microRNA作為妊娠糖尿病標志物的研究進展

鄭妙艷 石文琦 張美琳 單春艷

1天津醫(yī)科大學代謝病醫(yī)院糖尿病腎病科，國家衛(wèi)生健康委員會激素與發(fā)育重點實驗室(天津醫(yī)科大學)，天津市代謝性疾病重點實驗室，天津醫(yī)科大學代謝病醫(yī)院內(nèi)分泌研究所 300070; 2天津醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院 300070

妊娠糖尿病(GDM)是指在妊娠中、晚期首次出現(xiàn)或發(fā)病的不同程度的糖耐量異常[1]。在妊娠中、晚期，為了給胎兒提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，孕婦胰島素抵抗生理性增強以維持血糖穩(wěn)態(tài)。GDM以糖耐量降低和血糖升高為特征，β細胞對外周胰島素抵抗的適應不良可能是其主要病理生理機制。目前推薦在妊娠24～28周進行75 g口服葡萄糖耐量試驗篩查和診斷GDM，而妊娠中、晚期已出現(xiàn)極高的妊娠相關不良事件發(fā)生率，如先兆子癇、早產(chǎn)、胎兒低血糖、呼吸窘迫綜合征、子代糖尿病等。所以需要尋找一些生物標志物早期預測GDM或精確監(jiān)控GDM的狀況，以改善GDM不良妊娠結局。研究發(fā)現(xiàn)，microRNA(miRNA)可以作為早期診斷GDM的潛在生物標志物[2]。深入研究miRNA的功能，可以增加對GDM及其并發(fā)癥的病因?qū)W和病理生理學的了解。本文對近幾年來GDM患者胎盤、循環(huán)miRNA方面的研究進展進行綜述。

1 miRNA概述

miRNA是一種長度約19～24個核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA片段，其生物發(fā)生的過程為：首先，在細胞核內(nèi)，miRNA基因間區(qū)域和啟動子在RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ作用下進一步加工，轉錄生成含60～70個核苷酸長發(fā)夾結構的初級miRNA；隨后，后者主動轉運至細胞質(zhì)，在核糖核酸酶Ⅲ Dicer作用下分裂形成兩條雙鏈RNA，其中主鏈編碼Argonaute蛋白1-4，形成RNA誘導沉默復合體。成熟的miRNA引導RNA誘導沉默復合體與目標mRNA分子3′非編碼區(qū)域互補配對，負反饋抑制目標mRNA的翻譯或者特異性地切割目標mRNA，從而實現(xiàn)對靶基因轉錄水平的調(diào)控[3]。

miRNA還可被動或主動分泌至細胞外液。細胞死亡或凋亡后miRNA多以無囊泡的形式或凋亡小體被動釋放；主動轉運則通過囊泡、外泌體或高密度脂蛋白、低密度脂蛋白主動分泌。miRNA以脂質(zhì)囊泡作為載體或與結合蛋白質(zhì)形成復合體，可保護其免受RNA酶和其他RNA降解劑的降解，從而使miRNA在細胞外穩(wěn)定存在[4]。循環(huán)miRNA容易檢測，所以可作為很多不同疾病(包括糖尿病)公認的診斷、預后、治療的生物標志物。

2 GDM胎盤miRNA

人類胎盤中有500種以上miRNA表達，可分為胎盤特異性、胎盤相關性和胎盤衍生性循環(huán)miRNA三大類[5]。胎盤特異性miRNA在胎盤組織中特異表達，主要與細胞增殖、凋亡、遷移及滋養(yǎng)層血管生成有關，在妊娠早期胎盤形成過程起調(diào)節(jié)作用。最近，Ding等[6]對16例GDM和對照組的胎盤進行測序分析，并用定量PCR法對差異表達的miRNA進行驗證，發(fā)現(xiàn)GDM胎盤共表達281個mRNA和32個miRNA，其生物學關系與細胞發(fā)育、功能和器官形態(tài)有關。其中，miRNA-138-5p通過靶向轉導素β樣蛋白(TBL1X)的3′-非翻譯區(qū)，顯著抑制滋養(yǎng)層細胞遷移和增殖，并且miRNA-138-5p和TBL1X的異常表達與胎盤重量顯著相關。

胎盤相關性miRNA在妊娠過程中以不同形式在胎盤及其他組織中廣泛表達。Cai等[5]最近發(fā)現(xiàn)，妊娠早期至晚期胎盤中存在191種不同表達的miRNA：妊娠早期，主要存在與腫瘤形成、血管生成、抗凋亡相關的miRNA；妊娠后期，主要存在與細胞分化、抗腫瘤相關的miRNA。許多研究證明，胎盤特異性miRNA和胎盤相關性miRNA在妊娠并發(fā)癥如妊娠失敗、先兆子癇、宮內(nèi)發(fā)育遲緩、早產(chǎn)以及GDM中表達失調(diào)，提示其在這些疾病發(fā)病機制中發(fā)揮作用[7]。較早的研究發(fā)現(xiàn)，胎盤特異性miRNA-518d在非糖尿病以及GDM孕婦妊娠37～40周的胎盤中均過度表達，隨后發(fā)現(xiàn)miRNA-518可特異性調(diào)控GDM患者過氧化物酶體增殖物活化受體-α基因和蛋白的表達，過氧化物酶體增殖物活化受體-α在胎盤中的表達與miRNA-518d呈負相關[8]。GDM患者妊娠晚期的胎盤內(nèi)皮細胞中miRNA-221和miRNA-222表達明顯高于正常妊娠者，并靶向抑制組織間黏附因子1蛋白種類，可能抑制白細胞從血液向胎盤遷移，進而加重GDM患者高血糖導致的炎性反應[9]。

胎盤衍生性循環(huán)miRNA主要通過合胞體滋養(yǎng)層，由外泌體等攜帶釋放進入母體循環(huán)系統(tǒng)，其在血液中容易監(jiān)測，可反映胎盤特異性和胎盤相關性miRNA的表達，進而反映妊娠期生理和病理情況。近期發(fā)現(xiàn)，miRNA-503在GDM患者胎盤及外周血中均上調(diào)；動物實驗發(fā)現(xiàn)，小鼠β細胞系INS-1中miRNA-503中過度表達會使細胞增生和胰島素分泌降低，同時促進細胞凋亡。這些結果提示GDM期間，胎盤和β細胞間可能存在以miRNA為基礎的特殊交流[10]。

3 循環(huán)miRNA與GDM

3.1 循環(huán)miRNA與β細胞功能 循環(huán)miRNA與β細胞的功能和調(diào)節(jié)相關，在糖尿病發(fā)病機制中起重要作用。早期研究主要關注循環(huán)miRNA在1型和2型糖尿病中的表達，只有少部分關于循環(huán)血清/血漿miRNA在GDM期間的表達及診斷作用的研究。

2011年，Zhao等[11]發(fā)表了第一篇研究循環(huán)miRNA與GDM相關的報道。研究者通過TaqMan miRNA陣列微流控卡對24例GDM和24名非GDM妊娠16～19周孕婦的血清進行對比分析。結果發(fā)現(xiàn)，與非糖尿病受試者相比，GDM患者血清中3種miRNA(miRNA-29a、miRNA-132和miRNA-222)下調(diào)。miRNA-29a靶基因Insig1可能參與血糖穩(wěn)態(tài)的基因如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶2的表達[12]。此外，近來研究證明，miRNA-29a和miRNA-222均直接和(或)間接調(diào)節(jié)葡萄糖轉運蛋白4，而后者在血糖控制和胰島素誘導肌肉和脂肪組織攝取葡萄糖的過程中起關鍵作用[13]。因此，循環(huán)miRNA介導并靶向胰島素敏感組織的交聯(lián)效應假說，對于理解GDM發(fā)病機制的分子線索尤為重要。

Zhu等[14]使用測序法對10例GDM和10名非GDM妊娠16～19周孕婦的血漿中miRNA的表達進行了評估，發(fā)現(xiàn)GDM患者血漿中5種miRNA(miRNA-16-5p、miRNA-17-5p、miRNA-19a-3p、miRNA-19b-3p和miRNA-20a-5p)上調(diào)。這些miRNA主要與胰島素分泌相關的一些通路，如絲裂原活化蛋白激酶信號通路、胰島素信號通路、轉化生長因子-β信號通路和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路有關。然而，Cao等[15]對85例GDM患者和72名非GDM者的研究發(fā)現(xiàn)，GDM患者僅miRNA-16-5p、miRNA-17-5p和miRNA-20a-5p在妊娠期間表達上調(diào)，并沒有檢測到miRNA-19a-3p和miRNA-19b-3p的表達有顯著差異。據(jù)報道，2型糖尿病患者中miRNA-16-5p的靶基因(泛素連接酶4A、Smad家族蛋白1、表皮生長因子受體、肌動蛋白β、核糖體RNA加工蛋白12和發(fā)育蛋白2)均下調(diào)[16]。另外，胰島素受體底物1和2也是miRNA-16-5p的靶基因，一方面可調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子-1和胰島素敏感組織胰島素信號轉導，另一方面胰島素受體底物1和2可使調(diào)節(jié)細胞生長的Wnt/β-catenin信號增強，而該信號通路調(diào)節(jié)障礙已證實可以引起癌癥、肥胖和糖尿病[17]。然而，miRNA-16-5p在紅細胞中高度表達，溶血時miRNA-16-5p表達可能上調(diào)，因此以循環(huán)中miRNA-16-5p表達水平來監(jiān)測GDM進展可能出現(xiàn)誤導，故尚不能作為一種可靠的生物標志物。最近在南非人群中進行的研究中卻發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，GDM患者的miRNA-20a-5p明顯下降，并且miRNA-20a-5p連同一個或多個糖尿病危險因素可能是GDM的重要預測因子[18]。

一項前瞻性對照隊列研究中，檢測了36例GDM和80名非GDM妊娠7～23周女性血漿中10種在妊娠及其并發(fā)癥中起關鍵作用和(或)與2型糖尿病相關的miRNA，發(fā)現(xiàn)較高水平的miRNA-155-5p和miRNA-21-3p與GDM呈正相關，miRNA-21-3p和miRNA-210-3p僅與超重/肥胖GDM特異性相關，而與正常體重或偏瘦的GDM無明顯相關。另外，有6種miRNA(miRNA-155-5p、miRNA-21-3p、miRNA-146b-5p、miRNA-223-3p、miRNA-517-5p和miRNA-29a-3p)水平僅與孕男性胎兒的GDM患者相關[19]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，GDM患者miRNA-657表達明顯增加，白細胞介素(IL)-37的表達降低，二者呈負相關；體外研究中，miRNA-657可以靶向調(diào)節(jié)IL-37，增強單核巨噬細胞的增殖，并可促進脂多糖誘導的IL-6和腫瘤壞死因子-α的產(chǎn)生和核因子-κB的激活，而當外源重組IL-37被用于細胞時這種作用被抑制。提示miRNA-657失調(diào)可能通過IL-37/核因子-κB信號轉導促進GDM發(fā)病[20]。

3.2 循環(huán)miRNA與GDM相關并發(fā)癥 為了探討GDM與循環(huán)miRNA改變對胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育之間的潛在相關性，Lamadrid-Romero等[21]對12個胎兒神經(jīng)發(fā)育相關miRNA(miRNA-183-5p、miRNA-200b-3p、miRNA-9-5p、miRNA-17-5p、miRNA-30b-5p、miRNA-30c-5p、miRNA-124-3p、miRNA-125b-5p、miRNA-128-3P、has-191-5P、miRNA-1290和miRNA-137)表達進行評估，發(fā)現(xiàn)與妊娠早期相比，妊娠中期女性血清中miRNA-193-5p、miRNA-200b-3p和miRNA-125-5p表達水平較高，與GDM無關；而miRNA-137在妊娠晚期的水平高于妊娠前期，揭示了這些與神經(jīng)發(fā)育相關的miRNA存在時間差異性。此外，與對照組相比，GDM患者在妊娠早期miRNA-183-5p、miRNA-200b-3p、miRNA-125-5p和miRNA-1290水平較高，提示這組患者胎兒神經(jīng)分化和細胞增殖可能發(fā)生改變。先前的研究表明，miRNA-183和miRNA-200基因家族調(diào)節(jié)人膠質(zhì)細胞瘤細胞的細胞增殖，并參與果蠅視葉中神經(jīng)上皮細胞增殖和成神經(jīng)細胞生成之間的平衡[22-23]。此外，miRNA-200可抑制Sox2的表達，降低小鼠中腦/后腦區(qū)域神經(jīng)干細胞的增殖和多能性，強烈提示其在GDM時過度表達可能損害胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。因此，Lamadrid-Romero等[21]報道，妊娠早期GDM患者中這些miRNA水平增加，表明胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中細胞增殖減少和神經(jīng)元分化增加，證實了先前在小鼠中的研究結果。另外，這些與神經(jīng)發(fā)育相關的miRNA可以在孕婦血清中檢測到，這可能反映胎兒在懷孕期間的生理或病理生長。然而在GDM過程中，循環(huán)miRNA的這種改變究竟是神經(jīng)損傷的原因還是結果，還有待進一步研究。

總之，與正常妊娠者相比，無論是胎盤miRNA還是循環(huán)miRNA在GDM患者中均存在差異表達。這些差異表達的miRNA影響胰島素分泌和轉運通路、炎性反應、胎兒神經(jīng)元分化等相關基因的表達，可能參與GDM以及相關并發(fā)癥的發(fā)生和進展。循環(huán)中miRNA相對穩(wěn)定，取材方便，易于分析，目前已篩選出一些可作為GDM的候選生物標志物。但由于標本種類(血清或血漿)、樣品處理方法、數(shù)據(jù)分析方法、種族差異等原因，各研究數(shù)據(jù)重復性和特異性相對較低。因此，制定全球公認和標準化的操作程序來分析循環(huán)miRNA是很有必要的[24]。