122a功能缺失可誘導(dǎo)肝脂肪變性、肝纖維化和肝癌形成。表明二甲雙胍可通過(guò)上調(diào)miRNA-122表達(dá)延緩NAFLD的發(fā)生發(fā)展[34]。miR-291b-3p是另一種調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝的miRNA。與對(duì)照小鼠相比,瘦素受體基因缺陷T2DM(db/db)小鼠和HFD小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,同時(shí)其肝組織中miR-291b-3p表達(dá)水平顯著增加。抑制肝臟miR-291b-3p表達(dá)可減輕HFD小鼠的肝脂肪變性[35]。熒光素酶分析顯示,miR-291b-3p可與AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)α1 mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制AMPKα1的表達(dá)[35]。二甲雙胍可減輕HFD小鼠的肝臟脂質(zhì)蓄積并降低其肝組織中miR-291-3p的表達(dá)水平,表明二甲雙胍可通過(guò)下調(diào)miR-291b-3p的表達(dá),增加AMPKα1的表達(dá)和活性以延緩NAFLD的發(fā)生發(fā)展[35]。鑒于引起NAFLD miRNA表達(dá)譜的復(fù)雜性,二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)改善NAFLD的作用及其機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)的分子機(jī)制

二甲雙胍是一種AMPK激動(dòng)劑,其對(duì)于T2DM的治療作用主要是通過(guò)激活A(yù)MPK途徑實(shí)現(xiàn)的。二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)也始于AMPK的激活,由此根據(jù)所調(diào)節(jié)miRNA的不同而分別進(jìn)入轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)兩條不同的通路。在miRNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面,二甲雙胍可抑制肌肉組織特異性miR-1a-3p的表達(dá),其分子機(jī)制是二甲雙胍通過(guò)激活A(yù)MPK顯著降低CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(CCTTA/enhancer binding proteins,C/EBP)β的表達(dá)水平[22]。C/EBPβ是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,參與靶基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié),可通過(guò)與下游靶基因啟動(dòng)子結(jié)合而誘導(dǎo)靶基因表達(dá)[33]。C/EBPβ表達(dá)水平降低,其與miR-1a-3p基因啟動(dòng)子的結(jié)合減少,進(jìn)而抑制miR-1a-3p的表達(dá)[22]。這可能是二甲雙胍調(diào)節(jié)特異性miRNA表達(dá)的一種普遍而重要的分子機(jī)制。在miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)方面,二甲雙胍可同時(shí)調(diào)節(jié)多種miRNA的表達(dá),其分子機(jī)制是二甲雙胍通過(guò)激活A(yù)MPK使AU堿基富集區(qū)RNA結(jié)合因子1(AU-rich element binding factor,AUF1)磷酸化。AUF1是調(diào)節(jié)Dicer1(人和小鼠中負(fù)責(zé)miRNA生成的唯一Dicer酶)表達(dá)的關(guān)鍵因子。AUF1可通過(guò)與Dicer1mRNA的3′UTR和編碼區(qū)相互作用,降低Dicer1mRNA的穩(wěn)定性,進(jìn)而抑制Dicer1的表達(dá)[36]。如前所述,轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的pre-miRNA在Dicer的作用下形成成熟雙鏈miRNA,這是miRNA生成過(guò)程中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。AUF1的磷酸化增強(qiáng)了AUF1與熱休克蛋白70的結(jié)合,使得AUF1得以從細(xì)胞質(zhì)穿梭至細(xì)胞核中,從而改變了AUF1的亞細(xì)胞定位。細(xì)胞質(zhì)中AUF1與Dicer1 mRNA的相互作用因而減弱,致使Dicer1的表達(dá)水平增加,并最終使得一系列miRNA的表達(dá)水平發(fā)生改變[37]。這可能是二甲雙胍同時(shí)調(diào)節(jié)多種miRNA表達(dá)的一種普遍而重要的分子機(jī)制。

4 結(jié)論與展望

綜上所述,調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)是二甲雙胍治療T2DM及其并發(fā)癥的一種重要機(jī)制。從二甲雙胍調(diào)節(jié)的miRNA可以看到,一些miRNA具有多種調(diào)節(jié)功能,比如miR-221既可損傷胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路又可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮損傷后的動(dòng)脈內(nèi)膜增厚;同一種功能又由多種miRNA調(diào)節(jié),比如miR-1246、miR-3687和miR-378都可調(diào)節(jié)前脂肪細(xì)胞的分化。從二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)的分子機(jī)制可以看到,既有特異性miRNA特有的調(diào)節(jié)機(jī)制,比如二甲雙胍通過(guò)激活A(yù)MPK/C/EBPβ/miR-1a-3p信號(hào)通路抑制miR-1a-3p表達(dá),又有多種miRNA共有的調(diào)節(jié)機(jī)制,比如二甲雙胍通過(guò)激活A(yù)MPK使AUF1磷酸化,AUF1從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核,AUF1對(duì)Dicer1的抑制作用減弱,致使Dicer1表達(dá)增強(qiáng)。充分證明了miRNA功能和調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)的復(fù)雜性。

有關(guān)二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療T2DM的研究,還有一些問(wèn)題需要引起我們關(guān)注。首先,目前的大多數(shù)研究是在動(dòng)物體內(nèi)和細(xì)胞培養(yǎng)條件下進(jìn)行的,其研究結(jié)論有待更多的人體研究予以確立。其次,有些臨床研究并未對(duì)所研究的miRNA家族的家族成員進(jìn)行分別檢測(cè),致使研究結(jié)論的不確定性有所增加。再次,目前尚無(wú)二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)治療糖尿病神經(jīng)病變方面的研究。最后,關(guān)于二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)分子機(jī)制的研究極其有限,更多miRNA特有的調(diào)節(jié)機(jī)制和更多的共有調(diào)節(jié)機(jī)制有待闡明。深入研究這些問(wèn)題,有助于進(jìn)一步揭示T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制,為藥物研發(fā)提供新思路,從而有助于T2DM及其并發(fā)癥的防治。