有氧運動聯合Ala-Gln對2型糖尿病microRNA表達的影響及對心肌纖維化的干預

劉　霞，孫昌亮

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有氧運動聯合Ala-Gln對2型糖尿病microRNA表達的影響及對心肌纖維化的干預

劉霞1，孫昌亮2

2型糖尿病(T2DM)發病率隨著生活方式的改變逐年上升，由此產生的并發癥是致殘致死的重要元兇，本文將對2型糖尿病并發癥之心肌纖維化進行摘要總結，找出運動對microRNA的干預作用，及microRNA對心肌纖維化的影響，以此為運動對2型糖尿病心肌纖維化的影響提供有力依據，為進一步對microRNA通路進行研究奠定理論基礎。

心肌纖維化；microRNA；運動

近年來，隨著人們生活方式的改變，糖尿病(DM)發病率逐年上升，其中2型糖尿病(T2DM)患者占總數90%以上，心肌細胞間質膠原沉積及纖維化是T2DM的嚴重并發癥。心肌纖維化(myocardial fibrosis，MF)是指心肌組織中膠原纖維過量沉積，各型膠原比例失調以及排列紊亂。心肌中的膠原類型有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5 型，Ⅰ型和Ⅲ型構成心肌膠原網絡，Ⅰ型膠原張力較強，與心肌硬度有關；Ⅲ型膠原較Ⅰ型膠原張力弱，構成網狀系統，與心肌彈性密切相關，纖維化的發生與膠原纖維的分布、數量及排列有關，是形成心肌纖維化的重要原因[1]，其中Ⅰ/Ⅲ型膠原比例增加會導致心血管疾病的發生[2]。膠原蛋白的沉積會推進心肌纖維化的形成，因此抑制膠原蛋白的合成可能會被用來預防和治療心肌纖維化[3]。

1　運動對糖尿病的干預

DM 是由于，糖脂代謝異常，胰島素分泌和/或作用不足，引起的代謝性疾病。許多研究結果表明，慢性高血糖引起ROS 水平上升。氧化應激影響胰島素合成和分泌，促進了 DM 的發生，導致肌肉、脂肪及肝臟等組織細胞損傷，從而影響組織對胰島素的敏感性，使血糖持續升高，DM 又進一步增加了氧化應激的程度[4]。

有氧運動是治療T2DM 的重要手段，有研究發現，T2DM 大鼠出現典型的多飲、多食、多尿等臨床癥狀，谷草轉氨酶(AST)和肌酸激酶(CK)活性、GLU 和血清中乳酸脫氫酶(LDH)和心肌MDA 含量明顯增高，心肌SOD 活性顯著下降，而DM 運動組大鼠血糖和血清中LDH、AST、CK 活性和心肌MDA 含量均顯著降低，心肌SOD 活性顯著升高。而長期的有氧運動訓練能降低T2DM 大鼠血糖水平，提高心肌組織的抗氧化功能，對心肌損傷均有一定的抑制作用[5]。有研究發現，6周的低、中、高強度運動能有效控制T2DM 大鼠血糖，對治療T2DM 心肌病具有一定的作用[6]。

2　miRNA對心肌纖維化的影響

miRNA-133a是心臟中含量最豐富的miRNA之一，以往研究顯示miRNA-133a是心臟發育的重要調節因子[7]。當miRNA-133a表達異常時不僅心臟結構發生畸形，還會存在嚴重的心肌纖維化，并導致心力衰竭，說明miRNA-133a對維持心臟的細胞外基質平衡具有重要作用[8]。miRNA-133a與TNF-β1密切相關，miRNA-133a表達的降低會導致TNF-β1含量的增加，膠原纖維隨之增加，TNF-β1可作用于成纖維細胞，誘導其表型改變，提高其合成纖維的能力；Smads信號通路為介導TGF-β1促纖維化作用的主要轉導通路。TNF-β1激活細胞表面的受體，受體胞漿區激活胞漿內的Smads蛋白2、3，Smad2、3活化之后與Smad4形成異聚體并轉移至細胞核，調控基因的轉錄表達。除了Smads信號通路，TNF-β1還可以激活Ras、JNK、RhoA/ROCK等多條信號通路，調控膠原合成相關基因[7]。

miRNA-21被認為具有促進心肌纖維化的作用，有研究表明在心力衰竭與心肌肥厚小鼠中miRNA-21顯著上調，主要發生在在心臟成纖維細胞中，心肌細胞中無明顯變化，在正常心肌中miRNA-21只有微弱表達。進一步研究表明，SPTY1是miRNA-21的直接靶基因，miRNA-21通過抑制心臟成纖維細胞中SPTY1來增強ERK-MAP[細胞外信號調節激酶(extra-cellular-signa1regulated kinase, ERK)/絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)]激酶活性，進而調節相應生長因子的分泌及成纖維細胞的增值，從而導致心肌纖維化[9,10]。與此相反，在該模型中miRNA-21基因沉默可抑制ERK-MAPK信號通路活性，Spry1表達增加，降低心肌間質纖維化[10]。miRNA-21 參與了DN 時對 TGF-β/Smad 信號通路的調控。它是通過同時抑制 Smad2、Smad3、Smad7 的功能實現的[12]。TGF-β1過表達的轉基因小鼠出現了心肌肥厚及間質纖維化[13]。

Karakikes等[14]研究發現，在主動脈狹窄誘導的心臟壓力超負荷大鼠中，miRNA-1的表達顯著降低。尾靜脈注射結合miRNA-1的腺病毒后，心肌病理學肥厚和心肌纖維化的程度顯著降低，心室射血功能得到改善。進一步研究發現，miRNA-1可通過降解Fbln-2的mRNA，抑制細胞外基質的增加，緩解心肌纖維化的程度。

3　運動對microRNA的表達影響

運動對DM的干預可通過多種通路進行調節，目前通過運動訓練調節miRNA影響T2DM心肌纖維化的研究較少，但運動訓練對于miRNA的調節對心肌肥大的研究較為廣泛，已知的研究較多的miRNA包括miRNA-1，-133a，-124，-21，-27b，-24等。有研究顯示，通過不同強度的運動小鼠心肌miRNA及心臟形態結構變化不同，結果發現miRNA-1、miRNA-133a具有抑制成年心臟肥大作用，一次力竭性運動能迅速提高miRNA-1、133a表達；而8周耐力訓練卻能顯著降低miRNA-1、133a表達[15]。譚文鵬[13]認為miRNA-133a的表達下降可能使其對一些促纖維化基因的調控作用減弱，從而導致膠原纖維合成的增加。miRNA-124在游泳運動訓練誘導的LVH(left ventricular hypertrophy，LVH，左心室肥大)大鼠模型中顯著下調，而miRNA-21、miRNA-144和miRNA-145顯著上調，他們進一步的研究發現，這些差異表達的miRNAs可能分別通過靶向其下游靶基因PI3Kα(miRNA-21)、PTEN(miRNA-21和miRNA-144)和TSC-2(miRNA-145)激活PI3K/AKT/mTOR信號通路介導運動心臟重塑[16]。

LIANG等[17]在小鼠心肌梗死模型中，miRNA-21在心肌梗死邊緣區表達上調，TGF-β受體( TGF-βR) Ⅲ表達下調。在心肌纖維母細胞轉染miRNA-21后，TGF-βRⅢ表達量明顯下降，膠原纖維含量增加。miRNA-21可能通過抑制TGF-βRⅢ的表達及促進膠原纖維含量增加參與心肌梗死心肌纖維化的形成。miRNA-21 參與了DN 時對 TGF-β/Smad 信號通路的調控。它是通過同時抑制 Smad2、Smad3、Smad7 的功能實現的[12]。TGF-β1過表達的轉基因小鼠出現了心肌肥厚及間質纖維化[7]。microRNA-24表達上調能夠降低心肌纖維化及防治擴散。進一步研究發現，TGF-β能增加microRNA-24的表達，microRNA-24過表達又能降低心肌成纖維細胞TGF-β的分泌和Smad2/3的磷酸化[2]。

耐力訓練可以增強心肌miRNA-27a和 miRNA-27b 表達。金屬基質蛋白酶 13(MMP13)為miRNA-27b 的靶分子可調節心肌纖維化，在miRNA-27b轉基因小鼠膠原分子Ⅰ和Ⅲ的表達會出現明顯上升，而MMP13表達會下降。小鼠轉基因miRNA-27b后心肌超微結構會發生損傷，所以可以認為，miR-27b可能是抑制 MMP13的表達促進心肌纖維化。

綜上所述，miRNA可通過不同通路改變多種靶蛋白表達，加劇或者改善心肌纖維化的發生，運動可調節miRNA的表達，及降低心肌纖維化的發生，但運動是否通過miRNA改善心肌纖維化尚未得到證明，本研究意在發現此過程是否由miRNA引起。

4　丙氨酰谷氨酰胺(Ala-Gln)對糖尿病的干預

越來越多的研究證實，Gln強化的營養支持具有改善機體代謝、氮平衡、促進蛋白質合成、增加淋巴細胞總數、改善機體免疫狀況，并具有腸道保護、維持腸道功能的作用，可減少內毒素血癥和機體的炎性反應。補充外源性Gln有助于提高力竭性運動大鼠心肌組織中的GSH含量，抑制細胞膜脂質過氧化反應、減少MDA的生成。

近年來研究發現，Gln與T2DM之間有著密切的關系，肥胖及T2DM 患者體內Gln減少。同時，補充Gln可增加正常人、肥胖及T2DM患者循環中血清胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)的水平。GLP-1是一種快速強力刺激餐后INS釋放的腸道激素，GLP-1刺激INS分泌呈血糖依賴性，并抑制胰高血糖素的分泌和胃的排空[28,30]，發揮降血糖效應。

Gln對于2型糖尿病心肌纖維化的影響可通過誘導SHP70改善心肌纖維化的發展，影響縫隙連接蛋白43(Cx43)重構，其機制可能與下調細胞外信號調節激酶通路中磷酸化細胞外信號調節激酶 1/2(pERK1/2)蛋白的表達，抑制細胞外信號調節激酶通路的激活有關[19]。還有研究證實力竭性游泳運動可提高大鼠心肌中的丙二醛(MDA)的含量，降低還原型谷胱甘肽(GSH)，補充外源性Gln可以，提高心肌中的GSH含量。葛學美等研究報道Gln可抑制脂肪分解和脂肪氧化，促進肝糖原合成，表明其在體內可產生降糖作用[20]。鮑宏剛等研究表明丙氨酰谷氨酰胺(Ala-Gln)腹腔注射，與對照組相比顯著增加心肌組織HSP70的表達，降低心肌纖維化程度降低Cx43重構，降低p-ERK1/2的表達，表明谷氨酰胺可以保護大鼠缺血模型的心肌纖維化及降低Cx43重構[19]。過度運動可上調心肌細胞內NADPH氧化酶關鍵亞基的mRAN基因表達，從而激活NADPH氧化酶生成ROS，致使心肌ROS含量增加，使心肌過氧化導致心肌損傷。所以，心肌過氧化損傷可能通過NADPH氧化酶誘導ROS生成，因此，通過NADPH氧化酶抑制劑DPI抑制NADPH氧化酶的活性來降低ROS的生成。Gln可降低心肌自由基濃度，保護心肌防治過氧化，兩者同時使用可起到協同保護作用，不會引起拮抗。

目前，有較多的研究發現Gln對心肌的保護作用，且其對心肌的保護已經得到很多專家學者的認可，但Gln對心肌的干預是多方面的，其具體作用機制尚未得到明確結論，但是，Ala-Gln對于2型糖尿病心肌纖維化的研究以及心肌組織中miRNA的影響的研究報道暫時還未見到報道。

[1]楊四寶，高永建．轉化生長因子β與microRNAs的串話效應在心肌纖維化中的研究進展[J]. 中國循環雜志，2013，28(7)：552-554.

[2] 微小RNA與心血管疾病心肌纖維化關系的研究進展[J]. 廣州醫學，2013，34(13):99-101.

[3]Aerobic execise training promotes physiological cardiac remodeling involving a set of microRNAs[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2015 ,309(4):H543-52.

Influence on Diabetes Mellitus type 2 MicroRNA Expression and Intervention to Myocardial Fibrosis by Aerobic Exercise Combined with Ala-Gln

Liu Xia1, Sun Changliang2

Diabetes Mellitus type 2(T2DM) morbidity increases year by year with the change of life style, and its complications are the main reason for disability and death. This paper concludes researches on myocardial fibrosis—a complication of T2DM, find out intervention effects of exercise to microRNA, as well as microRNA’s influence on myocardial fibrosis, aiming at offering evidence for the influence of exercise to T2DM myocardial fibrosis and setting theoretical foundation for microRNA path research.

myocardial fibrosis; microRNA; exercise

劉霞(1972-)，女，湖南臨澧人，教授，博士，研究方向：運動生理生化。

1.湖南師范大學體育學院，湖南 長沙410012

1.Sport College of Hunan Normal University, Changsha 410012, Hunan, China.

G804

A

1005-0256(2016)010-0128-2

10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2016.010.054

2.揚州大學體育學院，江蘇 揚州225009