外周血長鏈非編碼RNA的生理功能及與2型糖尿病患者胰島β細(xì)胞功能相關(guān)性

梁健 陳燕 劉強(qiáng) 胡玉花 洪蕓蕓 張燕

珠海市第五人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，珠海 519055

通信作者：梁健，Email：xiehaina714@163.com

2型糖尿病是嚴(yán)重威脅人類健康的慢性非傳染性疾病，其發(fā)生與胰島素分泌受損、抵抗有關(guān)，遺傳、環(huán)境及自身免疫等多種因素均可導(dǎo)致發(fā)病，既往對2 型糖尿病發(fā)病機(jī)制研究中蛋白編碼基因mRNA 關(guān)注較多，人類基因組計劃發(fā)現(xiàn)編碼蛋白質(zhì)的基因只占一小部分，長鏈非編碼RNA（long chain noncoding RNA，lncRNA）是不編碼蛋白質(zhì)RNA 的一種，長度大于200 個堿基，其在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄等多層面參與基因表達(dá)及代謝，進(jìn)而廣泛參與細(xì)胞增殖、分化在內(nèi)的生命過程。近年來有研究發(fā)現(xiàn)：在2 型糖尿病發(fā)病過程中l(wèi)ncRNA 異常表達(dá)可能參與調(diào)控胰島素的合成和分泌，并與多種疾病的病理生理密切相關(guān)［1］。本文就lncRNA 生理功能及與2型糖尿病患者胰島β細(xì)胞功能相關(guān)性展開綜述，為2型糖尿病的治療提供新的靶點。

長鏈非編碼RNA概述

隨著人類基因組學(xué)及二代測序研究的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成人類基因組的30 億個堿基對中，只有約2%的基因轉(zhuǎn)錄物與蛋白質(zhì)編碼有關(guān)，剩下的DNA 中存在大量非編碼基因［2］。非編碼RNA 中＜200 個核苷酸的為小ncRNA，＞200個核苷酸的為lncRNA，其中以小miRNA和lncRNA在生物學(xué)領(lǐng)域研究較為廣泛。越來越多的證據(jù)表明，這些非編碼RNA 可能具有重要的生物功能，可通過與蛋白質(zhì)及其他RNA 相互作用參與調(diào)控多種生物學(xué)功能，并與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［3-4］。分析lncRNA 作用機(jī)制包括：lncRNA 作為信號分子包含具有調(diào)控功能的核酸序列，在特定時間和組織可調(diào)節(jié)生物生長發(fā)育，感知響應(yīng)多種刺激，并可調(diào)控某些基因表達(dá)。lncRNA 作為誘餌分子可使蛋白質(zhì)和小調(diào)控RNA 與受體分開，進(jìn)而抑制代謝基因的轉(zhuǎn)錄；招募其他RNA 結(jié)合蛋白，間接調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。lncRNA 作為引導(dǎo)分子可結(jié)合蛋白質(zhì)和DNA 的特點區(qū)域，使含有該蛋白的復(fù)合物對應(yīng)于調(diào)控位點，通過順式或反式方式調(diào)節(jié)目標(biāo)基因表達(dá)。lncRNA 作為支架分子可與多個底物同時結(jié)合發(fā)揮作用，對于多種生物信號的傳遞、分子間相互作用的精確調(diào)控具有重要意義。

lncRNA與人類疾病之間的關(guān)系

1、lncRNA與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

相關(guān)資料顯示，lncRNA 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)，參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)元分化以及神經(jīng)退行性病變等多種生物學(xué)過程［5］。在阿爾茨海默病發(fā)病過程中，lncRNA 與該病易感基因絲氨酸-蘇氨酸激酶、蛋白激酶密切相關(guān)，通過分子調(diào)控機(jī)制影響神經(jīng)系統(tǒng)功能的改變。性別決定區(qū)Y-BOX21 反義RNA1 是近年來新發(fā)現(xiàn)的lncRNA。動物實驗研究顯示，其可通過上調(diào)Wnt 信號通路相關(guān)蛋白卷曲蛋白受體3∕5 表達(dá)參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重塑，并減少神經(jīng)元氧化應(yīng)激，對阿爾茨海默病小鼠神經(jīng)細(xì)胞凋亡起抑制作用［6］。帕金森綜合征是常見的神經(jīng)功能障礙性疾病。近年來研究發(fā)現(xiàn)lncRNA 在帕金森綜合征患者體內(nèi)呈現(xiàn)異常表達(dá)［7］。Kraus等［8］研究發(fā)現(xiàn)，相較于健康人群，帕金森患者體內(nèi)lncRNA H19上游保守序列1、2明顯降低了2 倍，可以作為潛在的新生物標(biāo)志物，并可用于監(jiān)測疾病進(jìn)展，作為新治療方法的潛在新靶點。Dharap 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在缺血性腦卒中患者腦組織中l(wèi)ncRNA MRAK159688 存在異常表達(dá)，在缺血后在與兩親性螺旋蛋白Sin3A 或coREST的結(jié)合顯著增加，以調(diào)節(jié)缺血后的表觀遺傳學(xué)。lncRNA 被認(rèn)為在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有診斷和治療潛力，但其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)性的證據(jù)來源于表達(dá)上的差異，具體作用機(jī)制仍有待探尋。

2、lncRNA與呼吸系統(tǒng)疾病

已有研究證實lncRNA 在多種呼吸系統(tǒng)疾病患者體內(nèi)存在差異性表達(dá)［10］。在慢性阻塞性肺疾病和哮喘患者中檢測出190個lncRNA異常表達(dá)。此外lncRNA還與肺癌、肺纖維化等呼吸道疾病有關(guān)。Wu 等［11］通過研究發(fā)現(xiàn)lncRNA IL7R 在氣道炎癥中起著重要作用，慢性阻塞性肺病患者灌洗肺泡巨噬細(xì)胞和原代人小氣道上皮細(xì)胞中l(wèi)nc-IL7R水平降低，lncRNA IL7R 通過乙?；℉istone H3lysineresidue 9acetylation，H3K9ac）減 少 和 甲 基 化（H3K9me3 和H3K27me3）增加，介導(dǎo)促炎基因啟動子的抑制性染色質(zhì)狀態(tài)。慢性阻塞性肺疾病患者中l(wèi)ncRNA IL7R 的低表達(dá)可能會增加Toll 樣受體2∕4 介導(dǎo)的炎癥，并與急性加重有關(guān)。Loewen 等［12］研 究 發(fā) 現(xiàn)，沉 默HOX 轉(zhuǎn) 錄 反 義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）在肺癌中表達(dá)水平明顯升高且具有特征性的lncRNA，并與轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后相關(guān)。此外，HOTAIR 可促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖、存活、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥性。

3、lncRNA與心血管疾病

lncRNA 與心血管疾病的發(fā)生有著密切的聯(lián)系，部分lncRNA 可維持心臟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，調(diào)控心律失常、心肌梗死，對心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用。越來越多的研究表明，lncRNA 可以在不同程度上調(diào)節(jié)心血管疾病的病理過程［13-14］。Yan 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA 肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1 （lung adenocarcinoma metastasis associated transcription factor 1，MALAT1）通過調(diào)節(jié)功能紊亂、脂質(zhì)積聚和炎癥來影響動脈粥樣硬化的進(jìn)程，還調(diào)節(jié)其他血管疾病，如高血壓和血管生成。此外，MALAT1 參與了心臟缺血或炎癥損傷、糖尿病心肌病或心臟重塑。這些證據(jù)揭示了MALAT1 在心血管疾病中的潛在機(jī)制，并表明MALAT1 可能是治療的靶點。國外學(xué)者Sato 等［16］發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞質(zhì)lncRNA Caren 通過調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端基因的翻譯和維持心肌細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定發(fā)揮心臟保護(hù)作用。還有研究發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死患者中l(wèi)ncRNA 壞死相關(guān)因子（necrosis-related factor，NRF）表達(dá)明顯升高，可作為急性心肌梗死后心力衰竭的潛在生物標(biāo)志物［17］。

4、長鏈非編碼RNA與消化系統(tǒng)疾病

炎癥性腸病是一種多因素自身免疫性疾病，患病率不斷升高。越來越多的證據(jù)表明，lncRNA 在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并且其會干擾炎癥性腸病等自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制。最近的研究已經(jīng)確定了炎癥性腸病相關(guān)基因附近的lncRNA 和炎癥性腸病相關(guān)lncRNA 內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性［17］。此外，還分析了血液樣本和病理組織，發(fā)現(xiàn)大量lncRNA 在克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎中失調(diào)。肝細(xì)胞癌是一種常見的消化系統(tǒng)疾病，目前尚無治愈方法。Zhang等［18］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA 酪氨酸蛋白激酶跨膜受體1 反義RNA 1（tyrosine protein kinase transmembrane receptor 1 antisense RNA 1，ROR1-AS1）在肝細(xì)胞癌中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)與臨床分期、T分期和N 分期有關(guān)。此外，Kaplan-Meier 曲線和Cox分析表明，ROR1-AS1 的高表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)，并且ROR1-AS1是肝細(xì)胞癌的獨立危險因素。

5、lncRNA與泌尿系統(tǒng)疾病

泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤在我國發(fā)病率逐年升高，前列腺癌和膀胱癌為我國發(fā)病率最高的泌尿系統(tǒng)腫瘤，隨著各種診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，腫瘤檢出率不斷提高，但仍有部分患者確診時已處于晚期。在缺乏可靠的前列腺癌檢測和分類標(biāo)志物的情況下，尿外泌體lncRNA 可能提供一種替代的、非侵入性的生物標(biāo)志物來源。國外學(xué)者I??n 等［19］通過實時聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）對30 例前列腺癌患者和49 例良性前列腺增生癥患者的尿液樣本中的lncRNA p2l水平進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，前列腺癌和良性前列腺增生癥患者的外體lncRNA p2l 水平存在顯著差異，由此可見lncRNA p2l 鑒別能力可能有助于預(yù)測前列腺癌患者的惡性狀態(tài)。He 等［20］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA miR-31 宿主基因（MIR31 Host Gene，MIR31HG）在膀胱癌中的表達(dá)水平明顯低于癌旁組織，且與腫瘤TNM 分期呈負(fù)相關(guān)，表明lncRNA MIR31HG 可能作為抑癌基因參與膀胱癌的發(fā)生和發(fā)展。

6、lncRNA與其他疾病的關(guān)系

lncRNA 在發(fā)揮其生物學(xué)功能的同時，與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切聯(lián)系，且有望成為疾病治療的新靶點。Han等［21］研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照者相比，骨質(zhì)疏松癥患者的血漿lncRNA 牛磺酸上 調(diào)基因1（Taurin hochreguliertes Gen 1，TUG1）上調(diào)，其水平隨著臨床分期的進(jìn)展而增加，并通過小鼠模型發(fā)現(xiàn)lncRNA TUG1 可調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的增殖和凋亡。Chen 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA 鋅指蛋白反義鏈1（zinkfinger protein antisense kette 1，ZFAS1）的下調(diào)和miR-129 的上調(diào)通過降低高遷移率族蛋白B1 來抑制多囊卵巢綜合征患者卵巢顆粒細(xì)胞的內(nèi)分泌紊亂、增殖和凋亡。Ghafouri-Fard等［23］分析lncRNA 在前列腺癌、卵巢癌和睪丸癌中作用的數(shù)據(jù)，證實了lncRNA 中某些基因組位點與這些癌癥的風(fēng)險相關(guān)，得出結(jié)論lncRNA 是源自具有內(nèi)分泌功能的器官的生物標(biāo)志物。lncRNA 在多種疾病中的生理功能已成為近年來疾病機(jī)制研究的重點領(lǐng)域，解析他們與疾病發(fā)生之間的因果關(guān)系可能為人類重大疾病的診斷和治療提供新的靶標(biāo)。

lncRNA與2型糖尿病

1、lncRNA與胰島β細(xì)胞

2 型糖尿病患者存在胰島素分泌不足及外周組織胰島素抵抗，lncRNA 在2 型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中有一定作用。胰島是胰腺內(nèi)的微型內(nèi)分泌器官，是血糖穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)劑，在糖尿病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。正常人血糖的穩(wěn)態(tài)平衡主要由胰島β、α 細(xì)胞分泌的胰島素調(diào)節(jié)，胰島β 細(xì)胞功能失調(diào)可導(dǎo)致胰島素分泌不足，引起血糖穩(wěn)態(tài)平衡破壞，最終導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生及全身重要器官的損害。目前已有研究發(fā)現(xiàn)在胰島素分泌過程中有多種lncRNA 的參與調(diào)解，并呈現(xiàn)動態(tài)變化，推測lncRNA 可能介入胰島的發(fā)育分化過程［24］。Wang 等［25］研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，2型糖尿病組有55個lncRNA 存在差異表達(dá)，2型糖尿病患者中前3 個上調(diào)的lncRNA 的表達(dá)與糖代謝相關(guān)，并證明失調(diào)的lncRNA 可能通過調(diào)節(jié)炎癥和胰島素抵抗在2 型糖尿病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。Bramswig 等［26］通過RNA-Seq分析發(fā)現(xiàn)人類胰腺中12 個β 細(xì)胞特異的lncRNA，認(rèn)為lncRNA 可能參與維持β 細(xì)胞的功能和胰島素信號傳導(dǎo)。Morán 等［27］通過分析類胰島和β 細(xì)胞的全面鏈特異性轉(zhuǎn)錄組圖譜，發(fā)現(xiàn)了超過1 100 個基因間和反義胰島細(xì)胞lncRNA基因，并發(fā)現(xiàn)lncRNA在胰島β細(xì)胞分化發(fā)育過程中呈動態(tài)變化，這些發(fā)現(xiàn)揭示了一類與β 細(xì)胞和糖尿病病理生理學(xué)相關(guān)的新胰島細(xì)胞基因。2 型糖尿病患者胰島lncRNA 的表達(dá)譜與正常胰島相比發(fā)生了顯著變化，在糖尿病的代償期，胰島素抵抗可誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞數(shù)量增加。

2、lncRNA與胰島素抵抗

肝臟是胰島素應(yīng)答和分解的主要部位，肝臟糖異生是肝臟葡萄糖輸出的重要形式，胰島素缺乏或胰島素抵抗導(dǎo)致糖異生基因表達(dá)增加，糖異生和空腹高血糖的增加是糖尿病發(fā)病的決定性因素。大量研究表明，多種lncRNA 與胰島素抵抗密切相關(guān)，lncRNA 可以通過影響分泌素的合成和分泌以及胰島素抵抗的形成來調(diào)節(jié)胰島素分泌［28-29］。Zhu等［30］研 究 發(fā) 現(xiàn)，lncRNA 人 類 母 系 表 達(dá) 基 因3（humanes mütterliches exprimiertes Gen 3，MEG3）已被證明與肝葡萄糖產(chǎn)生相關(guān)，MEG3 過表達(dá)顯著增加叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1、葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶mRNA 表達(dá)和肝糖異生，并抑制原代肝細(xì)胞中胰島素刺激的糖原合成，此外MEG3 干擾可以逆轉(zhuǎn)高脂飲食小鼠或ob∕ob 小鼠中甘油三酯的上調(diào)以及葡萄糖耐量受損和糖原含量的下調(diào)。Wang 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA Risa 在小鼠原代肝細(xì)胞或骨骼肌肌母細(xì)胞肌管中的過度表達(dá)減弱了胰島素刺激的胰島素受體、絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶、糖原合成酶激酶3β 的磷酸化，肝細(xì)胞或肌管中Risa 的過度表達(dá)增加了自噬，Risa 的敲除上調(diào)了自噬。此外，Atg7 或5-sig 基因的敲除顯著抑制Risa 基因敲除對胰島素抵抗的影響，表明Risa 基因的敲除可減輕胰島素抵抗，增強(qiáng)自噬。這些數(shù)據(jù)表明Risa 通過影響自噬調(diào)節(jié)胰島素敏感性，并表明Risa 是治療胰島素抵抗相關(guān)疾病的潛在靶點。

綜上所述，lncRNA 在發(fā)揮生物學(xué)功能的同時，與各種疾病的發(fā)病與遷移有著密切聯(lián)系，對于候選分子的具體靶點，以及他們?nèi)绾斡绊懸赘袀€體的疾病發(fā)展，我們?nèi)孕柽M(jìn)一步研究lncRNA 在生物體內(nèi)的具體機(jī)制和作用能力，勢必會為生物醫(yī)學(xué)帶來莫大的影響。在2 型糖尿病中，大量lncRNA 已經(jīng)成為調(diào)節(jié)與該疾病相關(guān)的生物過程的關(guān)鍵角色，lncRNA 可通過多水平基因調(diào)控參與胰島素合成和分泌、肝臟糖異生、糖代謝及糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生，lncRNA 特征的識別和驗證可為糖尿病診斷和治療提供思路和靶點。