miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞功能的研究進(jìn)展

賀璟，蔡丙嚴(yán)，王平平

(1.泰州市第二人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，江蘇 泰州 225500； 2.江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

糖尿病是全球常見(jiàn)的代謝性疾病之一，我國(guó)18歲及以上人群糖尿病患病率已高達(dá)11.2%，其中，2型糖尿病患者占糖尿病患者總數(shù)的90%以上[1]。2型糖尿病是一種多因素導(dǎo)致的異質(zhì)性疾病，其主要特征是胰島素信號(hào)通路受到干擾導(dǎo)致胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能衰竭[2]。近年來(lái)，我國(guó)2型糖尿病發(fā)病率不斷升高且呈年輕化趨勢(shì)，嚴(yán)重影響人民健康水平及生命質(zhì)量。研究表明，2型糖尿病除了受肥胖、不健康生活方式、高血壓、高膽固醇等危險(xiǎn)因素的影響外，還與糖代謝、脂代謝、胰島素信號(hào)通路相關(guān)基因的遺傳性變異相關(guān)。近年來(lái)，有證據(jù)表明非編碼RNA在胰島素分泌和胰島素抵抗等方面具有重要的調(diào)控作用[3]。

微RNA(microRNA,miRNA/miR)是一種長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的非編碼RNA，能夠結(jié)合靶基因的3′非翻譯區(qū)，降解信使RNA轉(zhuǎn)錄本、阻礙信使RNA翻譯或調(diào)控靶基因甲基化狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控[4]。miRNA不僅參與正常的細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和功能發(fā)揮，還參與疾病的病理發(fā)生發(fā)展，是人類(lèi)疾病診斷和預(yù)后的重要靶點(diǎn)。繼2004年第一個(gè)調(diào)控胰島素分泌的miRNA——miR-375被發(fā)現(xiàn)后，越來(lái)越多的證據(jù)表明miRNA參與胰島細(xì)胞發(fā)育分化、胰島素合成及分泌、糖尿病發(fā)生發(fā)展以及并發(fā)癥等過(guò)程[5-7]。糖尿病相關(guān)miRNA具有重要的研究?jī)r(jià)值，其中包括miR-7家族。研究表明，miR-7在內(nèi)分泌器官胰臟的生理病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用[8]。miR-7有望成為內(nèi)分泌疾病診斷、治療和預(yù)后靶點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)miR-7在胰島中的表達(dá)及功能進(jìn)行綜述。

1 miR-7在胰臟中的表達(dá)

miR-7家族是進(jìn)化上高度保守的miRNA。人類(lèi)miR-7家族具有3個(gè)基因位點(diǎn)，分別位于第9號(hào)染色體HNRNPK基因內(nèi)含子、第15號(hào)染色體基因間隔區(qū)和第19號(hào)染色體PGSF1α基因內(nèi)含子[9]，每種基因轉(zhuǎn)錄成初始轉(zhuǎn)錄物，再被加工成miRNA前體，最終形成成熟序列。與人類(lèi)相似，小鼠miR-7同樣存在3個(gè)基因，miR-7a1和miR-7a2均形成miR-7a成熟序列，成熟序列miR-7a和miR-7b僅在非種子區(qū)相差一個(gè)核苷酸。miR-7家族基因冗余的現(xiàn)象反映了miR-7在調(diào)控生理過(guò)程中的重要性。

miR-7特異性高表達(dá)于神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，在內(nèi)分泌系統(tǒng)中尤其高表達(dá)于垂體和胰臟[10]。在人、嚙齒動(dòng)物和斑馬魚(yú)中，基因芯片和基因定量檢測(cè)結(jié)果顯示，miR-7高表達(dá)于內(nèi)分泌器官胰臟且特異性表達(dá)于胰島，胰島miR-7表達(dá)量超過(guò)了胰腺腺泡miR-7的150倍，且miR-7是胰島中含量最豐富的miRNA[11-12]。胰島中miR-7家族成員的表達(dá)水平有所差異，在成年小鼠胰島中，miR-7a含量較miR-7b更為豐富[13]。miR-7特異性表達(dá)于胰島內(nèi)分泌前體細(xì)胞和成熟內(nèi)分泌細(xì)胞。在發(fā)育過(guò)程中，miR-7始終在內(nèi)分泌細(xì)胞表達(dá)，直至發(fā)育成熟。在胚胎發(fā)育10.5～11.5 d，miR-7表達(dá)水平降低。胚胎發(fā)育13.5～14.5 d時(shí)miR-7表達(dá)水平上升，直至胚胎發(fā)育18 d表達(dá)水平再次下降[14]。在發(fā)育過(guò)程中，miR-7定量和激素檢測(cè)結(jié)果顯示，miR-7表達(dá)水平變化與胰島激素合成變化具有時(shí)空一致性[15]，提示miR-7對(duì)胰島激素可能具有重要的調(diào)控作用。

2 miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞功能

miR-7對(duì)胰島具有重要的調(diào)控作用，集中表現(xiàn)在對(duì)胰島β細(xì)胞的調(diào)控。在非糖尿病個(gè)體中，胰島β細(xì)胞具有顯著的代謝環(huán)境適應(yīng)能力，機(jī)體能夠通過(guò)控制胰島素分泌和胰島β細(xì)胞數(shù)量來(lái)調(diào)控胰島素水平，從而維持正常血糖。然而在2型糖尿病患者中，遺傳、環(huán)境因素以及表觀遺傳學(xué)等綜合因素導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能衰竭，代償反應(yīng)障礙。因此，探究胰島β細(xì)胞對(duì)代謝環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制，對(duì)于了解和治療2型糖尿病至關(guān)重要。miR-7對(duì)胰島β細(xì)胞的調(diào)控作用主要包括調(diào)控胰島β細(xì)胞分化生長(zhǎng)、增殖、胞吐以及胰島素分泌。

2.1miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞分化發(fā)育 胰島β細(xì)胞分化與胰島β細(xì)胞功能的發(fā)揮密切相關(guān)[16]，miR-7參與調(diào)控胰島胚胎發(fā)育和器官分化，對(duì)胰島特異性分化和胰島功能發(fā)揮均具有重要作用。一方面，miR-7對(duì)胰島發(fā)育具有系統(tǒng)性調(diào)控作用，能夠間接調(diào)控胰島分化。體內(nèi)研究表明，在胚胎發(fā)育10.5 d小鼠宮內(nèi)胎心注射miR-7反義鏈寡聚核苷酸以特異性敲除miR-7可導(dǎo)致成年小鼠胰島素水平下調(diào)、胰島β細(xì)胞數(shù)目減少和葡萄糖耐受[14]。另一方面，miR-7具有胰島β細(xì)胞特異性調(diào)控作用。體外抑制miR-7會(huì)導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡和胰島素減少[14]。

目前有研究者嘗試?yán)梅只蛭捶只募?xì)胞來(lái)治療糖尿病，鑒于miRNA能夠通過(guò)調(diào)控基因表達(dá)和下游轉(zhuǎn)錄因子對(duì)細(xì)胞分化發(fā)育發(fā)揮重要的調(diào)控作用，因此向胰島β細(xì)胞轉(zhuǎn)染合適的miRNA是干細(xì)胞治療糖尿病的方案之一[17]。人類(lèi)胚胎干細(xì)胞具有自我更新和多向分化的能力，相關(guān)研究模擬內(nèi)胚層、腸管內(nèi)胚層、胰腺前體和細(xì)胞以重塑胰島器官發(fā)生，發(fā)現(xiàn)其中miR-7表達(dá)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程與人類(lèi)胚胎胰腺最為相似[18]，提示miR-7可能應(yīng)用于糖尿病細(xì)胞替代治療以產(chǎn)生胰島細(xì)胞，特別是應(yīng)用于2型糖尿病。加之miR-7具有系統(tǒng)性調(diào)控作用和胰島β細(xì)胞特異性作用，更加有利于miR-7應(yīng)用于干細(xì)胞療法，但相關(guān)應(yīng)用價(jià)值有待進(jìn)一步探究。

分子機(jī)制研究結(jié)果顯示，胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞分化受轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，miR-7在轉(zhuǎn)錄后水平通過(guò)靶基因?qū)σ认侔l(fā)育發(fā)揮調(diào)控作用[19-21]。在小鼠胰島素瘤胰島β細(xì)胞系中，miR-7的慢病毒抑制劑和保護(hù)劑實(shí)驗(yàn)表明，小鼠配對(duì)盒基因6是miR-7的靶基因[19]。小鼠發(fā)育過(guò)程中，胰腺高表達(dá)miR-7會(huì)導(dǎo)致配對(duì)盒基因6下調(diào)和α細(xì)胞、β細(xì)胞分化抑制；敲除miR-7會(huì)導(dǎo)致配對(duì)盒基因6上調(diào)，促進(jìn)α細(xì)胞和β細(xì)胞分化，抑制配對(duì)盒基因6下調(diào)能夠逆轉(zhuǎn)miR-7敲除對(duì)胰島素啟動(dòng)子活性的影響[20]，表明miR-7能夠通過(guò)重要靶點(diǎn)配對(duì)盒基因6精確調(diào)控胰腺發(fā)育。除了配對(duì)盒基因6外，胰腺中還存在pre-miR-7a2和pre-miR-7b的上游保守區(qū)域[21]，miR-7可通過(guò)增加啟動(dòng)子活性調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子。miRNA基因調(diào)控涉及復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，關(guān)于胰島中miR-7的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有待進(jìn)一步研究完善，以為2型糖尿病開(kāi)發(fā)新型治療藥物提供研究依據(jù)。

2.2miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞增殖 在人類(lèi)和嚙齒動(dòng)物中，胰島β細(xì)胞數(shù)量增加依賴(lài)于胰島β細(xì)胞的復(fù)制和增殖[22]，因此闡明胰島β細(xì)胞增殖機(jī)制對(duì)研究再生治療糖尿病具有重要意義。miR-7對(duì)于成熟胰島β細(xì)胞增殖具有“剎車(chē)”作用。在成熟胰島β細(xì)胞中，miR-7a能夠靶標(biāo)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路中的促分裂原活化的蛋白激酶相關(guān)蛋白1、p70核糖體蛋白S6激酶、促分裂原活化的蛋白激酶相互作用絲氨酸/蘇氨酸激酶1/2、真核啟動(dòng)因子4E等組分[13]。在糖尿病小鼠中，miR-7依賴(lài)于哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路以發(fā)揮抑制胰島β細(xì)胞增殖的作用，抑制miR-7a能夠激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)，促進(jìn)小鼠成熟胰島β細(xì)胞復(fù)制，而雷帕霉素能夠抑制胰島β細(xì)胞復(fù)制[13]。但干擾胰島β細(xì)胞中的miR-7a并不會(huì)完全影響增殖和代謝[23]，提示miR-7a對(duì)維持內(nèi)分泌β細(xì)胞群并非不可或缺。miR-7對(duì)成熟胰島β細(xì)胞增殖的調(diào)控模式與胰島β細(xì)胞發(fā)育的調(diào)控模式存在明顯差異，加之miR-7-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白增殖軸在人類(lèi)胰島β細(xì)胞中是保守的[13]，因此miR-7是治療糖尿病的潛在分子靶點(diǎn)。

2.3miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞胞吐作用 胞吐作用對(duì)于胰島素分泌十分重要，胰島β細(xì)胞合成胰島素，將其儲(chǔ)存于分泌囊泡，胰島素囊泡通過(guò)胞吐作用將胰島素釋放到細(xì)胞外。研究表明，miR-7能夠調(diào)控胰島β細(xì)胞胰島素顆粒的胞吐作用；在細(xì)胞中超表達(dá)miR-7后，去極化誘導(dǎo)的胞吐作用導(dǎo)致膜電容增加量減少，miR-7抑制劑則導(dǎo)致相反的變化；胰島β細(xì)胞條件性敲除miR-7家族基因，能夠改變參與胞吐作用的突觸蛋白含量，增加胰島素胞吐作用[23]。但在其他組織器官中，miR-7是否同樣能夠高效率地調(diào)控胞吐作用，有待進(jìn)一步探究。

除正常生理狀態(tài)外，miR-7在病理狀態(tài)下也參與調(diào)控胞吐作用。在2型糖尿病中，胰島miR-7a能夠通過(guò)調(diào)控α突觸核蛋白調(diào)控胞吐作用，進(jìn)而參與維持胰島β細(xì)胞功能和血糖正常，影響肥胖和2型糖尿病中胰島β細(xì)胞的功能適應(yīng)性[23]，這一作用提示可以通過(guò)miR-7改善胰島β細(xì)胞功能。有研究表明，8周有氧運(yùn)動(dòng)以及膳食干預(yù)能夠改善miR-7表達(dá)，進(jìn)而影響胰腺十二指腸同源框因子-1表達(dá)以及下游葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體和葡萄糖激酶信號(hào)通路，改善胰島β細(xì)胞胞吐功能，最終改善胰島β細(xì)胞功能[24]。

2.4miR-7調(diào)控胰島β細(xì)胞胰島素分泌 胰島素是調(diào)節(jié)血糖的重要激素。miR-7能夠負(fù)調(diào)控葡萄糖誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞胰島素分泌。在人類(lèi)2型糖尿病患者和肥胖小鼠模型的胰島中，miR-7a水平明顯下調(diào)。動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在胰島β細(xì)胞特異性miR-7a敲除小鼠中，葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌量增加；在胰島β細(xì)胞超表達(dá)miR-7a的轉(zhuǎn)基因小鼠中，胰島素分泌和胰島β細(xì)胞分化受損、胰島素分泌量減少、血糖升高，易誘發(fā)糖尿病[23]。動(dòng)物體外實(shí)驗(yàn)顯示，小鼠胰島β細(xì)胞過(guò)表達(dá)miR-7a同樣能夠?qū)е乱葝u素分泌障礙和胰島β細(xì)胞去分化受損，易誘發(fā)糖尿病進(jìn)展；分子機(jī)制進(jìn)一步研究顯示，在胰島β細(xì)胞miR-7a2缺陷小鼠中，miR-7a2能夠通過(guò)靶標(biāo)α突觸核蛋白、冷激蛋白、蛋白激酶Cβ、前纖維蛋白2等基因進(jìn)而調(diào)控胰島β細(xì)胞功能，調(diào)節(jié)敏感因子結(jié)合蛋白受體復(fù)合體(介導(dǎo)膜泡融合)的活性[23]，實(shí)現(xiàn)胰島素顆粒與脂質(zhì)膜的晚期融合。

除了通過(guò)靶基因進(jìn)行直接調(diào)控外，miR-7還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)其他蛋白間接調(diào)控胰島素分泌，如胰島素樣肽對(duì)于調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和生長(zhǎng)代謝具有重要作用，果蠅miR-7能夠通過(guò)作用于靶點(diǎn)F-肌動(dòng)蛋白帽狀蛋白α抑制胰島素樣肽的合成與分泌[25]，這種調(diào)控機(jī)制在哺乳動(dòng)物中具有保守性，小鼠胰島β細(xì)胞中胰島素樣肽同源物同樣受到miR-7的靶標(biāo)調(diào)控。

此外，其他物質(zhì)也能夠通過(guò)調(diào)控miR-7影響胰島素作用。如在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中，胰高血糖素樣肽1具有高糖依賴(lài)性促胰島素分泌作用[26]，其受體能夠通過(guò)激活包含miR-7在內(nèi)的多種miRNAs及其靶基因來(lái)保護(hù)胰島β細(xì)胞[27]。

miR-7除了在生理狀態(tài)下對(duì)胰島β細(xì)胞發(fā)揮調(diào)控作用外，miR-7異常變化也會(huì)導(dǎo)致胰臟病理學(xué)改變。相關(guān)研究表明，miR-7參與調(diào)控胰島素分泌和胰島β細(xì)胞生長(zhǎng)增殖，與2型糖尿病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[28]。在轉(zhuǎn)基因小鼠胰島β細(xì)胞中超表達(dá)miR-7會(huì)誘發(fā)糖尿病。人類(lèi)胰島中有數(shù)以千計(jì)的環(huán)狀RNAs，有497個(gè)環(huán)狀RNAs在小鼠胰島中存在基因同源物，其中小腦退化相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(antisense to the cerebellar degeneration-related protein 1 transcript,Cdr1as)是有效的miR-7抑制劑，糖尿病小鼠胰島中Cdr1as的基因轉(zhuǎn)錄本含量下降。超表達(dá)Cdr1as能夠抑制胰島細(xì)胞中miR-7的作用，促進(jìn)胰島素分泌，而在野生小鼠胰島中下調(diào)Cdr1as會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌受損、β細(xì)胞增殖受到抑制、β細(xì)胞數(shù)量減少[29]。檢測(cè)胰島細(xì)胞中Cdr1as的表達(dá)特征，結(jié)果顯示長(zhǎng)期毛喉素和丙二醇甲醚醋酸酯刺激具有上調(diào) Cdr1as的作用，但高葡萄糖無(wú)此作用，提示環(huán)腺苷酸和蛋白激酶C通路參與調(diào)控Cdr1as[29]。分子機(jī)制進(jìn)一步研究表明，Cdr1as/miR-7通路可通過(guò)靶點(diǎn)配對(duì)盒基因6提高胰島素轉(zhuǎn)錄水平、通過(guò)靶點(diǎn)肌球蛋白Ⅶa和Rab相互作用蛋白調(diào)控胰島素分泌[30]。這些結(jié)果提示，Cdr1as/miR-7信號(hào)通路對(duì)胰島素分泌具有明顯調(diào)控作用，可能作為改善糖尿病胰島β細(xì)胞功能的分子靶點(diǎn)。

盡管miR-7是潛在的糖尿病診療分子靶點(diǎn)，但不同動(dòng)物模型存在基因差異性，將動(dòng)物模型結(jié)果應(yīng)用于臨床仍須進(jìn)一步驗(yàn)證。如在小鼠模型中，胰腺再生蛋白1能夠促進(jìn)病理生理狀態(tài)下的細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化，抑制細(xì)胞凋亡，miR-7可通過(guò)靶標(biāo)胰腺再生蛋白1來(lái)調(diào)控胰腺腺泡和胰島β細(xì)胞功能，但是miR-7不能直接抑制小鼠胰腺再生蛋白1的人類(lèi)同源基因[31]，說(shuō)明盡管大多數(shù)調(diào)控機(jī)制在哺乳動(dòng)物中具有保守性，但部分基因存在物種差異性，這種差異性可能會(huì)限制miR-7在臨床的部分應(yīng)用，因此在相關(guān)研究中探究作用基因及模式是否保守具有重要意義。

3 小 結(jié)

隨著糖尿病患者的日益增多，解決糖尿病難題給醫(yī)藥行業(yè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。miRNA在調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路和胰島素抵抗方面具有重要作用，且與2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。其中，miR-7家族在胰臟含量豐富，是胰島含量最豐富的miRNA。諸多研究表明，miR-7能夠調(diào)控胰島β細(xì)胞分化生長(zhǎng)以及功能發(fā)揮，參與調(diào)控胰臟相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，是2型糖尿病臨床治療的可能靶點(diǎn)。miRNA治療較傳統(tǒng)信使RNA治療具有穩(wěn)定性更好的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合miR-7具有胰島系統(tǒng)性調(diào)控作用和胰島β細(xì)胞特異性，miRNA可能應(yīng)用于胰島β細(xì)胞干細(xì)胞療法治療糖尿病，但仍須對(duì)miRNA治療的有效性和特異性進(jìn)行驗(yàn)證。血清miR-7變化早于靶基因變化，具有特異性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，很可能作為無(wú)創(chuàng)生物標(biāo)志物應(yīng)用于2型糖尿病的診療過(guò)程，相關(guān)應(yīng)用有待進(jìn)一步的探索研究。