miRNA-29 及其下游信號通路與糖尿病調(diào)控的研究進(jìn)展

朱夢云，黃桂紅

（桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林）

1 糖尿病

糖尿病是一類由胰島素分泌或作用缺陷引起的，以持續(xù)性高血糖為主要特征的，常見的慢性代謝性疾病。[1]官方統(tǒng)計(jì)顯示，截止2017 年，全球的糖尿病患者已達(dá)到4 億左右。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會（IDF）的預(yù)測，按照目前的趨勢，到2040 年，全球患有糖尿病的人數(shù)將會急劇增加至6.42 億[2]。根據(jù)發(fā)病機(jī)制的不同，我們通常將糖尿病分為1 型糖尿病（T1DM）和2 型糖尿?。═2DM）兩種類型。T1DM 主要由于胰島素分泌不足而引發(fā)，T2DM 的發(fā)病機(jī)制則主要是胰島素效能的下降。其中2 型糖尿病占90%左右。

1.1 1 型糖尿病

1 型糖尿?。═1DM）是一種嚴(yán)重的慢性疾病，由胰島β 細(xì)胞的破壞和減少引起，主要由免疫系統(tǒng)介導(dǎo)，例如多種胰島特異性自身抗體。T1DM 的發(fā)展涉及多種遺傳和環(huán)境因素。遺傳風(fēng)險(xiǎn)由特定等位基因的組合而引發(fā)，從而影響T 細(xì)胞識別異源和自體分子以及對這些異源和自體分子的耐受性。與遺傳因素相比，影響T1DM 發(fā)生發(fā)展的環(huán)境因素不是特別顯著，但與特定微生物的接觸可能是重要的因素，因?yàn)槟承└腥緯绊懨庖哒{(diào)節(jié)，從而成為T1DM 的危險(xiǎn)因素。一些證據(jù)還表明營養(yǎng)因素在T1DM 中發(fā)揮重要作用[3]。

1 型糖尿?。═1DM）具有較典型的三多一少癥狀，即多飲，多食，多尿，體重減少。T1DM 通常在兒童或年輕人中發(fā)展，該病是兒童中最常見的慢性疾病之一。隨著發(fā)病率的增加，發(fā)病高峰年齡已經(jīng)越來越低齡化。低血糖是其最常見，也是最高危的急性并發(fā)癥[4]。

1.2 2 型糖尿病與胰島素抵抗

2 型糖尿?。═2DM）以高血糖和葡萄糖耐受不良為主要表現(xiàn)，是一種蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和碳水化合物代謝異常的慢性綜合性疾病[2]。其三多一少現(xiàn)象較1 型糖尿病而言并不典型。盡管T2DM 受到生活習(xí)慣（例如飲食，運(yùn)動和作息）的影響，遺傳也在其發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，遺傳幾率約為60%[5]。研究表明，兩種潛在機(jī)制導(dǎo)致其逐漸臨床發(fā)展，即胰島素抵抗與胰腺β 細(xì)胞功能障礙分別或共同作用，導(dǎo)致胰島素分泌相對缺乏。結(jié)果，臨床研究表明T2DM發(fā)作可以在其臨床診斷之前9-12 年發(fā)生，即在最終發(fā)展為糖尿病之前，葡萄糖耐量降低和/或空腹葡萄糖受損的情況就已經(jīng)存在。而這一階段對于病情的康復(fù)和扭轉(zhuǎn)至關(guān)重要，因此對2 型糖尿病的早期診斷的研究需要引起廣泛的重視[6]。

胰島素抵抗（IR）主要的特點(diǎn)為，胰島素的靶組織，如脂肪，肌肉和肝細(xì)胞等，對正常濃度胰島素敏感性下降，從而導(dǎo)致人體對葡萄糖的調(diào)控發(fā)生失衡。IR 顯著增加了肥胖癥、胰島β 細(xì)胞早期衰竭、心血管疾病，代謝綜合征等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[7]。適當(dāng)強(qiáng)度的有氧運(yùn)動能夠有效地逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗[8]。

2 miRNA 與miRNA-29

2.1 miRNA

微小RNA（miRNA）是包含18-25 個核苷酸的進(jìn)化保守的，內(nèi)源表達(dá)的非編碼單鏈RNA[9]。miRNA 種類繁多，科研工作者每年在不同的生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)多種新miRNA。miRbase 數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示，迄今為止已鑒定出2500 多種功能多樣的miRNA[10]。RNA 聚合酶II 存在于細(xì)胞核內(nèi)，將DNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物聚合形成獨(dú)特的莖- 環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為pri-miRNA。pri-miRNA 擁有完整的5' 帽子和poly-A 尾部，其結(jié)構(gòu)與mRNA 相類似。隨后，它被RNAse III 核酸內(nèi)切酶切割掉細(xì)胞核中的復(fù)合物，僅留下一個約65-70 個核苷酸的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為前體miRNA（pre-miRNA）。pre-miRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)，此時(shí)，Drosha 和Dicer 蛋白的RNAse III 核酸內(nèi)切酶組分協(xié)同TARBP2 和PRKRA 一起，將pre-miRNA 切割成miRNAs。得到的雙鏈miRNA 被分成兩部分：一條為附著在RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）上的引導(dǎo)鏈，另一條為無用的過客鏈[11]。miRNA 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表，達(dá)[10]其通過與靶mRNA 的3’非翻譯區(qū)（3’UTR）配對結(jié)合并調(diào)節(jié)mRNA 降解、腺苷酸化或抑制mRNA 翻譯等途徑來調(diào)節(jié)下游靶基因的表達(dá)[9]。miRNA 在許多細(xì)胞學(xué)和生物學(xué)過程，例如發(fā)育、細(xì)胞分裂、分化、凋亡以及免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[12]。另外，許多疾病的發(fā)生發(fā)展都與miRNA 的表達(dá)失調(diào)甚至是缺失有關(guān)。每個microRNA 都可以微調(diào)數(shù)百個靶基因。因此，關(guān)鍵microRNA 的表達(dá)失調(diào)或者缺失可以促進(jìn)疾病的發(fā)展[13]。值得注意的是，miRNA在血清，血漿，尿液和其他體液中均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性[14]。這一特征使得miRNA 在疾病的診療過程中起到重要作用。

2.2 miRNA-29

miRNA-29（miR-29）家族是小鼠和人類中胰腺和肝臟中表達(dá)最豐富的miRNA 之一[15]。microRNA-29（miR-29）家族由三個miRNA 組 成：miR-29a，miR-29b 和miR-29c[16]，包 括miRNA-29a，miRNA -29b，miRNA-29c 三 種 亞 型，其 中miRNA29b 又分為miRNA-29b-1 和miRNA-29b-2。就人類而言，miRNA-29a 與miRNA-29b-1 共同位于7 號染色體，而miRNA-29b-2 與miRNA29c 共同位于1 號染色體。miRNA-29 家族的幾種亞型具有幾乎一致的編碼序列，在5’帽子端均包含序列-AGCACCA[17]，由此可見，miRNA-29 家族編碼的核苷酸序列有著遺傳保守性[18]。

miRNA-29 家族參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，如腫瘤，心血管疾病，糖尿病的發(fā)生發(fā)展等。Shi[19]等的研究表明，miRNA-29a的過表達(dá)將抑制心肌細(xì)胞的自噬，從而導(dǎo)致心肌肥厚。姜貽乾[20]等的研究數(shù)據(jù)顯示，miRNA-29b 通過抑制下游靶向因子PTEN 的表達(dá)來抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷移能力。

3 miRNA-29 與糖尿病

miR-29a 被證實(shí)為與糖尿病相關(guān)的血清RNA，在高糖環(huán)境下，其表達(dá)下調(diào)[21]。

3.1 miRNA-29 與1 型糖尿病

Nielsen 等[22]研究表明，1 型糖尿病兒童血清miR-29 表達(dá)顯著著上調(diào)，為兒童T1DM 的診斷提供了參考。miRNA-29a/b/c 三種亞型在1 型糖尿病模型大鼠的心肌組織中表達(dá)均上調(diào)[23]。miRNA-29a/b/c 的上調(diào)導(dǎo)致抗細(xì)胞凋亡蛋白(IAPS) 水平降低，通過激活Caspase3、7、9 等酶的活性促使胰島β 細(xì)胞的損傷和凋亡，進(jìn)一步導(dǎo)致其分泌能力下降。因此，高表達(dá)的miRNA-29 引發(fā)胰島β 細(xì)胞的功能失調(diào)，尤其是在糖尿病發(fā)病初期[24]。這也是miRNA-29 家族在細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮作用的體現(xiàn)。

3.2 miRNA 與2 型糖尿病

胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分為三類，分別為受體前信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和受體后信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。miRNA-29a 的過表達(dá)主要通過介導(dǎo)胰島素受體后信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑導(dǎo)致IR。在前脂肪細(xì)胞中，miRNA-29家族抑制了胰島素誘導(dǎo)基因1（insulin induced gene 1， Insig1）的表達(dá)，從而降低胰島素受體底物1（IRS-1）、磷脂酰肌醇-3 激酶（PI3K） p85 亞單位及AKT 的磷酸化水平，進(jìn)一步抑制了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（glucose transporter type 4， GLUT4）向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移，減少細(xì)胞對葡萄糖的吸收和利用，引發(fā)IR[25]。另一方面，過表達(dá)的miRNA-29a 可以在PI3K 的亞單位p85 的mRNA 層面靶向抑制其翻譯過程，從而降低下游因子AKT 的磷酸化水平，激活糖異生過程的關(guān)鍵酶：磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）基因，誘發(fā)IR。此外，miRNA-29 還可以抑制糖異生相關(guān)的下游分子，如：過氧化物酶體增殖物受體γ 共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α， PGC-1α) 和 葡萄糖-6- 磷酸酶（glucose-6-phosphatase， G-6-Pase）的基因表達(dá)，減少糖異生，從而使血糖調(diào)節(jié)失衡[18]。研究表明，miRNA-29在DM 鼠的肝臟和胰腺組織中表達(dá)升高[26]，且與下游調(diào)節(jié)胰腺發(fā)育及糖、脂代謝的翼螺旋轉(zhuǎn)錄因子(FOXA)2 表達(dá)下降密切相關(guān)。Dennis Dahlmans 等[27]進(jìn)一步進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，分別對患有2 型糖尿病，非糖尿病肥胖/超重，久坐的瘦弱個體和耐力測試的四位受試者進(jìn)行肌肉活檢，通過RT-PCR 技術(shù)，檢測所選miRNA 的表達(dá)。確定了miR-27a-3p 和miRNA-29 家族的所有成員是人類胰島素敏感性的潛在調(diào)節(jié)因子。

4 PI3K/AKT/GSK3β/GLUT4 通路與糖尿病

P13K/AKT/GSK3/GLUT4(Phosphoinositide-3-Kinase/Protein kinase B/Glycogen synthase kinase-3/GLUT4)是一條重要的信號通路，該信號通路參與細(xì)胞存活、增殖、凋亡等過程的調(diào)控，[28]其與癌癥，糖尿病等疾病的調(diào)控密切相關(guān)，被認(rèn)為可調(diào)節(jié)T2DM 相關(guān)的多種生理過程。大量研究表明，該途徑不僅可以促進(jìn)胰島素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，而且能夠刺激脂肪、肌肉和肝臟等組織中葡萄糖的吸收[2]。首先，由胰島β 細(xì)胞分泌胰島素至細(xì)胞外，胰島素與細(xì)胞外的胰島素受體(IR) 結(jié)合，胰島素受體構(gòu)象隨即發(fā)生改變，酪氨酸激酶(PTK)將其磷酸化之后，激活胰島素受體底物(IRS)，從而引起下游信號分子，例如磷脂酞肌醇激酶(phosphoinositide3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinaseB，PKB/AKT)的級聯(lián)反應(yīng)。蛋白激酶B通過磷酸化而被活化（P-AKT），活化后抑制下游糖原合酶激酶3 beta（GSK3β；絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶）活性，促進(jìn)糖原合成，以及通過酶促級聯(lián)反應(yīng)的擴(kuò)增導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT4）易位，最終被激活，從而增強(qiáng)骨骼肌和脂肪組織中的葡萄糖攝取[1]，促進(jìn)細(xì)胞對葡萄糖的攝取，從而降低血糖水平。該信號通路中任何環(huán)節(jié)的失調(diào)均可引發(fā)胰島素抵抗。

4.1 PI3K

PI3K 是一種脂類第二信使[29]，根據(jù)其序列同源性和底物特異性將其分為3 類，其中I 類具有絲氨酸/ 蘇氨酸蛋白激酶和磷脂激酶活性的雙重活性。PI3K 由調(diào)節(jié)亞基p85(p85a、p85β、p85y)和催化亞基p110 (p110α、p110β、p110δ)相互結(jié)合，共同作用，形成異二聚體。其中p110α 是PI3K 在胰島素信號通路中發(fā)揮最重要作用的分子[30]。胰島素受體傳入細(xì)胞，與IRS 結(jié)合，使IRS 中的酪氨酸基團(tuán)磷酸化，與p85 亞基的SH2 結(jié)構(gòu)域結(jié)合的同時(shí)，激活p110 亞基，異二聚體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，p110 亞基進(jìn)一步催化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(PIP2)，反應(yīng)成為磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(PIP3)，PIP3 進(jìn)一步激活其下游因子Akt。此外，胰島素受體也可作用于Ras 系統(tǒng)，PI3K 的P110 亞基直接結(jié)合與Ras 結(jié)合，活化P13K[30]。

4.2 AKT

蛋白激酶B（PKB）是PI3K 的下游因子，具有絲氨酸/ 蘇氨酸蛋白激酶活性，PKB 與鼠類胸腺瘤病毒 (Akt8)中V-Akt 基因編碼的Akt 同源，因此又稱Akt，且Akt 這一名稱目前使用更廣泛[29]。Akt 家族有3 種蛋白異形體，分別為Akt1、Akt2 和Akt3，它們的氨基酸序列具有較高的同源性（80%左右），即具有相似的蛋白結(jié)構(gòu)，且均包含N 端的pH 結(jié)構(gòu)域、催化結(jié)構(gòu)域以及C 端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。3 種異形體分布于不同組織中，在胰島中分布最多的為Akt2[30]。PI3K 被激活 產(chǎn)生的PIP3 和Akt 的pH 結(jié)構(gòu)域結(jié) 合，使AKT 在細(xì)胞膜上聚集，發(fā)生構(gòu)象變化從而被磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDK1) 磷酸化，其磷酸化的位點(diǎn)為催化結(jié)構(gòu)域中的Thr308 和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域中的Ser473，前者使AKT 活性升高10%，后者使其完全活化[29]?；罨腁kt 激活或者抑制下游靶向因子，進(jìn)一步調(diào)節(jié)對血糖進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.3 GSK3β

糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase3β，GSK3β)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，有2 種亞型，包括GSK3α 和GSK3β，這2 種亞型均在人體各種細(xì)胞、組織中廣泛分布和表達(dá)，因兩者氨基酸序列具有較高的同源性，所以其蛋白結(jié)構(gòu)相似，從而具有相似的生物學(xué)特性[30]。GSK3β 是AKT 的下游靶向因子，其活性受到AKT 的負(fù)性調(diào)節(jié)，活化的Akt 與GSK3β 上特異位點(diǎn)結(jié)合，誘導(dǎo)GSK3β 轉(zhuǎn)移至向細(xì)胞膜，使其N 端第9 位Ser 活性位點(diǎn)磷酸化，最終失活，從今糖原的合成，降低血糖[29]。

4.4 GLUT4

骨骼肌是人體內(nèi)最主要的攝取和代謝葡萄糖的組織之一。葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是骨骼肌利用葡萄糖的第一步。這一步驟需要細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporter，GLUT)這一載體蛋白的協(xié)助擴(kuò)散[30]。GLUT 有12 種亞型，根據(jù)序列相似性和同源性將這些亞型分成3 類。第一類(GLUT 1，2，3，4) 主要參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，第二類(GLUT5，7，9，11)是果糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，第三類(GLUT6，8，10，12)功能目前沒有明確的報(bào)道。其中GLUT4 主要存在于骨骼肌、脂肪組織中，是參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的重要蛋白[30]。GLUT4 包含12 個跨膜結(jié)構(gòu)域外加一個位于N 端的環(huán)狀胞外結(jié)構(gòu)域。GLUT4 在基礎(chǔ)狀態(tài)下循環(huán)于骨骼肌的細(xì)胞膜和細(xì)胞漿之間。在運(yùn)動或胰島素刺激后，胞漿中的GLUT4 從內(nèi)膜轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜上，從而發(fā)揮其促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞攝取和利用葡萄糖的生理作用。GLUT4 的表達(dá)異?；蚱滢D(zhuǎn)位缺陷，導(dǎo)致骨骼肌細(xì)胞對葡萄糖的攝取和利用受到抑制，血糖升高，引起糖尿病。而運(yùn)動和胰島素等有利因素可以逆轉(zhuǎn)這一過程，促進(jìn)葡萄糖的攝取與利用，降低血糖，緩解糖尿病[29]。

5 miRNA-29 與PI3K/AKT/GSK3β/GLUT4 通路

miR-29 介導(dǎo)信號通路中幾種調(diào)節(jié)劑的磷酸化，例如磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K），蛋白激酶B（AKT）[31]。Shi[32]等的研究表明，升高miR-29a 的表達(dá)可以通過靶向血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）從而使PI3K/AKT 通路失活，在鼻咽癌（NPC）細(xì)胞中發(fā)揮腫瘤抑制作用。Hu[33]等得出的結(jié)論是，miR-29b 通過抑制PI3K / AKT 信號通路在Ang II 誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）的負(fù)調(diào)控中起重要作用。綜上，miRNA-29 通過負(fù)調(diào)控PI3K/AKT 通路在多種疾病中扮演不同的角色。在糖尿病中，miRNA-29 通過激活A(yù)KT 下游因子GSK3β，降低了糖原合成，或者通過抑制GLUT4，減少細(xì)胞對葡萄糖的攝取，從而引發(fā)糖尿病。

6 小結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和生活節(jié)奏的不斷加快，全球的糖尿病發(fā)病率正在以不可逆轉(zhuǎn)的趨勢上升，我國也不例外。糖尿病不僅給患者的日常生活造成困擾，其并發(fā)癥，如糖尿病腎病，視網(wǎng)膜病變，心血管疾病等更是對病人的生存質(zhì)量發(fā)起了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中，1 型糖尿病的發(fā)病率遠(yuǎn)低于2 型糖尿病，但是其發(fā)病的低齡化和原發(fā)性值得引起廣泛的重視。

miRNA 是一種非編碼單鏈RNA，近年來成為研究的熱點(diǎn)，其在腫瘤等疾病中的作用已經(jīng)得到證實(shí)。有研究顯示，miRNA-29家族在糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起到了不可或缺的作用，其高表達(dá)是糖尿病的一大誘發(fā)因素。miRNA-29 通過調(diào)節(jié)下游信號通路PI3K/AKT 的表達(dá)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)GSK3β 和GLUT4 的表達(dá)，最終導(dǎo)致血糖去路的減少，導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生。

因此，本綜述旨在闡明miRNA-29 及其下游靶向通路與糖尿病的關(guān)聯(lián)，為糖尿病的早期臨床診斷和治療提供新的研究靶點(diǎn)和思路。