微小RNA在糖尿病并發(fā)癥診斷治療中的研究進展

李丹丹，劉佳佳，王 晶

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730000)

糖尿病是一種由多種病因引起的以慢性高血糖為特征的終身代謝性疾病[1]。長期高血糖會導(dǎo)致眼、腎、心、血管、神經(jīng)的慢性損害和功能障礙，這是糖尿病并發(fā)癥的發(fā)病基礎(chǔ) 。微小RNA(miRNA)是生物體內(nèi)一類長度為21～23個核苷酸的非編碼RNA，通過特異性結(jié)合mRNA的3′非編碼區(qū)(3′UTR)，調(diào)控其靶基因的表達，其在疾病的發(fā)生、發(fā)展，細胞的增殖、分化方面具有重要的作用[2]。近年研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病及其并發(fā)癥中均有miRNA表達譜的改變，其可參與氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、細胞損傷、組織修復(fù)等多個過程。本文就與糖尿病并發(fā)癥相關(guān)的miRNA表達調(diào)控進行綜述，從而探討其在糖尿病并發(fā)癥診斷和治療中的作用。

1 miRNA與糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)

DR是糖尿病常見并發(fā)癥之一，也是導(dǎo)致人群失明的一個原因，糖尿病持續(xù)時間越長，DR的患病率越高。在我國住院患者DR發(fā)病率已經(jīng)超過30%，其發(fā)病主要與視網(wǎng)膜新生血管生成、慢性炎性反應(yīng)、細胞凋亡等有關(guān)。miR-410、miR-152、miR-155等可以通過抑制血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、腎上腺素受體、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGFβ1)等的表達減少視網(wǎng)膜新生血管的形成[3-5]。而miR-146、miR-132、miR-21等被發(fā)現(xiàn)在視網(wǎng)膜炎性反應(yīng)中表達上調(diào)，同時有研究表明miR-34家族可以導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞凋亡從而導(dǎo)致DR[6]。此外，臨床研究還發(fā)現(xiàn)miR-122、miR-125b在DR中均有明顯的表達改變[7]，且多種信號通路在糖尿病腎病(DN)中發(fā)生了改變，包括Wnt、MAPK、磷脂酰肌醇代謝、轉(zhuǎn)化生長因子、細胞周期等。但miRNA調(diào)控的靶基因及其上下游信號分子、調(diào)控機制等仍需進一步的研究。

2 miRNA與DN

DN是發(fā)病率最高的糖尿病并發(fā)癥之一，占糖尿病并發(fā)癥發(fā)病率的40%左右，也是導(dǎo)致患者腎衰竭、需要腎臟替代治療的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，多種miRNA與DN的發(fā)病(包括足細胞足突的融合與凋亡、腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化)有關(guān)[8]，其影響因素包括晚期糖基化代謝產(chǎn)物(AGEs)、生長因子、氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)及代謝障礙等。DN患者腎組織表達的miR-21、miR-216a、miR-217等可以通過靶向抑制人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)/PI3K/Akt和TGF-β1信號通路影響腎臟的形態(tài)與功能[9]。糖尿病小鼠體內(nèi)高表達的miR-199b-5p，可靶向調(diào)控klotho基因的表達，從而抑制其抗氧化作用，導(dǎo)致腎小管損傷[10]。下調(diào)miR-25和miR-146a可以增加腎小管細胞超氧化物歧化酶(SOD)活性，激活氧化應(yīng)激。同時，PEZZOLESI等[11]發(fā)現(xiàn)，在糖化血紅蛋白水平與其他變量一定的情況下，DN患者體內(nèi)低表達的miR-7c-5p和miR-29a-3p可以延緩終末期腎病的進程，而高表達的let-7b-5p和miR-21-5p則與終末期腎病的發(fā)病密切相關(guān)，這在一定程度上與DN的轉(zhuǎn)歸有很大關(guān)系。值得注意的是，尿微量清蛋白檢測作為DN早期診斷的方法有一定的局限性，有研究發(fā)現(xiàn)DN患者尿液中miRNA的表達也發(fā)生了改變，DN早期miR-320c表達水平升高，其表達量與DN的進展緊密相關(guān)，而在1型糖尿病患者尿液中高表達的miR-145則可誘導(dǎo)蛋白尿的產(chǎn)生。因此，尿液中miRNA的檢測可作為DN早期診斷的一個新技術(shù)[12]。

3 miRNA與糖尿病心肌病

長期高血糖與心室肥大、心肌纖維化及心臟功能紊亂有很大關(guān)系。糖尿病患者中miRNA的表達變化可能與心肌細胞凋亡、心肌纖維化及代謝異常有關(guān)。糖尿病小鼠體內(nèi)低表達的miR-195可抑制caspase-3、sirtuin-1活性，抑制心肌細胞凋亡、減輕氧化應(yīng)激與糖尿病造成的心臟肥大[13]。糖尿病小鼠心臟組織中過表達的miR-29可以降低白細胞介素6對心肌成纖維細胞增殖和膠原生成的促進作用,并可調(diào)節(jié)TGF-β1表達水平[14]。而miR-141在糖尿病小鼠心臟中的高表達可減少線粒體內(nèi)膜磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白、Slc25a3的表達，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙及ATP生成減少[15]。同時，人類心臟成纖維細胞高糖環(huán)境中miR-495表達減少，過表達miR-495可以通過抑制其下游分子NOD1的表達減緩NF-κB和TGF-β1/Smad信號通路的激活，從而改善細胞分化及外基質(zhì)的積累。有研究表明miR-133在不同糖尿病小鼠模型中的表達水平有顯著差異、作用機制也明顯不同，但其后續(xù)研究及結(jié)果分析仍需進一步進行。這些發(fā)現(xiàn)為糖尿病心臟疾病的研究提供了新的思路。

4 miRNA與糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)病變

糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)病變是指糖尿病患者外周神經(jīng)軸突進行性減少而導(dǎo)致的對感覺、疼痛敏感性降低的病變。有多種信號通路參與糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)病變的進展，其中最重要的通路是炎癥信號通路。在由過氧化物酶增殖激活的受體(PPAR)、AMP激活的蛋白質(zhì)激酶(AMPK)等信號分子所介導(dǎo)的信號通路中也發(fā)現(xiàn)有多種miRNA發(fā)揮作用[16]。例如，miR-216a可靶向調(diào)控PPAR信號通路引起炎癥；miR-17和miR-322可調(diào)節(jié)AMPK信號通路引起神經(jīng)細胞凋亡，從而導(dǎo)致新生兒神經(jīng)管缺陷[17-18]。此外，在高糖環(huán)境中，神經(jīng)干細胞表達的miR-200b增多，可通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而引起神經(jīng)細胞凋亡[19]。同時，GONG等[20]發(fā)現(xiàn)在糖尿病病理性疼痛小鼠中miR-184-5p和miR-190a-5p存在差異性表達，它們可能參與糖尿病有關(guān)的炎性反應(yīng)。在基于miRNA基因芯片數(shù)據(jù)集的情況下進行GO、KEGG的基因富集分析，發(fā)現(xiàn)有3種miRNA(has-miR-377、has-miR-216a和has-miR-217)與糖尿病密切相關(guān)，同時發(fā)現(xiàn)SCD、CD36、PCK1等信號通路也有重要作用[21]，但其調(diào)控分子還不清楚，仍需進一步研究。

5 miRNA與糖尿病肌肉骨骼系統(tǒng)病變

糖尿病是引發(fā)骨質(zhì)疏松與骨折的原因之一，糖尿病狀態(tài)可以干擾新骨的形成及骨微結(jié)構(gòu)的完整性。多種miRNA在成骨細胞的分化、骨鹽沉積、骨骼肌細胞凋亡過程中表達發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)，過表達的miR-378可通過caspase-3和PI3K/Akt信號通路逆轉(zhuǎn)高血糖對成骨細胞分化的抑制作用[22]。糖尿病患者外周血B細胞中腫瘤壞死因子α(TNF-α)可抑制miR-550a的表達，而miR-550a的表達量與骨密度呈負相關(guān)[23]，同時發(fā)現(xiàn)miR-188過表達可以靶向作用于HDAC9和RICTOR基因，顯著加速骨髓脂肪積累與骨質(zhì)流失[24]。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-23a可以通過調(diào)節(jié)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Calcineurin)/活化T細胞核因子(NFAT)信號通路，抑制萎縮素第一型基因(Atrogin-1)和肌肉環(huán)指蛋白1(MuRF1)的表達，從而促進骨骼肌細胞萎縮[25]。此外，在骨骼肌細胞中表達的miR-194可以通過Akt、糖原合成酶激酶3(GSK3)和氧化磷酸化等機制參與骨骼肌代謝等，而在糖尿病早期過程中就有miR-194表達量的減少[26]，提示miRNA在骨骼肌代謝中也發(fā)揮著重要作用。此外，關(guān)于破骨細胞相關(guān)的miRNA研究也正在進行。

6 miRNA與糖尿病肝臟疾病

糖尿病患者體內(nèi)胰島素分泌不足或者胰島素抵抗還會引發(fā)肝臟的糖脂代謝紊亂，成為脂肪肝的誘發(fā)原因之一，有多種miRNA在糖尿病肝臟疾病中表達發(fā)生變化，其參與胰島素敏感性、葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)與碳水化合物代謝、信號傳導(dǎo)、細胞凋亡等信號通路的調(diào)節(jié)[27]。miR-103/107可以靶向結(jié)合caveolin-1，通過調(diào)節(jié)葡萄糖攝取來調(diào)節(jié)胰島素信號傳導(dǎo)。miR-21低表達可以通過PPAR-α和PPAR-γ信號通路參與非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的發(fā)病[28]。脂肪組織中過表達的miR-100還可通過調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子受體(IGFR)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的表達來影響脂肪的生成[29]。同時，肝臟中AMPK是miR-291b-3p的直接靶點，miR-291b-3p通過抑制AMPK的表達，促進肝臟的脂肪合成，因此miR-291b-3p具有脂肪肝病靶向治療的潛力[30]。LATORRE等[31]指出，miR-146b-5p可以與脂肪酸結(jié)合蛋白4(FABP4)結(jié)合，增加其表達并減少葡萄糖的氧化和脂肪酸的動員。因此，改變miRNA表達水平被認為是治療疾病的靶點。

7 小結(jié)與展望

糖尿病還可引發(fā)其他一些并發(fā)癥，包括糖尿病足部潰瘍、糖尿病腦缺血、糖尿病海綿體病變等。大量實驗研究發(fā)現(xiàn)miRNA參與了這些并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展及治療，而其各種并發(fā)癥的發(fā)病機制與炎性反應(yīng)、組織損傷修復(fù)有關(guān)，其信號通路涉及血管生成、炎性反應(yīng)、細胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體途徑、糖脂代謝等多個方面。鑒于miRNA的穩(wěn)定性強、檢測較敏感及非侵襲性等優(yōu)勢，其將在今后糖尿病并發(fā)癥的診斷及治療研究中發(fā)揮很大優(yōu)勢。但有關(guān)miRNA表達改變的機制及其下游靶基因表達調(diào)控的分析探索還有待深入。此外，盡管在糖尿病并發(fā)癥中有許多miRNA的表達發(fā)生了改變，但差異表達的miRNA在多種疾病中存在交叉，特異性不強；目前的檢測技術(shù)方法也有待進一步改進。因此，miRNA在糖尿病并發(fā)癥臨床診療中的應(yīng)用還需不斷探索。

近年來，隨著對環(huán)狀RNA(circRNA)認識的逐步深入，其作為“miRNA海綿”干預(yù)miRNA靶基因調(diào)控的作用已被許多實驗證實。未來可以針對circRNA對靶miRNA的調(diào)控進行研究，以期幫助研究者了解糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)病機制，從而尋找更好的診療方法。