miRNA在胰島素信號傳導通路中的作用研究

陳 瑤，秦振英，胡幼芳

南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院兒童保健科，江蘇 南京 210036

近年來，2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes，T2DM）在各年齡段人群中發(fā)病率都顯著增加，已成為世界范圍內(nèi)常見的代謝紊亂性疾病，影響全世界超過4 億人口，目前我國成人T2DM 的患病率約為11%，是T2DM 患者最多的國家，給國民經(jīng)濟和人民生活帶來嚴重負擔［1-3］。雖然目前臨床上有多種T2DM 的治療藥物，但尚無根治方法，因此，積極尋找新的研究方向尤為重要。T2DM起病隱匿，發(fā)病機制復雜，其中胰島素抵抗是T2DM 的重要發(fā)病因素，且胰島素抵抗與胰島素信號傳導通路密切相關。已有研究報道胰島素信號傳導途徑中任何效應分子的變化均可引起胰島素信號傳導缺陷，參與T2DM 胰島素抵抗進程［4-5］。隨著生物信息技術的飛速發(fā)展，微小RNA（microRNA，miRNA）是近年來發(fā)現(xiàn)的一種小分子非編碼RNA，參與調(diào)控生物的多種病理生理進程。多種miRNA 被證實可以調(diào)節(jié)胰島素信號傳導通路中關鍵蛋白的表達，影響胰島素的敏感性，為探尋T2DM的治療提供了新方向。本文綜述了部分調(diào)控胰島素信號傳導通路關鍵蛋白表達的miRNA及對T2DM 胰島素抵抗的作用機制，為T2DM 相關藥物的研發(fā)提供新的研究思路。

1 T2DM胰島素抵抗相關胰島素信號傳導通路

胰島素抵抗是指給予定量的胰島素不能增加相應的葡萄糖攝取和利用，機體需要額外分泌更多的胰島素來維持血糖穩(wěn)定，主要發(fā)生在胰島素敏感的組織，如骨骼肌、肝臟和脂肪組織。胰島素抵抗是T2DM 的重要發(fā)病機制之一，并伴隨T2DM 發(fā)生、發(fā)展的整個過程［6-7］。生理狀態(tài)下，胰島素與胰島素受體結合后，通過胰島素信號傳導通路產(chǎn)生級聯(lián)反應，從而發(fā)揮作用。研究顯示，T2DM胰島素相關信號傳導通路主要包括以下兩種：①磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K/ protein kinase B，PKB，即PI3K/AKT）信號轉(zhuǎn)導通路：PI3K/AKT 信號轉(zhuǎn)導通路作為重要的的胰島素信號傳導通路，參與機體三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝。研究報道胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）-1和IRS-2在肝臟中特異性消融，影響胰島素-胰島素受體信號傳導通路從而抑制了肝臟由禁食狀態(tài)向進食狀態(tài)正常過度的基因表達，導致葡萄糖耐受不良和T2DM的發(fā)生［8］。Tremblay 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)大鼠的骨骼肌，出現(xiàn)PI3K 活化受限，進而導致胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)移蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）易位受損，從而影響葡萄糖的正常代謝，參與胰島素抵抗的過程，加重T2DM。②絲裂原活化蛋白激酶（mitogen -activated protein kinases，MAPK）信號轉(zhuǎn)導通路：MAPK 信號轉(zhuǎn)導通路與機體細胞的增殖和分化密切相關［10］。其中，信號轉(zhuǎn)導途徑中任何效應分子（如MAPK14等）的變化或翻譯后修飾蛋白的異常表達均可引起胰島素信號傳導缺陷［11］，導致胰島素抵抗的發(fā)生。以上胰島素信號傳導通路密切參與了T2DM胰島素抵抗過程，通過調(diào)控胰島素信號傳導通路有望為防治T2DM提供新思路。

2 miRNA與T2DM

miRNA廣泛存在于真核生物體內(nèi)，是一種長度22～24 個核苷酸，進化上高度保守的非編碼性小分子RNA，其通過與信使RNA（mRNA）的3′端非翻譯區(qū)（3′-untranslated region，3′UTR）結合，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制或者降解靶信使RNA，從而達到負性調(diào)節(jié)靶蛋白的作用。目前，人類基因中已鑒定出2 000 多個成熟的miRNA，miRNA可調(diào)控超過一半的蛋白質(zhì)編碼基因，在細胞的生長、增殖、分化、代謝等方面發(fā)揮重要調(diào)控作用［12］；其對腫瘤的發(fā)展也起到重要的調(diào)節(jié)作用［13］。單個miRNA 可與百余個mRNA 靶向結合，多個miRNA 也可以協(xié)同作用同一mRNA，這也使miRNA 調(diào)控胰島素抵抗的機制變得更加復雜。新近研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者血清及糖尿病動物模型不同組織（如脂肪組織、骨骼肌和肝臟）中多種miRNA的表達發(fā)生改變，如miR-29a、miR-29c、miR-33、miR-143、miR-103/107 等表達均顯著上調(diào)［14］，miR-29b、miR-338-3p表達下調(diào)［15-16］。這提示了miRNA可能是調(diào)控T2DM發(fā)生發(fā)展的重要靶標。

3 miRNA 參與T2DM 胰島素抵抗相關信號傳導通路的關鍵過程

越來越多的研究表明miRNA參與T2DM胰島素抵抗相關信號傳導通路的關鍵過程，且調(diào)控miRNA可影響胰島素信號傳導通路，緩解胰島素抵抗，發(fā)揮防治T2DM的潛能［11］。以下將重點綜述近年來國內(nèi)外研究的部分miRNA 在胰島素信號傳導通路中的調(diào)節(jié)作用，及其對T2DM胰島素抵抗的影響。

3.1 miR-183家族

miR-183家族，包括miR-182、miR-96等，是1組定位于7號染色體上的微小RNA 的總稱，在結構上高度保守。miR-183 家族在肝癌、乳腺癌等多種腫瘤相關疾病中研究較多，與胰島素抵抗也有直接的關系［17-18］。Motin～o等［19］發(fā)現(xiàn)，高表達的miR-183可特異性結合3′UTR區(qū)域，抑制IRS-1的表達，通過阻斷胰島素-胰島素受體結合，降低肝內(nèi)胰島素的敏感性，抑制細胞內(nèi)糖酵解和胰島素分泌，加重胰島素抵抗。Yang 等［20］也證實了miR-96 對胰島素敏感性的負性調(diào)控作用。通過高脂飲食喂養(yǎng)誘導建立胰島素抵抗小鼠模型，經(jīng)實時熒光定量PCR 檢測發(fā)現(xiàn)，小鼠肝臟中miR-96 的表達量是對照組的4倍。進一步研究發(fā)現(xiàn)胰島素受體和IRS-1均是miR-96 的直接靶標，過表達miR-96在肝細胞轉(zhuǎn)錄后水平抑制胰島素受體和IRS-1的表達，降低了胰島素受體表達水平及胰島素刺激的胰島素受體磷酸化，同時降低了下游信號分子IRS-1的磷酸化，從而誘導肝胰島素抵抗的發(fā)生［20］。因此，干預miR-183家族有望通過影響胰島素受體及受體底物的磷酸化，增加胰島素敏感性，緩解T2DM胰島素抵抗。

3.2 miR-29家族

miR-29 家族，包括miR-29a、miR-29b 和miR-29c，顯著高表達于胰島素敏感組織，參與調(diào)節(jié)原代骨骼肌細胞的脂質(zhì)代謝、葡萄糖以及胰島素信號傳導通路。近期的一項研究結果顯示，miR-29家族的所有成員在T2DM患者的骨骼肌組織中均呈上調(diào)趨勢，同時，這些miRNA 的表達與人骨骼肌胰島素敏感性密切相關［21］。Massart 等［22］首先發(fā)現(xiàn)了糖尿病患者和動物骨骼肌中miR-29a、miR-29c 的高表達，并進一步證實了miR-29 過表達降低了IRS-1 和PI3K 的表達，影響胰島素-胰島素受體通路和PI3K/AKT通路，促進胰島素抵抗進程。Zhou等［23］研究表明，胰島素抵抗模型小鼠骨骼肌及肝臟中miR-29a水平均明顯高于正常組，且影響脂質(zhì)代謝，導致葡萄糖攝取異常。另一項研究表明［24］，PI3K的調(diào)節(jié)亞基p85是miR-29b的直接靶點，在肝細胞中受到miR-29b 的負調(diào)控，與體外研究結果一致的是，禁食小鼠肝臟中miR-29 的表達和p85 的蛋白表達水平呈負相關，通過過表達miR-29b 可降低胰島素誘導的肝細胞AKT 磷酸化，提示miR-29 可以作為胰島素PI3K/AKT信號傳導通路的負調(diào)節(jié)因子。因此，miR-29 可能作為胰島素信號傳導通路的調(diào)節(jié)因子，為T2DM治療提供潛在干預靶標。

3.3 miR-27a

已有研究表明，T2DM 患者和肥胖患者血清中miR-27a的表達與正常健康組相比顯著增加［11］，miR-27a與脂肪酸、膽固醇代謝和葡萄糖穩(wěn)態(tài)密切相關，T2DM 大鼠模型L6 細胞中miR-27a 的表達顯著升高［25］。實驗通過敲除miR-27a 基因，提高了MAPK信號轉(zhuǎn)導通路關鍵蛋白MAPK14 的表達，從而改善胰島素誘導的胰島素抵抗L6 骨骼肌細胞的胰島素信號傳導和葡萄糖攝取，證實了miR-27a 與胰島素敏感性的密切關系［16］。Yao 等［26］進一步研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)肥胖相關胰島素抵抗小鼠模型中，miR-27a通過抑制過氧化物酶體增殖劑激活受體調(diào)節(jié)巨噬細胞極化，阻斷AKT/PI3K 信號傳導通路中的AKT磷酸化，誘發(fā)胰島素抵抗，敲除miR-27a則可以改善高脂喂養(yǎng)小鼠的胰島素敏感性。而Chen 等［27］證實了過表達miR-27a 可通過靶向抑制PPARγ的表達，減弱AKT/PI3K信號通路，抑制了GLUT4的活性，降低胰島素的敏感性。因此，miR-27a作為一種成脂性miRNA，與胰島素的敏感性負相關，可能通過調(diào)控胰島素信號傳導通路成為T2DM防治的潛在靶點。

3.4 miR-143

氧化固醇結合蛋白相關蛋白8（oxysterol binding protein-related protein 8，ORP8），作為胰島素信號系統(tǒng)的一種新型調(diào)節(jié)因子，可以促進AKT/PI3K信號轉(zhuǎn)導通路的激活。Jordan等［28］通過雙熒光素酶活性測試發(fā)現(xiàn)miR-143與ORP8信使RNA 3′UTR的相互作用，證實了miR-143 與ORP8 的直接靶向作用，miR-143 通過靶向抑制ORP8 的表達，從而抑制AKT/PI3K 信號通路，引起胰島素抵抗。研究還發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)小鼠肝臟和脂肪組織中的miR-143 表達水平上調(diào)，可刺激MAPK 信號轉(zhuǎn)導通路中MAPK的磷酸化，促使胰島素抵抗的發(fā)生，而沉默高脂喂養(yǎng)小鼠肝臟中miR-143則可逆轉(zhuǎn)因高脂飲食引起的胰島素抵抗［29］。這提示了miR-143可能通過調(diào)控胰島素信號傳導通路發(fā)揮防治T2DM的作用。

3.5 miR-338-3p

在T2DM進展中，研究發(fā)現(xiàn)部分miRNA的下調(diào)誘導了葡萄糖耐量異常及胰島素耐受性的損傷［15-16］。Dou 等［16］使用3 種胰島素抵抗模型，發(fā)現(xiàn)db/db 小鼠、高脂喂養(yǎng)小鼠肝細胞及15 μg/mL TNF-α干預的C57BL/6J 小鼠肝臟中miR-338-3p 表達均顯著下調(diào)。進一步研究顯示，過表達miR-338-3p通過靶向調(diào)節(jié)蛋白磷酸酶4調(diào)節(jié)子亞基，影響AKT/PI3K信號通路，逆轉(zhuǎn)了C57BL/6J小鼠胰島素抵抗。提示miR-338-3p 參與了T2DM 胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展，并可能通過影響胰島素相關信號通路成為緩解T2DM的作用靶標之一。

4 總結和展望

綜上所述，胰島素信號傳導通路與T2DM 胰島素抵抗密切相關，而miRNA 作為近年來研究的熱點，其通過調(diào)控胰島素信號傳導通路參與T2DM 胰島素抵抗發(fā)生發(fā)展的機制逐漸被揭示。隨著研究的不斷深入，miRNA可能通過影響胰島素信號傳導通路，成為緩解T2DM胰島素抵抗的重要靶標。而積極研究miRNA在胰島素抵抗相關胰島素信號傳導通路中的作用也為研究T2DM的新型藥物提供了一個重要方向。新型藥物的研究從實驗到臨床應用是復雜及漫長的過程，因此，還需要更細致深入地探索研究。