循環(huán)外泌體miRNAs在各型糖尿病及其并發(fā)癥中的研究進(jìn)展*

司惠玲 張 琦 劉亞倩 段奇黨 劉 靜

甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院(甘肅省人民醫(yī)院)內(nèi)分泌科,甘肅省蘭州市 730000

糖尿病是一種慢性內(nèi)分泌代謝性疾病，主要特征為高血糖，目前有效的治療方法就是積極用藥物控制血糖，然而糖尿病一旦確診，幾乎不可逆轉(zhuǎn)。腎臟、視網(wǎng)膜、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)元和肝臟的功能障礙是糖尿病的常見并發(fā)癥，這些并發(fā)癥同樣缺乏有效的治療方法來逆轉(zhuǎn)靶器官損傷?？傮w而言，糖尿病的病理發(fā)展并導(dǎo)致不可修復(fù)的器官損害的分子機(jī)制尚未明確。

幾乎在所有哺乳動物中均可檢測到外泌體，它是一種結(jié)構(gòu)為磷脂雙分子層的細(xì)胞外囊泡，是近幾年在疾病診療方面的研究熱點。外泌體中包含來源于供體細(xì)胞的miRNAs，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸及各種生物小分子等。外泌體在母體細(xì)胞和受體細(xì)胞之間擔(dān)當(dāng)一種通訊信使，調(diào)控細(xì)胞間的信息交流，尤其在血液循環(huán)中含量特別豐富，將miRNAs在內(nèi)的各種遺傳小分子從供體細(xì)胞送到受體細(xì)胞，以促進(jìn)細(xì)胞間的交流，諸多研究證實循環(huán)外泌體miRNAs在糖尿病及并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展及其診療過程中具有強(qiáng)大的治療潛力。本文就循環(huán)外泌體富含的小分子miRNAs在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用機(jī)制做一綜述。

1 外泌體miRNAs與糖尿病

1.1 外泌體miRNAs與1型糖尿病 1型糖尿病(Type 1 diabetes,T1DM)是一種體內(nèi)胰腺β細(xì)胞遭到破壞,導(dǎo)致患者體內(nèi)高血糖的慢性代謝性疾病[1]，需長期進(jìn)行胰島素治療。近年來，全球T1DM的發(fā)病率和患病率快速增加，其嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生率也隨之上升，這給全球范圍內(nèi)的T1DM患者帶來了極大的痛苦。最近的研究強(qiáng)調(diào)了循環(huán)外泌體miRNAs在T1DM中的臨床意義，強(qiáng)調(diào)了它的生物標(biāo)記物價值和新的治療潛力。Caroline 等人的研究中對52名產(chǎn)后5周左右的哺乳期母親(26名T1DM患者和26名年齡匹配的對照組)的血漿中提取的富含外泌體的胞外囊泡進(jìn)行了小RNA測序，發(fā)現(xiàn)從T1DM患者和對照文庫的囊泡中總共有2 289個miRNAs，其中有176個在T1DM母親的血漿中差異表達(dá):167個上調(diào)和9個下調(diào)[2]。

1.2 外泌體miRNAs與2型糖尿病 2型糖尿病(Type 2 diabetes，T2DM)的復(fù)雜分子基礎(chǔ)包括在物理社會文化環(huán)境中影響下的遺傳、表觀遺傳和生活方式因素的相互作用[3]。傳統(tǒng)意義上認(rèn)為，T2DM是在過度攝入高能量食物和缺乏體力活動的情況下發(fā)生的，這與遺傳易感性有關(guān)，最終擾亂了胰島素作用和分泌之間的反饋循環(huán)。這種干擾可能導(dǎo)致胰島素信號、β細(xì)胞功能和葡萄糖代謝受損，并導(dǎo)致持續(xù)性高血糖。在T2DM發(fā)病的早期會出現(xiàn)β細(xì)胞功能障礙和胰島素抵抗的情況，并隨著時間的推移推動正常糖耐量、糖耐量受損和T2DM的進(jìn)展。循環(huán)中的外泌體作為一種良好的疾病檢測標(biāo)志物，具有非侵入性、可重復(fù)性、敏感性及穩(wěn)定性的特點。血管內(nèi)皮細(xì)胞可參與調(diào)控血管張力和血管穩(wěn)態(tài)，當(dāng)此細(xì)胞發(fā)生功能障礙時，往往會引發(fā)一系列的大血管和微血管并發(fā)癥，在T2DM中，這種情況更為嚴(yán)重。Fluitt等人的研究結(jié)果顯示，在成人糖尿病前期發(fā)現(xiàn)了3個改變的miRNAs(miR-15a、miR-15b和miR-499)[4]；一項報道發(fā)現(xiàn)，在10年的隨訪期內(nèi)，血糖正常的參與者比后來患上糖尿病的患者的miR-126低于基線水平，這為將循環(huán)中的miRNAs作為T2DM的預(yù)測生物標(biāo)志物提供證據(jù)。

1.3 外泌體miRNAs與妊娠期糖尿病 妊娠期糖尿病(Gestational diabetes mellitus,GDM)的定義為妊娠婦女在懷孕期間首次發(fā)現(xiàn)或發(fā)病的任何程度的糖尿病，GDM被認(rèn)為導(dǎo)致孕產(chǎn)婦和嬰幼兒死亡的主要原因之一，在全球范圍內(nèi)呈直線上升趨勢，這將對醫(yī)療保健系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響[5]。GDM患者存在明顯的胰島素抵抗，導(dǎo)致間歇性空腹或餐后母兒高血糖，進(jìn)而可能會導(dǎo)致妊娠高血壓、羊膜早破、剖宮產(chǎn)和早產(chǎn)[5]。因此，預(yù)防與診測GDM的發(fā)生有利于圍產(chǎn)期母兒的長期健康。

妊娠期間，從懷孕第6周開始胎盤的合體滋養(yǎng)層就將外泌體分泌到母體循環(huán)中，胎盤來源的外泌體中富含合體滋養(yǎng)層細(xì)胞標(biāo)志物胎盤堿性磷酸酶，被發(fā)現(xiàn)可從合體滋養(yǎng)層細(xì)胞釋放的外泌體表面檢測到[6]。在母體循環(huán)中發(fā)現(xiàn)胎兒外泌體可作為一種非侵入性的檢測手段，用于識別胎兒和胎盤健康的變化。這種檢測手段可以幫助開發(fā)更早的診斷方法，并為針對妊娠相關(guān)并發(fā)癥，特別是GDM的早期干預(yù)提供可能性。Jayabalan等人研究發(fā)現(xiàn)，與糖耐量正常的孕婦相比，GDM患者的脂肪組織分泌的外泌體數(shù)量更多，外泌體數(shù)量的增加與后代的出生體重呈正相關(guān)，這表明外泌體對GDM常見的胎兒過度生長現(xiàn)象有影響[7]。此外，相關(guān)研究表明，脂肪組織衍生的外泌體可能介導(dǎo)脂肪組織和胎盤之間的代謝通訊，從而提高GDM患者胎盤的葡萄糖攝取和代謝[7]。相關(guān)研究證明GDM患者外周血中miRNA-125b和miRNA-144顯著改變，與GDM的發(fā)病率呈正相關(guān)，可作為GDM的潛在生物標(biāo)志物[8]。到目前為止，許多研究都集中在miRNAs上，已經(jīng)有各種研究探討了妊娠早期母體血漿和尿液中的miRNAs作為GDM潛在預(yù)測因子的情況。尿液比起血液在臨床應(yīng)用中容易大量獲得，收集起來簡便且沒有侵入性。但是，還需要更多的研究來進(jìn)一步證實尿液分泌的外泌體miRNAs作為GDM早期檢測生物標(biāo)志物的潛在用途。

2 外泌體miRNAs與2型糖尿病并發(fā)癥

2.1 外泌體miRNAs與糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變(Diabetic retinopathy,DR)是糖尿病的主要微血管并發(fā)癥之一，嚴(yán)重影響糖尿病患者的視功能，也是老年人視力喪失的主要原因之一[9]，其具體發(fā)病機(jī)制尚不清楚。相關(guān)研究證實DR小鼠和高糖干預(yù)過的小鼠視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中miR-133b-3p表達(dá)降低，原纖維蛋白1(FBN1)表達(dá)增加[10]。研究表明，人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞衍生的外泌體可能作為細(xì)胞間通訊的重要介質(zhì)，通過TGF/Smad途徑轉(zhuǎn)移miR-202-5p來抑制內(nèi)皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，并且可能是增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變(Proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者的潛在治療方法[11]。另一項研究強(qiáng)調(diào)，在DR小鼠中，通過上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體誘導(dǎo)的miR-486-3p抑制TLR4/NF-κB軸中從而發(fā)揮保護(hù)作用。微血管內(nèi)皮細(xì)胞衍生的外泌體lncRNA-SNHG7通過miR-34a-5p/XBP1軸抑制糖尿病視網(wǎng)膜病變的內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和小管形成[12]。以上研究都證明，外泌體miRNAs在DR臨床診療中具有極其重要的意義。

2.2 外泌體miRNAs與糖尿病腎病 糖尿病腎病(Diabetic nephropathy，DN)，是T2DM最常見的并發(fā)癥之一，是由糖尿病的微血管并發(fā)癥引起的腎臟損害，它是世界范圍內(nèi)終末期腎臟疾病的主要原因，與高發(fā)病率和死亡率有關(guān)[13]。DN的特征是在3～6個月的間隔內(nèi)至少測量2次蛋白尿(或蛋白尿排泄率>300mg/d或200μg/min)，腎小球濾過率進(jìn)行性下降，常伴隨血壓升高,最終導(dǎo)致終末期腎病[14]。據(jù)報道，miR-4449是糖尿病腎病患者血清外泌體中存在的一種差異表達(dá)的miRNAs。先前的研究證據(jù)表明miR-4449與蛋白尿的程度顯著相關(guān)，極有可能被用作糖尿病和糖尿病腎病的新的生物標(biāo)志物[15]。在波士頓大學(xué)小鼠近端小管細(xì)胞中，高糖干預(yù)導(dǎo)致外泌體分泌量顯著下降，這一變化與外泌體分泌的關(guān)鍵酶：鳥苷-5’-三磷酸酶(RAB27B)的特異性下調(diào)有關(guān)。RAB27B的過度表達(dá)恢復(fù)了高糖干預(yù)細(xì)胞的外泌體分泌，表明RAB27B下調(diào)在DKD外泌體分泌減少中的作用[16]。越來越多的研究表明，外泌體參與了DN相關(guān)的病理生理過程，這可能為DN提供新的生物標(biāo)志物和治療靶點。腎小管細(xì)胞衍生的外泌體通過調(diào)節(jié)與DN相關(guān)的miRNAs，在減輕DN中發(fā)揮作用。人類尿源性干細(xì)胞外泌體中過度表達(dá)miR-16-5p可以保護(hù)汞誘導(dǎo)的人足細(xì)胞，抑制血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)和足細(xì)胞凋亡，可為DN的治療提供新的見解[17]。然而，糖尿病患者的血清中具體含有多少種miRNAs是成年健康人所沒有的，目前尚不清楚，這些miRNAs在DKD的進(jìn)展中是否具有功能意義也在進(jìn)一步的探索中。

2.3 外泌體miRNAs與糖尿病周圍神經(jīng)病變 糖尿病周圍神經(jīng)病變(Diabetic peripheral neuropathy，DPN)是糖尿病患者最常見的慢性并發(fā)癥之一，在糖尿病患者中發(fā)病率為50%，到2030年，全球可能會有2.36億人受到影響，主要臨床表現(xiàn)包括疼痛、麻木、感覺異常和下肢無力，患者很容易在不知不覺中損傷腳部，引發(fā)潰瘍，最終可能會導(dǎo)致截肢[18]。外泌體miRNAs與DPN密切相關(guān)，研究也證實，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過抑制促炎基因減輕DPN小鼠的神經(jīng)血管功能障礙并改善其功能恢復(fù)[19]。施萬細(xì)胞是周圍神經(jīng)系統(tǒng)的主要膠質(zhì)細(xì)胞，通過神經(jīng)營養(yǎng)素信號傳導(dǎo)參與各種病理生理過程，如糖尿病神經(jīng)病變和神經(jīng)再生。研究證明施萬細(xì)胞衍生的外泌體被證明對軸突生長和神經(jīng)再生有重要意義，施萬細(xì)胞中p75NTR或sortilin的表達(dá)降低轉(zhuǎn)化為一組差異調(diào)節(jié)的tRNAs和miRNAs，對自噬和磷脂酰肌醇信號系統(tǒng)等多種細(xì)胞信號通路產(chǎn)生影響[20]。

3 小結(jié)與展望

糖尿病及其并發(fā)癥已發(fā)展為一項全球性的公共衛(wèi)生問題，患者及家屬深受其害。目前，已有眾多研究證實循環(huán)外泌體中miRNAs與各型糖尿病及其并發(fā)癥有關(guān)，又因循環(huán)外泌體具有簡便易行、量大及非侵入性獲取的特點，已有不少專家學(xué)者提出將其作為糖尿病及其并發(fā)癥的潛在治療靶點。然而具體實施于臨床，仍然缺乏相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。因此，展望未來仍需諸多實驗研究來填補這一空白。