miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

張福梅

(西北民族大學實驗中心，甘肅 蘭州 730030)

miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

張福梅

(西北民族大學實驗中心，甘肅 蘭州 730030)

摘 要：糖尿病是全球最常見的代謝紊亂綜合征，被公認為健康最重要的威脅之一。而miRNAs在糖尿病心血管疾病、胰島素抵抗、糖尿病腎病、肥胖及脂代謝等并發癥的發生發展中具有重要的作用。因此本文綜述近幾年與糖尿病心血管有關的miRNAs的作用機制及功能意義的研究進展，有助于我們進一步了解糖尿病引起的心血管疾病的病理生理機制，為糖尿病心血管疾病的診斷和治療提供新的思路和理論基礎。

關鍵詞：miRNAs；糖尿病；心血管并發癥

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種體內胰島素相對或絕對不足，或靶細胞對胰島素敏感性降低，或胰島素本身存在結構上的缺陷而引起的糖、脂肪和蛋白質代謝紊亂的一種慢性疾病。國際糖尿病聯盟于2013年11月14日世界糖尿病日發布“糖尿病地圖”表明，目前全球范圍內估計有3.82億人受糖尿病影響，患病率約8.3％，2035年這個數字有可能達到6億人，且糖尿病的發病年齡在逐漸下降。中華醫學會糖尿病分會最近開展的一項全國性調查研究顯示：中國的成人糖尿病患者已達9 200萬，糖尿病前期患者人數高達1.48億，位居世界第二，第一為印度，第三為美國。而且糖尿病是心、腦血管疾患的獨立危險因素。與非糖尿病人群相比，糖尿病患者發生心、腦血管疾病的風險增加2～4倍。防治心腦血管疾病所需的醫療支出，占糖尿病醫療費用的最主要部分[1]。

微小RNA（microRNA，miRNA）是1993年Lee和Wightman在線蟲研究中發現的一類長約18～25 nt的單鏈非編碼小分子RNA[2]。絕大多數miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下形成miRNA初級轉錄本( primarymiRNA，pri-miRNA)。pri-miRNA被Drosha-D GCR8復合體識別并剪切成miRNA前體 (precursor miRNA，pre-miRNA)，隨后，轉運蛋白Exportin 5將pre-miRNA轉運出細胞核，在胞漿中由核酸內切酶Dicer剪切成長度約22nt的雙鏈miRNA[3]。雙鏈miRNA在解螺旋酶的作用下分離，其中一條鏈裝配入RNA誘導的沉默復合體成為有功能的miRNA，另外一條鏈則被降解[4]。

miRNA在進化過程中高度保守，通過與靶基因mRNA特異性的堿基互補配對，從而引起靶基因mRNA的降解或抑制其翻譯，進而廣泛地負調控靶基因的表達。miRNA是細胞生長發育的重要調節因子，與生物體的細胞分化、凋亡、物質代謝、干細胞、細胞周期等一系列重要生命活動的調節息息相關[5,6]。越來越多的研究證實，miRNA在糖尿病心臟疾病、胰島素抵抗、糖尿病腎病、肥胖及脂代謝等并發癥的發生發展中具有重要的作用[7,8]。

1　miRNA與糖尿病心臟病

miR-133被廣泛認為在心臟和骨骼肌特異性表達，參與調節肌細胞的增殖和分化。此外，miR-133與心臟肥大呈負相關，在心衰和心臟肥大時表達下調[9]。特異性胰島素依賴GLUT4自細胞內微粒體向細胞膜轉位后易化葡萄糖轉運，是心肌葡萄糖攝取的主要葡萄糖轉運體。左室肥厚和心力衰竭時，Krǜppel樣轉錄因子15(KLF15)和Glut4水平均降低。此時，高表達的miR-133通過其靶基因KLF15降低Glut4水平，減少心肌對胰島素介導的葡萄糖攝取，影響心肌的能量代謝。

Feng等[10]研究觀察miR-133在鏈脲霉素(STZ)誘導的糖尿病1型大鼠心肌細胞中的作用，血液動力學研究證實，1型糖尿病導致心臟肥大和收縮性降低，并且與心肌肥大有關的轉錄因子MEF2A和MEF2C表達增加，心肌組織miR-133a的表達顯著下調。此外，胎鼠心肌細胞體外接觸高濃度的葡萄糖同樣產生肥厚性改變和miR-133a的表達減少。相反，胎鼠心肌細胞轉染miR-133a，可以阻滯高糖導致的心肌肥大，表明miR-133a可以阻滯高糖引起的胰島素樣生長因子1（IGF-1）受體以及血清和糖皮質激素誘導的蛋白激酶1（SGK1）的作用，而阻止心肌肥大。

糖尿病引起異常QT間期延長而導致的心律失常，已經成為預測其死亡率的獨立因素。Zhang等[11]證實約有20％糖尿病家兔較非糖尿病組長期出現異常QT間期延長的室性心律過速性心律失常。研究用膜片鉗技術證實在糖尿病家兔QT間期延長性心律失常時，心臟細胞的Ik離子通道功能障礙。同小組研究證實糖尿病家兔心肌細胞中miR-133和miR-1表達水平較正常組增高，而且miR-133超表達將降低鉀離子通道蛋白含量，反之亦然。這表明在糖尿病時miR-133表達異常將引起QT間期延長，導致心律失常。以上的兩組研究表明，在糖尿病心血管疾病中miR-133表達增高和降低的機制仍不明確，可能與種屬和或年齡因素相關。

糖尿病并發癥的機制目前仍不明確，但研究證實長期高糖誘導的心肌凋亡與心血管并發癥的發生發展密切相關，且胰島素樣生長因子-1（IGF-1）受體活化可抑制低密度脂蛋白誘導的細胞色素C釋放導致的凋亡。Yu等[12]從miRNA和IGF-1在高糖誘導的線粒體功能障礙研究中證實，IGF-1可以抑制高糖引起的大鼠心肌細胞凋亡，而miR-1在心肌過表達。長期高糖引起miR-1在心肌細胞中過表達，過表達的miR-1又可以抑制IGF-1的抗凋亡作用。已被研究證實的另一種抗凋亡/死亡因子是熱休克蛋白（Hsp）60。Shan等研究證實，糖尿病心肌細胞中Hsp60表達下調[13]，而且在高糖大鼠模型心肌細胞和高糖誘導的胎鼠心肌細胞中miR-1和miR-206均過表達。高糖引起miR-1和miR-206過表達抑制了Hsp60的表達，進而導致糖尿病心肌細胞的凋亡。Pim-1(小鼠白血病前病毒整合位點-1)在心臟應激反應中發揮著關鍵作用。在對STZ制備的1型糖尿心肌病大鼠模型研究中[14]，檢測到miR-1過表達將引起Pim-1表達的下降。而在高糖條件下應用miR-1抑制劑使Pim-1表達恢復，或轉染Pim-1質粒，都將阻滯心肌細胞的凋亡。結果表明，miR-1可直接抑制Pim-1的表達。

2　miRNA與糖尿病血管并發癥

糖尿病血管并發癥的發生常以長期高糖引起的血管內皮功能障礙開始[15]。糖尿病相關性的血管內皮功能障礙是指糖尿病患者存在多方面的血管內皮功能損害，包括在調節血管收縮、舒張狀態、抑制血小板聚集、維持凝血及纖溶系統平衡、抑制炎性細胞、調控血管平滑肌生長及血管內皮細胞間黏附等方面的功能。

2型糖尿病模型大鼠GK心肌微血管內皮細胞(MMVEC)與非糖尿病大鼠miRNA差異性表達情況，結果顯示，miR-320可引起包括血管內皮生長因子(VEGF)-A、纖維母細胞生長因子(FGFs)、胰島素樣生長因子1(IGF-1)和IGF-1受體在內的多種血管生長因子及其受體的改變。而且，高糖尿病心肌微血管內皮細胞miR-320過表達可明顯減少細胞的增殖和遷移，而且使用miR-320抑制劑可提高IGF-1的表達，增加細胞的增殖遷移，促進血管生成[16]。以上實驗均表明，糖尿病中miR-320影響了IGF-1參與的血管損傷。

Li等[17]研究miR-221在糖尿病相關性內皮功能障礙中作用時，研究證實，模仿高血糖，將人類臍靜脈內皮細胞(HUVECs)暴露于高濃度的葡萄糖，可誘導微miR-221的表達，但c-kit（CD117）的表達減少。c-kit是干細胞因子的受體，參與促進內皮祖細胞(EPC)遷移和定位。此外，在高濃度的葡萄糖培養的人類臍靜脈內皮細胞中，誘導微miR-221的表達，減少c-kit表達，然后使用miR-221抑制劑，c-kit表達會重新上調。Togliatto等[18]研究人類臍靜脈內皮細胞、血管生成模型和糖尿病小鼠模型中，miR-221、miR-222均參與了糖基化終產物（AGE）介導的血管傷害。研究顯示，高糖和糖基化終產物增多抑制細胞周期進程，導致內皮細胞、內皮祖細胞增殖受損以及血管生成減少。這些也與miR-221和miR-222表達的下調相關。此外，miR-221和miR-222也可直接抑制P27KIP1、P57KIP2(細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白——抑制細胞周期)。因此，miR-221和miR-222直接參與糖基化終產物和或高糖引起的細胞周期變化。但是人類臍靜脈內皮細胞在不同血糖條件培養下miR-221的表達調節與這一結果是矛盾的。在其他細胞培養方法和動物水平上卻同樣證實了這一結果。因此，miR-221在糖尿病血管中的作用還需要進一步研究。Villeneuve等[19]研究miR-125 b在培養自發性2型糖尿病小鼠血管平滑肌細胞(VSMCs)的作用中，證實下調miR-125 b同時會引起組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（Suv39h1）的表達下降，而炎性基因啟動子Suv39h1的下調是在自發性糖尿病小鼠微血管血管平滑肌細胞炎癥基因表達的關鍵機制。miR-125 b減少Suv39h1蛋白質含量相反使用miR-125 b抑制劑增加Suv39h1蛋白質含量。而且，高糖條件下，miR-125 b引起的Suv39h1含量的減少可導致炎癥因子(白介素6和單核細胞趨化蛋白1)和單核細胞-微血管血管平滑肌細胞黏附增加，因此，miR-125 b可以促進糖尿病動脈粥樣硬化的形成。

在糖尿病大鼠模型的心肌內皮細胞[20]、胰島素抵抗小鼠胚胎成纖維細胞[21]、2型糖尿病和胰島素抵抗患者的肌肉[22]中，miR-503表達上調。進一步對miR-503在糖尿病血管生成作用進行研究，用高糖或低生長因素（模擬糖尿病局部組織營養供應障礙）干預培養的人類臍靜脈內皮細胞和微血管內皮細胞，miR-503表達上調。且miR-503的表達引起細胞周期調節因子cdc25A和細胞周期蛋白E1(CCNE1)的減少，進而導致細胞增殖、遷移能力降低。而在相同條件下，抑制miR-503的表達，使內皮細胞增殖和血管生成恢復正常。在糖尿病導致的肢體動脈缺血的患者[23]和動物模型中均得到了類似結果。這些結果顯示，miR-503的抑制促使新生血管形成，這將可能成為治療糖尿病局部動脈缺血的新的研究方向。

動脈粥樣硬化已經成為糖尿病血管并發癥獨立的重要因素。但miRNA在其發生發展中所起的作用研究仍不明確。

3　展望

自從miRNAs發現以來，一直是多個領域的研究熱點，包括參與調節循環、呼吸、消化等多個系統疾病發生發展過程，尤其在心血管疾病領域的心肌肥厚、心律失常、炎癥等方面的作用越來越清楚，但其在糖尿病心血管并發癥的復雜發病機制研究仍不明確。而越來越多的證據表明，miRNAs的差異表達，的確在糖尿病及其相關心血管并發癥中起著潛在的決定性作用。在未來，這些涉及miRNAs的潛在機制可能被利用來確定特定的臨床生物標志物和進行糖尿病的治療干預。

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（編輯：高真貞）

中圖分類號：R587

文獻標識碼：A

文章編號：1006-799X(2016)04-0038-03

作者簡介：張福梅（1978-），女，山西垣曲人，講師，碩士，主要從事病理生理學的教學與科研工作。

基金項目：西北民族大學校級中青年資助項目（項目編號：X2007-007）