糖尿病心肌病患者血清差異表達microRNA及作用的研究

郭潤民+劉暢+吳子君+姜佳美+吳斌+莫海亮+黃瑞娜+何松堅+李騰+閆海+李上海+游瓊+吳鏗

[摘要]目的篩選糖尿病心肌病患者血清差異表達的microRNA（miRNA），明確miR-186-5p和miR-516a-5p在DCM發生發展中的作用和機制。方法選擇30例DCM患者為實驗組，60例年齡相當的身體健康者為正常對照組，分別從兩組隨機選取3例作為研究對象行microRNA芯片初篩差異表達miRNA，然后熒光定量qPCR驗證這些miRNA的差異表達；在高糖誘導人AC16心肌細胞損傷模型中，miR-186-5p和miR-516-5p的mimics和inhibitors分別干預，觀察對高糖引起的心肌細胞毒性的影響。結果microRNA芯片檢測發現，糖尿病心肌病患者血清有51個差異表達的miRNA，經熒光定量qPCR驗證為miR-186-5p、miR-516a-5p等8個差異表達miRNA；顯著高表達的miR-516-5p和明顯低表達的miR-186-5p介導了高糖所致心肌細胞毒性損傷。結論糖尿病心肌病患者血清miRNA表達譜發生改變，有8個差異表達miRNA，miR-516a-5p和miR-186-5p可能參與糖尿病心肌病的心肌損傷發病過程。

[關鍵詞]microRNA；糖尿??；糖尿病心肌??；心肌損傷

糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）是獨立于高血壓、冠心病及心臟瓣膜病變的一種糖尿病心臟并發癥，與糖尿病患者心血管疾病的高發生率及高病死率密切相關，越來越受到重視。糖毒性、脂毒性、氧化應激、線粒體功能障礙、內質網應激、心肌細胞凋亡、炎癥等眾多因素與DCM心肌損傷密切相關，其中心肌細胞凋亡與炎癥是DCM的主要發病機制之一，然而具體分子機制尚不清楚。

MicroRNA（miRNA）是22-24nt的一種非編碼RNA，能通過堿基配對的方式特異性結合目的mRNA 3非編碼區域負性調控其表達，在細胞分化、增殖、代謝、細胞凋亡和遷移等生物學活動中發揮一定作用。新近研究表明：MicroRNA在心臟纖維化、心律失常、心肌缺血、心衰等心臟疾病中具有重要作用；體內外實驗研究提示，MicroRNA表達異?？赡茉谔悄虿⌒募〔“l病機制中起到重要作用。

因此，為了深入闡明DCM心肌損傷的發病機理，為了明確MicroRNA在DCM心肌損傷中的具體作用與機制，本研究擬采用microRNA芯片篩選DCM患者血清差異表達miRNA，并且熒光定量qPCR驗證之；在高糖誘導人ACl6心肌細胞損傷模型中，使用miRNA的mimics和inhibitors分別干預，觀察對高糖引起的心肌細胞毒性的影響。

1材料與方法

1.1材料

D-葡萄糖購自美國Sigma-Aldrich公司。胎牛血清（GIBICO），DMEM培養基（Hyclone），青鏈霉素（Hyclone），胰酶（Hyclone），PBS磷酸鉀緩沖液（Hyclone）。miR-186-5p inhibitor、miR-186-5pmimics、miR-516a-5p inhibitor、miR-516a-5p mimics（廣州銳博生物科技有限公司），miRcnte miRNA提取分離試劑盒、miRcute miRNA cDNA第一鏈合成試劑盒、miRcnte miRNA熒光定量檢測試劑盒（TIANGEN），Lipofectamine

3000 Transfection Reagent（Invitrogen公司），Opti-MEM培養基（Invitrogen公司），CCK-8（碧云天），30%丙烯酰胺混合溶液（碧云天）。人microRNA芯片版本為agilent V19。

1.2方法

1.2.1納入研究的DCM患者一般資料與血液樣本采集選擇2012年6月～2015年7月期間在廣東醫學院附屬醫院心血管內科住院的糖尿病心肌病患者30例，健康組60例。診斷標準參照以往文獻報道，具體如下：（1）確診糖尿病病程5年以上；（2）心臟擴大、心力衰竭、心絞痛或心律失常存在；（3）無冠狀動脈大小血管和微血管病變；（4）無其他原因的心肌病和心臟病。排除標準如下：（1）急性腦梗死患者；（2）自身免疫性疾病；（3）使用激素或免疫抑制劑者；（4）發病前2周有炎癥、感染性疾?。唬?）依從性差不能完成相關指標測定的患者。本研究經廣東醫學院附屬醫院倫理委員會審核通過，參與本研究的所有患者均簽署了知情同意書。采集DCM患者外周靜脈血10mL，將其置于不含抗凝劑的收集管中，室溫靜置30min后，4000r/min離心20min，離心留取上清低溫冰箱保存備用。

1.2.2人MicroRNA芯片篩查與qPCR驗證采用人microRNA芯片（agilent V19）篩查DCM患者和健康對照各3例血清microRNA表達差異；采用TIANGEN公司miRNA的分離提取試劑盒、cDNA第一鏈合成試劑盒和熒光定量檢測試劑盒行qPCR驗證DCM患者血清與高糖處理心肌細胞差異表達microRNA。

1.2.3細胞培養與實驗干預人ACl6心肌細胞購自ATCC，10%胎牛血清的DMEM培養基置于5%C02、37℃的溫箱中培養。實驗分為兩組：對照組，高糖組（35mmol/L葡萄糖作用24h或48h）。細胞株傳代96孔板上，待其融合度約為50%～70%時，采用Lipofectamine 3000 Transfection Reagent轉染miRNA mimics或inhibitor，于培養箱中孵育4h后更換培養基，24h后進行microRNA的檢測。

1.2.4人AC16心肌細胞存活率的測定人AC16心肌細胞接種于96孔培養板中，當細胞生長到培養孔的約80%面積時，根據實驗需要進行不同的處理，每個處理因素設3個復孔。終止培養后，每孔加入100μL CCK-8工作液，輕搖，37℃孵育2h，用Muhiskan MK3酶標儀（Thermo Fisher Scientific Inc，USA）（入=450mm）記錄各孔的吸光度（OD）。取3孔OD值的平均數，按下列公式計算細胞存活率：細胞存活率（%）=處理組OD/對照組ODx100%，重復3次。

1.3統計學處理

統計分析用SPSS15.0軟件進行，計量資料以（x±s）表示，組間差異比較采用單因素方差分析（one-way ANOVA），用LSD-t進行均數之間的比較，P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1MicroRNA芯片篩查DCM患者血清差異表達miRNA

為了探明糖尿病心肌病患者血清差異表達microRNA，首先使用microRNA芯片（agilent V19）篩選出了DCM患者血清51種差異表達microRNA（n=3），發現miR-516a-5p、hsa-miR-575和hsa-miR-630等明顯升高，hsa-miR-144-3p、hsa-miR-186-5p、hsa-miR-22-3p和hsa-miR-30d-5p等顯著降低。與健康對照組比較，P<0.05，fold change為差異倍數。見圖1。

2.2熒光定量qRT-PCR驗證DCM患者血清差異表達miRNA

為了驗證microRNA芯片篩選結果，采用熒光定量qRT-PCR測定30例DCM患者和60例健康對照血清與高糖處理的ACl6心肌細胞microRNA表達，結果均顯示：8種microRNA表達水平變化顯著，hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-144-3p、hsa-miR-1 86-5p、hsa-miR-22-3p和hsa-miR-30d-5p下降明顯（P<0.05），hsa-miR-516a-5p、hsa-miR-575和hsa-miR-630增加顯著（P<0.05），其中hsa-miR-186-5p下調和hsa-miR-516a-5p增加最為顯著。見圖2。（A和B）通過qRT-PCR檢測DCM患者（n=30）和正常人（n=60）血清中miR-516a-5p的表達水平。（C和D）通過qRT-PCR檢測分析不同處理的AC16細胞中miR-516a-5p的表達水平。與對照組相比（"P<0.05）。

2.3 miR-516a-5p和miR.m186-5p在高糖誘導心肌細胞損傷中的作用

為了探究差異表達曲microRNA尤其是miR-516a-5p和miR-186-5p在DCM心肌損傷中的作用，分別采用miR-516a-5p和miR-186-5p的mimics和inhibitors干預，觀察對高糖處理的AC16心肌細胞損傷的影響。使用CCK-8測定AC16心肌細胞存活率，結果顯示：miR-516a-5p的inhibitors和miR-186-5p的mimics能抑制高糖誘導的心肌細胞損傷，另一方面，miR-516a-5p的mimics和miR-186-5p的inhibitors卻能促進高糖誘導的心肌細胞損傷。提示了表達失調的microRNA尤其是表達上調的miR-516a-5p和表達下調的miR-186-5p介導了DCM心肌損傷的發病過程。見圖3。

3討論

糖尿病心肌病是由糖尿病引起的心臟微血管病變以及心肌代謝紊亂所致的心肌細胞死亡，通常表現為心肌收縮和舒張功能下降甚至心力衰竭，獨立于高血壓、冠心病及心臟瓣膜病變等的主要心臟并發癥之一。近年來，糖尿病的發病率逐年升高，DCM發病率和危害性極高，是糖尿病患者心血管疾病的高發生率及高病死率的主要病因，引起全世界的廣泛關注。許多研究表明：糖毒性、脂毒性、氧化應激、線粒體受損、心肌細胞凋亡、炎癥等是DCM的發病因素，但是確切的分子機制不詳。

MicroRNA（miRNA）是一種長度大約22-24nt的非編碼RNA，已發現大約2500多種人類miRNA，這些miRNA至少調控30%以上的基因，在細胞分化、增殖、代謝、細胞凋亡、遷移和壞死等生物過程中發揮重要作用。最近的研究表明，microRNA在各種心臟疾病，包括心臟纖維化、心肌肥厚、心律失常、心肌缺血、心衰中發揮重要的作用。體內外實驗研究結果提示，microRNA表達異常在糖尿病心肌病心肌損傷中可能起重要作用。因此，明確DCM患者差異表達microRNA及其作用機制，對于DCM的發病機制、早期診斷和防治有重要意義。

本研究microRNA芯片的結果顯示：在DCM患者血清中有多種miRNA不同程度的上調或下調，8種microRNA表達水平變化顯著，hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-144-3p、hsa-miR-186-5p、hsa-miR-22-3p和hsa-miR-30d-5p下降明顯，hsa-miR-516a-5p、hsa-miR-575和hsa-miR-630增加顯著，其中hsa-miR-186-5p上調和hsa-miR-516a-5p下降最為顯著。本研究及其他學者的研究均證實，表達失調的miRNA在糖尿病患者心血管并發癥的發生發展中有重要作用。此外，表達異常的miRNA在高糖誘導心肌細胞損傷中同樣有重要作用。

為了明確這些表達顯著異常的miRNA（尤其是hsa-miR-186-5p和hsa-miR-516a-5p）在DCM心肌損傷中的具體作用與機制，本研究采用33raMD-glucose處理人ACl6心肌細胞48 h模擬機體心臟糖毒性，進而分別使用miR-186-5p和miR-516a-5p inhibitor和mimics預處理，觀察對高糖環境對心肌細胞存活率的影響。研究結果顯示：與體內miRNA芯片和qPCR驗證結果類似的是，33mMD-glucose處理48h后，人AC16心肌細胞miR-186-5p水平也顯著下降、miR-516a-5p表達水平明顯增加；應用各自的inhibitor和mimics預處理后，miR-5 16a-5p的mimics、miR-186-5p的inhibitor的能促進高糖誘導的心肌細胞損傷，miR-186-5p的mimics、miR-516a-5p的inhibitor的能抑制高糖誘導的心肌細胞損傷。這些研究結果提示：上調的miR-186-5p和下調的miR-516a-5p介導了DCM心肌損傷，進一步驗證了表達異常的miRNA在DCM心肌細胞損傷中有重要作用。

綜上所述，DCM患者血清中至少有8種microRNA表達水平變化顯著，其中hsa-miR-186-5p上調和hsa-miR-516a-5p下降最為明顯，差異表達的miRNA（尤其是hsa-miR-186-5p和hsa-miR-516a-5p）在DCM心肌損傷中有重要作用。單獨或者聯合篩查這些差異表達的miRNA在早期診斷和防治DCM中的作用有待深入研究。