lncRNA在糖尿病心肌病中的研究進展

劉夢楠,黎子微,劉 斌

(吉林大學第二醫院 心內科，吉林 長春130041)

糖尿病是一種慢性內分泌代謝紊亂疾病，目前患者的主要死因為心血管疾病[1]，比例占死亡人數的60%以上[2]。胰島素抵抗以及血液循環中高水平的炎性因子、腎上腺素和腎素-血管緊張素、高血糖和高血脂等會對心肌起毒性作用，最終導致心臟功能惡化，這種病理狀態被稱為糖尿病心肌病(DCM)[3]，而目前仍無針對治療DCM有效的治療方案。長鏈非編碼RNA(lncRNAs)為一種不翻譯成多肽的內源性RNA轉錄產物，lncRNAs通過與特定DNA、RNA或蛋白質部分結合來發揮調控多種基因表達的作用[4]。越來越多的研究表明，lncRNAs有潛力成為一些心血管疾病和糖尿病的關鍵調節因子及治療靶點。本文就lncRNAs在糖尿病心肌病發病機制中的相關研究近況作一綜述。

1 糖尿病心肌病的簡介

糖尿病心肌病(Diabetic cardiomyopathy ，DCM)是一種特殊類型的心臟疾病[5]，被定義為在沒有高血壓和結構性心臟病如冠狀動脈疾病或瓣膜性心臟病的糖尿病患者中的心肌功能障礙[6]。上述表明糖尿病患者即使沒有高血壓和缺血性心臟病等疾病，心臟結構和功能仍可能發生變化。DCM早期以心臟僵硬、肥大、纖維化和細胞信號異常等結構和功能異常為特征，而后出現舒張功能減退，晚期則出現收縮功能障礙，最終導致心力衰竭[7-9]。DCM的發病過程涉及腎素血管緊張素-醛固酮系統激活，氧化應激，內質網應激，線粒體功能障礙，炎癥反應，自噬，細胞凋亡，微血管功能障礙等病理生理過程。高血糖、胰島素抵抗和代謝紊亂等可以通過各種機制可最終導致心臟功能受損[9-10]。

2 lncRNA的簡介

長鏈非編碼RNA(lncRNAs)是一組長度超過200個核苷酸的非編碼轉錄物[11]，lncRNAs參與多種生理和病理過程包括染色質修飾[12-13]、細胞周期調控等[14]，同時可與RNA和細胞質中的蛋白質相互作用來調控翻譯、剪接和基因表達的過程[11,15-16]。lncRNAs與多種心血管疾病和相關危險因素有關，包括病理性肥大、血管疾病、動脈粥樣硬化、血脂異常和代謝綜合征等[17]。新的研究發現，一些lncRNAs通過調節炎癥反應和凋亡等過程參與糖尿病相關并發癥包括糖尿病心肌病的病理生理過程[18-19]。

3 lncRNA在糖尿病心肌病的研究進展

3.1 lncRNA與心肌纖維化

心肌纖維化是DCM的病理變化，同時也參與了心力衰竭的發生發展。白細胞介素17(IL-17)參與炎癥調節過程，同時也參與了心肌纖維化的發生。有研究[20]表明，高糖誘導的lncRNA-MIAT上調是IL-17產生的原因，可能的機制為上調的lncRNA-MIAT特異性減弱了miR-214-3p介導的對IL-17的抑制作用，敲除lncRNA-MIAT可以減輕小鼠的心肌纖維化。同時也有研究[21]表明，在高糖處理或IL-17處理的心肌成纖維細胞(CFs)中，lncRNA-AK081284的表達增加，過表達的lncRNA-AK081284可促進膠原蛋白的生成，而敲除IL-17則可減少高糖誘導的lncRNA-AK081284的上調，表明IL-17 / AK081284/TGFβ1信號通路可調節高糖誘導的心肌纖維化過程。有研究[22]表明，lncRNA-MALAT1 在糖尿病小鼠和高糖處理的CFs中升高，褪黑素有減少高糖處理的CFs的膠原蛋白生成的作用，其通過抑制lncRNA-MALAT1/mir-141介導的NLRP3炎性小體的炎癥激活和TGFβ1/Smads信號，產生抗心肌纖維化作用。有研究[23]表明，轉化生長因子-β(TGF-β)可參與成纖維細胞活化、增值和分化的過程，lncRNA-Crnde作用于TGF-β/Smad3信號通路并抑制了SMAD家族成員3(Smad3)在靶基因上的轉錄激活，最終抑制了CFs中肌成纖維細胞標志物基因的表達。lncRNA-Crnde對CFs的肌成纖維細胞分化具有負調控的作用，所以lncRNA-Crnde的過表達可減輕DCM小鼠的心肌纖維化。有研究[24]表明，lncRNA-Kcnq1ot1在糖尿病心肌組織和高糖處理的CFs中顯著上調，沉默lncRNA-Kcnq1ot1后，miR-214-3p可靶向抑制半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)及其下游炎性細胞因子IL-1β而減少膠原沉積和心肌纖維化，所以Kcnq1ot1/miR-214-3p/caspase-1/TGF-β1調控網絡在DCM心肌纖維化的調控中起重要作用。

3.2 lncRNA與細胞凋亡

細胞凋亡參與了DCM的發病過程[25]。研究[26]發現，在高糖處理的大鼠和小鼠的心肌細胞中發現，抑制lncRNA-GAS5可以減少細胞凋亡。有研究[27]表明，lncRNA-LUCAT1的表達在高糖處理的AC16細胞中明顯上調，而敲低lncRNA-LUCAT1可以通過下調醛固酮合成酶基因(CYP11B2)逆轉心肌細胞損傷和凋亡。研究[28]發現，通過注射鏈脲佐菌素建立了DCM小鼠模型，發現lncRNA-Malat1在DCM小鼠的心肌中表達上調，此外發現在高糖處理的心肌細胞中lncRNA-Malat1的表達也上調。同時在DCM心肌中發現凋亡相關因子p53，p21和BCL-2表達水平變化，lncRNA-Malat1可以通過阻止miR-181a-5p與p53的結合促進心肌細胞凋亡。有研究[29]表明，lncRNA-NKILA在高糖處理的心肌細胞中表達上調，而敲低lncRNA -NKILA后則觀察到心肌細胞凋亡過程被抑制。有研究[30]表明，lncRNA-MEG3在高糖處理的AC16細胞中表達上調，其對miR-145有負調控作用。在AC16細胞中PDCD4是miR-145的靶標，同時PDCD4也是細胞凋亡的關鍵介質，lncRNA-MEG3可通過抑制miR-145的表達而減輕其在高糖處理的AC16細胞中下調PDCD4表達的作用，所以敲低lncRNA-MEG3可調節miR-145/PDCD4軸而抑制心肌細胞凋亡。研究[31]發現，lncRNA-Neat1的表達在高糖處理的小鼠心肌細胞中明顯上調，上調的lncRNA-Neat1可促進心肌細胞的凋亡。組蛋白脫乙酰基酶4(HDAC4)可促進心臟再生并改善心臟功能，梓醇(Catalpol)可通過調節DCM小鼠的Neat1/miR-140e5p/HDAC4軸減少lncRNA-Neat1的表達而減輕心肌細胞凋亡。有研究[32]表明，DCM患者的心肌活檢和血清中的lncRNA -TINCR表達水平顯著低于健康對照組和不合并心臟疾病的糖尿病患者，同時在人心肌細胞中發現過表達的lncRNA- TINCR可顯著減少細胞凋亡率，保護患者的心肌細胞。有研究[33]表明，lncRNA-Kcnq1ot1在糖尿病小鼠心臟組織和高糖處理的心肌細胞中過表達，而沉默lncRNA-Kcnq1ot1通過靶向調控miR-214-3p和caspase-1可抑制細胞凋亡，細胞骨架結構異常和鈣超載。研究[34]發現，lncRNA-MIAT在高糖處理的乳鼠心肌細胞中表達上調，DAPK2在調節細胞凋亡中作用關鍵，同時DAPK2也是miR-22-3p的靶標，lncRNA-MIAT的過表達可減少miR-22-3p對DAPK2的抑制作用，所以lncRNA-MIAT通過激活miR-22-3p來上調DAPK2而導致心肌細胞凋亡，而敲除lncRNA-MIAT可減少DAPK2的表達且抑制細胞凋亡過程。

3.3 lncRNA與自噬

自噬參與了DCM 的發病過程，其可通過清除受損的細胞器和蛋白質來維持細胞正常的功能[32,35]。有研究[36]表明，在心肌細胞中高糖可誘導lncRNA-DCRF表達上調，促進miR-551b-5p與高表達的lncRNA-DCRF結合，結果導致PCDH17上調而誘導心肌細胞自噬，表明lncRNA-DCRF可促進DCM的進展。而抑制lncRNA-DCRF可減少糖尿病大鼠的心肌細胞自噬而改善心臟功能。有研究[37]表明，在DCM大鼠模型中發現lncRNA-H19的表達下調，而lncRNA-H19過表達則可減少心肌細胞自噬，同時過表達的lncRNA-H19可通過下調DIRAS3來抑制高糖處理的心肌細胞的自噬活化。有研究[38]表明，在用腹主動脈縮窄術(CAA)處理的心肌組織中發現lncRNA-MIAT表達上調。p62、beclin1和ATG5是自噬相關的基因，進一步發現小檗堿(berberine)可下調CAA處理后的心肌組織中p62的表達，上調beclin1和ATG5的表達，而lncRNA-MIAT的沉默顯著降低了p-mTOR、p-AMPK和LC3的表達，berberine可通過沉默lncRNA-MIAT來抑制心肌細胞自噬。

3.4 lncRNA與心肌肥大

心肌肥大是糖尿病心肌病重要的病理變化。研究[39]發現，在高糖處理的小鼠CMs-HL-1細胞中發現lncRNA-TUG1表達顯著上調，高糖處理48小時后的CMs-HL-1細胞大小增加，而抑制lncRNA-TUG1可顯著減輕的CMs-HL-1細胞的肥大。近一步研究表明，敲除lncRNA-TUG1可以上調miR-499-5p而減輕DCM誘導的心肌肥大和舒張功能障礙。Toll樣受體4(TLR4)參與調控心肌肥大的過程，研究[40]發現，lncRNA-CTBP1-AS2在正常心臟組織中處于低表達水平，通過主動脈縮窄術等處理在小鼠心肌細胞中建立了心肌肥大的模型，研究發現lncRNA-CTBP1-AS2在心肌肥大的小鼠組織中上調，lncRNA-CTBP1-AS2通過募集FUS穩定了TLR4 mRNA，此過程使TLR4上調來調控心肌肥大，而抑制lncRNA-CTBP1-AS2則可減輕由血管緊張素II(Ang II)誘導的心肌肥大。研究[38]發現，在AngⅡ處理的H9C2細胞中發現lncRNA-MIAT表達上調，而lncRNA-MIAT的沉默則顯著抑制了Ang II誘導的H9C2細胞中的肥大，同時也證明了berberine可對lncRNA-MIAT產生影響并可減輕大鼠的心肌肥大。

3.5 lncRNA與炎癥反應

炎癥反應是糖尿病心肌病發生發展的關鍵環節之一。有研究[41]表明，高糖增加了AC16心肌細胞中lncRNA-GAS5的表達，進一步研究發現，lncRNA-GAS5可與miR-21-5p競爭性結合，TLR4是miR-21-5p的靶標，故抑制lncRNA-GAS5則可部分抑制miR-21-5p介導的TLR4/NF-κB信號傳導，從而減輕高糖誘導的炎癥反應。所以敲低lncRNA-GAS5保護了AC16細胞免受高糖誘導的損傷。有研究[42]表明，在DCM中，TNF-α，IL-1β和IL-6水平顯著升高，同時在糖尿病大鼠心肌組織中發現lncRNA-MALAT1表達上調，而敲低lncRNA-MALAT1則可改善心肌收縮功能，因為敲低lncRNA-MALAT1可顯著降低炎癥細胞因子的濃度，表明lncRNA-MALAT1可能參與了DCM的炎癥反應過程。有研究[43]表明，lncRNA-HOTAIR在糖尿病小鼠心肌中表達顯著降低，在H9C2細胞中抑制lncRNA-HOTAIR可導致炎癥反應加強。lncRNA-HOTAIR的過表達改善了用鏈脲佐菌素(STZ)處理的小鼠的心臟功能，減輕了炎癥反應。進一步研究表明，SIRT1是一種在新陳代謝和細胞周期的調控中起重要作用的NAD +依賴的脫乙酰基酶，同時SIRT1是miR-34a的靶標，lncRNA-HOTAIR通過miR-34a來激活SIRT1的表達，從而對DCM起保護作用。

3.6 lncRNA與氧化應激

糖尿病患者的高血糖狀態可使活性氧(ROS)過度積累并引發氧化應激，過量的ROS可引發心肌細胞凋亡進而惡化心臟結構和功能，最終可導致DCM。研究[44]發現，采用RNA測序法檢測高糖處理的心肌細胞氧化應激和凋亡過程中lncRNA的差異性表達，共有306/400個lncRNAs被鑒定為差異性表達。而進一步的研究表明，在高糖處理的心肌細胞中發現lncRNA-ratt007560.2表達顯著上調，抑制lncRNA-ratt007560.2可減少心肌細胞ROS累積，lncRNA-ratt007560.2可能參與了調節心肌細胞氧化應激的過程。研究[45]發現，在分析lncRNA-MALAT1缺失小鼠的轉錄組中發現，上調的核因子E2相關因子2(Nrf2)可發揮調控抗氧化基因(Nqo1和Cat)的作用而使ROS顯著下調，由此可見，lncRNA-MALAT1在調節氧化應激方面起重要作用。有研究[46]表明，通過檢測丙二醛(MAD)水平和超氧化物歧化酶(SOD)等的活性來評估心肌組織細胞的氧化應激情況，從中發現lncRNA-H19的過表達可以減輕高血糖介導的氧化應激。研究[43]發現，lncRNA-HOTAIR的過表達改善了用鏈脲佐菌素(STZ)處理的小鼠的心臟功能，在減輕炎癥反應的同時，也使心肌細胞的氧化應激和死亡過程得到抑制。

3.7 lncRNA與糖代謝和胰島素抵抗

糖代謝異常和胰島素抵抗(IR)可損害糖尿病患者的心功能而最終引發DCM。lncRNA-LSTR是一種富含在肝臟中的lncRNA，肝特異性耗竭lncRNA-LSTR的小鼠表現出(甘油三酯)TG清除增強，它可與TDP-43結合調節膽汁酸合成途徑中關鍵酶Cyp8b1的表達，同時lncRNA-LSTR的耗竭也導致小鼠血糖水平下降，表明lncRNA-LSTR參與了糖代謝的過程[34]。研究[47]發現，lncRNA-H19在人心肌和骨骼肌中高表達，而lncRNA-H19在糖尿病患者和糖尿病小鼠的骨骼肌中表達下調，在肌管內敲除lncRNA-H19可以抑制由胰島素調節的攝取葡萄糖的過程，胰島素可通過上調microRNA-let-7進而引發IR，同時lncRNA-H19也可與let-7結合導致let-7活性降低來抑制IR的過程。通過檢測2型糖尿病患者的血清，發現lncRNA-MALAT1表達水平的變化與胰島素抵抗指數(HOMA-IR)和抵抗素水平呈正相關[48]。lncRNA-MALAT1與miR-382-3p結合后可上調抵抗素的表達，而沉默lncRNA-MALAT1可通過升高miR-382-3p和抑制抵抗素而改善IR。研究[49]發現，高脂飲食誘導IR后，lncRNA-FR030200和lncRNA-FR402720顯著上調，Fam46a在IR的發生發展中作用重要，而運動則可通過下調FR030200/FR402720-Fam46a信號通路產生對IR大鼠血管內皮細胞的抗炎作用。表明lncRNA-FR030200和lncRNA-FR402720參與了IR的調節。