譚忠月 孫悅航 焦磊

[摘要] 糖尿病心肌?。―CM）是糖尿病患者死亡的重要原因之一，其被定義為獨(dú)立于冠狀動(dòng)脈疾病和高血壓之外的心室功能障礙性疾病，能夠誘發(fā)心力衰竭、惡性心律失常等心臟疾病，并且具有導(dǎo)致心源性猝死的風(fēng)險(xiǎn)。DCM患者的心臟組織在細(xì)胞水平上常常伴隨著多種形態(tài)上的改變，例如心肌細(xì)胞肥大、間質(zhì)纖維化和心肌內(nèi)微血管病變等。在這一過程中非編碼RNA（ncRNAs）扮演著重要角色，本文總結(jié)了目前關(guān)于ncRNAs在DCM研究中的一些文獻(xiàn)，探討利用長鏈非編碼RNA（lncRNAs）和微小RNA（miRNAs）作為DCM的治療靶點(diǎn)及生物標(biāo)志物，為尋求DCM特異性及針對(duì)治療提供新思路與新視野。

[關(guān)鍵詞] 糖尿病心肌病;非編碼RNA;長鏈非編碼RNA;微小RNA

[中圖分類號(hào)] R587.1 ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] 1673-7210（2019）12（c）-0033-04

Research progress of non-coding RNA in diabetic cardiomyopathy

TAN Zhongyue ? SUN Yuehang ? JIAO Lei ? ZHANG Ying ? WANG Zhiguo

Department of Pharmacology， College of Pharmacy， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Harbin ? 150081， China

[Abstract] Diabetic cardiomyopathy （DCM） is one of the important causes of death in diabetic patients. It is defined as a ventricular dysfunction disease independent of coronary artery disease and hypertension. It is defined as ventricular dysfunction independent of coronary artery disease and hypertension， it can induce heart failure， malignant arrhythmia and other heart disease， there is also a risk of sudden cardiac death. Cardiac tissue in DCM patients often undergoes multiple morphological changes at the cellular level， such as cardiomyocyte hypertrophy， interstitial fibrosis， and intramyocardial microvascular disease. Non-coding RNAs （ncRNAs） play an important role in this process. This paper summarizes some of the current literature on ncRNAs in DCM studies. To explore the use of long non-coding RNAs （lncRNAs） and microRNAs （miRNAs） as therapeutic targets and biomarkers for DCM， and provide new ideas and new horizons for the specific treatment of DCM.

[Key words] Diabetic cardiomyopathy; Non-coding RNAs; Long non-coding RNAs; MicroRNAs

糖尿病是一種嚴(yán)重威脅并影響全世界人類健康的代謝綜合征，是由多種因素導(dǎo)致的胰島素水平降低或胰島素不敏感而引發(fā)的以高血糖為主要特征的全身代謝性疾病。目前糖尿病已影響全球超過3.71億人口。國際糖尿病聯(lián)合會(huì)（IDF）預(yù)計(jì)，到2030年糖尿病的總患病人數(shù)將增加到5.52億[1]。糖尿病的并發(fā)癥特別多，其中對(duì)心肌的影響尤其嚴(yán)重，可誘發(fā)患者心力衰竭甚至猝死。糖尿病心肌?。―CM）的特征在于細(xì)胞外基質(zhì)和心肌細(xì)胞重塑，這兩者都有助于誘發(fā)心輸出量受損[2]并導(dǎo)致舒張和/或收縮功能受損。2013年，Statsenko等[3]研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者存在左心室肥大、舒張功能合并或不合并收縮功能不全，這些改變是導(dǎo)致其發(fā)生心力衰竭的重要原因。目前，沒有針對(duì)DCM的特定生物標(biāo)志物以及可以阻止和預(yù)防疾病進(jìn)展的治療方案。因此，迫切需要深入研究DCM的發(fā)病機(jī)制，探索特定的生物標(biāo)志物來診斷，檢測(cè)和捕獲疾病發(fā)展的早期序列。近年來，非編碼RNA廣泛參與調(diào)控DCM疾病進(jìn)展，現(xiàn)對(duì)非編碼RNA調(diào)控DCM機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 非編碼RNA（ncRNAs）的分類與功能

非編碼RNA（ncRNAs）在生物體中廣泛存在，是一類無蛋白編碼功能的RNA分子。隨著基因組測(cè)序等科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的ncRNAs被發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知，并廣泛參與到各種生命活動(dòng)中。根據(jù)RNA的長度分類，ncRNAs可分為相對(duì)分子量較小的RNA和相對(duì)分子量較大的RNA以及特殊的環(huán)狀RNA。通常將長度小于200個(gè)核苷酸的RNA定義為短鏈非編碼RNA，一般為20～30 nt;長鏈非編碼RNA是長于200個(gè)核苷酸的RNA轉(zhuǎn)錄物，不具有直接編碼蛋白質(zhì)的功能[4]。環(huán)狀RNA（circRNA）是真核生物中環(huán)狀閉合的內(nèi)源生物分子，對(duì)外切核酸酶的消化具有一定的抗性，相比線性RNA更穩(wěn)定。其中，分子量較小的RNA主要包括小分子干擾RNA（siRNAs）、微小RNA（miRNAs）和與Piwi蛋白質(zhì)相作用的RNA（piRNAs）[5-6]。siRNA最早被發(fā)現(xiàn)于果蠅，全長約為21 bp，來源于大分子的雙鏈RNA分子（包括RNA病毒復(fù)制子、轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)基因靶點(diǎn)等）。piRNAs是一種與Piwi蛋白的密切相關(guān)的短鏈非編碼RNA，長度一般為24～31 nt[7]。環(huán)狀RNA（circRNA）可以源自外顯子、內(nèi)含子。在功能上，circRNA與糖尿病、神經(jīng)障礙、心血管疾病和癌癥等疾病有關(guān)[8]。

2 miRNAs與DCM

miRNAs是一類長約22 nt的短鏈非編碼RNA。miRNAs通過誘導(dǎo)沉默復(fù)合物（miRISC）降解或抑制靶基因蛋白翻譯的過程從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。有研究顯示miRNAs控制哺乳動(dòng)物約30%編碼基因的功能[9-10]。miRNAs在各種生物體的調(diào)節(jié)機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，包括發(fā)育時(shí)間和宿主病原體相互作用，并且在細(xì)胞分化，腫瘤發(fā)生，細(xì)胞凋亡和增殖中也起著重要作用[11]。許多研究顯示[12-13]，miRNAs在調(diào)控DCM患者心肌重構(gòu)和心力衰竭上發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中，糖尿病差異表達(dá)miRNAs如下表1，此外，miRNA-21、miRNA-22和miRNA-30d分別通過不同的機(jī)制參與調(diào)控DCM。

2.1 miR-21與DCM

有研究者在以人群為基礎(chǔ)的大樣本統(tǒng)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者血漿miR-21水平降低[14-16]。Dai等[17]發(fā)現(xiàn)db/db小鼠（來源于C57BL/KsJ近交系的常染色體隱性遺傳，屬Ⅱ型糖尿病模型小鼠）心臟發(fā)生舒張功能障礙后，心臟中miR-21的表達(dá)顯著降低;而miR-21的過表達(dá)可有效緩解db/db小鼠的心臟舒張功能障礙。Dai等[17]通過生物信息學(xué)分析和Ago2共免疫沉淀實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)miR-21靶向調(diào)控凝溶膠蛋白（gelsolin）。過表達(dá)miR-21可以通過抑制凝溶膠原蛋白，抑制活性氧（ROS）的產(chǎn)生，提高一氧化氮（NO）的生物利用度，從而改善db/db小鼠的心臟舒張功能障礙。以上研究顯示miR-21在人類DCM中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。因此，過表達(dá)miR-21有很大希望成為DCM的新的治療策略[17]。

2.2 miR-22與DCM

Huang等[18]研究發(fā)現(xiàn)miR-22具有心臟保護(hù)作用，并參與心臟疾病發(fā)生發(fā)展的病理生理學(xué)過程。miR-22可以對(duì)缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷發(fā)揮保護(hù)作用，可以調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致的心肌肥厚和心室重塑。糖尿病小鼠的心臟組織中，miR-22的表達(dá)水平明顯下調(diào)。miR-22的缺失可使小鼠易受壓力超負(fù)荷引起的心臟代償失調(diào)，其特點(diǎn)是左心室擴(kuò)張和收縮功能喪失。Tang等[19]通過生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)miR-22可以直接與Sirt1結(jié)合并增強(qiáng)Sirt1表達(dá)。miR-22的過表達(dá)是通過Sirt1來減輕糖尿病小鼠的氧化應(yīng)激損傷和細(xì)胞凋亡。也就是說miR-22具有作為DCM有效治療靶點(diǎn)的巨大潛力[19]。

2.3 miR-30d與DCM

Li等[20]發(fā)現(xiàn)葡萄糖刺激的心肌細(xì)胞可發(fā)生細(xì)胞焦亡（Pyroptosis）。Pyroptosis是促炎程序性細(xì)胞死亡。它具有壞死和凋亡的生化和形態(tài)學(xué)特征，但與凋亡或壞死不同，焦亡可以導(dǎo)致細(xì)胞因子的釋放，激活促炎性免疫細(xì)胞介質(zhì)。Li等[20]研究發(fā)現(xiàn)，mir-30d在鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)的糖尿病大鼠中表達(dá)顯著升高。離體水平上，高濃度葡萄糖處理的心肌細(xì)胞中，mir-30d呈高表達(dá)。mir-30d表達(dá)上調(diào)使糖尿病心肌病心肌細(xì)胞焦亡情況明顯加重;相反，敲減mir-30d可明顯降低心肌細(xì)胞焦亡率。Forkhead box O3（Foxo3a）是參與多種細(xì)胞活動(dòng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，如促進(jìn)細(xì)胞周期停滯，氧化清除，細(xì)胞增殖，存活和死亡。mir-30d通過直接靶向Foxo3a促進(jìn)心肌細(xì)胞焦亡，總之，mir-30d在DCM病誘發(fā)心肌細(xì)胞焦亡的過程中起關(guān)鍵作用，這提示mir-30d有望成為DCM的有效治療靶點(diǎn)[20]。

3 lncRNAs與DCM

近年來，lncRNA被發(fā)現(xiàn)廣泛分布于大多數(shù)生物體中，數(shù)量龐大，占全部ncRNAs數(shù)量的80%～90%。lncRNAs作為發(fā)育和疾病過程中基因表達(dá)的表觀遺傳，轉(zhuǎn)錄后和翻譯協(xié)調(diào)的關(guān)鍵參與者，與臨床上多種疾病尤其是糖尿病的調(diào)控密切相關(guān)，是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。lncRNA定位于細(xì)胞核或胞質(zhì)內(nèi)，保護(hù)性lncRNA的過表達(dá)和心臟中有害的lncRNA敲低對(duì)于特定的lncRNA在DCM中的作用和功能是至關(guān)重要的。然而，由于lncRNA自身的長度，短壽命性和位置特殊性，使它們?cè)趹?yīng)用以及技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。總之，目前的數(shù)據(jù)顯示lncRNAs是DCM的重要調(diào)節(jié)因子，并且作為DCM有希望的診斷和治療靶標(biāo)[21]。

3.1 lncRNA Kcnq1ot1與DCM

KCNQ1重疊轉(zhuǎn)錄本1（lncRNA Kcnq1ot1）位于KCNQ1基因座11 p15.5。LncRNA-Kcnq1ot1可通過染色質(zhì)和DNA修飾蛋白的募集調(diào)節(jié)Kcnq1結(jié)構(gòu)域中的多個(gè)基因。LncRNA-Kcnq1ot1可以充當(dāng)ceRNA，靶向miRNA來調(diào)節(jié)靶mRNA的表達(dá)，從而影響靶蛋白的功能。其中Yang等[22]通過生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)LncRNA-Kcnq1ot1與miR-214-3p具有結(jié)合位點(diǎn)，并且miR-214-3p與caspase-1的非編碼區(qū)具有結(jié)合位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究顯示lncRNA-Kcnq1ot1在DCM的心臟組織中顯著上調(diào)，沉默LncRNA-Kcnq1ot1通過上調(diào)miR-214-3p進(jìn)而抑制caspase-1，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡。此外，沉默Kcnq1ot1還可以減少細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)異常和細(xì)胞鈣超載，并改善體內(nèi)心臟功能和形態(tài)。因此，將LncRNA-Kcnq1ot1開發(fā)為DCM的治療靶點(diǎn)看起來很有希望[22]。

3.2 lncRNA MALAT1與DCM

LncRNA-轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄組1（lncRNA-MALAT1）是一個(gè)高度保守的lncRNA，與多種病理過程相關(guān)，包括多種惡性腫瘤以及糖尿病相關(guān)并發(fā)癥。MALAT1編碼基因位于人類染色體11q13.1的短臂上，其轉(zhuǎn)錄本約為8 kb。炎癥是糖尿病早期顯著的反應(yīng)，并且積極參與DCM的發(fā)展和進(jìn)展。有研究顯示[23]，MALAT1在糖尿病大鼠的心臟組織中顯著上調(diào)，而且腫瘤壞死因子-α（TNF-α），白細(xì)胞介素（IL）-1β以及IL-6在糖尿病心肌中的水平也明顯升高;敲除MALAT1后，這些炎性細(xì)胞因子的表達(dá)顯著降低。此外，敲除MALAT1還可以明顯改善糖尿病誘發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡[1]，以上研究提示，敲除MALAT1通過減輕糖尿病引起的心肌炎性反應(yīng)而發(fā)揮心肌保護(hù)作用。因此，敲除或抑制MALAT1可能作為DCM的新型治療策略[23]。

3.3 lncRNA HOTAIR與DCM

HOTAIR是一個(gè)2158 bp的lncRNA，位于12號(hào)染色體HOXC基因座的反義鏈上，側(cè)翼為HOXC11和HOXC12[24]。生理上HOTAIR可以介導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡、炎癥和細(xì)胞增殖。Gao等[25]發(fā)現(xiàn)，HOTAIR的表達(dá)水平在腹膜內(nèi)注射STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠心臟中明顯降低。心肌細(xì)胞特異性過表達(dá)HOTAIR后心臟功能明顯改善，氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)減輕，糖尿病小鼠的死亡率大幅度降低。在體外，Gao等[25]在葡萄糖誘導(dǎo)的H9c2中敲除HOTAIR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)敲除HOTAIR導(dǎo)致H9c2氧化損傷，炎性反應(yīng)和細(xì)胞凋亡增加。接下來Gao等[25]進(jìn)行熒光素酶報(bào)告基因測(cè)定和RNA免疫沉淀（RIP）發(fā)現(xiàn)HOTAIR在H9c2中作為miR-34a的分子海綿起作用，并且Sirtuin 1（SIRT1）為miR-34a的靶標(biāo)。此外，在SIRT1缺陷小鼠中，HOTAIR對(duì)DCM的保護(hù)作用被消除。總之，目前的研究揭示了HOTAIR在DCM中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用是通過海綿miR-34a作為ceRNA增加SIRT1表達(dá)，提示HOTAIR有很大希望成為DCM的治療靶點(diǎn)[25]。

4 結(jié)語與展望

非編碼RNA（ncRNAs）與DCM的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。心臟miRNAs及l(fā)ncRNAs在DCM時(shí)表達(dá)異常，通過作用于不同的靶基因，促進(jìn)或抑制心肌細(xì)胞肥大、心肌細(xì)胞凋亡或焦亡、間質(zhì)纖維化以及心肌內(nèi)微血管病變等過程，影響DCM的病情進(jìn)展。因此，ncRNAs，尤其是LncRNAs和miRNAs很可能成為DCM發(fā)展過程中的一個(gè)標(biāo)志物及新型的治療靶點(diǎn)，起到診斷和治療作用。

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（收稿日期：2019-10-18 ?本文編輯：封 ? 華）