長(zhǎng)鏈非編碼RNA NEAT1在糖脂代謝相關(guān)疾病發(fā)展中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

賀 佳(綜述),魏 楓(審校)

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科,內(nèi)蒙古 包頭 014000)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們的生活方式及飲食習(xí)慣開(kāi)始發(fā)生巨大改變,導(dǎo)致2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)、肥胖、代謝相關(guān)脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)等代謝性疾病的發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上漲趨勢(shì),這類疾病現(xiàn)已成為全球性的健康威脅。有數(shù)據(jù)顯示,到2040年全球患糖尿病(diabetes mellitus,DM)人數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)到6.42億,其中T2DM人數(shù)大約占90%,目前我國(guó)T2DM患者已達(dá)1.16億[1],而我國(guó)18歲以上人群已經(jīng)超過(guò)一半超重/肥胖,且18歲以下兒童及青少年超重/肥胖率分別達(dá)19.0%和10.4%[2],MAFLD也已經(jīng)影響全球約25%的總?cè)丝赱3]。多項(xiàng)研究表明,T2DM、肥胖、MAFLD三者相互促進(jìn)加重,關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,不僅增加T2DM晚期各種并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)也增加了MAFLD進(jìn)展為晚期肝纖維化及肝癌的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)雖然是一種不能編碼蛋白質(zhì)的RNA,但卻是在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平上發(fā)揮作用的基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)劑,可參與機(jī)體各種生物學(xué)的過(guò)程[6],主要包括短鏈RNA(siRNA)、環(huán)狀RNA(circRNA)及長(zhǎng)鏈RNA(lncRNA)[7],其中l(wèi)ncRNA是相對(duì)研究較廣泛的類型,lncRNA是一種長(zhǎng)度大于200個(gè)堿基對(duì)的ncRNA,其異常表達(dá)與胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖分化、脂肪變性、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等密切相關(guān)[8]。而核富集豐富轉(zhuǎn)錄物1(nucleo-enriched rich transcript 1,NEAT1)是人們研究較多的lncRNA之一,有專家提出lncRNA NEAT1不僅在腫瘤中的表達(dá)中發(fā)揮作用,在內(nèi)分泌代謝疾病中也有重要的調(diào)控作用,并認(rèn)為lncRNA NEAT1可以成為治療代謝性疾病的一個(gè)新靶點(diǎn)[9-10]?，F(xiàn)就lncRNA NEAT1在代謝異常相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展予以闡述。

1 lncRNA NETA1的生物學(xué)功能

lncRNA NETA1是2009年4個(gè)研究組各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的一類分子長(zhǎng)度大于200 nt的lncRNA,它在細(xì)胞內(nèi)外均有表達(dá),主要位于細(xì)胞核中,在各種生物病理過(guò)程中均有調(diào)控[11]。有研究提示,lncRNA NETA1在脂肪細(xì)胞中上調(diào),且在脂肪形成過(guò)程中具有不可或缺的作用,主要包括低密度脂蛋白的氧化、脂肪的分解、以及脂質(zhì)的吸收[12],另外lncRNA NEAT1參與胰島素的合成、分泌及敏感性的調(diào)控,在胰島細(xì)胞中也起重要作用[13]。同時(shí),越來(lái)越多數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)表明,lncRNA NEAT1通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA、靶向調(diào)控下游因子的方式來(lái)影響疾病的發(fā)生發(fā)展[14]。

2 lncRNA NETA1在糖尿病(diabetes mellitus,DM)及其并發(fā)癥中的調(diào)控作用

2.1lncRNA NETA1與DM DM是多種因素共同作用的一類慢性代謝性疾病,以胰島素抵抗為主要特征,最終導(dǎo)致多器官功能受損[15]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),lncRNA NETA1的異常表達(dá)與DM發(fā)病密切相關(guān),也是DM及其并發(fā)癥的重要調(diào)節(jié)因子。在一項(xiàng)200例T2DM患者研究中,T2DM患者的lncRNA NEAT1表達(dá)量是健康對(duì)照組的5.28倍,高表達(dá)的lncRNA NEAT1與視物模糊、食欲下降、傷口愈合緩慢、體重減輕、乏力等不良反應(yīng)呈正相關(guān)[16]。另外有研究指出lncRNA NEAT1可以通過(guò)炎癥通路來(lái)影響DM的進(jìn)程,例如在血糖升高的小鼠模型的胰島β細(xì)胞中,lncRNA NEAT1顯著上調(diào),既可以通過(guò)激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) 通路或Toll樣受體p38通路來(lái)影響胰島素抵抗[17],也可以通過(guò)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3, STAT3) 相關(guān)炎癥信號(hào)通路來(lái)升高血糖[18]。

2.2lncRNA NEAT1與DM并發(fā)癥

2.2.1lncRNA NEAT1與DM性心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM) DCM是DM的重要并發(fā)癥之一,在血糖管理良好的DM患者中約60%人群可能會(huì)受到DCM的影響[19-20]。一項(xiàng)研究通過(guò)基因分型驗(yàn)證了秋田小鼠是研究DCM的良好模型,并發(fā)現(xiàn)lncRNA NEAT1在秋田小鼠心肌中下調(diào),具體機(jī)制仍待研究[21],而徐盛松[22]研究的大鼠及人體心肌纖維化模型中l(wèi)ncRNA NEAT1也下降,可能是由于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A(DNA methyltransferase 3A, DNMT3A)調(diào)控其表達(dá)來(lái)影響NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-liker eceptor thermal protein domain associated protein3,NLRP3)炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡,最終影響心肌纖維化的進(jìn)展。在DCM的發(fā)病機(jī)制中,目前認(rèn)為氧化應(yīng)激起著重要作用,相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,過(guò)度活性氧(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激異常信號(hào)反應(yīng),導(dǎo)致心臟纖維化和重塑[23-24]。另外有研究顯示,核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2,Nrf2)可能會(huì)減少氧化應(yīng)激,在DM患者外周血和高糖(high glucose,HG)誘導(dǎo)的大鼠心臟組織中,lncRNA NEAT1表達(dá)相較于對(duì)照組均顯著上升,而Nrf2表達(dá)降低,聯(lián)合使用石斛合劑(一種治療DM中藥材)和二甲雙胍后可下調(diào)lncRNA NEAT1,并競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-23a-3p,最終上調(diào)Nrf2,減少細(xì)胞凋亡,從而改善心臟組織形態(tài)[25]。梓醇是中藥材地黃中的一種有效成分,可通過(guò)下調(diào)lncRNA NEAT1的表達(dá)來(lái)降低核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclearfactor-κ-genebinding,NF-κB)的轉(zhuǎn)錄活性,抑制ROS及細(xì)胞凋亡,從而發(fā)揮保護(hù)心肌的作用[26],梓醇也可以通過(guò)lncRNA NEAT1/miR-140-5p/組蛋白去乙酰酶4(histone deacetylase 4,HDAC4)通路來(lái)挽救lncRNA NEAT1誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡[27]。在DM心肌缺血再灌注損傷中,lncRNA NEAT1顯著表達(dá),通過(guò)上調(diào)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞族1(forkhead box transcription factor O subfamily 1,FOXO1)來(lái)增加缺氧損傷從而促進(jìn)心肌細(xì)胞的自噬[28],也可以通過(guò)與miR-27b競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合PTEN誘導(dǎo)假定激酶1(PTEN-induced putative kinase 1,PINK1),從而加重心肌缺血再灌注損傷[29]。

2.2.2lncRNA NEAT1與糖尿病腎病(diabetic kidney disease,DKD) DKD是由高血糖損傷引發(fā)的腎臟功能紊亂和結(jié)構(gòu)重構(gòu),也是引起腎衰竭的主要原因。在DKD患者中l(wèi)ncRNA NEAT1顯著上調(diào),lncRNA NEAT1可增加miRNA21和miRNA124的表達(dá),并降低miRNA93和miRNA29a的活性,從而來(lái)調(diào)節(jié)腎臟足細(xì)胞和近端腎小管損傷[30]。lncRNA NEAT1在DN小鼠中也顯著表達(dá),其下調(diào)可以抑制細(xì)胞增殖,并減少纖維化標(biāo)志物纖維連接蛋白(fibronectin,FN)、Ⅰ型膠原的表達(dá)及炎性細(xì)胞因子,如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1、IL-16的表達(dá),同時(shí)敲除lncRNA NEAT1后小鼠系膜細(xì)胞(mouse mesangialcells,MMCs)增殖減少、凋亡增加[31]。另外在HG誘導(dǎo)的DM大鼠及小鼠MMCs中,lncRNA NEAT1顯著表達(dá),并通過(guò)激活蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋(protein kinase B-mammalian target of rapamycin,AKT-mTOR)信號(hào)通路,來(lái)上調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor- β1,TGF β1)、Ⅳ型膠原和FN的表達(dá)水平,最終加重DN的病情進(jìn)展[32]。另有學(xué)者指出,lncRNA NEAT1既可以通過(guò)與miR-23c競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,來(lái)上調(diào)FN、波形蛋白(vimentin,VIM) 、以及凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosissignal-regulatingkinase1,ASK1)、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-Smooth Muscle Actin,α-SMA)的表達(dá),從而引起上皮間質(zhì)化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)[33],也可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-27b-3p,來(lái)上調(diào)E盒結(jié)合鋅指蛋白1(zincfingerE-box-bindindhomobox 1,ZEB1)的表達(dá)水平,從而誘導(dǎo)腎纖維化及EMT[34]。體外研究顯示,LncRNA NEAT1可與miR-423-5p競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合膠質(zhì)致病相關(guān)蛋白2(glioma pathogenesis related-2,GLIPR2)來(lái)促進(jìn)HG誘導(dǎo)的DN進(jìn)展[35]。研究指出,Klotho是一種抗衰老的蛋白質(zhì),一定程度上可保護(hù)EMT,在DN小鼠中,增加Klotho可以顯著抑制lncRNA NEAT1的表達(dá),沉默lncRNA NEAT1會(huì)抑制EMT相關(guān)標(biāo)志物α-SMA、波形蛋白以及TGF-β1和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子,最終達(dá)到防止腎纖維化和EMT的目的[36]。研究證實(shí)焦亡也是一種炎癥形式,并在DN的發(fā)病中起重要作用,lncRNA NEAT1可通過(guò)與miR-34c競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,來(lái)上調(diào)胱天蛋白酶1(Caspase-1)、IL-1、NLRP3的表達(dá),從而介導(dǎo)腎小球MMCs的焦亡[37]。此外,腎小球肥大也是糖尿病腎病的早期病變之一,在MMCs中,HG可激活STAT3從而使lncRNA NEAT1上調(diào),同時(shí)lncRNA NEAT1也通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制miR-222-3p與細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制劑1B(cyclindependentkinase inhibitor 1B,CDKN1B)的結(jié)合,最終引起腎小球肥大[38]。

2.2.3lncRNA NEAT1與糖尿病眼病 糖尿病眼病也是DM的常見(jiàn)并發(fā)癥之一,其中最常見(jiàn)的是糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR),相關(guān)數(shù)據(jù)表明,在DM患者中,在病程長(zhǎng)達(dá)15年后約80%人群可能出現(xiàn)DR,它是目前常見(jiàn)的失明原因。許多專家認(rèn)為,線粒體功能失調(diào)是DR發(fā)病主要原因之一,LncRNA NEAT1在HG誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞(humanretinalendothelialcells,hRECs)線粒體中呈高度表達(dá),通過(guò)調(diào)節(jié)NEAT1-siRNA可改善氧化應(yīng)激以及線粒體結(jié)構(gòu),并改善DR中退行性毛細(xì)血管的形成[39-40],下調(diào)lncRNA NEAT1后可以滅活hRECs中的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及TGF-β1的表達(dá),最終達(dá)到抑制DR進(jìn)展、改善細(xì)胞凋亡的目的[41]。還有學(xué)者認(rèn)為視網(wǎng)膜色素上皮(retinalpigmentepithelium,RPE)細(xì)胞的EMT在 DR的發(fā)展過(guò)程中也具有關(guān)鍵的作用,首先通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在HG條件下可以促進(jìn)ARPE-19細(xì)胞的EMT進(jìn)程,隨后實(shí)驗(yàn)證明lncRNA NEAT1通過(guò)靶向miR-204介導(dǎo)性別決定區(qū)Y框蛋白4(sex determining region Y box 4,SOX4)調(diào)節(jié)DR的EMT,從而緩解EMT進(jìn)展[40]。糖尿病性白內(nèi)障(diabetic catara,DC)是糖尿病眼病的另一種類型,與DR相比較少見(jiàn)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明,在DM患者中患白內(nèi)障的風(fēng)險(xiǎn)是非DM人群的5倍,相關(guān)專家在一項(xiàng)接受白內(nèi)障手術(shù)的DC患者的研究中,通過(guò)檢測(cè)其晶狀體前囊組織,發(fā)現(xiàn)YY1(一種轉(zhuǎn)錄因子)下降,可抑制lncRNA NEAT1的表達(dá),NEAT1通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-205-3p來(lái)調(diào)控下游靶基因基質(zhì)金屬蛋白16(matrix metalloproteinases 16,MMP16),最終影響DC的發(fā)生進(jìn)展[42]。

2.2.4lncRNA NEAT1與糖尿病神經(jīng)病變(diabetic neuropathy,DN) DN可導(dǎo)致周圍感覺(jué)運(yùn)動(dòng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)的損傷,嚴(yán)重的疼痛、缺乏感覺(jué)和患足部潰瘍的風(fēng)險(xiǎn)增加是該疾病的突出癥狀及體征。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,DN患者lncRNA NEAT1表達(dá)升高,miR-183-5p表達(dá)降低,與DM組相比,DN患者的miR-433-3p表達(dá)水平顯著降低,而整合素α4(IntegrinAlpha 4,ITGA4)、應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白1、3(Sestrins1、3,SESN1、3)的表達(dá)升高,最終表明lncRNA NEAT1的升高與DN患者炎癥增加有關(guān)[43]。

3 lncRNA NEAT1在MAFLD中的分子調(diào)控機(jī)制

近些年,由于人們飲食結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生改變,使得肥胖、脂肪肝的發(fā)生率迅猛增加,相關(guān)研究顯示,lncRNA NEAT1在脂肪代謝中起著重要調(diào)控作用[44]。脂肪堆積過(guò)多且每天飲酒量<20 g被定義為非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD) ,隨著人們對(duì)NAFLD發(fā)病機(jī)制的深入理解及其患病率的不斷攀升,2020年22個(gè)國(guó)家的國(guó)際專家小組提出以代謝相關(guān)脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)代替NAFLD成為新命名,而MAFLD更加適合描述與代謝功能障礙相關(guān)的肝臟疾病[45],目前診斷MAFLD的金標(biāo)準(zhǔn)仍是肝臟穿刺活檢,但因有創(chuàng)及并發(fā)癥的出現(xiàn)等原因而難以普及,故目前急需探究新的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行診療。相關(guān)研究報(bào)道LncRNA NEAT1在MAFLD大鼠肝臟組織中呈高度表達(dá),在下調(diào)lncRNA NEAT1后可以通過(guò)mTOR及其下游調(diào)控蛋白核糖體S6蛋白激1(ribosomalprotein S6kinase1,s6k1)信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成,最終達(dá)到緩解MAFLD的目的[46]。研究發(fā)現(xiàn)miR-140對(duì)脂肪形成至關(guān)重要,miR-140和lncRNA NEAT1兩者相互作用可增強(qiáng)lncRNA NEAT1的表達(dá)以及穩(wěn)定性,Sun等[47]發(fā)現(xiàn)lncRNA NEAT1可以與miR-140競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合并通過(guò)調(diào)節(jié)腺苷酸激活蛋白激酶/固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白( AMP-activated protein kinase/sterol regulatory element-binding protein 1,AMPK/SREBP-1)信號(hào)通路影響MAFLD的進(jìn)展,同時(shí)lncRNA NEAT1也可以通過(guò)靶向調(diào)控Rho相關(guān)卷曲螺旋形成蛋白激酶1(Rho-associated kinase-1,ROCK1)的miRNA-146a-5p來(lái)進(jìn)一步影響AMPK/SREBP通路,最終增加脂肪變性,從而加重MAFLD的進(jìn)展[48]。在MAFLD患者中,LncRNA NEAT1可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制 miR-212-5p與離子型谷氨酸受體3(ionotropic glutamate receptor 3,GRIA3)基因結(jié)合,最終促進(jìn)脂質(zhì)積累并加劇MAFLD的進(jìn)展[49]。另外,在MAFLD細(xì)胞模型研究中發(fā)現(xiàn),lncRNA NEAT1可以通過(guò)miR-139-5p來(lái)調(diào)節(jié)c-Jun/SREBP1c軸,加重游離脂肪酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞脂質(zhì)積聚,最終加重MAFLD的進(jìn)展[50]。有學(xué)者通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí) lncRNA NEAT1 可通過(guò)與 miRNA-506競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合膠質(zhì)瘤相關(guān)腫瘤基因同源3來(lái)調(diào)節(jié)肝纖維化、炎癥反應(yīng)及脂質(zhì)代謝[51]。另有研究報(bào)道,水通道蛋白7(aquaporin 7,AQP-7)對(duì)于抑制Hep-G2細(xì)胞系中三酰甘油的合成至關(guān)重要,lncRNA NEAT1可以通過(guò)增強(qiáng)HepG2細(xì)胞中雌激素受體介導(dǎo)的AQP7表達(dá)來(lái)促進(jìn)脂肪變性[52]。

4 總結(jié)與展望

目前DM及其并發(fā)癥、MAFLD代謝疾病的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,且臨床上的治療多以控制癥狀、延緩并發(fā)癥的為主要方法,同時(shí)輔以改變生活方式及飲食習(xí)慣,但尚未能治愈,故探索其發(fā)病機(jī)制尋找治療靶點(diǎn)已迫在眉睫。近年來(lái),隨著高通量分析方法的進(jìn)步,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)lncRNA在各種生理和病理過(guò)程具有潛在的調(diào)控作用,其中NEAT1是代謝相關(guān)疾病的一個(gè)重要靶點(diǎn),主要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合靶向miRNA,從而來(lái)調(diào)節(jié)下游的靶基因,最終影響糖尿病腎病、糖尿病心肌病、脂質(zhì)代謝疾病等?？傊?NEAT1在糖脂代謝相關(guān)疾病中的作用機(jī)制重要且復(fù)雜,然而,鑒于之前的研究已經(jīng)證明其在糖脂代謝疾病的發(fā)展中發(fā)揮了作用,在使用它們作為治療工具之前需謹(jǐn)慎,還需要進(jìn)行大量的研究,取得進(jìn)一步進(jìn)展,希望對(duì)lncRNA NEAT1在代謝控制中的病理生理作用有一個(gè)全方位的理解,并開(kāi)發(fā)更有效的干預(yù)措施來(lái)預(yù)防代謝性疾病。