miRNA-29家族生物學功能及臨床展望

楊魯潔　宋海燕

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·綜述·

miRNA-29家族生物學功能及臨床展望

楊魯潔宋海燕

微小RNA(miRNA)是存在于真核細胞一種非編碼小RNA，可以調控多種基因的表達，目前被認為幾乎參與了一切生命活動和許多疾病的發病過程。miRNA-29是miRNA的一種，有研究表明miRNA-29與纖維化、糖尿病、惡性腫瘤等多種疾病的發生、發展相關。該文簡要敘述miRNA-29的生物學功能及與一些疾病的關聯，以期有利于疾病的治療及控制疾病進展。

微小RNA；微小RNA-29家族；糖尿病；糖尿病性心臟病

微小RNA(miRNA)是一種內源性、可以參與基因轉錄后水平調控的非編碼小分子單鏈RNA。miRNA前體是一個約70個核苷酸的短鏈，作為一個發夾或莖環從細胞核中導出，加工成為22～24個核苷酸組成的成熟的miRNA。成熟miRNA通過完全互補或部分互補與mRNA結合，這些小分子可以主動或被動地釋放到血液循環中，從而調節多種基因的表達，起到抑制翻譯或引起目標轉錄物降解的作用。miRNA-29作為miRNA中的一員，是2001年由Quintana等發現的。目前已被證明是許多生物過程的一個重要的調節因子，包括細胞增殖、分化，神經成熟，造血作用，復制性衰老和免疫反應，腫瘤的形成和轉移等[1-2]。現在對miRNA-29家族的生物學功能及臨床展望綜述如下。

一、miRNA-29家族的結構特點

人體miRNA-29家族由miRNA-29a、miRNA-29b和miRNA-29c這三個密切相關的前體組成。miRNA-29b又分為miRNA-29b-1和miRNA-29b-2。miRNA-29a和miRNA-29b-1從7號染色體(7q32.3)轉錄表達，miRNA-29b-2和miRNA-29c是從1號染色體(1q32.2)轉錄[3]。而miRNA-29b-2和miRNA-29b-1雖然來源于不同的染色體，空間構象不同，但有著相同的序列，在研究作用機制的情況下無需分開。miRNA-29a和miRNA-29c是在細胞質中通過RNA誘導沉默復合體機制來發揮作用，而miRNA-29b是在細胞核調節靶基因的表達。在不同時期的不同組織細胞中，miRNA-29的表達也是多變的。

二、miRNA-29家族的生物學功能

1.miRNA-29家族與腫瘤

miRNA-29家族與許多惡性腫瘤的發生發展相關，但是在不同的腫瘤中的表達也是不同的。miRNA-29可以抑制胃癌細胞的侵襲和轉移[4]。神經膠質細胞瘤患者血清中miRNA-29家族整體下降[5]。但是在某些情況下，miRNA-29又可能促進腫瘤的進展，如在非小細胞肺癌中，miRNA-29b表達增加促進了腫瘤的發展[6]。這說明miRNA-29在腫瘤中的具體作用可能與細胞的類型或者腫瘤微環境有關。綜上所述，miRNA-29可以作為篩選一些腫瘤的標志物，并有望通過對miRNA-29的干預，來控制癌癥的進展。

2.miRNA-29家族與纖維化

纖維化是一系列疾病如高血壓病、糖尿病、肝硬化、慢性炎癥等許多疾病的常見結局。miRNA-29可以調控一些膠原蛋白和整合蛋白以及屬于解離素和金屬蛋白酶家族的一些蛋白。這些蛋白都參與了纖維化，因此miRNA-29在肺臟、肝臟、腎臟和心臟等內臟的纖維化中起著至關重要的作用。目前已經在肝臟和心臟中證實了增加外源miRNA-29可以減少纖維化[7]。此外，經過二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑——利格列汀的治療后，糖尿病大鼠腎臟中miRNA-29b的表達上調，腎臟纖維化減輕。這也和利格列汀可以抑制糖尿病大鼠中腎臟纖維化有關[8]。與之相反，抗miRNA-29b治療會引起纖維化加重。這也從側面證實miRNA-29與纖維化緊密相關。Maegdefessel等[9]證實在小鼠模型中，miRNA-29-b高表達促進腹主動脈瘤的擴展。而抗miRNA-29b治療后，可以大大增加體內膠原蛋白的表達以及促進腹主動脈壁早期纖維化反應，從而減少腹主動脈瘤的擴展。因此，未來的治療可以通過miRNA-29入手，利用纖維化來控制腹主動脈瘤的進展，來達到治療的目的。

3.miRNA-29家族與胰島素抵抗

在糖尿病早期階段，為了調節血糖，機體代償性地分泌過多胰島素形成胰島素抵抗。Kurtz等[10]發現在胰島素抵抗動物模型中，大鼠肝臟miRNA-29水平增加，而通過胰島素增敏藥物吡格列酮的治療后，血糖顯著下降，肝臟miRNA-29水平也明顯下降。Foxa2是肝臟中的一種調節脂代謝及胰島素的因子，文中證實Foxa2又是miRNA-29的轉錄激活因子。因此，miRNA-29是被胰島素調節因子Foxa2調控的，胰島素與miRNA-29的升高呈正相關，充分證明了miRNA-29與胰島素抵抗聯系密切。

4.miRNA-29家族與血脂

氧化低密度脂蛋白(oxLDL)是動脈粥樣硬化的主要危險因素，也能誘導動脈平滑肌細胞分泌基質金屬蛋白酶(MMP)如MMP-2或MMP-9，而MMP主要通過降解細胞外基質，從而增加動脈平滑肌的遷移，促進新生內膜形成。Chen等[11]發現，miRNA-29-b參與了動脈平滑肌細胞的作用,且低濃度的oxLDL(<100 nmol/L)可以誘導miRNA-29-b表達上調，從而增加血管平滑肌的遷移能力。Kurtz等[10]發現給予Zucker肥胖糖尿病(ZDF)大鼠和小鼠喂食高脂肪飲食16周后，其肝臟miRNA-29水平明顯升高，且證實miRNA-29是調節肝臟脂質代謝相關基因的關鍵因子。

5.miRNA-29家族和糖尿病

在糖尿病患者和糖尿病動物模型中，miRNA-29在不同的胰島素敏感組織中均有增加，包括肝臟、胰腺β細胞、腎、骨骼肌和脂肪等組織，且在1型糖尿病患兒和2型糖尿病成人患者血清中均有升高，是由于miRNA-29與炎性微泡相關，糖尿病患者的各組織都能從血液中攝取含有miRNA-29的微泡，所以各組織中miRNA-29水平也升高[12]。糖尿病的標志是高血糖和促炎癥細胞因子增多，而它們都可以增加miRNA-29的表達。Roggli等[13]研究證實使用促炎癥細胞因子混合物療法可以增加miRNA-29在人類和小鼠的胰島中的表達。此外，他們還發現在非肥胖小鼠中，miRNA-29的表達增加與1型糖尿病第一階段有關。有研究發現使用抗miRNA-29寡聚體抑制miRNA-29的水平，可以有效防止糖尿病腎病[14]。這些結果都提示miRNA-29是糖尿病的一個重要標志物。糖尿病的最終結局是各種并發癥導致患者的生活質量嚴重下降，如果將miRNA-29作為新的靶點治療來延緩糖尿病并發癥的發生及進展，能大大提高患者生活質量。

6.miRNA-29和糖尿病性心臟病的關系

在miRNA-29的許多靶物中，MCL-1是影響糖尿病患者心臟健康的關鍵蛋白。MCL-1是抗凋亡蛋白BCL-2家族蛋白成員，是心肌細胞、血管平滑肌細胞、胰腺β細胞存活和維持功能的基礎，在心肌保護中起著至關重要的作用。MCL-1缺失會導致心肌細胞結構破壞、纖維化、心力衰竭致死和線粒體功能障礙等。MCL-1在多個層次上調節，它是一種精細的轉錄調節，選擇性剪接、翻譯、穩定或磷酸化降解也決定了它的促凋亡和抗凋亡功能[15]。

在人類MCL-1 mRNA中，分析顯示出miRNA-29的兩個潛在結合位點，一個在編碼區，另一個在3′端非翻譯區。而只有在3′端非翻譯區的結合位點是被所有的miRNA-29認可的。而另一個結合位點只能通過miRNA-29b調節。在小鼠體內只發現位于3′端非翻譯區結合位點，而在大鼠體內MCL-1蛋白編碼區內，只發現被miRNA-29b調節的識別位點[15]。

高血糖和促炎癥細胞因子都可以上調miRNA-29-b，而miRNA-29-b的上調對于調節糖尿病患者心臟和血管中MCL-1的表達是一個重要因素，加速心血管疾病的進展。盡管大量的流行病學證據表明糖尿病是心臟病和心力衰竭的一個獨立危險因素，而糖尿病導致心臟損害的機制仍不清楚。目前，對于未合并心臟疾病的糖尿病患者，一些對于左心室功能的檢測也開始被重視起來。心源性猝死的增加與糖尿病密切相關，其病理機制仍在研究中。van Rooij等[16]發現小鼠左冠狀動脈阻塞引起心肌梗死后，梗死區的miRNA-29b下調，而心肌梗死患者梗死區邊緣心肌組織也出現同樣的miRNA-29的下調。在心臟成纖維細胞中miRNA-29是高水平表達的，在梗死部位miRNA-29的下調可能與膠原蛋白以及MMP的抑制作用有關。Ye等[17]研究發現大鼠心臟缺血再灌注損傷時，miRNA-29拮抗劑可以顯著減少心肌梗死面積及心肌細胞凋亡。這些結果都表明，抑制miRNA-29可以保護心臟組織在應激條件下的損害，比如缺血再灌注損傷。

Arnold等[15]已經探索ZDF大鼠心臟組織中miRNA-29表達的結果，也更好地了解這一標記物在心臟疾病中的作用。且觀察到在高血糖雄性ZDF大鼠心臟組織中，miRNA-29三位家族成員共同增加。與之相反，在雌性小鼠心房肌HL-1細胞中，胰島素介導的miRNA-29家族成員共同被抑制。而且，雷帕霉素治療后，雄性ZDF大鼠和雌性小鼠的心肌細胞中miRNA-29三位成員表達會顯著增加[1]。盡管雷帕霉素被認為有保護心臟的作用，我們觀察到雷帕霉素誘導miRNA-29水平增加與心肌細胞紊亂相關，這也提示著心肌損傷[1]。miRNA-29參與了多種心血管疾病的病理過程，將其作為心血管疾病的標志物，未來應用于臨床治療中，有指導意義。

7. 其他疾病中miRNA-29的作用

miRNA-29在其他疾病發生發展過程中，也有著重要的作用。Le等[18]發現miRNA-29家族可以促進骨性關節炎的發病及進展，且在骨性關節炎的軟骨終末期檢測到miRNA-29家族的表達顯著增加。Zhou等[19]在miRNA-29基因敲除小鼠體內發現，胃腸miRNA-29a的表達可以增加腸道通透性。糖尿病視網膜病變的一個特征過程是高血糖誘導人視網膜色素上皮細胞(RPE)凋亡。血糖一般以濃度依賴方式誘導RPE細胞的凋亡。 Lin等[20]發現高血糖誘導RPE細胞中的miRNA-29升高， miRNA-29下降可以減少高糖誘導的細胞凋亡。這項研究表明miRNA-29在高糖誘導的RPE細胞凋亡過程起著重要的保護作用。肺動脈高壓(PAH)是一種較易影響女性的增生性肺血管疾病。Chen等[21]認為雌激素的代謝產物16α-羥基雌酮是促進遺傳性PAH的一個重要因子，且在遺傳性PAH患者的肺組織中，miRNA-29家族表達增加。這一結果也提示抗miRNA-29治療可能為PAH的治療提供一種新方案。Adoro1等[22]研究發現miRNA-29與HIV-1的控制相關。IL-21可以直接抑制HIV-1的復制，而CD4 T細胞中的IL-21促進miRNA-29家族轉錄，而高水平的miRNA-29抑制病毒復制，體內HIV-1正在復制時miRNA-29下調。這一發現揭示體內一種新的抗病毒軸IL-21—miRNA-29軸可以促進CD4 T細胞抵抗HIV-1的感染。這些結果都表明miRNA-29在HIV-1控制中起到了保護作用。

三、臨床展望

miRNA-29有各方面的生物學功能及臨床研究，可能成為將來臨床治療的新靶點。未來的治療有望通過檢測及調節miRNA-29家族的表達水平來診斷或預測癌癥，肺臟、肝臟、腎臟和心臟等內臟的纖維化，胰島素抵抗，糖尿病及其并發癥，心血管疾病，PAH，艾滋病，骨性關節炎等疾病的進展及其預后。有望將miRNA-29作為治療各種疾病的靶點，以期研究特異的miRNA-29家族藥物為以上眾多臨床疾病的治療提供新思路。miRNA-29在其他代謝組織中的貢獻還有待進一步研究。

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(本文編輯：楊江瑜)

Biological function and clinical prospects of miRNA-29 family

YangLujie,SongHaiyan.

DepartmentofEndocrinologyandMetabolism,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086,China

，SongHaiyan，E-mail:songhy@ems.hrbmu.edu.cn

microRNA (miRNA) is a kind of non-coding small RNA in eukaryotic cells, which can regulate the expression of a variety of genes. Currently, miRNA has been thought to participate in almost all life activities and the pathogenesis of many diseases. miRNA-29 is a category of miRNAs. Many studies have demonstrated that miRNA-29 is related to the incidence and development of fibrosis, diabetes mellitus, cancer, and other diseases. In this paper, biological function of miRNA-29 and its association with relevant diseases were described, which contributed to prevention of disease progression and clinical treatment.

microRNA; microRNA-29 family; Diabetes mellitus; Diabetic heart disease

10.3969/j.issn.0253-9802.2016.10.002

150086 哈爾濱，哈爾濱醫科大學附屬第二醫院內分泌代謝病科

，宋海燕，E-mail:songhy@ems.hrbmu.edu.cn

2016-07-06)