長鏈非編碼RNA調控糖尿病心肌病分子機制的研究進展

鄒靜怡，張 娜，高 燕

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)是指1型和2型糖尿病患者在排除高血壓、冠狀動脈疾病、心臟瓣膜病等其他心臟危險因素的情況下，出現心室肥大、纖維化、舒張功能障礙甚至收縮功能障礙的一種進行性心臟病[1]。DCM的發病與高血糖、胰島素抵抗、微血管病變等有關，從而導致氧化應激，心肌細胞凋亡、自噬，心肌纖維化，心肌肥厚，心室重構等病理變化。長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一種長度大于200 nt并缺乏蛋白質編碼能力的非編碼RNA，其存在種間保守性[2]。近年來，lncRNA的異常表達被證實在分子水平調控了DCM的病理發展過程[3]。某些lncRNA還可作為DCM的潛在診斷標志物，為臨床診斷帶來希望。本文擬對DCM的分子機制及lncRNA在DCM發病過程中的調控作一綜述，旨在為DCM提供新的診斷和治療策略。

1 DCM的發病機制

DCM的發展過程中，高血糖代謝紊亂導致胰島素抵抗，氧化應激增加，線粒體功能障礙，自噬表達異常，引起心肌細胞凋亡增加。脂肪酸過量攝取和氧化，有毒脂質中間體(如二酰基甘油、神經酰胺)積累，導致心臟脂毒性[4]。在這個過程中多伴有腎素-血管緊張素-醛固酮系統的過度激活，加速了心臟重構，出現心肌細胞肥大、間質纖維化、血管內皮細胞和血管平滑肌細胞功能障礙，臨床上表現為舒張功能障礙，嚴重者同時出現收縮功能障礙[5]。心臟的微血管病變也不容忽視。在糖尿病初期，伴隨著高血糖和胰島素抵抗，心臟微血管即可出現內源性NO合成減少，活性氧(ROS)增加，二者間平衡失調，引起內皮功能障礙，誘導心肌細胞炎癥，促進心肌細胞凋亡[6]。同時微血管滲透性增加，加速了心肌纖維化及心肌重塑過程。

2 lncRNA在DCM病理過程中的調節

2.1心臟特異性lncRNA

2.1.1MHRT：上調MHRT能減輕氧化應激導致的心肌細胞凋亡。MHRT是心肌特異性lncRNA，在氧化應激時表達增加，而氧化應激的增加可激活氧化應激信號通路，促進心肌細胞和血管內皮細胞的凋亡[7]。Zhang等[8]用H2O2模擬心肌細胞氧化應激誘導損傷模型觀察MHRT在心肌細胞中的表達以及作用，發現MHRT的表達在200 μmol/L的H2O2濃度下增加近4倍，提示H2O2能誘導心肌細胞中MHRT的表達。利用靶向siRNA敲低心肌細胞中MHRT的表達后，心肌細胞在氧化應激模型中凋亡增加，表明上調MHRT在氧化應激中對心肌細胞具有保護作用。氧化應激是DCM最重要的病理生理因素之一，MHRT在氧化應激中也發揮重要作用，二者尚無相關性報道，但可能為治療DCM提供一個新的理論依據。

2.1.2Crnde：上調Crnde能夠減輕DCM小鼠的心肌纖維化。Crnde在人和小鼠的心臟組織尤其是心肌成纖維細胞中特異性表達。Zheng等[9]在DCM小鼠模型中發現Crnde表達上調，敲低Crnde后，心肌成纖維細胞中膠原蛋白沉積顯著升高，左心室射血分數及縮短分數明顯降低。上調Crnde后，結果相反，提示Crnde過表達可減輕DCM心肌纖維化，改善心功能。體外實驗中，Crnde的表達受Smad3的調控，Crnde也抑制靶基因Smad3的轉錄活化，從而抑制心肌纖維化過程中心肌成纖維細胞的分化。

2.2非心臟特異性lncRNA

2.2.1H19：上調H19能改善大鼠心肌氧化應激損傷，抑制心肌細胞凋亡和自噬，下調H19降低小鼠心肌纖維化。H19是糖尿病大鼠心肌病的重要調節因子，在糖尿病大鼠心肌細胞中顯著下調，過表達H19能降低心肌組織氧化應激、炎癥、細胞凋亡和自噬，改善DCM。Zhuo等[10]研究發現，在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠模型中，自噬相關蛋白和自噬體在高血糖反應中被顯著激活。上調H19后，自噬體的數量和自噬相關蛋白的表達明顯降低，左心室功能顯著改善。同樣，Li等[11]也研究發現，H19過表達組超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶水平顯著上升，丙二醛水平、心肌細胞凋亡指數、caspase-3的表達和Bax/Bcl-2比率降低，心肌氧化應激水平降低，細胞凋亡減少。相反，H19在糖尿病小鼠心肌細胞中顯著上調。Huang等[12]在體外培養的糖尿病小鼠心肌細胞中發現，H19表達增加，并通過靶向結締組織生長因子導致心肌纖維化相關蛋白積累。下調H19可顯著抑制Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和α-平滑肌動蛋白水平，降低心肌纖維化。H19發揮其功能的另一種模式是作為競爭性內源RNA(ceRNA)與蛋白質和微小RNA相互作用[13]。當H19敲低時，可以增強miR-455的抗纖維化作用并減弱miR-455靶向的結締組織生長因子表達，并進一步降低纖維化相關蛋白質的合成。

2.2.2心肌梗死相關轉錄物(MIAT)：下調MIAT可抑制心肌細胞凋亡，減輕心肌細胞肥大。在DCM發病過程中，MIAT的表達升高。在體外高糖培養的新生大鼠心肌細胞中，caspase-3和Bax/Bcl-2比率升高，MIAT表達增加。下調MIAT后可降低促凋亡蛋白和死亡相關蛋白激酶2的表達，抑制高糖介導的細胞凋亡[14]。另外，MIAT可促進內皮細胞增殖和遷移從而導致微血管功能障礙，加速心臟肥大的病理發展。MIAT在血管緊張素Ⅱ誘導的心肌肥厚小鼠模型和大鼠心臟來源的H9c2細胞中表達顯著升高。在體外H9c2細胞模型中，MIAT下調能顯著抑制血管緊張素Ⅱ誘導的肥厚性基因的增高、細胞表面積的增加以及總蛋白含量的升高。同時，MIAT作為ceRNA抑制H9c2細胞中miR-150的表達從而促進高糖誘導心肌細胞肥大的發展。相反，MIAT敲低可減輕DCM心肌細胞肥大[15]。

2.2.3lncRNA-AK081284：下調lncRNA-AK081284能降低心肌纖維化。Zhang等[16]研究發現，在高糖處理的心肌成纖維細胞和糖尿病小鼠心肌組織中lncRNA-AK081284表達水平均升高，上調lncRNA-AK081284的表達，能夠導致高糖誘導的心肌成纖維細胞膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ、轉化生成因子β1和α-平滑肌動蛋白生成的增加，促進心肌纖維化的發生。當敲低lncRNA-AK081284時，上述變化消失。

2.2.4MALAT1：下調MALAT1A可降低心肌細胞凋亡，改善心功能。MALAT1在心肌組織中大量存在，在鏈脲佐菌素誘導的1型糖尿病大鼠心肌組織中表達上調。當用siRNA敲低MALAT1以衰減表達后，可顯著減輕細胞炎性因子(腫瘤壞死因子-α、白介素-6和白介素-1β)濃度和細胞凋亡，改善左心室舒張和收縮功能，改善DCM[17]。

2.2.5DCRF：敲低DCRF可降低心肌細胞自噬，減輕心肌纖維化，改善心功能。DCRF在糖尿病大鼠心肌和高糖處理的心肌細胞中表達上調，誘導心肌細胞自噬和纖維化的增加。同時DCRF可作為ceRNA減弱miR-551b-5p對PCDH17的抑制，從而激活心肌細胞自噬。下調DCRF，可降低PCDH17的表達并抑制高糖處理心肌細胞的自噬，明顯改善糖尿病大鼠組織學的異常(心肌細胞肥大、心肌纖維破裂和細胞間隙增加)以及左心室功能[18]。

2.2.6Kcnq1反向鏈/反義轉錄物1(Kcnq1ot1)：下調Kcnq1ot1改善糖尿病心肌組織的炎癥壞死和纖維化。Kcnq1ot1是位于人染色體11p15.5上的lncRNA。Yang等[19]在鏈脲佐菌素誘導的DCM小鼠模型及體外高糖處理的心肌成纖維細胞中發現，Kcnq1ot1表達升高，左心室收縮和舒張功能惡化，射血分數和縮短分數減少，心肌成纖維細胞中膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ、caspase-1和白介素-1β水平顯著升高。下調Kcnq1ot1可明顯改善這些變化。進一步研究表明，Kcnq1ot1能作為miR-214-3p的ceRNA調節caspase-1的表達。Kcnq1ot1的敲低在體內和體外都可改善DCM炎癥壞死和纖維化。

2.2.7MEG3：下調MEG3能夠抑制心肌細胞凋亡。在體外高糖處理人心肌細胞AC16建立DCM的模型中，細胞活力降低，細胞凋亡率增加，MEG3表達上調，miR-145表達減少。當敲低MEG3時，AC16細胞凋亡減少。此外，MEG3可作為ceRNA抑制miR-145的表達，從而減少miR-145對高糖處理AC16細胞中PDCD4表達的抑制，敲低MEG3通過調節miR-145/PDCD4軸保護人心肌細胞免受高糖誘導的細胞凋亡[20]。

2.2.8NONRATT007560.2：敲低NONRATT007560.2表達能夠抑制高糖誘導的心肌細胞氧化應激和凋亡。NONRATT007560.2在高糖誘導的心肌細胞凋亡模型中顯著上調。當下調NONRATT007560.2時，Yu等[21]通過檢測心肌細胞凋亡和ROS的積累，發現心肌細胞凋亡被抑制，ROS水平降低，但其機制需要進一步的研究。

3 lncRNA作為DCM的潛在診斷標志物

3.1NKILA NKILA在DCM患者中特異性上調，下調NKILA減少心肌細胞凋亡。Li等[22]對312例糖尿病而無并發癥的患者進行了8年隨訪，每半年抽取血漿并利用RT-qPCR測定血漿中NKILA的表達。隨著糖尿病的發展，NKILA在DCM中顯著上調，而在無或有其他并發癥(糖尿病腎病和糖尿病視網膜病變)中NKILA表達水平無明顯變化。在體外用不同濃度高糖與不同時間處理的心肌細胞中，心肌細胞凋亡增加，但NKILA的表達無明顯變化，也進一步說明NKILA是DCM特有的標志物，與糖尿病本身和其他糖尿病并發癥無關，NKILA可能是通過增加心肌細胞凋亡以促進DCM的發展。同時受試者工作特征曲線分析發現，在診斷DCM的6個月前(無明顯并發癥表現)NKILA水平即顯著上調，提示在臨床上可對無并發癥的糖尿病患者抽血檢測NKILA表達量以預防DCM的發展。

3.2HOTAIR HOTAIR在DCM中特異性下調，上調HOTAIR可改善細胞活力。Qi和Zhong[23]研究結果表明，在DCM患者的心肌組織和血清中HOTAIR表達下調，而在無心肌病的糖尿病患者和健康對照組中HOTAIR表達無顯著差異。進一步受試者工作特征曲線分析研究顯示，心肌組織和血清中的HOTAIR表達可用于準確區分DCM患者和健康者。另外，體外高糖培養的AC16細胞中HOTAIR表達也下調，Akt磷酸化被抑制。當上調HOTAIR激活PI3K/Akt途徑能夠明顯改善AC16細胞活力，改善DCM。

3.3TINCR TINCR在DCM中特異性下調，上調TINCR抑制心肌細胞凋亡。TINCR也可用于DCM的有效診斷。DCM患者心肌組織及血清中TINCR的表達水平明顯低于無心肌病的糖尿病患者及健康者。Chen等[24]在體外高糖處理的AC16細胞中檢測到TINCR表達無顯著變化，提示TINCR可能不參與高糖誘導的DCM的發生，而在隨后發生的心肌病理變化中發揮作用，但上調TINCR后，心肌細胞凋亡率降低。

4 lncRNA影響血管內皮細胞炎癥反應

高糖、胰島素敏感性降低和炎癥反應可導致體內NO降低，ROS增加[6]，出現內皮舒張功能障礙、血管平滑肌細胞損傷、異常血管收縮等表現，引起冠狀動脈微血管障礙，進而促進DCM的病理發展，是DCM的重要病理因素之一。lncRNA在血管內皮細胞的病理發展中也發揮重要作用，影響血管炎癥反應，進而導致血管功能障礙。

4.1LINC00341 LINC00341抑制血管內皮細胞的炎癥反應。LINC00341是人臍靜脈內皮細胞中最豐富的lncRNA之一，在血管內皮細胞中發揮抗炎作用。Huang等[25]上調人臍靜脈內皮細胞中LINC00341的表達后，腫瘤壞死因子-α導致的人臍靜脈內皮細胞炎癥明顯被抑制，單核細胞黏附、內皮炎癥標記基因血管細胞黏性因子1的RNA和蛋白質水平也明顯降低。

4.2TGFB2-OT1 TGFB2-OT1能夠促進血管內皮細胞炎癥反應。Huang等[26]利用脂多糖和氧化低密度脂蛋白刺激人臍靜脈內皮細胞誘導TGFB2-OT1 RNA表達增加，導致人臍靜脈內皮細胞中白介素-6和白介素-8產生，各種炎癥相關基因(細胞因子、趨化因子和黏附分子等)表達增加。提示TGFB2-OT1參與炎癥小體的激活，下調TGFB2-OT1對血管內皮細胞有保護作用。

lncRNA對冠狀動脈微血管病變導致的DCM尚無直接相關性報道。因此，lncRNA對血管內皮細胞炎癥反應的影響可能為治療DCM提供新思路。

5 結語

lncRNA在DCM發病過程中發揮著重要作用，特異性lncRNA的異常表達與DCM的病理過程息息相關。通過調控lncRNA的表達水平，上調保護性lncRNA，下調有害的lncRNA，能夠減緩或阻斷DCM的病理發展，可以達到治療疾病的目的，尤其是診斷性lncRNA的發現，為臨床醫學提供了更為合適的診治手段。然而lncRNA具有種間保守性，上述某些lncRNA的研究是在大鼠或小鼠模型中進行，這些lncRNA是否存在于人類基因組中并發揮同樣的作用有待進一步的研究。未來，隨著測序技術和干擾技術的發展，將會有更多與DCM相關的lncRNA被發現，需要深入開展更多有意義的研究。