MiRNA在糖尿病心肌病中的研究進展

譚林琳,吳箴言,馬光朋,費運微,王智慧*

(1.吉林大學第二醫(yī)院 心內科,吉林 長春130041；2.臨沂市人民醫(yī)院 心內科)

糖尿病心肌病(DCM)會加速心肌細胞凋亡，使心肌細胞收縮機制發(fā)生異常改變以及發(fā)生心力衰竭等。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會的數(shù)據(jù)，2013 年全球糖尿病患者有3億8 200萬人，預計到2035年將上升至5億9 200萬人[1]。作為臨床上最常見的疾病之一，糖尿病晚期可能會出現(xiàn)糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病腎病、糖尿病心肌病等多種并發(fā)癥，而糖尿病心肌病則是全球糖尿病人群致死的主要原因之一[2]。目前糖尿病心肌病的治療方法多以口服降糖藥物、注射胰島素及改變生活方式控制血糖為主，并無特異有效的治療方案用來減緩心肌細胞的病變及減少心力衰竭的發(fā)生。微小 RNA(miRNA)是生物體內一類內源性非編碼RNA，其長度約為 18-25 個核苷酸大小，其作用是通過裂解或抑制翻譯靶mRNA 進而使轉錄后的基因表達得到調節(jié)[3]，它在心肌細胞增殖、心肌肥大、心臟發(fā)育、血管再生等多個生理和病理過程中具有重要意義。本文就miRNAs在糖尿病心肌病中的研究作一綜述。

1 糖尿病心肌病的簡介

糖尿病心肌病是一種獨立于心臟瓣膜疾病、心肌缺血和高血壓所導致的心臟結構和功能異常的心肌病，其特征包括既往明確有糖尿病病史，同時心肌結構改變和功能改變可被心臟彩超明確診斷[4，5]。它的病理表現(xiàn)主要為心肌細胞肥大、心肌間質纖維化進而導致心肌細胞發(fā)生凋亡并最終發(fā)展至心力衰竭[6]。研究[7]表明，糖尿病可導致大血管和微血管并發(fā)癥明顯增加。且相對于同一年齡和性別的非糖尿病個體相比，發(fā)生心力衰竭的機會可明顯增加至2-4倍[8，9]。糖尿病性心肌病的特征是兩個不同的階段[10]：第一階段持續(xù)時間短，涉及細胞代謝的改變，從而引發(fā)舒張功能障礙。第二階段被認為是不可逆的，涉及左室肥厚和收縮功能障礙。Han[11]等人經(jīng)實驗驗證，向大鼠腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ)5天后大鼠就表現(xiàn)出糖尿病心肌病的第一階段。相關研究[12]表明，糖尿病的發(fā)生常常導致線粒體被損傷，從而引發(fā)活性氧(ROS)的數(shù)目明顯增加。ROS可刺激降解細胞外基質的基質金屬蛋白酶(MMPs)[13，14],MMPs可明顯促進心臟纖維化產(chǎn)生。心肌纖維化使得細胞信號傳導產(chǎn)生影響并對心肌細胞的收縮性有明顯的損害，致使細胞凋亡進程大大加快。剩余心肌細胞則增大并肥大進行代償，這使得剩余的心肌細胞需要對心臟收縮增加更多的工作量。也有研究認為，長時間的高血糖使得促炎細胞因子、炎性顆粒大量堆積，并淤積在肥大心肌細胞附近[15]。長時間則會損害心臟的順應性，從而導致舒張功能障礙。

2 miRNA的簡介

2.1 miRNA背景

miRNA是Lee等學者[16]在對果蠅做實驗研究時發(fā)現(xiàn)的，并命名為Lin-4。后來改名為miRNA并逐漸成為生命科學研究的熱點。根據(jù)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，目前已被檢測到可編碼人類基因的成熟 miRNA 已有2000余種。有數(shù)據(jù)[17]表明，miRNAs 參與體內約30%-50% 基因的表達調控。多種生物過程均有miRNAs 參與，包括細胞的增殖、凋亡、轉移以及分化等[18]。有研究[19]表明，它也可以通過靶向相關基因的表達用作預判心血管疾病和糖尿病發(fā)生及發(fā)展的預后標志物。也有相關研究[20]表明：miRNA在心力衰竭、心律失常、心肌缺血等眾多心臟疾病中具有重要作用；一些研究者認為，下調過度表達的miRNA或抑制miRNA的上調或許是治療糖尿病患者的新方法。

2.2 miRNA的產(chǎn)生機制

MiRNA的產(chǎn)生是先由RNA聚合酶II / III從內含子或基因間區(qū)域轉錄為一級miRNA(pri-miRNA)[21]，新產(chǎn)生的pri-miRNA長度約為200個核苷酸單位，并經(jīng)加工進一步形成長約70個核苷酸單位的前體miRNA(pre-miRNA)。pre-miRNA被轉運至到細胞質后，被RNase Ⅲ核酸內切酶加工成為miRNA，并加載到RNA誘導的沉默復合物(RISC)中[22]。

3 miRNAs 在糖尿病心肌病發(fā)病機制中的研究

3.1 miRNAs 與心肌肥大

病理性心肌肥大是多種心臟疾病中最常見的病理變化之一，其最主要表現(xiàn)在心肌擴張、心肌增厚及心臟衰竭等方面。研究[23]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型的肥大心肌細胞中，許多種miRNA 的表達發(fā)生了變化，如microRNA-21、microRNA-24、microRNA-195、microRNA-700、 microRNA-705等表達均有明顯上調。有研究[24]表明，miR-150可以介導心肌細胞的肥大。有相關研究[25]表明，miR-155 或可通過下調靶基因AGTR1從而對鈣信號通路進行抑制來促進心肌肥大。有研究[26]發(fā)現(xiàn)，miR-155可通過調控靶基因Jarid2，抑制miR-155的表達可對由主動脈縮窄誘導的心肌肥大產(chǎn)生明顯抑制。然而也有研究[27]表明， miR-1、miR-133a等miRNA具有抑制病理性心肌肥大的的特性。有研究[28]認為miRNA-1的作用靶點為肌細胞增強因子 2A (Mef2a)及Fibullin-2(Fbln2)，在Ikeda等的研究中發(fā)現(xiàn)新生大鼠心肌細胞中，miR-1 可通過下調Mef2a抑制心肌細胞肥大；而在心衰的大鼠模型中，miR-1卻對Mef2a的抑制作用明顯減弱，同時介導鈣調磷酸酶/活化 T 細胞因子(CaN/NFAT)信號通路使得心肌肥厚更加明顯。而另一個實驗中，研究者經(jīng)主動脈縮窄對大鼠進行誘導導致左心室肥大，檢測發(fā)現(xiàn)miR-1的表達顯著降低，后經(jīng)尾靜脈注射結合miR-1的慢病毒后，左心室肥厚程度得到明顯抑制，心肌功能得到明顯改善。除miRNA-1外，miR-133a也被發(fā)現(xiàn)可能通過激活 MAPK 通路，進而使得ERK1/2 的磷酸化減少，從而達到抑制心肌肥大的目的[29]。在一項研究[30]中發(fā)現(xiàn)，人體左心室和室間隔心肌肥厚程度與其血液中miR-133a含量呈負相關，所以miR-133a未來或可用作預測心肌肥厚的生物標志物。

3.2 miRNAs 與心肌纖維化

細胞外基質蛋白的大量堆積導致心臟組織結構發(fā)生改變進而引發(fā)心力衰竭是心肌纖維化的主要特征，心肌纖維化也是糖尿病心肌病發(fā)生的另一個主要原因。有研究表明[31]，在人體心臟中表達的miRNA中，約60%-70%的生物功能及其表現(xiàn)與心臟疾病中纖維化的發(fā)生及發(fā)展有十分密切的聯(lián)系。 Habibi等[32]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)卵巢切除的糖尿病大鼠可通過miRNA-133 以及 bcl-2 等的表達使由糖尿病誘導的心肌纖維化明顯減輕。Diao 等[33]設計由鏈脲霉素誘導的DMT1動物模型中，明確了16個 miRNAs 在該模型中的差異表達，并明確 RASA1，Rac1，TGFβ3 和 COL1A1這四項靶基因與心肌肥厚和心肌纖維化有明確相關。也有研究[34]證明，外周血測定中miR-21的水平可作為心肌纖維化的生物標志物的驗證。然而，也有研究表明，某些miRNA會抑制心肌纖維化的產(chǎn)生。Chaturvedi等學者的研究證明，若調整miR-29b和miR-455的水平上升，則兩者的共同靶基因MMP-9的活動程度及表達程度均會受到明顯抑制，糖尿病性心肌纖維化則會得到明顯改善[35]。

3.3 miRNAs 與心肌細胞凋亡

目前已有大量相關研究證明miRNAs 參與糖尿病心肌病相關的心肌細胞凋亡。Shan 等[36]在體外高糖環(huán)境下誘導心肌細胞肥大，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)microRNA-1和microRNA-206可在心肌細胞中高表達，并可通過作用于Hsp60 mRNA的靶點3′-UTR對Hsp60進行負調控，使得Hsp60的表達明顯下調，進而加速高糖誘導的心肌細胞的損傷并凋亡。Yu等[37]發(fā)現(xiàn)，應用miR-144的擬似物會加快高糖誘導的ROS生成，并使心肌細胞凋亡加速；而使用miR-144抑制劑則可激活Nrf2信號通路，ROS的產(chǎn)生明顯得到抑制，從而抑制心肌細胞凋亡，由STZ誘導的糖尿病小鼠心肌細胞凋亡速度明顯改變。Raut 等[38]發(fā)現(xiàn)，miR-30c 和 miR-181a 在由高糖環(huán)境下培養(yǎng)出的小鼠的心肌細胞中表達明顯減少，其原因可能是由于高糖環(huán)境導致 p53 /p21通路的激活，從而引起心肌細胞凋亡。有研究[39]發(fā)現(xiàn)，在大鼠心肌細胞中發(fā)現(xiàn)，若miR-34a水平的上調則引起B(yǎng)cl-2表達水平下降，進而使得心肌細胞凋亡明顯增加。

3.4 miRNAs 與代謝調節(jié)

miRNAs在調節(jié)糖代謝方面具有重要的作用，有實驗[40]表明，若使microRNA-103和microRNA-107的表達沉默均能增加胰島素的敏感性，進而維持葡萄糖的代謝平衡；而這兩種miRNA的過度表達則會導致脂肪細胞對胰島素產(chǎn)生抵抗。研究[41]發(fā)現(xiàn)，microRNA-15a的表達在高糖環(huán)境中1 h后就出現(xiàn)上調；若對高糖的刺激時間進行延長，microRNA-15a的水平卻出現(xiàn)了明顯的下降。我們可以推測，體內胰島素合成與高糖環(huán)境以及miRNA水平的改變可能有一定的聯(lián)系。同時，miRNA在糖尿病患者的其它代謝方面也占據(jù)十分重要地位。研究表明[42]miR-122作為肝臟中最豐富的miRNA，其水平的升高可明顯降低血漿中膽固醇和三酰甘油的含量。Ling等學者[43]發(fā)現(xiàn)，若microRNA-21的表達下調，脂肪細胞則極容易導致胰島素抵抗；反之若microRNA-21高表達則可以增強胰島素誘導的葡萄糖攝取，同時增強脂肪細胞對葡萄糖的攝取和利用。綜上所述，miRNA在人體的代謝調節(jié)中起著極其重要的作用，若代謝調節(jié)出現(xiàn)紊亂則會增加糖尿病心肌病的發(fā)病率。

4 miRNA在臨床中的應用

盡管在實驗研究方面已探索miRNA在糖尿病心肌病中的作用，但遺憾的是目前人體實驗結果相對較少，并沒有充足的證據(jù)明確表示實驗研究可投入臨床使用，但這對我們來說仍是一個充滿挑戰(zhàn)的機遇。有研究表明[44]，使用轉基因技術將糖尿病小鼠心臟中 miR-133a進行超表達可明顯改善心肌纖維化狀況，這表明合理地將miRNA-133a上調至一定水平可應對糖尿病心肌病的心肌纖維化狀況。Feng 等學者[45]發(fā)現(xiàn)，microRNA-133 的表達在糖尿病大鼠模型的心肌細胞中處于下調狀態(tài)，而將在高糖環(huán)境中培養(yǎng)的心肌細胞進行轉染 microRNA-133 基因后，細胞并沒有出現(xiàn)肥大，我們可以推測， microRNA-133或許是抑制心肌細胞肥大的保護因子之一，這使我們對臨床應用增加新的期待。研究發(fā)現(xiàn)[46]，在非糖尿病人群中循環(huán)miR-126是一個重要的糖尿病預測因子，數(shù)據(jù)表明，患者該miRNA從正常葡萄糖耐受量，到糖耐量減低，再到明確診斷為糖尿病，其血漿水平逐漸下降。它的發(fā)現(xiàn)為臨床上糖尿病的預防及檢測提供了極大的潛力。有研究證明[47]，糖尿病心肌病患者外周血中miR-449b表達明顯上調，且該miRNA因子有明顯增加氧化應激的作用，進而導致心肌細胞凋亡增加，針對這一點miR-449b可考慮作為針對糖尿病心肌病靶向治療的靶點。但需要注意的是，盡管這些令人鼓舞的結果為糖尿病性心肌病治療策略開通了新的道路，但我們對miRNA并沒有全面了解，因此需要對miRNA在糖尿病心肌病的機制繼續(xù)探索。總而言之，人們對miRNA日后成為治療糖尿病性心肌病充滿期待。

5 小結

近年來，關于糖尿病心肌病與miRNA的研究越來越多。大量研究表明，miRNA 與糖尿病心肌病發(fā)病過程中的心肌肥大、心肌纖維化、心肌細胞凋亡、代謝紊亂、胰島素抵抗、微循環(huán)障礙等密切相關。探索miRNA與糖尿病心肌病的聯(lián)系，使我們了解其發(fā)病機制，在臨床做到積極預防、明確診斷及有效治療方面等獲益匪淺。但目前為止，針對糖尿病心肌病的早期診斷及具體治療方案仍需探究，目前臨床采用的治療方法主要為調整生活方式及使用降糖藥物控制血糖等，并無針對該病種有效的特異性治療方案。但大量臨床證據(jù)表明，單靠血糖控制并不能遏制心肌細胞的病理改變，心力衰竭的癥狀在臨床上也無法得到緩解，患者的住院率及死亡率仍沒有明顯下降，無法在根本上減緩糖尿病心肌病患者的病情發(fā)展。希望隨著針對糖尿病心肌病發(fā)病機制的研究不斷深入及拓展，能夠早日明確該病的發(fā)病機制，為臨床上的患者帶來新的希望。