外周血長鏈非編碼RNA的生理功能及與2型糖尿病患者胰島β細胞功能相關性

梁健 陳燕 劉強 胡玉花 洪蕓蕓 張燕

珠海市第五人民醫院內分泌科，珠海 519055

通信作者：梁健，Email：xiehaina714@163.com

2型糖尿病是嚴重威脅人類健康的慢性非傳染性疾病，其發生與胰島素分泌受損、抵抗有關，遺傳、環境及自身免疫等多種因素均可導致發病，既往對2 型糖尿病發病機制研究中蛋白編碼基因mRNA 關注較多，人類基因組計劃發現編碼蛋白質的基因只占一小部分，長鏈非編碼RNA（long chain noncoding RNA，lncRNA）是不編碼蛋白質RNA 的一種，長度大于200 個堿基，其在表觀遺傳、轉錄等多層面參與基因表達及代謝，進而廣泛參與細胞增殖、分化在內的生命過程。近年來有研究發現：在2 型糖尿病發病過程中lncRNA 異常表達可能參與調控胰島素的合成和分泌，并與多種疾病的病理生理密切相關［1］。本文就lncRNA 生理功能及與2型糖尿病患者胰島β細胞功能相關性展開綜述，為2型糖尿病的治療提供新的靶點。

長鏈非編碼RNA概述

隨著人類基因組學及二代測序研究的發展，研究發現，在構成人類基因組的30 億個堿基對中，只有約2%的基因轉錄物與蛋白質編碼有關，剩下的DNA 中存在大量非編碼基因［2］。非編碼RNA 中＜200 個核苷酸的為小ncRNA，＞200個核苷酸的為lncRNA，其中以小miRNA和lncRNA在生物學領域研究較為廣泛。越來越多的證據表明，這些非編碼RNA 可能具有重要的生物功能，可通過與蛋白質及其他RNA 相互作用參與調控多種生物學功能，并與疾病的發生發展密切相關［3-4］。分析lncRNA 作用機制包括：lncRNA 作為信號分子包含具有調控功能的核酸序列，在特定時間和組織可調節生物生長發育，感知響應多種刺激，并可調控某些基因表達。lncRNA 作為誘餌分子可使蛋白質和小調控RNA 與受體分開，進而抑制代謝基因的轉錄；招募其他RNA 結合蛋白，間接調節靶基因的轉錄。lncRNA 作為引導分子可結合蛋白質和DNA 的特點區域，使含有該蛋白的復合物對應于調控位點，通過順式或反式方式調節目標基因表達。lncRNA 作為支架分子可與多個底物同時結合發揮作用，對于多種生物信號的傳遞、分子間相互作用的精確調控具有重要意義。

lncRNA與人類疾病之間的關系

1、lncRNA與神經系統疾病

相關資料顯示，lncRNA 在中樞神經系統和外周神經系統中均有表達，參與神經系統發育、神經元分化以及神經退行性病變等多種生物學過程［5］。在阿爾茨海默病發病過程中，lncRNA 與該病易感基因絲氨酸-蘇氨酸激酶、蛋白激酶密切相關，通過分子調控機制影響神經系統功能的改變。性別決定區Y-BOX21 反義RNA1 是近年來新發現的lncRNA。動物實驗研究顯示，其可通過上調Wnt 信號通路相關蛋白卷曲蛋白受體3∕5 表達參與中樞神經系統結構重塑，并減少神經元氧化應激，對阿爾茨海默病小鼠神經細胞凋亡起抑制作用［6］。帕金森綜合征是常見的神經功能障礙性疾病。近年來研究發現lncRNA 在帕金森綜合征患者體內呈現異常表達［7］。Kraus等［8］研究發現，相較于健康人群，帕金森患者體內lncRNA H19上游保守序列1、2明顯降低了2 倍，可以作為潛在的新生物標志物，并可用于監測疾病進展，作為新治療方法的潛在新靶點。Dharap 等［9］研究發現，在缺血性腦卒中患者腦組織中lncRNA MRAK159688 存在異常表達，在缺血后在與兩親性螺旋蛋白Sin3A 或coREST的結合顯著增加，以調節缺血后的表觀遺傳學。lncRNA 被認為在神經系統疾病方面具有診斷和治療潛力，但其與神經系統疾病相關性的證據來源于表達上的差異，具體作用機制仍有待探尋。

2、lncRNA與呼吸系統疾病

已有研究證實lncRNA 在多種呼吸系統疾病患者體內存在差異性表達［10］。在慢性阻塞性肺疾病和哮喘患者中檢測出190個lncRNA異常表達。此外lncRNA還與肺癌、肺纖維化等呼吸道疾病有關。Wu 等［11］通過研究發現lncRNA IL7R 在氣道炎癥中起著重要作用，慢性阻塞性肺病患者灌洗肺泡巨噬細胞和原代人小氣道上皮細胞中lnc-IL7R水平降低，lncRNA IL7R 通過乙酰化（Histone H3lysineresidue 9acetylation，H3K9ac）減 少 和 甲 基 化（H3K9me3 和H3K27me3）增加，介導促炎基因啟動子的抑制性染色質狀態。慢性阻塞性肺疾病患者中lncRNA IL7R 的低表達可能會增加Toll 樣受體2∕4 介導的炎癥，并與急性加重有關。Loewen 等［12］研 究 發 現，沉 默HOX 轉 錄 反 義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）在肺癌中表達水平明顯升高且具有特征性的lncRNA，并與轉移和不良預后相關。此外，HOTAIR 可促進肺癌細胞的增殖、存活、侵襲、轉移和耐藥性。

3、lncRNA與心血管疾病

lncRNA 與心血管疾病的發生有著密切的聯系，部分lncRNA 可維持心臟內環境的穩態，調控心律失常、心肌梗死，對心肌細胞具有保護作用。越來越多的研究表明，lncRNA 可以在不同程度上調節心血管疾病的病理過程［13-14］。Yan 等［15］研究發現，lncRNA 肺腺癌轉移相關轉錄因子1 （lung adenocarcinoma metastasis associated transcription factor 1，MALAT1）通過調節功能紊亂、脂質積聚和炎癥來影響動脈粥樣硬化的進程，還調節其他血管疾病，如高血壓和血管生成。此外，MALAT1 參與了心臟缺血或炎癥損傷、糖尿病心肌病或心臟重塑。這些證據揭示了MALAT1 在心血管疾病中的潛在機制，并表明MALAT1 可能是治療的靶點。國外學者Sato 等［16］發現，細胞質lncRNA Caren 通過調節遠端基因的翻譯和維持心肌細胞內環境穩定發揮心臟保護作用。還有研究發現在急性心肌梗死患者中lncRNA 壞死相關因子（necrosis-related factor，NRF）表達明顯升高，可作為急性心肌梗死后心力衰竭的潛在生物標志物［17］。

4、長鏈非編碼RNA與消化系統疾病

炎癥性腸病是一種多因素自身免疫性疾病，患病率不斷升高。越來越多的證據表明，lncRNA 在調節免疫系統中發揮著關鍵作用，并且其會干擾炎癥性腸病等自身免疫性疾病的發病機制。最近的研究已經確定了炎癥性腸病相關基因附近的lncRNA 和炎癥性腸病相關lncRNA 內的單核苷酸多態性［17］。此外，還分析了血液樣本和病理組織，發現大量lncRNA 在克羅恩病、潰瘍性結腸炎中失調。肝細胞癌是一種常見的消化系統疾病，目前尚無治愈方法。Zhang等［18］研究發現，lncRNA 酪氨酸蛋白激酶跨膜受體1 反義RNA 1（tyrosine protein kinase transmembrane receptor 1 antisense RNA 1，ROR1-AS1）在肝細胞癌中表達上調，其表達與臨床分期、T分期和N 分期有關。此外，Kaplan-Meier 曲線和Cox分析表明，ROR1-AS1 的高表達與預后不良有關，并且ROR1-AS1是肝細胞癌的獨立危險因素。

5、lncRNA與泌尿系統疾病

泌尿系統惡性腫瘤在我國發病率逐年升高，前列腺癌和膀胱癌為我國發病率最高的泌尿系統腫瘤，隨著各種診斷技術的不斷發展，腫瘤檢出率不斷提高，但仍有部分患者確診時已處于晚期。在缺乏可靠的前列腺癌檢測和分類標志物的情況下，尿外泌體lncRNA 可能提供一種替代的、非侵入性的生物標志物來源。國外學者I??n 等［19］通過實時聚合酶鏈式反應（PCR）對30 例前列腺癌患者和49 例良性前列腺增生癥患者的尿液樣本中的lncRNA p2l水平進行了研究，結果顯示，前列腺癌和良性前列腺增生癥患者的外體lncRNA p2l 水平存在顯著差異，由此可見lncRNA p2l 鑒別能力可能有助于預測前列腺癌患者的惡性狀態。He 等［20］研究發現，lncRNA miR-31 宿主基因（MIR31 Host Gene，MIR31HG）在膀胱癌中的表達水平明顯低于癌旁組織，且與腫瘤TNM 分期呈負相關，表明lncRNA MIR31HG 可能作為抑癌基因參與膀胱癌的發生和發展。

6、lncRNA與其他疾病的關系

lncRNA 在發揮其生物學功能的同時，與多種疾病的發生發展有著密切聯系，且有望成為疾病治療的新靶點。Han等［21］研究發現，與健康對照者相比，骨質疏松癥患者的血漿lncRNA 牛磺酸上 調基因1（Taurin hochreguliertes Gen 1，TUG1）上調，其水平隨著臨床分期的進展而增加，并通過小鼠模型發現lncRNA TUG1 可調節破骨細胞的增殖和凋亡。Chen 等［22］研究發現，lncRNA 鋅指蛋白反義鏈1（zinkfinger protein antisense kette 1，ZFAS1）的下調和miR-129 的上調通過降低高遷移率族蛋白B1 來抑制多囊卵巢綜合征患者卵巢顆粒細胞的內分泌紊亂、增殖和凋亡。Ghafouri-Fard等［23］分析lncRNA 在前列腺癌、卵巢癌和睪丸癌中作用的數據，證實了lncRNA 中某些基因組位點與這些癌癥的風險相關，得出結論lncRNA 是源自具有內分泌功能的器官的生物標志物。lncRNA 在多種疾病中的生理功能已成為近年來疾病機制研究的重點領域，解析他們與疾病發生之間的因果關系可能為人類重大疾病的診斷和治療提供新的靶標。

lncRNA與2型糖尿病

1、lncRNA與胰島β細胞

2 型糖尿病患者存在胰島素分泌不足及外周組織胰島素抵抗，lncRNA 在2 型糖尿病的發生發展中有一定作用。胰島是胰腺內的微型內分泌器官，是血糖穩態的重要調節劑，在糖尿病的發病機制中發揮著關鍵作用。正常人血糖的穩態平衡主要由胰島β、α 細胞分泌的胰島素調節，胰島β 細胞功能失調可導致胰島素分泌不足，引起血糖穩態平衡破壞，最終導致糖尿病的發生及全身重要器官的損害。目前已有研究發現在胰島素分泌過程中有多種lncRNA 的參與調解，并呈現動態變化，推測lncRNA 可能介入胰島的發育分化過程［24］。Wang 等［25］研究發現，與健康對照組相比，2型糖尿病組有55個lncRNA 存在差異表達，2型糖尿病患者中前3 個上調的lncRNA 的表達與糖代謝相關，并證明失調的lncRNA 可能通過調節炎癥和胰島素抵抗在2 型糖尿病發病機制中發揮作用。Bramswig 等［26］通過RNA-Seq分析發現人類胰腺中12 個β 細胞特異的lncRNA，認為lncRNA 可能參與維持β 細胞的功能和胰島素信號傳導。Morán 等［27］通過分析類胰島和β 細胞的全面鏈特異性轉錄組圖譜，發現了超過1 100 個基因間和反義胰島細胞lncRNA基因，并發現lncRNA在胰島β細胞分化發育過程中呈動態變化，這些發現揭示了一類與β 細胞和糖尿病病理生理學相關的新胰島細胞基因。2 型糖尿病患者胰島lncRNA 的表達譜與正常胰島相比發生了顯著變化，在糖尿病的代償期，胰島素抵抗可誘導胰島β細胞數量增加。

2、lncRNA與胰島素抵抗

肝臟是胰島素應答和分解的主要部位，肝臟糖異生是肝臟葡萄糖輸出的重要形式，胰島素缺乏或胰島素抵抗導致糖異生基因表達增加，糖異生和空腹高血糖的增加是糖尿病發病的決定性因素。大量研究表明，多種lncRNA 與胰島素抵抗密切相關，lncRNA 可以通過影響分泌素的合成和分泌以及胰島素抵抗的形成來調節胰島素分泌［28-29］。Zhu等［30］研 究 發 現，lncRNA 人 類 母 系 表 達 基 因3（humanes mütterliches exprimiertes Gen 3，MEG3）已被證明與肝葡萄糖產生相關，MEG3 過表達顯著增加叉頭轉錄因子O1、葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶mRNA 表達和肝糖異生，并抑制原代肝細胞中胰島素刺激的糖原合成，此外MEG3 干擾可以逆轉高脂飲食小鼠或ob∕ob 小鼠中甘油三酯的上調以及葡萄糖耐量受損和糖原含量的下調。Wang 等［31］研究發現，lncRNA Risa 在小鼠原代肝細胞或骨骼肌肌母細胞肌管中的過度表達減弱了胰島素刺激的胰島素受體、絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶、糖原合成酶激酶3β 的磷酸化，肝細胞或肌管中Risa 的過度表達增加了自噬，Risa 的敲除上調了自噬。此外，Atg7 或5-sig 基因的敲除顯著抑制Risa 基因敲除對胰島素抵抗的影響，表明Risa 基因的敲除可減輕胰島素抵抗，增強自噬。這些數據表明Risa 通過影響自噬調節胰島素敏感性，并表明Risa 是治療胰島素抵抗相關疾病的潛在靶點。

綜上所述，lncRNA 在發揮生物學功能的同時，與各種疾病的發病與遷移有著密切聯系，對于候選分子的具體靶點，以及他們如何影響易感個體的疾病發展，我們仍需進一步研究lncRNA 在生物體內的具體機制和作用能力，勢必會為生物醫學帶來莫大的影響。在2 型糖尿病中，大量lncRNA 已經成為調節與該疾病相關的生物過程的關鍵角色，lncRNA 可通過多水平基因調控參與胰島素合成和分泌、肝臟糖異生、糖代謝及糖尿病并發癥的發生，lncRNA 特征的識別和驗證可為糖尿病診斷和治療提供思路和靶點。