MALAT1在糖尿病及其微血管并發癥中的作用新進展

左熠， 何笑云， 周素嫻

(1. 桂林醫學院附屬醫院內分泌科， 廣西 桂林 541001； 2. 中南大學湘雅醫學院內分泌科， 湖南 長沙 410013)

糖尿病是當今社會發病率日益增長的多發病之一，以高血糖為主要特征，主要原因為胰島素分泌障礙或作用受損，其導致的各種并發癥影響了絕大多數糖尿病患者的生活質量。長期高血糖嚴重增加了微血管疾病的風險，包括神經病變、視網膜病變和腎臟病變等常見并發癥[1]。隨著基因組學研究的不斷深入，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，LncRNA)被證實參與調控許多疾病的發病機制[2-4]，其在各種疾病中的調控機制已成為新的研究熱點。本文就LncRNA轉移相關的肺腺癌轉錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)在糖尿病及其相關微血管并發癥中的作用研究做一綜述。

1 MALAT1概述

LncRNA是一類轉錄本長度≥200個核苷酸的功能RNA，大多數LncRNA都有自己的啟動子，由RNA聚合酶Ⅱ轉錄、5′端加帽、聚腺苷酸化并進行剪接而成[5]，它們在調節細胞增殖、分化、侵襲和凋亡方面發揮至關重要的作用[6-8]。因此，其在一些人類疾病中已成為新的生物標志物和治療靶點[9]。

MALAT1又稱核富含豐富的轉錄本2，屬于基因間LncRNA。MALAT1的長度約在8 000 bp以上，在33種哺乳動物中表現出高度的保守性，其在人體幾乎所有組織中普遍表達，以胰腺和肺中的表達最高。MALAT1基因位于人染色體11q13和小鼠染色體19qA中[10]，其表達水平與許多蛋白質編碼基因(包括β-肌動蛋白或GAPDH)相近，甚至高于許多蛋白質編碼基因。在基因組中，由RNA酶 P和RNA酶 Z加工合成長度為6.7 kb的MALAT1轉錄物，存在于核散斑體和與MALAT1相關的小胞質RNA中。在MALAT13′末端形成的獨特三螺旋結構，可保護其3′末端免受3′-5′核酸外切酶的切割。Brown等[11]確定了該三螺旋的晶體結構，詳細解釋了每個核苷酸在維持這種三螺旋結構中的作用，并且發現核內豐富的核蛋白甲基轉移酶樣蛋白16在體外和體內均可與三螺旋發生相互作用[12]，這種三螺旋結構有助于維持MALAT1的穩定。

最初研究認為MALAT1是癌癥的重要生物標志物之一[13-15]，最近有研究發現其與糖尿病及其相關并發癥有關[16-17]，它通過調節基因轉錄在調控組織炎癥、腫瘤進展、血管生成、血管重塑、肝纖維化和糖尿病發生發展中發揮重要作用[18]。

2 MALAT1與糖尿病

胰島素抵抗是指胰島素促進葡萄糖攝取和利用率下降，血糖環境無法維持穩態，2型糖尿病的重要標志是組織或細胞中出現胰島素敏感性或反應性降低[19]。Yan等[20]發現，在ob/ob小鼠肝臟中，MALAT1的水平增加，且通過增加膽固醇調節元件結合轉錄因子1c的穩定性，促進肝臟胰島素抵抗。Liu等[21]通過胰島素抵抗小鼠觀察到運動可降低MALAT1的表達，從而下調抵抗素水平，導致穩態模型評估胰島素抵抗水平降低；體外實驗發現運動可下調MALAT1、上調miR-382-3p和降低抵抗素的水平，從而緩解腎小球內皮細胞中的胰島素抵抗，即運動可通過調節MALAT1/miR-382-3p/抵抗素通路，改善2型糖尿病患者的胰島素抵抗。氧化應激參與糖尿病的發生發展，活性氧的產生是其標志物，而核因子E2 相關因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，NRF2)是調控氧化應激的關鍵因子。Chen等[22]通過搜索數據庫發現MALAT1與NFR2/抗氧化反應元件驅動基因及NRF2本身存在相互作用，且證實NRF2受MALAT1負向調控。他們同時發現活性氧通過激活c-Jun N末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)引起胰島素抵抗，并抑制胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的表達及絲氨酸/蘇氨酸激酶(protein kinase B，PKB)的磷酸化水平；而抑制MALAT1表達，可導致JNK活性下降，并活化IRS-1及PKB的磷酸化。因此他們認為MALAT1一方面通過負向調控NRF2從而影響氧化應激水平進而緩解胰島素抵抗，另一方面通過JNK、IRS-1及PKB改善胰島素信號傳導。然而，Carter等[23]通過體外及體內模型發現，盡管抑制了MALAT1表達，胰島素的產生和通過胰島素相關受體的轉導通路并未受到影響，他們認為MALAT1的缺失對于脂肪組織再生和人體糖耐量水平的影響在生理水平上與衰老和肥胖無關，也不排除可能存在未闡明的機制。因此，MALAT1調控胰島素抵抗的機制有待于進一步研究闡明。

3 MALAT1與糖尿病微血管并發癥

3.1 MALAT1與糖尿病腎病

糖尿病腎病是由糖尿病慢性微血管病變所引起的腎臟結構及功能的異常，最終導致腎功能衰竭，出現終末期腎病。其基本病理特征表現為腎小球系膜基質增多、基底膜增厚和腎小球硬化。近年來多項研究證實，LncRNA與糖尿病腎病之間的信號通路對于糖尿病腎病的發生發展至關重要[24-26]。其中，MALAT1通過多種途徑參與調節糖尿病腎病的發生發展。

3.1.1MALAT1調控腎小管上皮細胞 Zhou等[27]發現MALAT1可以通過調控叉頭轉錄因子-1基因抑制組蛋白去乙酰化酶1轉錄，并促進高糖誘導下腎小管上皮細胞HK-2細胞損傷。細胞焦亡是一種不同于凋亡及壞死、伴隨大量炎癥反應的細胞程序性死亡方式，目前有關細胞焦亡的相關研究越來越多。Li 等[28]發現在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠和高糖培養下的HK-2細胞系中，MALAT1表達水平增加，且MALAT1水平的增加與細胞焦亡水平的升高及miR-23c表達下降有關，下調MALAT1后重組ELAV樣蛋白1、含NLR家族PYRIN域蛋白3、半胱氨酸蛋白酶-1和白細胞介素-1β的表達降低，miR-23c表達增加、細胞焦亡水平下降。這些結果證實MALAT1通過調節miR-23c及其下游靶點重組ELAV樣蛋白1促進腎小管細胞焦亡和糖尿病腎病的發生發展。Liu等[29]通過體外實驗發現抑制MALAT1表達可致E盒結合鋅指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox 2，ZEB2)水平下調，ZEB2的下調可抑制高糖誘導的HK-2細胞上皮間質轉化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)和纖維化，且證實高糖可致MALAT1表達升高、miR-145水平下調，他們證明MALAT1充當海綿體吸附miR-145，上調靶基因ZEB2的表達，從而在糖尿病腎病中誘導EMT和腎纖維化，因此MALAT1/ miR-145/ZEB2有可能成為糖尿病腎病治療的靶點。

3.1.2MALAT1調控腎小球內皮細胞MALAT1還與內皮細胞損傷密切相關。Puthanveetil等[30]研究發現，MALAT1通過激活炎癥配體血清淀粉樣蛋白啟動子上調高糖誘導的炎癥介質IL-6和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達，從而引起炎癥反應和上調氧化應激，這些反應可能影響腎小球血管內皮的穩定性。Klotho蛋白是一種跨膜蛋白，在腎臟中參與離子通道、轉運體和1,25-二羥維生素D3的調節及慢性腎臟病的發生發展。最近的研究證實Klotho蛋白對于腎臟具有保護作用。G9a是組蛋白第9位賴氨酸(H3K9)甲基轉移酶，主要參與組蛋白甲基化和DNA甲基化，研究發現G9a和H3K9表達呈正相關，G9a和Klotho表達呈負相關[31]。Li等[32]發現MALAT1表達與Klotho表達呈負相關，Klotho過表達不僅緩解了高糖誘導的人腎小球內皮細胞損傷，也逆轉了MALAT1過表達導致的細胞損傷，這提示MALAT1可能通過抑制Klotho參與高糖導致的細胞損傷。他們證實MALAT1募集G9a在表觀遺傳方面沉默Klotho表達，這是MALAT1調控高糖誘導人腎小球內皮細胞損傷的機制之一。

3.1.3MALAT1調控腎臟足細胞 腎臟足細胞損傷是糖尿病腎病蛋白尿發生的重要機制，Hu等[25]通過體內外實驗發現糖尿病小鼠腎足細胞中MALAT1呈現先升后降趨勢。他們認為足細胞核中MALAT1和β-連環蛋白之間可能存在反饋調節：β-連環蛋白通過結合其啟動子和調節啟動子活性來調節MALAT1轉錄，而MALAT1改變了轉錄后β-連環蛋白的前mRNA加工模式。而高糖的影響打破了這一反饋調節的平衡，導致早期MALAT1的升高及后期β-連環蛋白的核積累。絲氨酸/精氨酸剪接因子1(serine/arginine splicing factor 1，SRSF1)是SR蛋白家族的成員，參與調節mRNA代謝。在高糖條件下，早期MALAT1水平升高后，SRSF1在足細胞中升高，并與隨后下降的MALAT1趨勢一致。在抑制SRSF1表達后MALAT1水平降低，足細胞損傷得到逆轉。由此可見，MALAT1參與糖尿病腎病的發生發展過程。

3.2 MALAT1與糖尿病視網膜病變

MALAT1在糖尿病誘導的視網膜內皮細胞功能障礙中起致病作用，其與p38 /分裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)之間的信號轉導參與調節視網膜內皮細胞的功能。p38/MAPK途徑抑制劑或抑制p38表達可阻斷MALAT1誘導的細胞增殖，而抑制MALAT1減弱了p38/MAPK的磷酸化水平，且沉默MALAT1對糖尿病視網膜病變的治療具有潛在作用，因此MALAT1和p38/MAPK通路有望成為治療糖尿病視網膜病變的新策略[33]。Yan等[34]通過體外實驗、動物研究和臨床樣品分析證實MALAT1失調與糖尿病視網膜病變的發生有關。血管內皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)位于內皮連接處，是一種Ⅱ型內皮限制性鈣黏蛋白，是與血管生成活性有關的標志物。已有研究證實糖尿病視網膜病變中VE-cadherin的水平顯著增加[35]。Liu等[36]發現MALAT1通過其3′-UTR與VE-cadherin競爭性結合miR-125b導致VE-cadherin的活化，通過miR-125b靶向沉默MALAT1的表達，可抑制高糖環境下VE-cadherin /β-連環蛋白復合物的形成及血管內皮生長因子和基質金屬蛋白酶2、基質金屬蛋白酶9的表達，進而改善人視網膜微血管內皮細胞的遷移、血管生成及通透性。Biswas等[37]在高糖培養的人視網膜內皮細胞中發現MALAT1表達的峰值在第48小時，他們通過糖尿病患者的玻璃體液及各種體內外實驗證實MALAT1在高糖下可通過與多梳抑制復合物2結合從而影響炎性轉錄物的表達，且糖尿病患者的玻璃體液中MALAT1、TNF-α和IL-6的表達增加。以上結果表明，MALAT1通過p38/MAPK通路、VE-cadherin/β-連環蛋白和MALAT1/多梳抑制復合物2途徑影響糖尿病視網膜病變。

3.3 MALAT1與糖尿病心肌病

Barbati等[38]發現高糖環境引起的一氧化氮信號紊亂可能通過激活環磷鳥苷酸改變心臟細胞的表觀遺傳環境，而Bacci等[39]通過體內外實驗發現長期高糖引起的一氧化氮升高或環磷鳥苷酸生物利用度降低會影響MALAT1表達。有研究發現在糖尿病患者、糖尿病大鼠和高糖處理過的心肌細胞中miR-181a-5p水平顯著下降[40]，且其參與調控內皮細胞的凋亡[41]。Cheng等[42]發現在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病心肌病小鼠的心肌中，半胱氨酸蛋白酶-3和促凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2相關蛋白的表達升高，抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2的水平下調，這提示糖尿病心肌病中存在線粒體凋亡途徑調控的細胞凋亡。他們進一步發現MALAT1在糖尿病心肌病小鼠和高糖誘導的心肌細胞中明顯上調，而干擾MALAT1表達后可顯著改善高糖誘導的細胞凋亡，并且抑制miR-181a-5p可部分逆轉干擾MALAT1的作用。這提示抑制MALAT1可以通過釋放miR-181a-5p來緩解高糖誘導的心肌細胞凋亡。因此MALAT1和miR-181a-5p有可能成為糖尿病心肌病臨床診療新的標志物。松果體產生的褪黑素對于多種組織和器官都有良性作用，已有研究證實其可通過抑制組蛋白去乙酰化酶1—過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α途徑改善糖尿病引起的心臟功能障礙[43]，且通過增強哺乳動物不育20樣激酶1/組蛋白去乙酰化酶3信號傳導改善糖尿病心肌病的進展[44]。Che等[45]發現褪黑素通過抑制MALAT1/miR-141介導的含NLR家族PYRIN域蛋白3炎性小體激活和轉化生長因子β1信號通路傳導產生抗纖維化作用，從而顯著改善心臟功能障礙，且其明顯降低糖尿病昆明小鼠及高糖培養的心臟成纖維細胞中MALAT1的水平。這對于糖尿病心肌病的預防及治療具有重要意義。以上表明，MALAT1通過MALAT1/miR-181a-5p及MALAT1/ miR-141途徑調控糖尿病心肌病變。

4 展望

隨著糖尿病發病率的提高，其相關并發癥逐漸引起重視，同時伴隨實驗技術的更新換代、基因研究的日益深入，LncRNA對于探索疾病病理生理機制打開了一個新的突破口。通過研究LncRNA不僅揭示了發病機制，也為臨床用藥提供了新思路。MALAT1最初發現參與腫瘤的發生發展，現已發現其可參與糖尿病、心肌疾病、肝臟疾病、神經病變等多種疾病的調控。MALAT1可從基因調控、表觀遺傳、炎癥、細胞死亡方式等角度對糖尿病常見并發癥進行調控。探究糖尿病微血管并發癥的發病機制及其臨床治療方向，可為今后的預防及臨床診療提供更完善的策略。