LncRNAs在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用研究進(jìn)展

楊沁之 綜述 羅茂 審校

西南醫(yī)科大學(xué)：1.藥學(xué)院藥理系;2.藥物研究中心（瀘州 646000）

糖尿病是由于胰島素分泌缺陷或生物作用受損所導(dǎo)致的血糖升高，可出現(xiàn)在生命的不同階段，并導(dǎo)致多系統(tǒng)并發(fā)癥。隨著人類社會的進(jìn)步及生活形式和飲食結(jié)構(gòu)的改變，糖尿病病人數(shù)量急劇上升，成為全球增長最快的疾病之一[1]。據(jù)估計到2045年，18～99 歲的糖尿病病人數(shù)量將達(dá)到6.93億[2]。長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNAs，LncRNAs）是一類缺乏蛋白質(zhì)翻譯能力的RNA 分子，由RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄所得，具有數(shù)量多、種類多的特點(diǎn)。雖然與蛋白編碼基因相比，LncRNAs 的表達(dá)更低，但LncRNAs 細(xì)胞特異性相對較高[3]。近些年來的研究表明，LncRNAs不僅能通過多種機(jī)制的相互作用參與表觀遺傳修飾因子的招募、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、mRNA 衰退的控制和轉(zhuǎn)錄因子的隔離等多種生物過程，并且在腫瘤、心臟病和糖尿病等疾病的病理進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用[4]。如今隨著研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)LncRNAs 在糖尿病中功能異常，影響特定的LncRNAs的表達(dá)能調(diào)控糖尿病及其并發(fā)癥的病理發(fā)展過程[5-7]。本文主要就LncRNAs 在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用最新研究進(jìn)展作一綜述，以期為糖尿病及其并發(fā)癥的研究和醫(yī)治提供理論依據(jù)。

1 LncRNAs概述

LncRNAs 是20 世紀(jì)末期被發(fā)現(xiàn)的一類具有特定功能的調(diào)控RNA，廣泛參與細(xì)胞代謝的各個領(lǐng)域。目前對LncRNAs的分類是基于它們的結(jié)構(gòu)或大小、定位、功能以及與其他組件的相互作用。有研究表明，這些LncRNAs 大多來自基因組的基因間、外顯子或遠(yuǎn)端蛋白編碼區(qū)等非保守區(qū)，在進(jìn)化中更易發(fā)生快速的翻新[8-9]。依據(jù)基因組中LncRNAs 所處的位置及背景，大致可將其分為正義LncRNAs、反義LncRNAs、雙向Ln?cRNAs、內(nèi)含子LncRNAs和基因間LncRNAs五類[10]。

隨著分子生物技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，LncRNAs 的效應(yīng)機(jī)制逐漸浮出水面，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，LncRNAs可通過與DNA/RNA結(jié)合或與蛋白結(jié)合在多種生理、病理過程發(fā)揮重要作用，其中包括參與基因表達(dá)、基因組印跡、核與胞質(zhì)間囊泡運(yùn)輸、RNA 編輯、翻譯等過程的調(diào)控[11]。另外，LncRNAs 具有順式（cis-）或反式調(diào)節(jié)（trans-regulation），其順式調(diào)節(jié)對臨近基因發(fā)揮作用，而反式調(diào)節(jié)則對遠(yuǎn)離其轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)的基因發(fā)揮作用。盡管目前對LncRNAs 功能的了解還只是冰山一角，但是越來越多的證據(jù)顯示其在X 染色體失活、細(xì)胞周期調(diào)控、分化和凋亡等細(xì)胞生命進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用[12]。近年來，LncRNAs 在各種疾病的研究中獲得了顯著成就，并且在不同類型糖尿病中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用也逐漸被廣泛報道[13]。因此，對LncRNAs 在糖尿病中的功能作用展開進(jìn)一步的探索是非常有必要的。

2 LncRNAs在糖尿病相關(guān)代謝組織中的作用

在機(jī)體中，胰島分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖濃度，肝臟和肌肉儲存糖原，另外多余的葡萄糖則轉(zhuǎn)化為脂肪而囤積起來。糖尿病分為1 型糖尿病（type 1 diabetes，T1DM）、2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes，T2DM）、妊娠期糖尿病及其他類型或稱繼發(fā)性糖尿病。雖然定義糖尿病表型的潛在原因極其復(fù)雜，但是過去幾十年的研究主要集中在蛋白質(zhì)編碼基因上。LncRNAs作為近幾年生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，正在成為控制代謝組織發(fā)育和功能的重要調(diào)控元件[14]。近年來研究表明，一些LncRNAs 參與調(diào)控胰島發(fā)育、肝臟代謝、肌肉再生和脂肪細(xì)胞分化，在葡萄糖和脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著重要作用，本文依據(jù)LncRNAs 在不同代謝組織的作用，繪制了糖尿病代謝組織中LncRNAs的示意圖[15-37]，見圖1。下面就LncRNAs在關(guān)鍵代謝組織中的代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控作用展開論述，見表1。

圖1 糖尿病不同代謝組織中的LncRNAsFigure 1 LncRNAs in different metabolic tissues of diabetes mellitus

表1 與糖尿病相關(guān)的LncRNAsTable 1 LncRNAs associated with diabetes

2.1 LncRNAs與胰島

胰臟分為胰腺和胰島兩部分，同時具有內(nèi)分泌和外分泌的功能。胰腺負(fù)責(zé)感知血液里葡萄糖水平，而胰島β 細(xì)胞分泌胰島素，以刺激外周組織對葡萄糖的吸收。其中胰島是研究人員了解糖尿病病理生理的重要中樞節(jié)點(diǎn)。在T1DM中，胰島β細(xì)胞的喪失和胰島素分泌不足促使血糖升高[38-39]；在T2DM中，高血糖由β細(xì)胞功能障礙和胰島素抵抗引起[40]，而胰島素抵抗時，機(jī)體將無法對正常胰島素水平做出反饋。DING等[15]首先證明了LncRNAs具有對胰島發(fā)育和功能調(diào)控的可能，其中LncRNA H19參與了妊娠期糖尿病的遺傳過程，導(dǎo)致胰島超微結(jié)構(gòu)和功能受損。此外，MORáN I等[16]通過對2型糖尿病患者胰腺β細(xì)胞的高通量測序，發(fā)現(xiàn)了具有組織特異性和動態(tài)調(diào)節(jié)的異常表達(dá)的Ln?cRNAs。這些LncRNAs通常位于含有胰島特異編碼基因的胰島特異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域附近，或者定位于糖尿病易感基因位點(diǎn)。其中HI-LNC25是一種在小鼠和人之間保守的β細(xì)胞特異性LncRNAs，它的下調(diào)導(dǎo)致GLIS3（一個重要的胰島轉(zhuǎn)錄因子）的降低，提示其在胰島β細(xì)胞中的功能重要性。YIN等[17]發(fā)現(xiàn)沉默LncRNA ?；撬嵘险{(diào)基因1（taurine-upregulated gene 1，TUG1）會誘導(dǎo)MIN6細(xì)胞和胰腺β細(xì)胞的凋亡，減少胰島素的分泌，從而導(dǎo)致空腹血糖水平升高。同樣，LncRNA 母系印記基因3（maternally expressed gene 3，Meg3）也被證明可以調(diào)節(jié)胰島素分泌和β 細(xì)胞凋亡。在T1D 和T2D小鼠模型[分別為非肥胖糖尿病（non-obese diabetic，NOD）和高血糖db/db 小鼠] 的胰島中Meg3的表達(dá)下調(diào)，同時ins2、Pdx1和Mafa的水平顯著降低[18]。Pdx-1是一種關(guān)鍵的β細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，與胰島素合成和β細(xì)胞特異性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。除此之外，有研究報道Ln?cRNAs 在β 細(xì)胞功能中的作用可能是普遍的[41]，對其進(jìn)行深入探索可能有助于恢復(fù)糖尿病引起的代謝紊亂。

2.2 LncRNAs與肝臟

肝臟是許多代謝過程的場所，能同時利用和產(chǎn)生葡萄糖，對LncRNAs 與肝臟關(guān)系的理解有利于進(jìn)一步探究LncRNAs與糖尿病之間的聯(lián)系。肝臟特異性甘油三酯調(diào)節(jié)因子（Lnc liver-specific triglyceride regulator，LncLSTR）是一種肝臟特異性LncRNA，調(diào)節(jié)全身脂質(zhì)代謝，LI等[22]發(fā)現(xiàn)其水平降低對小鼠有顯著的降脂作用，且與小鼠甘油三酯（triglycerides，TG）的清除增強(qiáng)有關(guān)。在此過程中，LncSTR與TDP-43結(jié)合形成復(fù)合體，通過調(diào)節(jié)Cyp8b1 的活性改變影響法尼醇X 受體（frne?soid X receptor，F(xiàn)XR）途徑的膽汁酸水平，從而增強(qiáng)肝臟中甘油三酯的清除。因此，LncLSTR 等肝臟富集的LncRNA 可能為糖尿病高脂血癥患者提供新的治療策略。此外，有研究發(fā)現(xiàn)在高脂飲食（high-fat diet，HFD）小鼠、ob/ob 小鼠和經(jīng)棕櫚酸鹽、油酸鹽或亞油酸鹽處理的原代肝細(xì)胞中，肝臟LncRNA MEG3水平的升高與G6pc、Pepck、FoxO1表達(dá)的增加有關(guān)[23]。該實驗最終使肝臟糖異生的增加以及肝細(xì)胞中受胰島素刺激的糖原積累受損，其表現(xiàn)為肝胰島素抵抗。然而，當(dāng)干預(yù)高脂飲食和ob/ob 小鼠的MEG3時，可顯著減輕受損的糖耐量，提示LncRNA MEG3在肝臟中對葡萄糖的調(diào)控作用。另一種禁食誘導(dǎo)的LncRNA，肝臟葡萄糖激酶抑制因子（liver glucokinase repressor，LGR），可通過與hnRNPL相互作用抑制葡萄糖激酶活性，并抑制小鼠肝臟中糖原的儲存[24]。GOYAL等[25]研究顯示在db/db 小鼠肝臟中，可調(diào)節(jié)肝臟的糖異生的H19水平明顯降低。并且當(dāng)人肝癌和原代肝細(xì)胞中的H19沉默時會增加糖異生基因的水平和肝臟葡萄糖產(chǎn)量。另外H19還與肝臟發(fā)育及其他肝病的進(jìn)展有關(guān)。綜上所述，糖尿病患者常有肝臟代謝功能障礙，因此有必要了解LncRNAs 在肝臟病理中的作用機(jī)制。

2.3 LncRNAs與肌肉

在糖、脂代謝的過程中，肌肉細(xì)胞通過糖酵解增加對的血糖的利用，在葡萄糖代謝中同樣起著重要作用。近年，GAO等[29]發(fā)現(xiàn)肌肉細(xì)胞的葡萄糖代謝與H19/let-7雙負(fù)反饋回路密切相關(guān)。該研究發(fā)現(xiàn)LncRNA-H19在糖尿病受試者和小鼠骨骼肌的表達(dá)量明顯下降，并且在損害胰島素信號傳導(dǎo)和降低葡萄糖攝取方面起著重要作用。此外LncRNAs也是參與肌肉分化和再生的重要調(diào)節(jié)因子。其中與MyoD 活性相關(guān)的LncRNAs 與肌原分化至關(guān)重要。據(jù)報道MyoD 能至少誘導(dǎo)Linc-RAM和Dum兩個LncRNAs 的轉(zhuǎn)錄。其中Linc-RAM與MyoD結(jié)合，并共同與兩個重要的核小體重構(gòu)體BAF60c和BRG1等染色質(zhì)修飾劑相互作用。在分化過程中，核糖核酸復(fù)合物以肌原基因為靶點(diǎn)，以適當(dāng)協(xié)調(diào)基因表達(dá)[30]。LncRNA-Dum通過招募DNA 甲基化蛋白，使其鄰近基因發(fā)育多能性相關(guān)2（developmental pluripotency-associated 2，Dppa2）沉默，從而調(diào)控肌發(fā)生[31]。

2.4 LncRNAs與脂肪

在肝臟和肌肉中，葡萄糖分別會被儲存為肝糖原和肌糖原，而更多的葡萄糖會在胰島素的幫助下轉(zhuǎn)化為脂肪囤積起來。此外脂肪細(xì)胞能產(chǎn)生具有關(guān)鍵代謝功能的關(guān)鍵脂肪因子。在肥胖患者中，巨噬細(xì)胞的聚集以及脂肪炎癥增加可能導(dǎo)致胰島素抵抗、T2D 和代謝綜合征。有研究通過高通量測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大量的LncRNAs 在脂肪細(xì)胞分化和成熟過程差異表達(dá)，足以證明LncRNAs 在脂肪組織發(fā)育過程中的重要作用[42]。另外的研究同樣發(fā)現(xiàn)LncRNA-Blnc1能與轉(zhuǎn)錄因子Ebf2 相互作用以調(diào)節(jié)產(chǎn)熱基因的調(diào)控程序，從而調(diào)節(jié)棕色脂肪細(xì)胞的發(fā)育[33]。與腹部脂肪相比，LncRNA-HOTAIR在臀部脂肪細(xì)胞中差異表達(dá)，并在脂肪細(xì)胞分化中發(fā)揮作用[34]。LncRNAs 對于脂肪的影響，除了參與脂肪分化，還可以影響動物的生理狀態(tài)。類固醇受體RNA 激活劑（steroid receptor RNA activator，SRA）是一種在脂肪組織中高表達(dá)的長鏈非編碼RNA，能共同激活類固醇受體依賴報告基因的表達(dá)，促進(jìn)脂肪生成。在構(gòu)建小鼠模型中，SRA 基因敲除顯示出更強(qiáng)的胰島素敏感性，并通過改善糖耐量抵抗飲食誘導(dǎo)的肥胖[35]?？傊?，探討LncRNAs在脂肪組織中的作用關(guān)系，可能為糖尿病脂質(zhì)代謝紊亂機(jī)制的研究提供新的思路。

3 LncRNA在糖尿病并發(fā)癥中的作用

糖尿病的高血糖狀態(tài)促進(jìn)了微血管和大血管并發(fā)癥的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致糖尿病患者死亡率增加以及整體生活質(zhì)量下降。糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）與視網(wǎng)膜?。╠iabetic retinopathy，DR）被并列為糖尿病性微小血管病變的代表，二者密切相關(guān)，往往在臨床上見于同一個糖尿病的患者，使患者苦不堪言[43]。此外，據(jù)調(diào)查，70%的糖尿病患者死于心血管疾?。╟ardiovas?cular disease，CVD），糖尿病患者心血管疾病目前仍然是1 型或2 型糖尿病患者高發(fā)病率和死亡率的主要原因[44-45]。如前所述，LncRNAs 除了參與糖尿病期間的主要代謝組織外，還與糖尿病并發(fā)癥有關(guān)。因此，了解LncRNAs在糖尿病并發(fā)癥中的作用機(jī)制對將來該病的防治有重要意義。

3.1 LncRNAs與糖尿病腎病

糖尿病腎病是糖尿病最有害的微血管并發(fā)癥，也是終末期慢性腎病的主要病因。細(xì)胞外基質(zhì)（extracel?lular matrix，ECM）的積聚，使多數(shù)腎細(xì)胞纖維化增加，是糖尿病腎病的一個主要特征[46]。近年研究發(fā)現(xiàn)，在腎臟多種細(xì)胞中高表達(dá)的LncRNA 漿細(xì)胞瘤變體易位1（the plasmacytoma variant translocation1，PVT1）與這一進(jìn)程有關(guān)。ALVAREZ等[47]通過RNA 干擾技術(shù)敲除腎小球系膜細(xì)胞的PVT1基因，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高糖處理后的人系膜細(xì)胞中PVT1的表達(dá)顯著上調(diào)；沉默PVT1后細(xì)胞外基質(zhì)中的基因和蛋白水平顯著降低，提示LncRNAs 在糖尿病腎病中扮演著重要角色。另外研究發(fā)現(xiàn)特定的LncRNAs 能干擾糖尿病腎病相關(guān)的炎癥過程。LncRNA-Gm4419是一種調(diào)節(jié)NF-JB/NLRP3 炎癥小體活性的LncRNA，可與腎小球系膜細(xì)胞中的炎癥因子相互作用；Gm4419敲除可降低細(xì)胞增殖并抑制其在高血糖狀態(tài)下NF-κB 的表達(dá)[48]，提示LncRNAs 能經(jīng)過炎癥相關(guān)信號通路介入糖尿病腎病中的炎癥和纖維化過程。

3.2 LncRNAs與糖尿病視網(wǎng)膜病

糖尿病視網(wǎng)膜病是一種影響視網(wǎng)膜神經(jīng)元和微血管系統(tǒng)的疾病，可導(dǎo)致糖尿病患者視力受損或喪失。據(jù)報道，LncRNA-MALAT1和MEG3均與糖尿病視網(wǎng)膜病變有關(guān)。YAN B等[49]建立鏈脲霉素（streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型，通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)Ln?cRNAs 在糖尿病小鼠視網(wǎng)膜上的顯著上調(diào)，而敲除MALAT1可減輕STZ 誘導(dǎo)的大鼠視網(wǎng)膜病變。最近也有研究顯示，LncRNA-MALAT1通過Keap1-Nrf2調(diào)節(jié)糖尿病視網(wǎng)膜病變中的抗氧化防御，抑制MALAT1能保護(hù)視網(wǎng)膜免受氧化損傷[50]。上述結(jié)果表明LncRNAs參與DR 的病理進(jìn)程，并且LncRNA-MALAT1具有預(yù)防或減緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的潛力。另外LncRNA MEG3在STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的視網(wǎng)膜中也被發(fā)現(xiàn)下調(diào)，其在視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中的體外敲除被發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、活性和遷移[51]。除此之外，已有多項研究證實Ln?cRNAs參與了糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)病過程[52-55]。

3.3 LncRNAs與糖尿病心血管疾病

心血管疾病研究表明LncRNAs參與多種心血管疾病發(fā)生發(fā)展，包括心肌梗塞（myocardial infarction，MI）、心肌肥大、冠心?。╟oronary heart disease，CHD）、動脈粥樣硬化以及心力衰竭（heart failure，HF）等[56]。LEUNG等[57]研究發(fā)現(xiàn)Lnc-Ang362在血管平滑肌細(xì)胞中被血管緊張素II 信號上調(diào)。Lnc-Ang362是mir-221和mir-222的宿主RNA，這兩個miRNAs 參與血管平滑肌細(xì)胞的增殖。因此，誘導(dǎo)Lnc-Ang362會導(dǎo)致miR?NAs表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞增殖，提示LncRNAs與血管細(xì)胞、功能的相關(guān)性。LncRNA-SRA在不同類型的人類疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，此前已經(jīng)提到LncRNA-SRA可以抑制脂肪甘油三酯脂肪酶的表達(dá)。近年來也有報道稱LncRNA-SRA有助于血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）的增殖，在心血管疾病的病理進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用。REN等[58]對糖尿病心血管疾病的五年隨訪研究發(fā)現(xiàn)LncRNA-SRA在糖尿病合并心血管疾病患者中特異性下調(diào)，并且通過調(diào)節(jié)VSMCs 的生存能力參與糖尿病心血管疾病的發(fā)病機(jī)制。因此，血漿LncRNA-SRA可能作為一種潛在的生物標(biāo)志物，為糖尿病心血管疾病的診斷和預(yù)后提供新的參考指標(biāo)。

4 小結(jié)與展望

糖尿病的病因和發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，至今仍有許多疑問需要解答。近來的研究表明，LncRNAs 的表達(dá)和功能的失調(diào)反映了多種病理生理狀態(tài)，同時也參與了糖尿病的發(fā)生與發(fā)展。一方面，異常表達(dá)的Ln?cRNAs參與細(xì)胞組織生命活動，影響糖類、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)的正常代謝；另一方面，某些LncRNAs的抑制能有效緩解糖尿病及其并發(fā)癥的部分癥狀。目前已有不少LncRNAs 被鑒定出具有診斷和治療各種疾病的潛力。在體液中，LncRNAs 能夠抵抗核糖核酸酶的作用而具有高度穩(wěn)定性[59]，再加上它們模仿疾病進(jìn)展的表達(dá)模式，使其成為理想的生物標(biāo)記物候選者。另外，Ln?cRNAs 因其在調(diào)節(jié)細(xì)胞通路方面的特異性功能，將可能成為更好的治療靶點(diǎn)。因此，LncRNAs 在糖尿病及其并發(fā)癥的診斷、預(yù)防和治療中具有非常好的前景，有望被應(yīng)用于臨床。隨著對糖尿病的不斷了解，期望未來發(fā)現(xiàn)更多LncRNAs在糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)病過程中所起的作用。

（利益沖突：無）