外泌體microRNA與2型糖尿病慢性并發(fā)癥的研究進展

崔曉艷 閆 爽

國際糖尿病聯(lián)盟最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國成人糖尿病患者數(shù)量已達1.14億，未明確診斷的糖尿病患者為6130萬人，另有糖尿病前期患者4680萬人[1]。由于長期高糖毒性的刺激導(dǎo)致了2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展，嚴重損害人類健康，但目前仍缺乏有效的早期分子檢測指標和靶向診療方法。最新研究發(fā)現(xiàn)，外泌體microRNA(miRNA)可通過轉(zhuǎn)錄后機制抑制靶基因的表達，參與多種病理過程，包括腫瘤轉(zhuǎn)移、動脈粥樣硬化、慢性炎癥和胰島素抵抗等，在涉及器官間通訊的糖尿病病理過程中也發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[2]。本文結(jié)合國內(nèi)外最新研究進展，對外泌體microRNAs在2型糖尿病各種慢性并發(fā)癥中的調(diào)控機制做一綜述，探尋防治2型糖尿病慢性并發(fā)癥的新靶點。

一、外泌體概述

細胞可分泌包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和膜受體的納米級囊泡，這些囊泡具有介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)轉(zhuǎn)運至鄰近和遠處的細胞的功能。外泌體是這類囊泡的一種，作為蛋白質(zhì)和DNA/RNA負載的載體，參與調(diào)節(jié)靶細胞的多種生物學(xué)效應(yīng)，攜帶諸多生物分子，能夠介導(dǎo)自身和遠距離細胞間的信息交流。

1.外泌體的發(fā)現(xiàn)和形成：外泌體(exosomes)于1987年首次在綿羊網(wǎng)織紅細胞中發(fā)現(xiàn)并命名。其發(fā)生始于質(zhì)膜的向內(nèi)出芽，隨后形成含有膜蛋白的早期內(nèi)吞體，繼而內(nèi)吞體內(nèi)陷以及特定蛋白質(zhì)和RNA的封閉，產(chǎn)生了多泡體，最終與融合質(zhì)膜形成外泌體[3]。多種細胞可以產(chǎn)生外泌體，如樹突狀細胞、B淋巴細胞、T淋巴細胞等[4]。此外，因外泌體具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)的保護作用，可穩(wěn)定存在于各種體液(如血液和尿液等)而不被降解，其脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組分可以影響藥代動力學(xué)特性[3～5]。

2.外泌體的生物學(xué)功能:(1)外泌體介導(dǎo)miRNAs轉(zhuǎn)移：外泌體miRNAs在囊泡結(jié)構(gòu)的保護下穩(wěn)定存在于循環(huán)中，然后轉(zhuǎn)移到靶細胞中以調(diào)控某些基因的表達。Nazarenko等[6]在肥大細胞源性外泌體中首次發(fā)現(xiàn)miRNA，隨后經(jīng)深入研究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種miRNAs，目前為止已知人體中的miRNAs種類多達700余種。(2)外泌體介導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)：外泌體miRNAs可以進入腫瘤微環(huán)境，從而加速腫瘤的血管生成和轉(zhuǎn)移。Felicetti等[7]從人黑素瘤細胞分泌的外泌體中分離出miR-222，該miRNA通過抑制抑癌基因p27-Kip1來促進癌細胞的增殖和侵襲。采用脂肪細胞和纖維細胞來源的外泌體對卵巢癌細胞進行預(yù)處理時發(fā)現(xiàn)凋亡受抑制，表明外泌體可能參與腫瘤免疫逃逸的機制[8]。(3)外泌體作為細胞間通訊的遞質(zhì)：外泌體可以介導(dǎo)細胞間通訊，針對特定位置可以作為生物學(xué)過程的介質(zhì)[9]。人腦微血管內(nèi)皮細胞來源的外泌體可能促進抗病毒因子向巨噬細胞轉(zhuǎn)移，從而可以預(yù)防人類免疫缺陷病毒的神經(jīng)入侵[10]。

二、外泌體microRNA與糖尿病的發(fā)病機制

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種慢性代謝紊亂性疾病，患者體內(nèi)存在高葡萄糖水平，多器官功能障礙則是其發(fā)病和死亡的主要原因。外泌體是糖尿病發(fā)病機制的新研究領(lǐng)域之一，其在調(diào)節(jié)細胞間通訊中發(fā)揮重要作用，故受到了廣泛關(guān)注。

miRNA是一類小型的非編碼RNA分子，包含大約22個核苷酸[11]。miRNAs(如miR-223和miR-29)可通過各種途徑發(fā)揮調(diào)節(jié)脂質(zhì)或葡萄糖代謝、肝糖異生、胰島素分泌等作用。攜帶miRNA的外泌體具有更有效地作用于遠處組織的優(yōu)勢，故某些外泌體miRNAs可通過靶向蛋白充當胰島素敏感度調(diào)節(jié)劑，成為引發(fā)糖尿病的病理因素[12]。Katayama等[13]通過研究血清來源的外泌體miRNAs表達譜發(fā)現(xiàn)，外泌體miR-20b-5p高濃度釋放于DM患者體內(nèi)，靶向作用于AKT相關(guān)蛋白(AKTIP)，該蛋白與AKT直接相互作用，從而增強AKT調(diào)節(jié)位點的磷酸化，減少人骨骼肌中原始糖原的積累來增強AKT活性，最終導(dǎo)致胰島素抵抗。胰腺癌衍生的外泌體miRNAs(miR-450b-3p和miR-151-3p)進入C2C12肌管后抑制胰島素信號和PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，保留胰島素誘導(dǎo)的FoxO1核排斥，以及損害葡萄糖轉(zhuǎn)運子GLUT4的功能[14]。由此可知，外泌體miRNAs參與了糖尿病的發(fā)病機制。

三、外泌體microRNA與2型糖尿病慢性并發(fā)癥

2型糖尿病是糖尿病最常見的類型之一。2型糖尿病慢性并發(fā)癥主要歸因于以下促成因素，如高血糖、高血脂、晚期糖基化終產(chǎn)物、生長因子和炎性細胞因子等，不僅嚴重損害患者的身心健康，更是全球人類健康的一大危機。外泌體miRNA與2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)病機制密切相關(guān)。

1.外泌體microRNA與2型糖尿病微血管并發(fā)癥：(1)糖尿病腎病：糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是2型糖尿病(T2DM)的常見慢性并發(fā)癥之一，若未及時控制則引起腎功能漸進性惡化。尿微量白蛋白是目前最常用于診斷糖尿病腎病的指標，但蛋白尿在早期被檢測的能力有限，且腎功能的惡化通常先于蛋白尿，非大量白蛋白尿型腎臟疾病的診斷更為復(fù)雜[15]。近期研究發(fā)現(xiàn)，外泌體miRNAs在DN病理生理學(xué)中參與信號級聯(lián)發(fā)揮作用，表明外泌體miRNAs可能是治療DN有前景的靶點之一。外泌體miR-16-5p(來源于人尿源性干細胞)的過表達可以保護高血糖誘導(dǎo)的人足細胞，抑制血管內(nèi)皮生長因子A的表達并促進足細胞增殖從而抑制足細胞凋亡及保護足細胞免受損傷從而改善DN，為DN的治療提供了新視角[16]。此外，尿源性外泌體miR-877-3p在DN患者體內(nèi)的含量明顯高于普通糖尿病患者，其與腎臟纖維化有關(guān)[17]。提示尿源性外泌體miRNAs(miR-16-5p、miR-877-3p)可能成為一種預(yù)測及診斷DN的分子標志物和頗有前景的治療方法，但其確切調(diào)控機制有待進一步研究。(2)糖尿病視網(wǎng)膜病變：糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是T2DM嚴重的微血管并發(fā)癥，是成人失明的主要原因之一。 DR的發(fā)病涉及多種復(fù)雜機制，如炎癥、氧化應(yīng)激、視神經(jīng)變性和自噬等。已有研究證實，外泌體miRNAs在DR的發(fā)病機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，可作為篩查和治療DR的手段之一[18]?；钚匝?reactive oxygen species，ROS)是參與DR發(fā)展的主要致病因素，T2DM顯著增加外泌體miR-15a(來源于胰腺β細胞)的釋放，過表達的外泌體miR-15a通過靶向介導(dǎo)Akt3和抑制PI3K激酶通路導(dǎo)致氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)活性氧積累的途徑，導(dǎo)致細胞死亡。隨著病情進展，增加的miR-15a以外泌體形式進入血液后被轉(zhuǎn)運到視網(wǎng)膜，以致視網(wǎng)膜損傷[19,20]。由此可見，外泌體miR-15a不僅與糖尿病的嚴重程度相關(guān)，還參與DR的發(fā)生和發(fā)展。循環(huán)外泌體miRNAs在糖尿病患者和健康者之間存在差異表達，DR患者血漿外泌體miRNAs不僅誘導(dǎo)周細胞脫離和周細胞/內(nèi)皮細胞遷移，而且增加周細胞/內(nèi)皮細胞的通透性和新生血管形成，此外，從DR患者血漿中提取的外泌體miRNAs(miR-150-5p、miR-21-3p和miR-30b-5p)在視網(wǎng)膜微血管的體外模型中能夠誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變[21]。由此可見，外泌體miRNAs可能是評價DR發(fā)病的潛在生物學(xué)標志物，更可能是DR治療的新靶點。

2.外泌體microRNA與動脈粥樣硬化：2型糖尿病患者出現(xiàn)動脈粥樣硬化目前已成為常見病、多發(fā)病,動脈粥樣硬化的發(fā)生與炎性反應(yīng)及免疫功能異常密切相關(guān)[22]。因此控制炎性反應(yīng)、保護患者的血管內(nèi)皮功能是治療動脈粥樣硬化的重要途徑[23]。研究表明，外泌體miRNAs在炎性反應(yīng)、內(nèi)皮細胞功能、平滑肌細胞功能、膽固醇的穩(wěn)態(tài)及血管新生等方面起重要作用[24]。在哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第1個miRNA是腺癌細胞來源的外泌體miR-21，其中內(nèi)皮細胞的miR-21在動脈粥樣硬化斑塊中顯著增加，通過直接靶向抑癌基因PTEN而發(fā)揮藥理作用，miR-21/PTEN通路在調(diào)節(jié)動脈粥樣硬化的內(nèi)皮細胞功能、凋亡和炎性反應(yīng)過程中承擔(dān)重要功能[25]。血流動力學(xué)改變是影響動脈血管內(nèi)皮細胞功能的因素之一，其與血管斑塊的形成及發(fā)展密切相關(guān)，血管分叉處常產(chǎn)生湍流，其相應(yīng)的剪切力則可以誘導(dǎo)外泌體miR-21、miR-92a、miR-663等miRNAs的表達[26]。外泌體miRNAs的表達具有抗動脈粥樣硬化的作用[27]?？梢姡饷隗wmiRNAs參與了T2DM動脈粥樣硬化的發(fā)病機制。對外泌體miRNAs分子機制的深入研究，有利于為防治T2DM患者發(fā)生動脈粥樣硬化提供新的臨床佐證。

3.外泌體microRNA與糖尿病周圍神經(jīng)病變：糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)是T2DM的主要慢性并發(fā)癥之一，目前無明確有效的治療方法。Qing等[28]研究表明，來源于施萬細胞、巨噬細胞和間充質(zhì)干細胞的外泌體miRNA可以促進周圍神經(jīng)再生，參與神經(jīng)和血管再生等許多關(guān)鍵過程。DPN炎癥的常見下游機制之一是激活NF-κB途徑，通過觸發(fā)產(chǎn)生的一系列促炎性細胞因子和趨化因子引起神經(jīng)元功能障礙。外泌體miRNAs(miR-17、miR-23a和miR-125b)能夠靶向參與TLR4/NF-κB信號通路和晚期糖基化終產(chǎn)物信號受體，隨之激活炎癥級聯(lián)反應(yīng)和調(diào)節(jié)巨噬細胞表型。其中，間充質(zhì)基質(zhì)細胞源性外泌體miRNA不僅能下調(diào)TLR4/NF-κB信號通路的表達，顯著降低糖尿病小鼠坐骨神經(jīng)的促炎性細胞因子水平，還能將炎癥巨噬細胞轉(zhuǎn)化為M2表型來抑制炎性反應(yīng)，繼而促進DPN的神經(jīng)血管重塑和功能恢復(fù)[29]。深入探究外泌體miRNAs對DPN的調(diào)控機制，可為DPN的診治提供新穎的視角。

四、展 望

2型糖尿病及其導(dǎo)致的多種慢性并發(fā)癥給人們的身心健康帶來了極大的危害，合理有效地對其進行早期診斷和防治是全球性的公共衛(wèi)生問題。綜上所述，外泌體microRNA作為細胞間通訊的介質(zhì)，可以在許多疾病的病理生理過程中發(fā)揮生物信息調(diào)控的作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，多種外泌體miRNAs在2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用，有望為該組疾病的早期篩查、診治和預(yù)后評估等提供可靠的新型分子生物學(xué)指標。

盡管這些研究的發(fā)現(xiàn)為2型糖尿病慢性并發(fā)癥的診治提供了令人興奮的靶向，但仍有許多難題需要進一步攻克，由于目前對其確切調(diào)控機制的研究有限，如何從特定細胞中分離和提純外泌體，以及如何確定體液中外泌體的來源仍是亟待解決的難題；外泌體miRNAs作為疾病標志物的可行性和可信性也有待于后續(xù)開展大量的研究予以進一步證實。隨著生物訊息的迅猛發(fā)展和更多高質(zhì)量、多中心、大樣本的的深入研究，外泌體miRNAs將來有望成為治療2型糖尿病慢性并發(fā)癥的新方法、新靶點，為臨床診療和科研發(fā)展提供堅實的理論基礎(chǔ)。